孫 明

(蘇交科集團(江蘇)安全科學研究院有限公司，江蘇 南京 211100)

硝基苯類化合物是一類被廣泛用于醫(yī)藥、染料和化工等領域的半揮發(fā)性有機物[1]，其毒性是一般有毒化合物的40～50倍，屬于高毒性物質，且化學性質穩(wěn)定，不易降解[2]。對皮膚、消化道和呼吸道有極強侵入性，對現(xiàn)場人員有重大危害。

通過對色譜參數(shù)和質譜參數(shù)進行優(yōu)化，建立NTD-GC-MS同時測定測七種硝基苯類化合物(硝基苯NB、鄰硝基甲苯ONT、間硝基甲苯MNT、對硝基甲苯PNT、鄰硝基氯苯ONCB、間硝基氯苯MNCB、對硝基氯苯PNCB)的方法。該方法便于快速地制定應急處置方案，而且能盡可能減少對環(huán)境和人體的損害，是一種快速高效檢測痕量硝基苯類化合物的方法。

1 材料與方法

1.1 儀器

氣相色譜質譜儀(Agilent 8890-5977B，F(xiàn)ID檢測器)，毛細管色譜柱DB-5MS(Agilent 30 m×0.25 mm，df 0.25 μm)，毛細管色譜柱Equit-5MS(Agilent 30 m×0.25 mm，df 0.25 μm)，毛細管色譜柱HP-5MS(Agilent 30 m×0.25 mm，df 0.25 μm)，針捕集阱裝置(德國PAS公司)，熱風槍(德國STEINEL司登利公司，HG-2320E)，烘箱(德國Binder公司，F(xiàn)D260)。

1.2 試劑

7種硝基苯類化合物混合標液(壇墨質檢科技股份有限公司，2 000 μg/mL)，正己烷(德國Merck公司，農殘級)，甲醇(德國Merck公司，色譜純),乙醇(德國Merck公司，分析純),氦氣(南京特種氣體廠有限公司，99.999%)，氮氣(南京特種氣體廠有限公司，99.999%)，微量注射器(瑞士Hamilton公司，10 μL、50 μL、100 μL、1 000 μL)，特氟龍 FEP氣體采樣袋(上海申源科學儀器有限公司，100 mL/500 mL/1 L)，商用吸附針(Agilent Carboxen1000)。

1.3 標準溶液配制

利用正己烷(農殘級)為溶劑，將2 000 μg/mL七種硝基苯類化合物配制成200 μg/mL的中間液，儲存于棕色容量瓶中。將中間液配制成0.01 μg/mL、0.02 μg/mL、0.05 μg/mL、0.1 μg/mL，0.2 μg/mL、0.5 μg/mL、1.0 μg/mL、2.0 μg/mL、5.0 μg/mL不同梯度的標準溶液，待用。

1.4 混合標準氣體配制

將不同濃度的標準液，用微量注射器打1 μL進入100 mL氣袋，加熱10 min，直到其全部變?yōu)闅怏w，冷卻后用NTD采集氣袋中的標樣，直接進行GC-MS檢測。

2 結果

2.1 GC-MS參數(shù)優(yōu)化

2.1.1 色譜柱選擇

DB-5MS適合分離弱堿性化合物，Equity-5MS適合分離弱酸性化合物，尤其適合分離7種硝基苯類化合物。所以，最佳色譜柱為Equity-5MS。

2.1.2 柱溫選擇

初始溫度設定為50 ℃時，能夠有效分開七種硝基苯類化合物，且全部都在10 min前出峰結束；當初始溫度設定為60 ℃和70 ℃時，色譜峰有明顯拖尾現(xiàn)象，溫度過高影響分離效果。所以，本實驗最佳初始溫度為50 ℃。

初始溫度設定為50 ℃，進樣濃度為20 μg/mL，進樣體積保持1 μL不變，觀察分離效果。分別以8 ℃/min、9 ℃/min、10 ℃/min、11 ℃/min、12 ℃/min的升溫速率升至220 ℃，然后以15 ℃/min升至 250 ℃，保持5 min。當升溫速率大于10 ℃/min時，硝基苯NB的色譜峰存在嚴重拖尾，分離效果差。所以，最佳程序升溫速率為10 ℃/min。

2.1.3 進樣口溫度選擇

試驗設定進樣口溫度為220 ℃、230 ℃、240 ℃、250 ℃、260 ℃、270 ℃、280 ℃，當進樣口溫度為250 ℃ 時，七種硝基苯類化合物的響應值達到最大，進樣口溫度在250 ℃～270 ℃之間時，七種硝基苯類化合物的響應值平衡，但溫度太高不利于低沸點化合物的檢測，降低檢測效率。所以，最佳進樣口溫度為250 ℃。

2.1.4 離子源溫度選擇

設定離子源溫度為230 ℃時，響應值達到最大，離子源溫度大于230 ℃后，響應值逐漸降低。所以，最佳離子源溫度為230 ℃。

2.2 GC-MS的方法驗證

七種硝基苯類化合物在特征掃描(SIM)模式下進行檢測，選擇Equity-5(30 m×0.25 mm，df 0.25 μm)為最佳氣相色譜柱，250 ℃為進樣口溫度，設定分流比為15，不分流進樣，柱流量為1.3 mL/min。設定起始溫度50 ℃，以10 ℃/min程序升溫至220 ℃保持1 min，再以15 ℃/min升至250 ℃保持2 min。離子源溫度230 ℃，用全掃描(SCAN)方式定性，特征掃描模式下定量，溶劑峰時間5 min。

將8個不同濃度梯度(0.01～2 μg/mL)的標準溶液從低到高，依次上GC-MS檢測，1 μL進樣體積，每個樣品檢測至少3次以上。檢測限為3倍信噪比，定量限為10倍信噪比，用濃度為2.0 μg/mL的樣品至少重復測試8次的RSD比較儀器穩(wěn)定性。在0.01～2 μg/mL范圍內，七種硝基苯類化合物有良好線性，線性系數(shù)在0.999 0～0.999 5之間，儀器檢測限在0.000 1～0.001 4 μg/mL之間，定量限在0.001～0.007 μg/mL之間，相對偏差在5.3～9.8%之間，能滿足分析痕量硝基苯類化合物的要求。

表1 儀器方法的線性、檢測限、定量限

2.3 液體轉化為氣體條件優(yōu)化

吸取1 μL的標準溶液(1 μg/mL)到100 mL特氟龍采樣袋中，保持采樣條件及解吸條件不變，依次設定烘箱溫度為50、100、120、150、200、220、250 ℃，加熱5 min，通過七種硝基苯類化合物的峰面積，評價轉化效果。

試驗結果如圖1，加熱溫度在50 ℃～150 ℃之間，峰面積均呈上升趨勢。加熱溫度低于最佳轉化溫度時，會導致不完全揮發(fā)，150 ℃時，峰面積達到最高點。加熱溫度在150 ℃～180 ℃之間時呈下降趨勢，可能是高溫下特氟龍采樣袋對七種硝基苯類化合物有吸附導致。180 ℃～250 ℃時基本趨于平衡，說明化合物轉化率已經達到最高點。所以，烘箱最佳加熱溫度為150 ℃。

圖1 不同加熱溫度下七種硝基苯類化合物的峰面積

將1 μg/mL標準溶液打入1 μL至100 mL特氟龍采樣袋，在采樣參數(shù)和解吸參數(shù)不變的條件下，加熱溫度為150 ℃，設定烘箱加熱時間為0.5 min、1 min、1.5 min、2 min、2.5 min、3 min、5 min。

試驗結果如圖2，加熱時間為0.5 min～2 min，各化合物的峰面積均呈上升趨勢，可能是由于加熱時間過短導致液體揮發(fā)不完全。加熱時間為2 min時，七種硝基苯類化合物峰面積達到最大值。加熱2 min～2.5 min時，都有下降趨勢，可能是加熱時間過長導致氣袋對目標物有吸附。加熱時間為2.5 min～5 min時，七種硝基苯類化合物的峰面積不再增加。所以，烘箱最佳加熱時間為2 min。

圖2 不同加熱時間下七種硝基苯類化合物的峰面積

2.4 解吸參數(shù)優(yōu)化

2.4.1 解吸溫度優(yōu)化

解吸溫度在250 ℃到300 ℃之間，進樣量不變，色譜峰面積越大，則濃度越大，說明解吸越完全。解吸時間統(tǒng)一控制在5 min，試驗結果如圖3。解吸溫度為250 ℃時，峰面積值均最低，可能是該解吸溫度下各物質沒有完全氣化；當溫度為270 ℃時，峰面積值達到最大，說明七種硝基苯類化合物在270 ℃下解吸效果達到最佳；解吸溫度在270 ℃到300 ℃時逐漸呈下降的趨勢，可能是高溫條件下部分分析物還未經過載氣進入毛細柱就已經發(fā)生氣化了。所以，烘箱最佳解吸溫度為270 ℃。

圖3 不同解吸溫度下七種硝基苯類化合物的峰面積

2.4.2 解吸時間優(yōu)化

在采樣參數(shù)和儀器參數(shù)不變的情況下，設定解吸溫度在270 ℃，用NTD吸取相同體積量的目標物，試驗結果如圖4。解吸時間為2 min時，七種分析物響應值最低，第二次檢測吸附針內目標物時，發(fā)現(xiàn)針內有殘留物，解吸不完全；解吸時間時為4 min，峰面積達到最大值，再次解吸吸附針內目標物無殘留；繼續(xù)延長解吸時間到6 min，發(fā)現(xiàn)七種分析物響應基本趨于平衡。所以，最佳解吸時間為4 min。

圖4 不同解吸時間下七種硝基類化合物的峰面積

2.5 NTD采樣參數(shù)優(yōu)化

2.5.1 NTD采樣速率優(yōu)化

樣品濃度為1 μg/mL，注入量為1 μL，采集體積為100 mL，設定2 mL/min至8 mL/min的采樣速率，保持解吸參數(shù)和加熱參數(shù)不變。試驗結果如圖5，設定NTD采樣速率在2 mL/min、3 mL/min、4 mL/min時，七種硝基類化合物的響應值呈緩慢增加的趨勢，可能是采樣速率較低導致樣品捕集不完全；采樣速率大于5 mL/min后，七種硝基類化合物的響應均呈下降的趨勢。所以，最佳采樣速率為4 mL/min。

圖5 不同采樣速率下七種硝基苯類化合物的峰面積

2.5.2 NTD采樣后檢測方法線性、檢測限與定量限

選擇實驗優(yōu)化后的最佳參數(shù)，設定范圍在1～200 ng/L之間，將不同濃度梯度的標準液體打入氣袋中，在同等條件下進行萃取和解吸。試驗結果如表2，七種硝基苯類化合物在1～200 ng/L有良好的線性，其中檢測限為3倍信噪比(S/N)，定量限為10倍信噪比(S/N)。七種硝基苯類化合物的檢測限在0.1 ng/L～1.0 ng/L之間，定量限在0.5 ng/L～1.6 ng/L之間。

表2 NTD采樣后檢測方法的線性、檢測限、定量限

2.6 針捕集阱用于空氣中硝基苯類化合物的檢測方法驗證

選取實驗室空氣作為加標樣品，進行不同濃度的加標實驗(如表3所示)，原始空氣中未檢測出七種硝基苯類化合物，回收率在89.4%～99.5%之間，相對標準偏差在3.2%～9.7%。

表3 七種硝基苯類化合物不同濃度的加標回收率

2.7 樣品分析

將8種不同濃度梯度(1～200 ng/L)的溶液從低到高進行檢測，進樣量為1 μL，每個樣品重復3次以上，保證標線性均在0.999以上，能完全有效地分離出七種硝基苯類化合物，如圖6。

圖6 七種硝基苯類化合物SIM模式下標準液體色譜圖

繪制混合標準氣體標準曲線時，將不同濃度的液體(1～200 ng/L)注入充滿氮氣的100 mL特氟龍采樣袋中，每次注入量為1 μL，每種濃度重復三次以上，烘箱加熱成氣體后，將氣袋取出冷卻至室溫，NTD吸附針插入裝有標準品的密閉特氟龍氣袋進行采樣，采完樣品立即用GC-MS分析檢測。優(yōu)化NTD采樣條件時，將1 μL濃度為2 μg/mL的標準混合液體攝入500 mL的氣袋中，每次采樣體積為100 mL。七種硝基苯類化合物標準氣體在SIM模式下的色譜圖如圖7所示。

圖7 七種硝基苯類化合物標準氣體色譜圖

采集空氣樣品時，將NTD調節(jié)好采樣參數(shù)，直接放置于采樣點進行空氣樣品的采集。采樣結束后，樣品立刻進行GC-MS檢測。

實驗過程中用空白實驗、空白加標和平行數(shù)據(jù)嚴格對實驗數(shù)據(jù)進行質量控制。每組數(shù)據(jù)為平行3次的平均值，保證七種硝基苯類化合物線性系數(shù)>0.999，RSD<10%，線性如表4。特氟龍采樣袋需經過反復加熱和氮氣吹掃，保證空白采樣袋中化合物濃度為0。吸附針每次解吸完樣品都需要在GC-MS上老化6 min，確保針內沒有殘留物。

表4 七種硝基苯類化合物線性值

3 結論

通過優(yōu)化GC-MS色譜和質譜參數(shù)，建立了NTD與GC-MS聯(lián)用新型快速采樣測定環(huán)境空氣中的7種硝基苯類化合物的方法，該法儀器檢測限低，靈敏度高。實驗中NTD采樣到GC-MS解吸僅需30 min，儀器攜帶方便，采樣速度快，無需溶劑萃取，色譜峰分離較好，且互不干擾。該方法比常規(guī)檢測方法更加綠色環(huán)保，，可廣泛用于工作場所空氣中痕量硝基苯類化合物的檢測分析，也可為環(huán)境中其他痕量的VOCs提供檢測參考依據(jù)。