三氯苯类混合溶液标准物质的研制
2022-12-28常嘉欣刘晓茹梁铠孔维玮
常嘉欣，刘晓茹，梁铠，孔维玮
(中国水利水电科学研究院，北京 100038)
随着社会进步和科技发展，标准物质作为计量溯源和质量控制的重要依据，是确保检测结果准确可靠的重要手段[1]，其发展越来越受到重视，同时，标准物质作为测量标准和量值传递的有效载体，在检测过程中发挥着重要作用[2]。我国在标准物质研究与国外相比起步较晚，且所研制的有机标准物质以单标为主。三氯苯为1，2，3-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，3，5-三氯苯三种同分异构体的总称。三氯苯是有毒有害的有机物，其物化性质稳定，不溶于水但易溶于有机溶剂，广泛用于溶剂或制作农药。三氯苯经吸入或经皮肤进入人体会在体内富集对人体造成伤害。三氯苯已列入我国水环境优先控制污染物“黑名单”中，在《地表水质量标准》(GB 3838—2002)[3]、《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)[4]和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)[5]中皆给出了限值为0.02 mg/L。目前国内大部分有机标准物质是单一化合物也就是单标[6]，因此对于水环境监测的目标污染物，笔者研制的三氯苯类混合溶液标准物质具有重要意义：一是用于校准[7]和检定仪器；二是对样品进行量值检验，建立计量溯源性；三是为质量控制的准确性、可靠性提供保障；四是与单标溶液标准物质相比，混标溶液标准物质消耗的试剂量更少，操作简便且分析速度更快，节省实验人员操作及仪器分析时间。目前，笔者研制的三氯苯类混合溶液标准物质已取得国家二级标准物质定级鉴定证书，编号为GBW(E) 082079，可为国内类似混合溶液标准物质提供参考。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
气相色谱仪：Agilent GC7890A 型，安捷伦科技(中国)有限公司。
气相色谱-质谱联用仪：Agilent GC-MS6890-5973 型，安捷伦科技(中国)有限公司。
电子分析天平：METTLER-AL204 型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司。
1，2，3-三氯苯：纯度(质量分数)为99.7%，相对扩展不确定度为0.5%(k=2)，德国Dr. Ehrenstorfer GmbH 公司。
1，2，4-三氯苯：纯度(质量分数)为99.5%，相对扩展不确定度为0.5%(k=2)，德国Dr. Ehrenstorfer GmbH 公司。
1，3，5-三氯苯：纯度(质量分数)为99.5%，相对扩展不确定度为0.5%(k=2)，美国CHEM SERVICE 公司。
甲醇：HPLC 级，美国赛默飞世尔科技有限公司。
甲醇中1，2，3-三氯苯标准溶液：编号为GSB 07-2727-2011，1 000 mg/L，相对扩展不确定度为2%(k=2)，环境保护部标准样品研究所。
甲醇中1，2，4-三氯苯标准溶液：编号为GSB 07-1224-2000，1 000 mg/L，相对扩展不确定度为2%(k=2)，环境保护部标准样品研究所。
甲醇中1，3，5-三氯苯标准溶液：编号为DREA17723500ME-108-70-3，1 003 mg/L，扩展不确定度为46.02 mg/L(k=2)，德国Dr. Ehrenstorfer GmbH 公司。
1.2 实验步骤
1.2.1 标准物质的制备
采用重量-容量法制备甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质。在室温为(20±2)℃的条件下，分别准确称取1，2，3-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，3，5-三氯苯纯品0.05 g(准确至0.1 mg)于500 mL 容量瓶中，用甲醇定容并摇匀，配制成各组分质量浓度均为100 mg/L 的甲醇中三氯苯类混合溶液。将该溶液放入低温冰箱中于-20 ℃冷冻2 h，灌装于干燥洁净的2 mL 安瓿瓶内，每个安瓿瓶内溶液约为1.2 mL，灌封得到约400 支溶液标准物质，粘贴标签放入低温冰箱于0～4 ℃保存。
1.2.2 原料纯度核验
参考标准方法HJ 621—2011 《水质 氯苯类化合物的测定 气相色谱法》[8]，优化本实验室仪器工作条件，对1，2，3-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，3，5-三氯苯的纯度进行核验。
1.2.3 标准物质量值核验
采用气相色谱仪FID 和ECD 两种检测器对甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质进行定值检验。随机抽取2 支，重复测定7 次，采用单点法定值，测定所用标准溶液为三氯苯类混合标准溶液100 mg/L，采用环境保护部标准样品研究所和德国Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司的单组份标准溶液稀释配制。
1.2.4 标准物质均匀性检验
依据JJF 1343—2012 《标准物质定值的通用原则及统计学原理》[9]，按照灌封前、中、后顺序随机抽取甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质共15 支，用气相色谱法每支测定3 次，测定结果用F检验[10]判断该标准物质的均匀性是否良好。
1.2.5 标准物质稳定性检验
在0～4 ℃及避光保存的条件下，按照前密后疏[11]的抽样原则，对甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质的各个组分进行稳定性检验。以月为单位，在不同的时间间隔内各随机抽取3 瓶，每瓶测3 次，以3次平均值记为该瓶检验结果。测定结果用t检验来判断该标准物质的长期稳定性是否符合要求。
模拟标准物质的运输条件，在50 ℃及避光条件下，以14 天作为短期稳定性的测定时间范围，分别在第1、2、3、5、8、11、14 天每天随机抽取1 瓶，每瓶测3 次。测定结果用t检验来判断该标准物质的短期稳定性是否符合要求。
1.3 仪器工作条件
1.3.1 气相色谱仪
色谱柱：DB-5MS 毛细管柱(60 m×250 µm，0.25 µm，美国安捷伦科技有限公司)；载气：高纯氮气，体积分数不小于99.999%；柱温：140 ℃，保持1 min，以4 ℃/min 的速率升至180 ℃；进样口温度：180 ℃；分流比：20∶1；柱流量：1 mL/min；进样体积：1 µL；检测器温度：300 ℃。
(1)FID 检测。氢气流量：30 mL/min；空气流量：300 mL/min；尾吹流量：25 mL/min。
(2)ECD 检测。尾吹流量：30 mL/min。
1.3.2 气相色谱-质谱联用仪
(1)色谱柱：DB-624 毛细管柱(60 m×250 µm，1.40 µm，美国安捷伦科技有限公司)；载气：高纯氦气纯度(体积分数)不小于99.999%；柱温：180 ℃，保持15 min；进样口温度：180 ℃；分流比：100∶1；柱流量：1 mL/min；进样体积：1 µL；离子源：EI 源，温度为230 ℃；MS 四极杆：温度为150 ℃；质量扫描范围：50～300 Da；溶剂延迟：6 min。
以上仪器条件用于三氯苯纯度标准物质定性。
(2)色谱柱：DB-624 毛细管柱(60 m×250 µm，1.40 µm，美国安捷伦科技有限公司)；载气：高纯氦气，体积分数不小于99.999%；柱温：40 ℃，保持1 min，以4 ℃/min 的速率升至180 ℃，保持4 min；进样口温度：180 ℃；分流比：100∶1；柱流量：1 mL/min；进样体积：1 µL；离子源：EI 源，温度为230 ℃；MS 四极杆温度：150 ℃；质量扫描范围：50～300 Da；溶剂延迟：2 min。
以上仪器条件用于溶剂甲醇定性及纯度核验。
2 结果与讨论
2.1 原料纯度核验及定性检验
2.1.1 三氯苯纯度标准物质纯度核验
在气相色谱仪1.3.1 GC-FID 为检测器的工作条件下，对三氯苯纯度标准物质进行纯度核验。分别用1，2，3-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，3，5-三氯苯纯品配制1 000 mg/L 单标储备液，用色谱峰面积归一化法做纯度核验，1，2，3-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，3，5-三氯苯的色谱图分别见图1～图3，纯度分析结果如表1 所示。结果表明，纯度分析结果均在证书提供的纯度范围内，且主组分与杂质完全分离[12]，满足标准物质配制要求。
图1 1，2，3-三氯苯标准物质纯度核验色谱图
图2 1，2，4-三氯苯标准物质纯度核验色谱图
图3 1，3，5-三氯苯标准物质纯度核验色谱图
表1 三氯苯标准物质纯度核验结果
2.1.2 三氯苯溶液标准物质定性检验
在1.3.2(1)气相色谱-质谱联用仪的工作条件下，对甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质进行全扫描，图4 为甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质的总离子流图，经与NIST 谱库[13]中的质谱图比对，甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质各组分与NIST 谱库匹配度均为98%，三种组分定性无误，满足标准物质制备要求。
图4 甲醇中三氯苯类混合溶液总离子流色谱图
2.1.3 甲醇纯度核验
按照标准物质制备流程，制备溶剂空白样品(甲醇)，在1.3.2(2)气相色谱-质谱联用仪的工作条件下对其进行核验，由核验结果可知，溶剂甲醇中无显著杂峰，不含有三氯苯和对量值核验影响的组分，对三氯苯混合溶液标准物质配制无影响。
2.2 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质量值核验
标准物质的定值是对标准物质特性量赋值的全过程。按照1.2.3 方法在1.3.1 色谱条件下条件对甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质测定，测定结果见表2、表3，图5、图6 分别为FID 和ECD 检测色谱图。由表2、表3 可知，测定结果与配制值相对误差为0.99%～2.00%，准确性较好，标准值按配制值计，可得甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质标准值：1，2，3-三氯苯为101 mg/L；1，2，4-三氯苯为102 mg/L；1，3，5-三氯苯为100 mg/L。
表2 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质量值测定结果(FID 检测器)
表3 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质量值测定结果(ECD 检测器)
图5 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质色谱图(FID)
图6 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质色谱图(ECD)
2.3 均匀性检验
均匀性是体现标准物质性能优良的必要指标，通过测定瓶内与瓶间量值来进行均匀性检验。按照1.2.4 操作，均匀性测定结果见表4。由表4 数据可知，各组分量值F值均小于F(14，30)，说明甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质均匀性良好。
表4 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质均匀性测定结果
2.4 稳定性检验
稳定性是考察标准物质在规定时间范围内特性量值变化的重要依据，是指标准物质长时间贮存时，在外界环境条件的影响下其物理化学性质和特性量值保持不变的能力[14]，若稳定期越长，则表明该标准物质稳定性越好。
2.4.1 长期稳定性检验
按照1.2.5 方法进行标准物质长期稳定性试验。从2021 年2 月到2022 年2 月对甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质的各个组分进行含量测定，统计结果见表5。由表5 数据可知，各组分测定结果均满足|β1|＜t0.95，5s(β1)，说明甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质长期(12 个月内)稳定性良好。
表5 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质长期稳定性检验统计结果
2.4.2 短期稳定性检验
按照1.2.5 方法进行标准物质短期稳定性试验，甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质的各个组分含量测定统计结果见表6。由表6 数据可知，甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质各组分测定结果均满足|β1|＜t0.95，5s(β1)，无显著性差异，表明甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质短期(14 天内)稳定性良好。
表6 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质短期稳定性检验统计结果
2.5 甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质量值不确定度
采用重量-容量法配制甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质，各组分质量浓度按照式(1)计算：
式中：ρ——三氯苯类混合溶液标准物质各组分的质量浓度，mg/L；
m——三氯苯类称量值，mg；
P——三氯苯类纯度(质量分数)，%；
V——溶液配制体积，mL。
配制三氯苯类混合标准物质时称量值分别为1，2，3-三 氯 苯 为50.5 mg；1，2，4-三 氯 苯 为51.5 mg；1，3，5-三氯苯为50.5 mg。代入式(1)得3 种组分的质量浓度分别为1，2，3-三氯苯101 mg/L，1，2，4-三氯苯102 mg/L，1，3，5-三氯苯100 mg/L。各不确定度组成部分[15]计算结果如表7。
表7 定值不确定度评定结果
以上各个环节引入的不确定度互不影响，彼此独立，因此将各项不确定度合成[16]得：1，2，3-三氯苯合成相对标准不确定度为0.98%；1，2，4-三氯苯合成相对标准不确定度为1.01%；1，3，5-三氯苯合成相对标准不确定度为0.80%。将合成相对标准不确定度乘以包含因子得到相对扩展不确定度，置信概率为95%，扩展因子k=2，故甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质中1，2，3-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，3，5-三氯苯的相对扩展不确定度分别为2%、3%、2%。
3 结语
采用重量-容量法研制甲醇中三氯苯类混合溶液标准物质，对其进行定性、定量检验，均匀性、长期稳定性以及短期稳定性均符合要求。其中1，2，3-三氯苯标准值为101 mg/L，相对扩展不确定度为2%(k=2)；1，2，4-三氯苯浓度为102 mg/L，相对扩展不确定度为3%(k=2)；1，3，5-三氯苯浓度为100 mg/L，相对扩展不确定度为2%(k=2)。该标准物质可用于水中三氯苯类物质含量的检测，实现多组分同时测定，确保准确性的同时提高测定效率，实现快速准确的量值溯源，亦可用于气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪的校准，是对我国现有标准物质系统的补充。
