氣相色譜法對水中硝基氯苯類化合物的測定

張春雨

隨著我國工業及經濟的快速發展，作為重要化工原料的硝基氯苯被廣泛應用于各行各業，尤其在醫藥、農藥以及工程塑料等領域應用普遍，其中間硝基氯苯、鄰硝基氯苯與對硝基氯苯是三種主要的硝基氯苯類化合物，三者屬于同分異構體[1]。由于硝基氯苯類化合物具有較高的穩定性，且不溶于水，很容易被吸入、食入或經皮吸收等多種途徑侵入人體，從而導致中毒癥狀發生，對人體肝臟和神經系統造成極大損害，引發一系列疾病[2]。基于此，該類化合物目前已經被我國列入水中優先控制污染物，但是目前應用于該類化合物檢測的方法缺乏系統性，且部分地區使用的方法較為落后，無法適應現階段發展需要[3]。因此，建立一種方便快捷，且便于批量監測水中硝基氯苯類化合物的檢測方法具有必要性。近年來已有較多關于液相微萃取、固相微萃取等測定水中硝基氯苯的方法，但液相微萃取的可控性較差，且無法大批量檢測，而固相微萃取操作繁雜，重復性差，且所需成本較高，在一定程度上限制了這些方法的應用[4]。液液萃取具有操作簡便，成本低廉，且適用于大批量水樣檢測等優勢，是水樣前處理的重要方法，故本研究擬采用液液萃取的方式，對水樣中的硝基氯苯進行富集，并采用氣相色譜法對其檢測，具體如下。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：氣相色譜儀（Agilent 7890B型，美國Agilent公司生產），并配備有ECD檢測器；高速離心機（SIGMA 3K15型，德國SIGMA公司生產）；超純水機（VPT-Ⅱ-20T型，四川優普超純科技公司生產）；旋轉蒸發儀（EYELA-N1300型，東京器械株式會社）。

試劑：環己烷（色譜純）、NaCl（優級純）；N- 丙基乙二胺（PSA）、無水Na2SO4（優級純）、乙酸乙酯（色譜純）。

標準溶液：三種硝基氯苯的標準溶液均為100 mg/L，在使用前使用環己烷對其稀釋，將其制備成1 μg/mL的混合標準溶液，保存于4℃條件下備用。

1.2 氣相色譜條件

使用Agilent DB-1MS色譜柱，30 m×0.25 mm×0.25μm，進樣品溫度為280℃，進樣量1μL，檢測器ECD溫度300℃，以高純N2為載氣，流量為每分鐘1.2 mL。按照程序升溫，柱初溫90℃，維持30 s后，以20℃/min的速度升溫至180℃，然后按照10℃/min的速度將其升溫至230℃，再以20℃/min的速度升溫至280℃，維持2 min。

1.3 實驗方法

使用水樣提取溶液作為稀釋溶劑，將1μg/mL的混合標準溶液稀釋成不同濃度的標準曲線系列，分別稀釋為1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg/L 及 50.0 μg/L。

樣品采集：以實驗室超純水作為本研究方法的驗證樣品，并采集不同地點的地表水樣品進行分析，主要包括生活污水樣品5個和河流水樣品3個，將采集的樣品裝入1 000 mL的磨口玻璃瓶內，使水樣能夠充滿樣品瓶，采樣后及時對其進行萃取處理，若不能及時處理應保存于4℃條件下，于5 d內完成檢測。

樣品萃取處理：將水樣搖勻后，精確量取水樣200 mL，然后將其置于500 mL分液漏斗中，加入氯化鈉10 mL和環己烷1.0 mL，對其進行搖動萃取5 min后，靜置10 min以便分層。待兩相分層后將水項棄去，在裝有含有無水硫酸鈉的玻璃漏斗中對有機相進行過濾，并將過濾液裝入到50 mL的雞心瓶中。使用環己烷10 mL對分液漏斗進行清洗，分兩次清洗并經無水硫酸鈉干燥后，合并有機相。對其進行旋轉蒸發，蒸發到0.5 mL左右后轉移到10 mL試管內，使用少量環己烷對雞心瓶進行多次清洗后，合并環己烷溶液，使用環己烷對其進行定容，定容至2 mL后，加入50 mg的PSA，渦旋30 s后，以7 000 r/min的速率對其進行離心處理，離心5 min后取上清液1 mL，使用氣相色譜法對其進行成分檢測。

2 結果

2.1 萃取溶劑的選擇

在進行液液微萃取時，首先應選擇合適的萃取溶液，萃取溶劑的選擇會對萃取結果造成直接影響，所以在進行選擇時應盡可能選擇在水腫溶解度小，且色譜出峰不會對待測物造成影響的溶劑。為了解不同萃取溶劑對硝基氯苯的富集效率，本文選取了乙酸乙酯、環己烷、甲苯以及二氯甲烷四種萃取劑，按照1.3中的方法對其進行處理后，結果顯示，在相同操作條件下，環己烷和甲苯對硝基氯苯的萃取效果最好，但由于環己烷的毒性和水溶性均小于甲苯，且環己烷的色譜峰不會掩蔽硝氯苯化合物的色譜峰，故而被研究選取了環己烷作為萃取溶劑，見表1。

表1 不同萃取溶劑對硝基氯苯的回收率（%）

2.2 水樣pH值選擇

在確定萃取溶劑后，需確定水樣的pH值，在其他條件不進行改變的情況下，通過改變pH值，分析不同pH值對水中硝基氯苯的回收率，在pH分別為4、6、8、10時，得出的回收率見表2，結果顯示，三種同分異構體的硝基氯苯在不同pH條件下，其回收率變化趨勢基本相同，隨著pH值的升高，硝基氯苯的回收率逐漸下降，所以在水樣pH值為4時，可獲得最高的回收率，分析其原因可能與酸性條件下，硝基氯苯以分子狀態存在于水溶液中有關，更有利于有機試劑的萃取。根據該結果，本研究將水樣的pH值調到4左右后，對其實施液液萃取。

表2 不同pH值對硝基氯苯回收率的影響（%）

2.3 色譜分離測試

通過在制定好的色譜條件下，對這三種硝基氯苯進行分離，得出的色譜圖如圖1所示，結果顯示這三種硝基氯苯化合物均可得到較好地分離。

圖1 三種硝基氯苯的氣相色譜圖

2.4 線性關系及檢出限

對這三種硝基氯苯配制不同濃度系列的溶液，根據其各組分濃度和峰面積建立標準曲線，然后連續7次進樣硝基氯苯混合標準溶液，計算出檢出限，測得這三種化合物在相應濃度范圍內（1.00～50.00 μg/L），均具有良好線性關系，且相關系數在0.999以上，檢出限均低于0.02 μg/L，符合地表水環境質量檢測的相關標準，見表3。

表3 三種硝基氯苯的線性關系及檢出限

2.5 精密度與回收實驗結果

通過在超純水中加入混合標準溶液，將其濃度配制為3個濃度水平，分別為0.1、0.25、1.0 μg/L，通過對這3個濃度進行加標實驗，評定測定6次，計算出各組分的精密度，具體結果如表4所示。結果顯示這3種硝基氯苯的回收率在91%～97%，RSD在0.98%～2.96%，符合檢測需要。

表4 精密度與回收實驗結果

2.6 實際樣品檢測

通過采用該方法對某地區地表水中的硝基氯苯進行測定，同時實施內部質量控制，建立試劑空白和加標回收試驗，結果顯示檢測結果均低于檢出限，間硝基氯苯的回收率為98%，鄰硝基氯苯和對硝基氯苯的回收率分別為93%和90%，回收率均較為穩定，且具有較高的準確度，可考慮將該方法作為水中硝基氯苯的常規測定方法。

3 討論

硝基氯苯類化合物不溶于水，屬于難降解物質，可對水環境造成極大危害，導致水質性狀發生惡化，且可通過呼吸道和皮膚侵入人體，導致貧血和神經系統癥狀出現[5]。硝基氯苯存在三種異構體，其形狀均表現為黃色晶體，是較為重要的石油化工有機原料，在農藥、燃料、醫藥、工程塑料等諸多領域得以廣泛應用[6-8]。硝基氯苯是一種有毒的污染物，能夠導致畸形或基因突變，嚴重時還可引發癌變，給人們生命安全造成較大威脅[9]。在工業生產過程中，該污染物能夠隨廢水廢物排放到環境中，對地表水和地下水造成嚴重污染，進而影響人們生存環境[10]。因此，作為地表水質量管理控制中，優先控制污染物指標之一的硝基氯苯，需對其引起重視，準確測定地表水中的硝基氯苯殘留情況，對地表水安全監測具有重要現實意義。氣相色譜法是當前測定該類化合物的重要方法，具有操作簡便，易于推廣等優勢[11]。配備的ECD檢測器對硝基氯苯化合物均具有較強選擇性，能夠使這些化合物在ECD檢測器上，獲得較高的響應[12]，能夠極大地提升檢測速度，同時還可以提升該方法檢測的靈敏度，故本次試驗選用了ECD檢測器。

地表水中的硝基氯苯殘留濃度通常較低，在對其進行測定前均需要進行分離和富集前處理，所以在對水中硝基氯苯類化合物進行分析時，一般采用痕量分析，在獲得水樣后，及時對其進行富集前處理[13]。通常可采用固相萃取、液相微萃取和固相微萃取等方法，但是這些方法均具有各自的不足，如固相萃取具有富集效率好、檢測靈敏度高等優勢，但是所需時間長，且成本高[14]。液相微萃取不適用于大批量檢測，固相微萃取重復性差，液液萃取法的前處理操作較簡便，但存在試劑用量大等不足，容易導致二次環境污染[15]。故本研究試驗采用了操作較為簡便、使用劑量少、環境污染小且適合大批量檢測的液液萃取法[16]，對水樣中的硝基氯苯進行富集處理，經PSA凈化等處理后，使用氣相色譜法對其進行檢測。與傳統方法相比，本研究通過對不同萃取溶液的萃取效果進行分析發現，環己烷和甲苯對硝基氯苯的萃取效果較好，但由于環己烷的毒性和水溶性均小于甲苯，故而采用了毒性相對較低的環己烷，替代以往采用的毒性較強的甲苯，能夠有效減輕實驗對相關人員健康的危害及對環境的污染，且環己烷的色譜峰不會掩蔽硝氯苯化合物的色譜峰。酸性條件下，硝基氯苯以分子狀態存在于水溶液中，更有助于有機試劑萃取，本研究顯示，隨著水樣pH值的升高，不同硝基氯苯異構體的回收率逐漸下降，在水樣pH值為4時，可獲得最高的回收率，故而本研究將水樣的pH值設置為4左右進行液液萃取。然后采用PSA進行凈化，能夠最大限度消除基本干擾，確保檢測結果的穩定性，提高該方法的回收率。本次研究試驗的回收率在90%以上，檢出限均低于0.02 μg/L，且經樣品分析證實該方法的具有穩定的回收率，結果準確，能夠滿足大部分水體中的硝基氯苯測定要求，能夠為水環境質量監測提供重要依據，所以是一種較為可靠的檢測方法，具有推廣價值。

綜上所述，本文建立了氣相色譜檢測水中硝基氯苯類化合物的方法，經實驗結果表明，該測定方法具有操作簡便，準確度高，回收率穩定及檢出限低等優勢，能夠滿足地表水檢測需要，在基層實驗室也能夠推廣應用。