液液萃取-氣相色譜法測定水中硝基苯類化合物

薛智鳳 胡智杰 楊 春 侯 莎 王高紅

(陜西省地質調查院實驗中心 ， 西安 710000)

硝基苯類化合物廣泛應用于生產染料、香料、炸藥等有機合成工業，水中存在的硝基苯類物質會影響水體的自凈你能力，該類化合物在水中具有極高的穩定性[1]，很難被生物降解[2]，且毒性大，有致癌、致畸、致突變風險，嚴重危害人類健康[3]。目前水中硝基苯類化合物的測定主要采用氣相色譜法和氣相色譜-質樸法，樣品前處理方法主要有液液萃取、固相萃取、固相微萃取等[4]。氣相色譜-質樸法測定水中硝基苯類化合物，使用的試劑均有一定的毒性，對健康具有潛在的危害，而固相萃取和固相微萃取處理時間較長且不經濟。

本實驗以二氯甲烷作為萃取劑，采用液液萃取氣相色譜法對生活污水中硝基苯類化合物進行測定，以HP-5毛細管色譜柱進行分離，氫火焰離子化檢測器進行檢測，以保留時間定性，外標標準曲線定量(各組分濃度對對應峰面積值)。該方法分析時間短，準確度好(8種硝基苯類化合物加標回收率為81%～112%)，精密度高(RSD均小于15%)。同時對萃取條件(PH值、萃取次數、萃取時間)進行了優化。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

氣相色譜是利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合物的分離。其原理是待分析樣品汽化后被惰性氣體帶入色譜柱，化合物的分子受到柱壁或柱中填料的吸附，與固定相發生相互作用做相對運動，在色譜柱中由于樣品中各組分的沸點、極性或吸附性能不同，不同物質受到的吸附強度不同，相互作用的大小強弱也有差異，在固定相、流動相間具有不同的分配系數，分子通過色譜柱的速率不同，化合物在兩相中經反復多次地分配，在固定相中的滯留時間不同，從而按先后順序從固定相中流出。各組分分離開來后進入檢測器產生相應的信號轉化為電信號輸出，電信號大小與被測組分的量或濃度成正比。

1.2 試劑及要求

8種硝基苯類化合物混合標準溶液(北京曼哈格生物科技有限公司):1000μg/mL；二氯甲烷(Grace chemical technology co.LTD)：色譜純、無水硫酸鈉(天津市科密歐化學試劑有限公司)：優級純。

1.3 儀器及設備

Agilent 7890GC氣相色譜儀：具氫火焰離子化檢測器、Agilent 7693自動進樣器、 Agilent HP-5色譜柱；RE52A旋轉蒸發儀(上海亞榮生化儀器廠)；MTN-5800A氮吹儀(天津奧特賽恩斯儀器有限公司)；100μL、10μL微量注射器。

1.4 色譜條件

柱溫：60℃保持4min，以20℃/min升溫至220℃，保持3min；FID檢測器溫度：250℃；氣化室溫度：230℃；載氣流量：1mL/min；氫氣流量：30mL/min；空氣流量：400mL/min；尾吹氣20mL/min；進樣方式：不分流進樣；進樣量：1.0μL。

1.5 實驗方法

取500mL水樣，加入25mL二氯甲烷，震蕩3min，靜置3min后，收集下層萃取液。重復萃取一次，合并萃取液，經無水硫酸鈉脫水用旋轉蒸發儀濃縮至1mL[5]，上機進行分析測試。

2 萃取條件的優化

2.1 PH值對回收率的影響

同時取3組500mL的水樣，分別加入鹽酸和氫氧化鈉水溶液，調節水樣PH值依次為4.0、6.0、7.0、8.0、10.0，萃取濃縮后，進行分析。實驗表明，酸堿強度對萃取回收率影響很小，因此本實驗中萃取條件選擇中性條件。

2.2 萃取次數及萃取時間對回收率的影響

25mL二氯甲烷，分2次對500mL水樣進行萃取，收集下層萃取液。再重復萃取一次，合并萃取液，上機進行分析測試。實驗結果表明萃取劑分兩次萃取，目標物質的回收率在81%～112%(表3)，準確度能達到實驗要求，效果明顯好于1次萃取的結果，因此本實驗中選擇 25mL二氯甲烷分2次萃取。萃取中對水樣震蕩3min多次放氣后，對水樣分別靜置2min、3min、4min后，重復萃取一次對萃取液進行分析，各目標物質的回收率分別為60%～120%、70%～130%、80%～136%，靜置3min水相與有機相兩相已完全分層，目標物質回收率能滿足準確度要求，因此實驗中選擇3min為萃取靜置 時間。

3 實驗結果與分析

3.1 標準曲線的繪制

分別取0、2、5、10、15、20、100μL的8種硝基苯類化合物混合標準溶液至7個2mL的樣品瓶中，用二氯甲烷將其稀釋成質量濃度為0、2、5、10、15、20及100μg/mL的標準系列。在上述色譜條件下進行分析，根據各組分質量濃度和峰面積(或峰高)繪制標準曲線，8種化合物標準曲線線性相關性良好，方程相關系數最低為1,3,5-三硝基甲苯(0.9984)。進一步按照與繪制標準曲線相同的色譜條件和步驟，測定試樣濃度，以保留時間定性，對應峰面積值定量。取500mLⅡ級去離子水，按方法檢出限2～5倍的量加入8種硝基苯類化合物混合標準溶液制備水樣，經過前處理后對樣品進行不小于7次的平行測定，根據測定結果計算標準偏差，按式(1)計算方法檢出限，檢出限的4倍值為檢出下限，結果見表1。

表1 標準曲線回歸方程、相關系數 mg/L

MDL=t(n-1,0.99)×S

(1)

式中：n為樣品測定次數；t為自由度為n-1，置信度為99%時的t分布，7次平行測定時t=3.143；S為7次平行測定時的標準偏差。

結果表明個化合物的檢出限、測定下限、標準曲線相關系數均符合環境部最新標準HJ 592-2010標準限值要求。

3.2 色譜柱分離效果

在上述所給的色譜分析條件下，取8種硝基苯類化合物混合標準溶液進樣分析，各化合物的保留時間分別為8.806、9.464、9.769、9.908、11.584、12.034、12.972和13.073(圖1)，由圖1可知，在上述色譜條件下，14min內可完成測定過程，8種硝基苯類化合物有分離，分離效果較好，峰形良好。

圖1 8種硝基苯類化合物標準色譜圖

3.3 精密度的測定

以某一濃度混合標準溶液在同一條件下連續進樣7次，測定8種硝基苯類化合物的精密度，結果表明，8種硝基苯類化合物濃度的測定結果相對標準偏差(RSD)為1.1%～2.8%，小于15%，精密度好(表2)。 在相同色譜條件下，對8種硝基苯類化合物混合標準樣品進行測定，結果表明所測8種化合物濃度均在范圍內。

表2 8種硝基苯類化合物的精密度 (t=3.143) mg/L

3.4 加標回收率

對所采的4個點位的生活污水，按實驗方法進行分析，對8種硝基苯化合物的檢測結果均為未檢出，對其中一個點位水樣進行加標回收實驗。取500mL待測水樣加入濃度為200μg/mL的混合標準溶液60μL，同時做3組平行，測定其濃度，計算加標回收率。再取500mL待測水樣加入75 μL混合標準溶液，同時做3組平行，測定其濃度，計算兩梯度三平行加標實驗回收率。8種硝基苯類化合物濃度的測定結果及加標回收率為81%～112%，結果見表3 。

表3 8種硝基苯類化合物的準確度 mg/L

以二氯甲烷作為萃取劑，采用液液萃取氣相色譜法對生活污水中硝基苯類化合物進行測定，以HP-5毛細管色譜柱進行分離，氫火焰離子化檢測器進行檢測，以保留時間定性，外標標準曲線定量(各組分濃度對對應峰面積值)。該方法分析時間短，準確度好(8種硝基苯類化合物加標回收率介于81%～112%)，精密度高(RSD均小于15%)。同時對萃取條件進行了優化，實驗結果表明酸堿強度對萃取回收率影響很小，本實驗中萃取條件可選擇中性條件；萃取劑分2次萃取待測水樣進行萃取，效果明顯好于1次萃取的結果，目標物質的回收率、準確度均能達到實驗要求，萃取中水樣靜置時間選擇3min，水相與有機相兩相已完全分層，目標物質回收率能滿足準確度要求。