二氯甲烷中萘标准物质研制

刘晓茹，朱国建，阿布都沙拉木·托尔逊，马立平，赵晓辉，常嘉欣，梁铠

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100038； 2.新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐 830000)

萘属于低分子量的多环芳香烃(PAHs)类化合物，是最简单的稠环芳烃，化学式为C10H8。萘由2个苯环共用2 个相邻碳原子稠合而成。萘为无色，有毒，易升华并有特殊气味的片状晶体。从炼焦的副产品煤焦油和石油蒸馏中大量生产，主要用于合成邻苯二甲酸酐等[1]。萘具有刺激作用，高浓度致溶血性贫血及肝、肾损害，会导致贫血或红细胞数、血色素和血细胞数显著减少，对皮肤敏感者，萘会引起一些严重的皮肤病。根据世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单，萘在2B 类致癌物清单中[2]，并且是我国《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中的毒理学指标，因此监测水环境中萘尤为重要[3]。

萘的测定主要采用色谱法[4]和质谱法[5]，需要标准物质作为量值传递溯源的载体，进行仪器校准和质量控制，是获得有效结果的重要保证[6-7]。目前我国萘溶液标准物质主要以甲醇为溶剂[8]，但甲醇与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险，因此给标准物质封口带来较大风险。

笔者研制了二氯甲烷中萘标准物质，研究了其配制和量值核验中的技术难点问题，该标准物质是对该类标准物质系统的补充，为水环境中萘监测的质控工作奠定基础。

1 方案设计

萘溶液标准物质的研制流程如图1所示。

图1 萘溶液标准物质的研制流程

1.1 介质选择

为保证标准物质的均匀和稳定性，配制标准物质时选择合适的溶解介质尤为重要。根据萘的理化性质及相关资料查询，萘在水中溶解度小，溶于部分有机试剂，在二氯甲烷中的溶解性及稳定性较好，比在甲醇中溶解力更高，且二氯甲烷不可燃，高温火焰封口更加安全，因此选择二氯甲烷作为萘溶液标准物质的溶解介质。二氯甲烷及萘的物理化学性质见表1。

表1 二氯甲烷及萘物化性质

1.2 配方设计

参考中国计量科学研究院以及生态环境部标准样品研究所已有的同类产品，综合考虑了水利系统实验室水质监测及质控考核工作实际需要，确定萘溶液标准物质的配方设计如表2 所示。

表2 标准物质配方设计表 mg/L

首先将二氯甲烷中萘标准溶液准确配制于容量瓶中，分装至2 mL 棕色安瓿瓶中，火焰封口。由于二氯甲烷沸点较低(39.75 ℃)，易挥发，因此对灌封技术要求较高，灌封过程中溶液需保持低温，灌封时间尽量短，防止溶液挥发，保障均匀性良好[9]。

2 灌封技术

为了在灌装过程中溶液保持低温状态，将密封好的容量瓶置于-25 ℃低温冰柜中冷冻约60 min，取出，放入保温箱中，通过灌装管线将溶液分装到2 mL 安瓿瓶中，每支灌装1.2 mL，用铝箔盖紧该安瓿瓶，迅速放入低温冰柜中冷冻。

将上述冷冻的安瓿瓶每次从冰柜中取出5 支，用火焰迅速封口，放至室温检查封口的严密性，保证安瓿瓶不漏液。

由于不断开关低温冰柜门取出安瓿瓶封口，冰柜温度在-25～-15 ℃之间变动，对封口的效果会产生影响，因此需要优化冷冻条件和时间，在尽量短时间达到最佳封口效果，否则出现熔封失败导致安瓿瓶口漏液的现象，影响标准物质稳定性。

2.1 封口条件优化

对二氯甲烷溶液在安瓿瓶中冷冻温度及冷冻时间进行了优化试验。将冷冻的二氯甲烷溶液迅速灌装到20支安瓿瓶中，置于-15 ℃下冷冻10 min，每5 支一组依次取出安瓿瓶进行高温火焰封口，待封口完的安瓿瓶冷却至室温，检验其是否漏液，漏液即为破损，计算20 支的破损率。按此操作程序分别于-20 ℃以及-25 ℃冷冻10 min，检验破损情况。

按上述试验程序操作，三种温度下冷冻时间分别为15、20、25、30 min，开展封口破损率试验，破损率统计图如图2。

图2 安瓿瓶封口破损率曲线

由图2 得出结论：在冷冻温度为-25 ℃、冷冻时间为20 min 熔封安瓿瓶破损率最低，时间最短，是最适宜的封口条件。

2.2 灌封过程对均匀性的影响

采用上述优化的灌封条件，将二氯甲烷中萘溶液标准物质灌装至安瓿瓶中进行火焰熔封，需考虑在灌封过程中二氯甲烷挥发对标准物质的均匀性不确定度带来的影响。

取10 支空安瓿，逐一称量，该10 支空安瓿熔封后，再逐一称量，计算该10 支空安瓿瓶熔封前后的质量差，记为为Δm0，称量10 支灌有二氯甲烷的安瓿瓶熔封前后质量，计算质量差记为Δm1，熔封不确定度Um=Δm1-Δm0，根据表1 中二氯甲烷的密度为1.325 g/cm3，每支安瓿瓶内灌装1.2 mL二氯甲烷溶液，则其质量为1.59 g。

按照式(1)计算相对熔封不确定度Um，rel，计算数据详见表3。

表3 熔封不确定度

由表3 可知，熔封相对不确定度Um，rel为0.01%，而萘溶液标准物质的均匀性相对不确定度为0.93%，Um，rel是萘溶液标准物质均匀性相对不确定度的1%，占比较小，不会对标准物质的均匀性产生显著影响，不必叠加到均匀性不确定度内，说明本灌封条件满足标准物质研制要求[10]。

3 萘标准物质量值核验

3.1 主要仪器及试剂

气相色谱仪：Agilent GC7890A 型，安捷伦科技(中国)有限公司。

液相色谱仪：Agilent HPLC1100 型，安捷伦科技(中国)有限公司。

移液枪：500 μL，德国普兰德(BRAND)公司。

二氯甲烷：色谱纯，美国Fisher 公司。

甲醇：HPLC 级，德国默克公司。

氮气：纯度不小于99.999%，北京诚为信工业气体销售中心。

液相色谱仪检定用溶液标准物质(萘-甲醇溶液)：100 μg/mL，3 mL/支，标准物质编号为GBW(E) 130167，中国计量科学研究院。

甲醇-二氯甲烷(1∶1)中萘溶液：100 μg/mL，装量约1 mL，标准样品编号为GSB 07-3042-2013，生态环境部标准样品研究所。

3.2 仪器工作条件

3.2.1 气相色谱仪

色谱柱：HP-5MS 型(30 m×250 µm，0.25 µm，美国安捷伦科技有限公司)；载气：氮气；柱流量：1.0 mL/min；进样口温度：250 ℃；进样方式：分流进样，分流比为10∶1；进样体积：1 µL；柱温：160 ℃保持4 min ；检测器：FID检测器；检测器温度：300 ℃；氢气流量：30 mL/min；空气流量：300 mL/min；尾吹气流量：25 mL/min；隔垫吹扫流量：3 mL/min。

3.2.2 液相色谱仪

色谱柱：C18柱(100 mm×4.6 mm，3.5 µm，美国安捷伦科技有限公司)；流动相：甲醇-水(80∶20，体积比，下同)，流量为1.0 mL/min；检测波长：219 nm；柱温：40℃；进样体积：1.0 µL。

3.3 不同溶剂介质萘溶液比对试验

我国萘溶液标准物质/标准样品主要生产单位为中国计量科学研究院及生态环境部标准样品研究所，两个单位的萘溶液信息及笔者研制的萘溶液标准物质信息见表4。

表4 萘溶液标准物质（标准样品）信息 mg/L

由表4 可知，三个单位的萘溶液标准物质的溶剂比例各不相同，以中国计量院的萘-甲醇溶液100 mg/L 为仪器校准液，分别采用气相色谱和液相色谱单点法测定生态环境部标准样品研究所的甲醇-二氯甲烷(体积比为1∶1，下同)中萘溶液，每种方法测定7 次，测定结果见表5。

表5 100 mg/L 甲醇-二氯甲烷(1∶1)中萘标准样品测定值

由表5 可知，测定结果与标准值的相对误差为5.23%～5.42%，超出表4 中列出的标准物质相对扩展不确定度，因此溶剂不同对标准物质的浓度准确测定有一定影响，应进一步优化稀释方法[11]。

3.4 萘溶液标准物质的稀释方法

由上述分析结果可见，萘溶液标准物质/标准样品的溶剂不同，稀释及测定过程会受溶剂效应影响，因此用甲醇和二氯甲烷溶液将中国计量院和生态环境部标样所的萘溶液的溶剂按比例稀释一致，从而确定定值方法的可行性及准确性，具体稀释方法见表6。

表6 萘溶液稀释方法

对表6 中萘的稀释液进行量值比对，确定萘溶液标准物质的量值核验方法。

3.5 萘标准样品溶液比对试验

按表6 方法，稀释中国计量院和生态环境部标样所的萘溶液至50 mg/L，稀释后的萘溶液溶剂皆为甲醇-二氯甲烷(1∶1)，以计量院萘稀释溶液为仪器校准液，以生态环境部的萘稀释液为质控样品，采用单点定量法测定，分别用气相色谱法及液相色谱法测定，测定结果(换算为稀释前浓度)列于表7。

表7 生态环境部萘溶液测定数据

通过表7 中数据可知，测定结果与标准值的相对误差为0.20%～0.24%，准确性好，说明溶剂比例一致，测定结果可信度高。

3.6 二氯甲烷中萘溶液标准物质的量值核验

分别采用气相色谱法和液相色谱法对笔者研制的二氯甲烷中萘溶液标准物质进行量值核验，仪器校准液采用中国计量院的甲醇中萘溶液标准物质，溶液稀释方法见表8，稀释后溶剂一致，均为甲醇-二氯甲烷溶液(体积比为1∶1)。量值核验的气相色谱图和液相色谱图分别如图3 和图4 所示。

表8 二氯甲烷中萘溶液标准物质稀释方法

图3 二氯甲烷中萘溶液标准物质气相色谱图

图4 二氯甲烷中萘溶液标准物质液相色谱图

两种方法量值核验结果(换算为稀释前浓度)见表9。

表9 二氯甲烷中萘溶液标准物质样品测定数据

由表9 可见，两种方法测定结果的相对标准偏差为0.33%～0.57%(n=7)，与配制值的相对误差为0.18%～0.89%，说明方法精密度和准确度较好，满足标准物质要求[12]。

3.7 定值结果

经上述量值核验，其核验结果在配制值及不确定度范围内，标准值采用配制值，不确定度主要由原料纯度、称量、定容等制备过程及均匀性和稳定性引入的不确定度分量合成，并以扩展不确定度表示[13-14]，扩展因子k=2，定值结果及不确定度如表10 所示。

表10 标准物质定值结果及不确定度 mg/L

4 结语

研制了二氯甲烷中萘溶液标准物质，该标准物质包括100 mg/L 和200 mg/L 两种浓度。突破了二氯甲烷在灌封过程中的技术难点，确定了低温灌装工艺，最佳封口条件为-25 ℃冷冻温度及20 min冷冻时间，灌封过程不确定度对均匀性影响较小，可忽略不计。该标准物质达到同类标准物质水平，是对我国该类标准物质系列的补充，填补了该类溶剂介质的空白。该标准物质已应用于我国西北地区某水库水中萘的监测[15]，为预防水库周边企业对库区水质的影响提供科学依据。