液液萃取-气相色谱法测定水中10 种硝基苯类化合物的方法优化

孙 博

（吉林省白山生态环境监测中心，吉林 白山 134300）

硝基苯类化合物为苯环上的碳原子与硝基相连接的一类化合物的总称。常见硝基苯类化合物主要包括硝基苯、硝基氯苯、二硝基苯、硝基甲苯等，是化工生产的重要原料及中间体，主要应用于染料、炸药等有机物的合成[1]。硝基苯类物质具有高毒性，该类物质随着工业废水的排放进入自然水体中，长时间大量接触可对人体的呼吸道、肝、肾、神经系统等造成严重损伤[2-3]。GB 3838—2002 地表水环境质量标准已将硝基苯、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、邻二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯等10 种硝基苯类物质纳入集中式生活饮用水源地水质监测[4]。

硝基苯类化合物的测定方法包括气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱法、分光光度法等。其中，分光光度法灵敏度较低，且水体中硝基苯类物质含量较低，因此该方法应用较少；气相色谱-质谱联用法仪器昂贵、操作复杂且不含有检测器，灵敏度相对较低；液相色谱法分析时间过长。因此，分析硝基苯类物质最常用的方法是气相色谱法[5-7]。在使用气相色谱法测定硝基苯类化合物时，常用液液萃取或固相萃取将水样中的硝基苯类富集，综合考虑实验室条件、操作时间、耗材成本、分析样品体积等因素，液液萃取法更为实用。本实验通过调整色谱柱类型及柱温箱升温程序，对HJ 648—2013 中的液液萃取法进行方法验证及优化，进而达到在单一实验室内对水体中硝基苯类污染物的监测目的[8-9]。

1 实验

1.1 仪器、试剂及耗材

仪器：气相色谱仪（型号：TRACE1300，美国赛默飞世尔科技（中国）有限公司，ECD 检测器）；电子天平；电子移液枪，量程为10～200 μL。

试剂：甲苯，优级纯，国药集团化学试剂有限公司；无水硫酸钠，优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；甲苯中10 种硝基苯类混标（批号3392011），1000 mg/L，坛墨质检科技股份有限公司。

耗材：DB-5 毛细管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm），高纯氮气（≥99.999%），2 mL 进样瓶，500 mL 分液漏斗，干燥管，脱脂棉，10 mL 具塞比色管，100 mL 容量瓶，10 mL 移液管，胶头滴管。

1.2 反应条件

进样口：250 ℃；分流比：10:1；检测器：300 ℃；尾吹流量：40 mL/min；优化后的柱温箱温度：60 ℃保持1 min，以10 ℃/min 升温至160 ℃，维持6 min；在上述仪器条件下，使用DB-5 毛细管柱分析水中10 种硝基苯类化合物。

1.3 绘制标准曲线

以甲苯作萃取剂，经试剂空白实验证实甲苯中无干扰分析监测硝基苯类物质的杂质，满足试剂空白要求，可用于后续分析实验。将1000 mg/L硝基苯类混标逐级稀释至1 mg/L（标准中间溶液），分别取10μL、20μL、40μL、60μL、80 μL、100 μL标准中间溶液，配置浓度梯度为10 μg/L、20 μg/L、40 μg/L、60 μg/L、80 μg/L、100 μg/L 的硝基苯类混标。进样量为1 μL，以气相色谱峰面积为纵坐标，每种硝基苯类组分的浓度为横坐标，分别绘制各硝基苯类组分的标准曲线。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱选择及柱温箱温度优化

根据HJ 648—2013 可知，测定硝基苯类化合物使用的是HP-1 及类似性能的色谱柱，辅助定性选择的是DM-1701 色谱柱，考虑到实际工作中监测项目较多，频繁更换色谱柱易降低工作效率，且影响仪器稳定性，故本实验选择通用型色谱柱DB-5 分析水体中10 种硝基苯类化合物。

HJ 648—2013 中采用两段式升温程序分析硝基苯类物质，即柱温箱初始温度为60 ℃，维持1 min 后，以10 ℃/min 升温至200 ℃，维持1 min，以15 ℃/min 升温至250 ℃，保持5 min 至反应结束，总分析时间为24 min。综合考虑各硝基苯类化合物的出峰时间、分离效果等因素，本实验对柱温箱升温程序进行优化。

经多次实验，确定最佳升温程序：初始温度为60 ℃，保持1 min，以10 ℃/min 升温至160 ℃，维持6 min 至反应结束，总分析时长为17 min，10种组分出峰顺序如图1 所示。从图1 可见，10 种硝基苯类化合物分离效果较好。出峰时间：硝基苯为6.582 min，间硝基氯苯为8.538 min，对硝基氯苯为8.668 min，邻硝基氯苯为8.795 min，对二硝基苯为11.158 min，间二硝基苯为11.435 min，邻二硝基苯为11.722 min，2,4-二硝基甲苯为12.448 min，2,4-二硝基氯苯为12.790 min，2,4,6-三硝基甲苯为14.338 min。优化柱温箱升温程序后，缩短了分析时间，起到降低能耗节约实验成本的作用。

图1 优化程序升温后10 种硝基苯类化合物气相色谱图

2.2 线性方程及检出限

使用DB-5 色谱柱，按照1.2 设置仪器分析条件后，在10～100 μg/L 的浓度范围内，10 种硝基苯类化合物的线性关系良好，拟合后相关系数均达到0.999 以上，满足HJ 648—2013 对于相关系数的规定。

根据HJ 168—2020[10]检出限计算相关规定，向空白水样中添加3～5 倍预估检出限的硝基苯混标，按照样品分析的全过程，做7 组平行加标实验，根据公式（1）计算方法检出限（MDL）。计算结果见表1。10 种硝基苯组分的检出限为0.013～0.022 μg/L，均低于HJ 648—2013 规定的检出限0.017～0.17μg/L，证明优化后方法灵敏度提高。

表1 线性方程

式（1）中：MDL 为方法检出限；n 为样品平行测定次数；t 为自由度为（n-1）、置信度为99%时的t 分布值（单侧）；S 为n 次平行测定的标准偏差。

2.3 精密度及加标回收率

以实验室空白水样为基质，分别向其中添加1.0 μg/L 和5.0 μg/L 的硝基苯混标，两种浓度的加标量各做6 组平行实验，计算在不同加标量下各组水样中目标化合物的浓度平均值、相对标准偏差及加标回收率，实验结果见表2。

表2 精密度及加标回收率

当硝基苯类加标量为1 μg/L 时，10 种组分的相对标准偏差为1.0%～1.8%，加标回收率为86.7%～105.3%；当硝基苯类加标量为5 μg/L 时，10 种组分的相对标准偏差为0.8%～2.1%，加标回收率为91.9%～99.1%。实验结果精密度高，重复性好，回收率高，满足单一实验室内对水中硝基苯类化合物的监测要求。

3 结论

以甲苯作溶剂，使用DB-5 毛细管柱，液液萃取-气相色谱法测定水中10 种硝基苯类并进行方法验证及优化，优化柱温箱升温程序后，10 种硝基苯类物质在17 min 内可全部出峰，峰形良好，分离彻底，有效缩短分析时间，降低能耗；使用有证标准物质甲苯中10 种硝基苯类混标配置标准曲线，在10～100 μg/L 范围内，线性关系良好，相关系数均大于0.999，10 种硝基苯类检出限为0.013～0.022 μg/L，低于HJ 648—2013 方法检出限，优化后方法灵敏度提高；向空白水样中分别添加1 μg/L 和5 μg/L 硝基苯混标后，各组分相对标准偏差及加标回收率均满足方法规定，结果准确，精密度高，完全满足日常工作中在单一实验室内对10 种硝基苯类化合物的监测需求。