【第三届原创参赛】毛细管柱-气相色谱法测定水样中硝基苯类化合物残留量

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常见硝基苯类化合物有硝基苯、硝基氯苯、二硝基苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯等。该类化合物难溶于水，属有毒污染物是染料合成、油漆涂料、塑料、医药及农药制造等的中间体,其中硝基苯属持久毒性有机污染物。而氯代硝基苯是一种能导致突变、引发癌症、导致畸形的化学物质,在印染、农药等行业作为中间体,在生产过程中往往因转化不彻底而残留,随废物排放水中^[1],从而造成地表水和地下水污染。此外,硝基苯同系物对动植物的影响也很大。王春梅等^[2]探讨了十八种硝基苯类化合物对大型蚤的急性毒性实验,研究了毒性与取代基和取代基的位置不同而产生差异的机理，结果表明对二硝基苯毒性最大。因此地表水环境质量标准GB3838-2002中规定集中式生活饮用水源地硝基类化合物应作特定分析项目进行监测^[3]。但是现有的分析方法有很大一部分存在着老化落后的问题如GB13194-91^[4]，亟需开发新的检测分析方法以适应形势的需要。
毛细管气相色谱法在有机污染物分析方面具有分析速度快、分辨率高、分离度好等优点，最近几年得到了快速的发展，开始逐步应用到环境监测当中。毛细管气相色谱法用于废水中微量硝基苯测定的报道已有不少^[5,6]，但是能够满足地表水环境质量标准中规定集中式生活饮用水要求，快速同时测定水中十类硝基苯类化合物的方法并不多见，尤其是当今环境监测任务繁重，迫切需要快速同时测定水中十类硝基苯类化合物，本文将围绕快速同时测定水中十类硝基苯类化合物展开讨论。

1实验部分
1.1仪器与试剂

Agilent6890N气相色谱仪，ECD检测器；氮吹仪:BF-2000A型; 注射器:100、50、10μl若干；色谱柱: HP-5(30m ×0.32mm ×0.25μm) 5 %苯基-甲基聚硅氧烷柱；干燥柱：若干(干燥管中加入5g处理过的无水硫酸钠,使用前分别用10ml苯淋洗以净化干燥柱)；精密天平:精密度为0.1mg。试剂:农残级苯、甲醇。

标准样品: 硝基苯、邻硝基氯苯、间硝基氯苯、对硝基氯苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯均为1mg/ml，溶于甲醇,国家环保总局标准样品研究所提供。邻二硝基苯、间二硝基苯、对二硝基苯纯度不小于99 %的试剂，labor Dr.Ehrenstorfer提供。二硝基苯类标准储备溶液:分别用精密天平准确称取硝基苯类标准化物质,放入25ml 容量瓶中,用少量甲醇溶解,加甲醇至刻度,作为硝基苯类储备液(约1mg/mL)。其它硝基苯类用标准样品作为标准储备溶液。标准溶液中间液:取硝基苯类标准储备液于10ml容量瓶中,配制成标准使用液,浓度均为10mg/L、标准溶液中间液以甲醇为溶剂。无水硫酸钠:400 ℃烘4h ,冷却后装瓶,于干燥器中保存。试剂水:不含有机物。
1.2GC条件
色谱柱:HP-5(30m ×0.32mm ×0.25μm); 柱温:100℃(3min),5℃/min升温到160 ℃(6min), 20℃/min升温到240℃; 载气:高纯氮(N2); 进样口温度:280℃; 分流比:1:1; 柱流速:恒流1.5ml/mim; ECD:300 ℃。
1.3实验分析步骤
(1)水样富集:根据水样浓度准确量取适量水样(200ml)于分液漏斗中,用20ml苯萃取,萃取液经过干燥柱,收集流出液至接受管中,用氮吹仪在40℃下浓缩至1.0ml ,取2.0μl 注入气相色谱中,用电子捕获检测器分析。
(2)标准曲线: 硝基苯分别取100、300、700、1000、2000μl的标准溶液中间液；2,4,6-三硝基甲苯分别取50、100、150、200、250μl的标准溶液中间液；其它硝基苯类分别取5、10、20、500、100μl的标准溶液中间液标准中间液于10ml甲醇中，配制成不同浓度的硝基苯类标准使用液，分别取2.0μl直接进样分析。结果见表1。
(3)定性定量方法: 采用被测样品与标准样品在色谱图上的保留时间定性,采用外标标准曲线法定量。
表1标样回归方程和相关系数
2结果与讨论
2.1分离效果
取混合标准溶液使用液直接在气相色谱仪进样口进样。在本试验选用的毛细管柱及上述色谱条件下,10种硝基苯类化合物均得到较好的分离,全程分离时间28min,分离效果见图1.

组分出峰顺序及保留时间：硝基苯(5.199min)、间硝基氯苯(7.880min)、对硝基氯苯(8.095min)、邻硝基氯苯(8.296min)、对二硝基苯(12.420min)、间二硝基苯(12.890min)、邻二硝基苯(13.384min)、2,4-二硝基甲苯(14.801min)、2,4-二硝基氯苯(15.480min)、2,4,6-三硝基甲苯(19.749min)。
图1可以看出，硝基苯类化合物色谱峰峰形比较尖锐，柱效较果比较好；硝基氯苯的三种同分异构体保留时间比较靠近，有必要展开其分离度计算如图2，根据分离度计算公式：Rs=2×(T₂－T₁)/(Y₁＋Y₂)得，间硝基氯苯与对硝基氯苯分离度Rs=6.1>1.5(间硝基氯苯T₁=7.880，Y₁=0.0349对硝基氯苯T₂=8.095，Y₂=0.0357)；对硝基氯苯与邻硝基氯苯分离度，Rs=4.9>1.5(对硝基氯苯T₁=8.095，Y₁=0.0357，邻硝基氯苯T₂=8.269，Y₂=0.0347)，其分离度都大于1.5, 分离效果理想。见图2


2.2方法精密度和检出限

我国地表水环境质量标准GB 3838-2002中规定集中式地表水源地硝基苯的标准限值为0.017mg/L，2,4-二硝基甲苯为0.0003mg/L，硝基氯苯为0.05mg/L，2,4-二硝基氯苯为0.5 mg/L，二硝基苯为0.5 mg/L，2,4,6-三硝基甲苯为0. 5mg/L。据此设定校准曲线范围，对校准曲线系列中硝基苯、邻硝基氯苯、间硝基氯苯、对硝基氯苯、邻二硝基苯、间二硝基苯、对二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯，浓度分别为100μg/L、10μg/L、10μg/L、10μg/L、10μg/L、10μg/L、10μg/L、10μg/L、10μg/L、10μg/L、50μg/L的混合标准样品重复实验7次,做精密度实验。
样品系列经稀释,萃取浓缩后气相色谱分析,以仪器恰能产生与噪音相区别的响应信号时(一般为噪音的2倍以上),所需进入色谱柱的物质最小量作为该方法的检出限。其检出限见表1。


2.3溶液pH值的影响
取混合标准溶液中间液，以纯水配制三份相同浓度的平行样A、B、C，其中A样加酸调至pH <2，B样加NaOH调至pH=10，分别经20ml苯的萃取液萃取10min 以后进行GC分析。实验结果表明, 硝基苯类及氯苯类化合物各组分受溶液pH 值的影响较不明显。

2.4回收率的测定

取水样各200ml，加入混合标准溶液中间液配制成低、中二种浓度的加标水样,测定回收率,结果见表3。各化合物的加标回收率在80%～105%之间,回收率较好,可满足实际需要。


3结论

建立了苯萃取、毛细管柱气相色谱电子捕获检测器定量检测水中十种硝基苯类化合物的分析方法；检出限大大低于GB13194-91规定的检出限；回收率均大于80 %。