气相色谱法对水中硝基氯苯类化合物的测定

张春雨

随着我国工业及经济的快速发展，作为重要化工原料的硝基氯苯被广泛应用于各行各业，尤其在医药、农药以及工程塑料等领域应用普遍，其中间硝基氯苯、邻硝基氯苯与对硝基氯苯是三种主要的硝基氯苯类化合物，三者属于同分异构体[1]。由于硝基氯苯类化合物具有较高的稳定性，且不溶于水，很容易被吸入、食入或经皮吸收等多种途径侵入人体，从而导致中毒症状发生，对人体肝脏和神经系统造成极大损害，引发一系列疾病[2]。基于此，该类化合物目前已经被我国列入水中优先控制污染物，但是目前应用于该类化合物检测的方法缺乏系统性，且部分地区使用的方法较为落后，无法适应现阶段发展需要[3]。因此，建立一种方便快捷，且便于批量监测水中硝基氯苯类化合物的检测方法具有必要性。近年来已有较多关于液相微萃取、固相微萃取等测定水中硝基氯苯的方法，但液相微萃取的可控性较差，且无法大批量检测，而固相微萃取操作繁杂，重复性差，且所需成本较高，在一定程度上限制了这些方法的应用[4]。液液萃取具有操作简便，成本低廉，且适用于大批量水样检测等优势，是水样前处理的重要方法，故本研究拟采用液液萃取的方式，对水样中的硝基氯苯进行富集，并采用气相色谱法对其检测，具体如下。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：气相色谱仪（Agilent 7890B型，美国Agilent公司生产），并配备有ECD检测器；高速离心机（SIGMA 3K15型，德国SIGMA公司生产）；超纯水机（VPT-Ⅱ-20T型，四川优普超纯科技公司生产）；旋转蒸发仪（EYELA-N1300型，东京器械株式会社）。

试剂：环己烷（色谱纯）、NaCl（优级纯）；N- 丙基乙二胺（PSA）、无水Na2SO4（优级纯）、乙酸乙酯（色谱纯）。

标准溶液：三种硝基氯苯的标准溶液均为100 mg/L，在使用前使用环己烷对其稀释，将其制备成1 μg/mL的混合标准溶液，保存于4℃条件下备用。

1.2 气相色谱条件

使用Agilent DB-1MS色谱柱，30 m×0.25 mm×0.25μm，进样品温度为280℃，进样量1μL，检测器ECD温度300℃，以高纯N2为载气，流量为每分钟1.2 mL。按照程序升温，柱初温90℃，维持30 s后，以20℃/min的速度升温至180℃，然后按照10℃/min的速度将其升温至230℃，再以20℃/min的速度升温至280℃，维持2 min。

1.3 实验方法

使用水样提取溶液作为稀释溶剂，将1μg/mL的混合标准溶液稀释成不同浓度的标准曲线系列，分别稀释为1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg/L 及 50.0 μg/L。

样品采集：以实验室超纯水作为本研究方法的验证样品，并采集不同地点的地表水样品进行分析，主要包括生活污水样品5个和河流水样品3个，将采集的样品装入1 000 mL的磨口玻璃瓶内，使水样能够充满样品瓶，采样后及时对其进行萃取处理，若不能及时处理应保存于4℃条件下，于5 d内完成检测。

样品萃取处理：将水样摇匀后，精确量取水样200 mL，然后将其置于500 mL分液漏斗中，加入氯化钠10 mL和环己烷1.0 mL，对其进行摇动萃取5 min后，静置10 min以便分层。待两相分层后将水项弃去，在装有含有无水硫酸钠的玻璃漏斗中对有机相进行过滤，并将过滤液装入到50 mL的鸡心瓶中。使用环己烷10 mL对分液漏斗进行清洗，分两次清洗并经无水硫酸钠干燥后，合并有机相。对其进行旋转蒸发，蒸发到0.5 mL左右后转移到10 mL试管内，使用少量环己烷对鸡心瓶进行多次清洗后，合并环己烷溶液，使用环己烷对其进行定容，定容至2 mL后，加入50 mg的PSA，涡旋30 s后，以7 000 r/min的速率对其进行离心处理，离心5 min后取上清液1 mL，使用气相色谱法对其进行成分检测。

2 结果

2.1 萃取溶剂的选择

在进行液液微萃取时，首先应选择合适的萃取溶液，萃取溶剂的选择会对萃取结果造成直接影响，所以在进行选择时应尽可能选择在水肿溶解度小，且色谱出峰不会对待测物造成影响的溶剂。为了解不同萃取溶剂对硝基氯苯的富集效率，本文选取了乙酸乙酯、环己烷、甲苯以及二氯甲烷四种萃取剂，按照1.3中的方法对其进行处理后，结果显示，在相同操作条件下，环己烷和甲苯对硝基氯苯的萃取效果最好，但由于环己烷的毒性和水溶性均小于甲苯，且环己烷的色谱峰不会掩蔽硝氯苯化合物的色谱峰，故而被研究选取了环己烷作为萃取溶剂，见表1。

表1 不同萃取溶剂对硝基氯苯的回收率（%）

2.2 水样pH值选择

在确定萃取溶剂后，需确定水样的pH值，在其他条件不进行改变的情况下，通过改变pH值，分析不同pH值对水中硝基氯苯的回收率，在pH分别为4、6、8、10时，得出的回收率见表2，结果显示，三种同分异构体的硝基氯苯在不同pH条件下，其回收率变化趋势基本相同，随着pH值的升高，硝基氯苯的回收率逐渐下降，所以在水样pH值为4时，可获得最高的回收率，分析其原因可能与酸性条件下，硝基氯苯以分子状态存在于水溶液中有关，更有利于有机试剂的萃取。根据该结果，本研究将水样的pH值调到4左右后，对其实施液液萃取。

表2 不同pH值对硝基氯苯回收率的影响（%）

2.3 色谱分离测试

通过在制定好的色谱条件下，对这三种硝基氯苯进行分离，得出的色谱图如图1所示，结果显示这三种硝基氯苯化合物均可得到较好地分离。

图1 三种硝基氯苯的气相色谱图

2.4 线性关系及检出限

对这三种硝基氯苯配制不同浓度系列的溶液，根据其各组分浓度和峰面积建立标准曲线，然后连续7次进样硝基氯苯混合标准溶液，计算出检出限，测得这三种化合物在相应浓度范围内（1.00～50.00 μg/L），均具有良好线性关系，且相关系数在0.999以上，检出限均低于0.02 μg/L，符合地表水环境质量检测的相关标准，见表3。

表3 三种硝基氯苯的线性关系及检出限

2.5 精密度与回收实验结果

通过在超纯水中加入混合标准溶液，将其浓度配制为3个浓度水平，分别为0.1、0.25、1.0 μg/L，通过对这3个浓度进行加标实验，评定测定6次，计算出各组分的精密度，具体结果如表4所示。结果显示这3种硝基氯苯的回收率在91%～97%，RSD在0.98%～2.96%，符合检测需要。

表4 精密度与回收实验结果

2.6 实际样品检测

通过采用该方法对某地区地表水中的硝基氯苯进行测定，同时实施内部质量控制，建立试剂空白和加标回收试验，结果显示检测结果均低于检出限，间硝基氯苯的回收率为98%，邻硝基氯苯和对硝基氯苯的回收率分别为93%和90%，回收率均较为稳定，且具有较高的准确度，可考虑将该方法作为水中硝基氯苯的常规测定方法。

3 讨论

硝基氯苯类化合物不溶于水，属于难降解物质，可对水环境造成极大危害，导致水质性状发生恶化，且可通过呼吸道和皮肤侵入人体，导致贫血和神经系统症状出现[5]。硝基氯苯存在三种异构体，其形状均表现为黄色晶体，是较为重要的石油化工有机原料，在农药、燃料、医药、工程塑料等诸多领域得以广泛应用[6-8]。硝基氯苯是一种有毒的污染物，能够导致畸形或基因突变，严重时还可引发癌变，给人们生命安全造成较大威胁[9]。在工业生产过程中，该污染物能够随废水废物排放到环境中，对地表水和地下水造成严重污染，进而影响人们生存环境[10]。因此，作为地表水质量管理控制中，优先控制污染物指标之一的硝基氯苯，需对其引起重视，准确测定地表水中的硝基氯苯残留情况，对地表水安全监测具有重要现实意义。气相色谱法是当前测定该类化合物的重要方法，具有操作简便，易于推广等优势[11]。配备的ECD检测器对硝基氯苯化合物均具有较强选择性，能够使这些化合物在ECD检测器上，获得较高的响应[12]，能够极大地提升检测速度，同时还可以提升该方法检测的灵敏度，故本次试验选用了ECD检测器。

地表水中的硝基氯苯残留浓度通常较低，在对其进行测定前均需要进行分离和富集前处理，所以在对水中硝基氯苯类化合物进行分析时，一般采用痕量分析，在获得水样后，及时对其进行富集前处理[13]。通常可采用固相萃取、液相微萃取和固相微萃取等方法，但是这些方法均具有各自的不足，如固相萃取具有富集效率好、检测灵敏度高等优势，但是所需时间长，且成本高[14]。液相微萃取不适用于大批量检测，固相微萃取重复性差，液液萃取法的前处理操作较简便，但存在试剂用量大等不足，容易导致二次环境污染[15]。故本研究试验采用了操作较为简便、使用剂量少、环境污染小且适合大批量检测的液液萃取法[16]，对水样中的硝基氯苯进行富集处理，经PSA净化等处理后，使用气相色谱法对其进行检测。与传统方法相比，本研究通过对不同萃取溶液的萃取效果进行分析发现，环己烷和甲苯对硝基氯苯的萃取效果较好，但由于环己烷的毒性和水溶性均小于甲苯，故而采用了毒性相对较低的环己烷，替代以往采用的毒性较强的甲苯，能够有效减轻实验对相关人员健康的危害及对环境的污染，且环己烷的色谱峰不会掩蔽硝氯苯化合物的色谱峰。酸性条件下，硝基氯苯以分子状态存在于水溶液中，更有助于有机试剂萃取，本研究显示，随着水样pH值的升高，不同硝基氯苯异构体的回收率逐渐下降，在水样pH值为4时，可获得最高的回收率，故而本研究将水样的pH值设置为4左右进行液液萃取。然后采用PSA进行净化，能够最大限度消除基本干扰，确保检测结果的稳定性，提高该方法的回收率。本次研究试验的回收率在90%以上，检出限均低于0.02 μg/L，且经样品分析证实该方法的具有稳定的回收率，结果准确，能够满足大部分水体中的硝基氯苯测定要求，能够为水环境质量监测提供重要依据，所以是一种较为可靠的检测方法，具有推广价值。

综上所述，本文建立了气相色谱检测水中硝基氯苯类化合物的方法，经实验结果表明，该测定方法具有操作简便，准确度高，回收率稳定及检出限低等优势，能够满足地表水检测需要，在基层实验室也能够推广应用。