内标校正气相色谱法测定水体中硝基苯类化合物

2020-09-26陈加伟宋洲罗火焰刘田方绍敏唐泽彪

化学分析计量 2020年5期

陈加伟，宋洲，罗火焰，刘田，方绍敏，唐泽彪

（湖北省地质实验测试中心，武汉 430034）

作为重要的原料和中间体，硝基苯类化合物被广泛用于医药、染料、化工和炸药等行业，经由上述行业工厂排放的废水进入环境水体。由于硝基苯类化合物的生物毒性效应［1］，其已被我国及美国EPA列为环境优先控制污染物黑名单，在我国地表水环境质量标准（GB 3838–2002）［2］和地下水质量标准（GB／T 14848–2017）［3］中均将硝基苯类化合物列为特定分析项目进行监测。

目前，在我国标准HJ 648–2013 中，硝基苯、邻硝基甲苯、间硝基甲苯、对硝基甲苯、间硝基氯苯、对硝基氯苯、邻硝基氯苯、对二硝基苯、间二硝基苯、 2，6-二硝基甲苯、邻二硝基苯、2，4-二硝基甲苯、 2，4-二硝基氯苯、3，4-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯等15 种硝基苯类化合物可利用液–液萃取／固相萃取富集，以气相色谱电子捕获检测器测定，外标法定量［4］。对于硝基苯类化合物的样品前处理，许海清等［5］进行了系统研究，发现少量样品适用液–液萃取，而对于多样品分析，全自动固相萃取效率更高。此外，孔晔等［6］测定土壤中硝基苯类化合物时，发现土壤基质存在增强效应，需要利用带基质的标准曲线才能进行准确定量。王飞等［7］依据HJ 648–2013 测定废水中硝基苯类化合物，以2，4-二硝基甲苯为例，评定气相色谱法测定水体中硝基苯类化合物含量的不确定度主要来源为校准曲线拟合和测量重复性两个因素，尤其是前者对不确定度贡献最大。与外标法相比，内标法定量更具有优势，然而相关研究却并未采用［8–13］。

笔者采用甲苯液–液萃取，气相色谱双柱分离定性，利用1-溴-2-硝基苯内标校正，减小校准曲线拟合和测量重复性的影响，以气相色谱法电子捕获检测器测定水体中15 种硝基苯类化合物，实现目标物的准确定量。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪：7890B 型，配微电子捕获检测器（μ-ECD），美国安捷伦科技有限公司；

超纯水机：Milli-Q Direct 8 型，美国密理博公司；

15 种硝基苯混合标准溶液：硝基苯、邻硝基甲苯、间硝基甲苯、对硝基甲苯的质量浓度均为5 000 mg／L，间硝基氯苯、对硝基氯苯、邻硝基氯苯、对二硝基苯、间二硝基苯、2，6-二硝基甲苯、邻二硝基苯、2，4-二硝基甲苯、2，4-二硝基氯苯、3，4-二硝基甲苯、2，4，6-三硝基甲苯的质量浓度均为500 mg／L，上海安谱实验科技股份有限公司；

1-溴-2-硝基苯溶液：5 000 mg／L，上海安谱实验科技股份有限公司，使用时用甲苯稀释成1.00 mg／L；

甲苯：色谱纯，天津市天力化学试剂有限公司；高纯氮气：纯度大于99.999%；

实验所用其它试剂均为分析纯，其中无水硫酸钠和氯化钠均在650℃下煅烧4 h，置于干燥器中冷却后备用；

实验用水为Mill-Q 超纯水机制备所得超纯水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱系统一

色谱柱：DB–1701P 型（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司）；进样口温度：250℃；检测器温度：270℃；程序升温：50℃保持2 min，以12℃／min 速率升温至200℃，保持1 min，再以15℃／min 速率升温至270℃，保持5 min；载气：高纯氮气，流量为1.0 mL／min；尾吹气流量：40 mL／min；进样方式：不分流进样；进样体积：1 μL。

1.2.2 色谱系统二

色谱柱：CD–1 型（60 m ×0.32 mm，1.0 μm，德国CNW 科技公司）；进样口温度：250℃；检测器温度：300℃；程序升温：60℃保持1 min，以10℃／min 速率升温至200℃，保持1 min，再以10℃／min 速率升温至230℃，保持1 min，最后以15℃／min 速率升温至270℃，保持3.4 min；载气：高纯氮气，流量为1.2 mL／min；尾吹气流量：30 mL／min；进样方式：不分流进样；进样体积：1 μL。

1.3 样品采集与保存

按照《水环境监测规范》（SL 219–2013）采集水样［14］，取1 L 样品于事先清洗干净的棕色玻璃瓶中，密封，于0～4℃避光冷藏保存，7 d 内完成萃取，萃取液于40 d 内分析完毕。

1.4 样品前处理

向预先用丙酮润洗的500 mL 分液漏斗中加入20 g 氯化钠，加入200 mL 水样，定量加入10 mL 甲苯，摇荡萃取5 min，静置15 min，待两相分层，将有机相从上层转移至锥形瓶中，加入无水硫酸钠除水，然后取0.5 mL 样品于1 mL 样品瓶中，依次加入100 μL 1.00 mg／L 的1-溴-2-硝基苯溶液（作为内标）、0.4 mL 甲苯，混匀，上机测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件选择

影响目标物色谱分离及响应的主要因素包括进样口温度、色谱柱升温程序、色谱柱流量、分流比等仪器参数，参照HJ 648–2013 色谱条件［4］，分别选择CD–1 型色谱柱和DB–1701P 型色谱柱分离分析15 种硝基苯类化合物，色谱图分别如图1（a）（b）所示。由图1（a）可知，在1.2.1 色谱条件下，DB–1701P 型色谱柱不能有效分离对硝基甲苯和间硝基氯苯；图1（b）表明利用CD–1 型色谱柱（色谱柱升温速率由标准的15℃／min 降至10℃／min），可实现对硝基甲苯、间硝基氯苯、对硝基氯苯、邻硝基氯苯等的有效分离，待其出峰后，升温速率恢复至15℃／min，进行之后组分的分离，以节省分析时间。优化后的色谱条件见1.2.2，15 种硝基苯分离效果良好。因此在后续研究中选用CD–1 柱作为定量分析用色谱柱，DB–1701P 柱作为辅助定性使用。

图1 15 种硝基苯类化合物色谱分离图

2.2 萃取溶剂选择

HJ 648–2013［4］推荐15 种硝基苯类化合物液–液萃取溶剂为10 mL 甲苯。考虑到甲苯的毒性，戴宝成等［13］研究采用正己烷代替甲苯并成功实现水中硝基苯的液–液萃取检测。然而李利荣等［12］研究发现，与正己烷、正己烷–乙酸乙酯（3+1）、环己烷、二氯甲烷等相比，甲苯更适宜于用作15 种硝基苯类化合物的液–液萃取剂，它不仅萃取效率高，而且溶剂空白干扰小。结合该研究及HJ 648–2013，选择10 mL 甲苯作为萃取溶剂。

2.3 校准曲线拟合

利用气相色谱法测定15 种硝基苯类化合物，校准曲线拟合和测量重复性是其不确定度的主要来源，其中前者对不确定度贡献最大［7］。如表1 所示，用外标法定量时，15 种硝基苯标准曲线线性相关系数为0.997 7～0.999 0，均满足不小于0.995 的要求，但是线性方程截距较大，测量准确度偏低。而采用内标法定量，标准曲线相关系数均大于0.999，且线性方程截距较小，测量准确度得以提高。

表1 15 种硝基苯类化合物校准曲线线性范围、线性方程及相关系数

此外，依据王飞等［7］的方法分别考察了外标法和内标法进行校准曲线拟合测定15 种硝基苯引入的不确定度，结果列于表2。

表2 校准曲线拟合引入的相对标准不确定度

由表2 可知，经内标法拟合后，校准曲线不确定度减小，其中3，4-二硝基甲苯测量不确定度降幅最大，仅为原来的21.1%，提高了测定结果的准确度。

2.4 测量重复性

配制20 份相同浓度的标准溶液，分别用外标法和内标法测定，按照式(1)计算每次测定值的相对偏差：

式中：ci——标准溶液第i次测定值；

cs——标准溶液的理论浓度。

20 份硝基苯、邻硝基甲苯、邻硝基氯苯、对-二硝基苯、2，6-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯混合标准溶液的测定结果的相对偏差列于表3。

由表3 可知，利用外标法定量时，硝基苯、邻硝基甲苯、邻硝基氯苯、对-二硝基苯、2，6-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯的相对偏差分别为0.35%～25.2%，1.49%～27.0%，0.47%～27.0%，1.92%～31.7%，1.78%～28.7% 和6.35%～49.9%；而利用内标法定量时，硝基苯、邻硝基甲苯、邻硝基氯苯、对–二硝基苯、2，6-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯的相对偏差则分别为–5.01%～1.65%， –2.54%～1.64%，–1.93%～–0.06%，–0.29%～2.94%， –1.19%～2.04%和2.33%～18.3%，相对偏差变动大幅减小，测定结果的精密度明显提高。

表3 重复性试验测定结果的相对偏差 %

2.5 检出限及定量下限

根据HJ 168–2010 的规定［15］，连续测定7 个低浓度标准溶液，利用测定值的标准偏差计算方法检出限，利用4 倍检出限换算得到定量下限，结果列于表4。由表4 可知，15 种硝基苯类化合物的检出限为0.007～0.17 μg／L，定量下限为0.028～0.68 μg／L，均优于标准HJ 648–2013。

表4 方法检出限及定量下限 μg／L

2.6 加标回收与精密度试验

在不含硝基苯类化合物的自然水体（取自汉江武汉段）中添加低、中和高3 个浓度水平的目标物，平行测定6 次，以相对标准偏差和加标回收率分别表征方法的精密度和准确度，结果列于表5。由表5 可知，15 种硝基苯类化合物加标回收率为77.5%～110%，相对标准偏差为0.66%～9.41%(n=6)，精密度和准确度能够满足实际样品测定需求。