孫 博
(吉林省白山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,吉林 白山 134300)
硝基苯類(lèi)化合物為苯環(huán)上的碳原子與硝基相連接的一類(lèi)化合物的總稱。常見(jiàn)硝基苯類(lèi)化合物主要包括硝基苯、硝基氯苯、二硝基苯、硝基甲苯等,是化工生產(chǎn)的重要原料及中間體,主要應(yīng)用于染料、炸藥等有機(jī)物的合成[1]。硝基苯類(lèi)物質(zhì)具有高毒性,該類(lèi)物質(zhì)隨著工業(yè)廢水的排放進(jìn)入自然水體中,長(zhǎng)時(shí)間大量接觸可對(duì)人體的呼吸道、肝、腎、神經(jīng)系統(tǒng)等造成嚴(yán)重?fù)p傷[2-3]。GB 3838—2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已將硝基苯、間硝基氯苯、對(duì)硝基氯苯、鄰硝基氯苯、對(duì)二硝基苯、間二硝基苯、鄰二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯等10 種硝基苯類(lèi)物質(zhì)納入集中式生活飲用水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)[4]。
硝基苯類(lèi)化合物的測(cè)定方法包括氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、液相色譜法、分光光度法等。其中,分光光度法靈敏度較低,且水體中硝基苯類(lèi)物質(zhì)含量較低,因此該方法應(yīng)用較少;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法儀器昂貴、操作復(fù)雜且不含有檢測(cè)器,靈敏度相對(duì)較低;液相色譜法分析時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此,分析硝基苯類(lèi)物質(zhì)最常用的方法是氣相色譜法[5-7]。在使用氣相色譜法測(cè)定硝基苯類(lèi)化合物時(shí),常用液液萃取或固相萃取將水樣中的硝基苯類(lèi)富集,綜合考慮實(shí)驗(yàn)室條件、操作時(shí)間、耗材成本、分析樣品體積等因素,液液萃取法更為實(shí)用。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)整色譜柱類(lèi)型及柱溫箱升溫程序,對(duì)HJ 648—2013 中的液液萃取法進(jìn)行方法驗(yàn)證及優(yōu)化,進(jìn)而達(dá)到在單一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)水體中硝基苯類(lèi)污染物的監(jiān)測(cè)目的[8-9]。
儀器:氣相色譜儀(型號(hào):TRACE1300,美國(guó)賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司,ECD 檢測(cè)器);電子天平;電子移液槍,量程為10~200 μL。
試劑:甲苯,優(yōu)級(jí)純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;無(wú)水硫酸鈉,優(yōu)級(jí)純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;甲苯中10 種硝基苯類(lèi)混標(biāo)(批號(hào)3392011),1000 mg/L,壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司。
耗材:DB-5 毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm),高純氮?dú)猓ā?9.999%),2 mL 進(jìn)樣瓶,500 mL 分液漏斗,干燥管,脫脂棉,10 mL 具塞比色管,100 mL 容量瓶,10 mL 移液管,膠頭滴管。
進(jìn)樣口:250 ℃;分流比:10:1;檢測(cè)器:300 ℃;尾吹流量:40 mL/min;優(yōu)化后的柱溫箱溫度:60 ℃保持1 min,以10 ℃/min 升溫至160 ℃,維持6 min;在上述儀器條件下,使用DB-5 毛細(xì)管柱分析水中10 種硝基苯類(lèi)化合物。
以甲苯作萃取劑,經(jīng)試劑空白實(shí)驗(yàn)證實(shí)甲苯中無(wú)干擾分析監(jiān)測(cè)硝基苯類(lèi)物質(zhì)的雜質(zhì),滿足試劑空白要求,可用于后續(xù)分析實(shí)驗(yàn)。將1000 mg/L硝基苯類(lèi)混標(biāo)逐級(jí)稀釋至1 mg/L(標(biāo)準(zhǔn)中間溶液),分別取10μL、20μL、40μL、60μL、80 μL、100 μL標(biāo)準(zhǔn)中間溶液,配置濃度梯度為10 μg/L、20 μg/L、40 μg/L、60 μg/L、80 μg/L、100 μg/L 的硝基苯類(lèi)混標(biāo)。進(jìn)樣量為1 μL,以氣相色譜峰面積為縱坐標(biāo),每種硝基苯類(lèi)組分的濃度為橫坐標(biāo),分別繪制各硝基苯類(lèi)組分的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
根據(jù)HJ 648—2013 可知,測(cè)定硝基苯類(lèi)化合物使用的是HP-1 及類(lèi)似性能的色譜柱,輔助定性選擇的是DM-1701 色譜柱,考慮到實(shí)際工作中監(jiān)測(cè)項(xiàng)目較多,頻繁更換色譜柱易降低工作效率,且影響儀器穩(wěn)定性,故本實(shí)驗(yàn)選擇通用型色譜柱DB-5 分析水體中10 種硝基苯類(lèi)化合物。
HJ 648—2013 中采用兩段式升溫程序分析硝基苯類(lèi)物質(zhì),即柱溫箱初始溫度為60 ℃,維持1 min 后,以10 ℃/min 升溫至200 ℃,維持1 min,以15 ℃/min 升溫至250 ℃,保持5 min 至反應(yīng)結(jié)束,總分析時(shí)間為24 min。綜合考慮各硝基苯類(lèi)化合物的出峰時(shí)間、分離效果等因素,本實(shí)驗(yàn)對(duì)柱溫箱升溫程序進(jìn)行優(yōu)化。
經(jīng)多次實(shí)驗(yàn),確定最佳升溫程序:初始溫度為60 ℃,保持1 min,以10 ℃/min 升溫至160 ℃,維持6 min 至反應(yīng)結(jié)束,總分析時(shí)長(zhǎng)為17 min,10種組分出峰順序如圖1 所示。從圖1 可見(jiàn),10 種硝基苯類(lèi)化合物分離效果較好。出峰時(shí)間:硝基苯為6.582 min,間硝基氯苯為8.538 min,對(duì)硝基氯苯為8.668 min,鄰硝基氯苯為8.795 min,對(duì)二硝基苯為11.158 min,間二硝基苯為11.435 min,鄰二硝基苯為11.722 min,2,4-二硝基甲苯為12.448 min,2,4-二硝基氯苯為12.790 min,2,4,6-三硝基甲苯為14.338 min。優(yōu)化柱溫箱升溫程序后,縮短了分析時(shí)間,起到降低能耗節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本的作用。
圖1 優(yōu)化程序升溫后10 種硝基苯類(lèi)化合物氣相色譜圖
使用DB-5 色譜柱,按照1.2 設(shè)置儀器分析條件后,在10~100 μg/L 的濃度范圍內(nèi),10 種硝基苯類(lèi)化合物的線性關(guān)系良好,擬合后相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.999 以上,滿足HJ 648—2013 對(duì)于相關(guān)系數(shù)的規(guī)定。
根據(jù)HJ 168—2020[10]檢出限計(jì)算相關(guān)規(guī)定,向空白水樣中添加3~5 倍預(yù)估檢出限的硝基苯混標(biāo),按照樣品分析的全過(guò)程,做7 組平行加標(biāo)實(shí)驗(yàn),根據(jù)公式(1)計(jì)算方法檢出限(MDL)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。10 種硝基苯組分的檢出限為0.013~0.022 μg/L,均低于HJ 648—2013 規(guī)定的檢出限0.017~0.17μg/L,證明優(yōu)化后方法靈敏度提高。
表1 線性方程
式(1)中:MDL 為方法檢出限;n 為樣品平行測(cè)定次數(shù);t 為自由度為(n-1)、置信度為99%時(shí)的t 分布值(單側(cè));S 為n 次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
以實(shí)驗(yàn)室空白水樣為基質(zhì),分別向其中添加1.0 μg/L 和5.0 μg/L 的硝基苯混標(biāo),兩種濃度的加標(biāo)量各做6 組平行實(shí)驗(yàn),計(jì)算在不同加標(biāo)量下各組水樣中目標(biāo)化合物的濃度平均值、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及加標(biāo)回收率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 精密度及加標(biāo)回收率
當(dāng)硝基苯類(lèi)加標(biāo)量為1 μg/L 時(shí),10 種組分的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.0%~1.8%,加標(biāo)回收率為86.7%~105.3%;當(dāng)硝基苯類(lèi)加標(biāo)量為5 μg/L 時(shí),10 種組分的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%~2.1%,加標(biāo)回收率為91.9%~99.1%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果精密度高,重復(fù)性好,回收率高,滿足單一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)水中硝基苯類(lèi)化合物的監(jiān)測(cè)要求。
以甲苯作溶劑,使用DB-5 毛細(xì)管柱,液液萃取-氣相色譜法測(cè)定水中10 種硝基苯類(lèi)并進(jìn)行方法驗(yàn)證及優(yōu)化,優(yōu)化柱溫箱升溫程序后,10 種硝基苯類(lèi)物質(zhì)在17 min 內(nèi)可全部出峰,峰形良好,分離徹底,有效縮短分析時(shí)間,降低能耗;使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)甲苯中10 種硝基苯類(lèi)混標(biāo)配置標(biāo)準(zhǔn)曲線,在10~100 μg/L 范圍內(nèi),線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)均大于0.999,10 種硝基苯類(lèi)檢出限為0.013~0.022 μg/L,低于HJ 648—2013 方法檢出限,優(yōu)化后方法靈敏度提高;向空白水樣中分別添加1 μg/L 和5 μg/L 硝基苯混標(biāo)后,各組分相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及加標(biāo)回收率均滿足方法規(guī)定,結(jié)果準(zhǔn)確,精密度高,完全滿足日常工作中在單一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)10 種硝基苯類(lèi)化合物的監(jiān)測(cè)需求。