液液萃取-氣相色譜法測定水中硝基苯類化合物

薛智鳳 胡智杰 楊 春 侯 莎 王高紅

(陜西省地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)中心 ， 西安 710000)

硝基苯類化合物廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)染料、香料、炸藥等有機(jī)合成工業(yè)，水中存在的硝基苯類物質(zhì)會影響水體的自凈你能力，該類化合物在水中具有極高的穩(wěn)定性[1]，很難被生物降解[2]，且毒性大，有致癌、致畸、致突變風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重危害人類健康[3]。目前水中硝基苯類化合物的測定主要采用氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)樸法，樣品前處理方法主要有液液萃取、固相萃取、固相微萃取等[4]。氣相色譜-質(zhì)樸法測定水中硝基苯類化合物，使用的試劑均有一定的毒性，對健康具有潛在的危害，而固相萃取和固相微萃取處理時(shí)間較長且不經(jīng)濟(jì)。

本實(shí)驗(yàn)以二氯甲烷作為萃取劑，采用液液萃取氣相色譜法對生活污水中硝基苯類化合物進(jìn)行測定，以HP-5毛細(xì)管色譜柱進(jìn)行分離，氫火焰離子化檢測器進(jìn)行檢測，以保留時(shí)間定性，外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線定量(各組分濃度對對應(yīng)峰面積值)。該方法分析時(shí)間短，準(zhǔn)確度好(8種硝基苯類化合物加標(biāo)回收率為81%～112%)，精密度高(RSD均小于15%)。同時(shí)對萃取條件(PH值、萃取次數(shù)、萃取時(shí)間)進(jìn)行了優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

氣相色譜是利用物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異來實(shí)現(xiàn)混合物的分離。其原理是待分析樣品汽化后被惰性氣體帶入色譜柱，化合物的分子受到柱壁或柱中填料的吸附，與固定相發(fā)生相互作用做相對運(yùn)動(dòng)，在色譜柱中由于樣品中各組分的沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，不同物質(zhì)受到的吸附強(qiáng)度不同，相互作用的大小強(qiáng)弱也有差異，在固定相、流動(dòng)相間具有不同的分配系數(shù)，分子通過色譜柱的速率不同，化合物在兩相中經(jīng)反復(fù)多次地分配，在固定相中的滯留時(shí)間不同，從而按先后順序從固定相中流出。各組分分離開來后進(jìn)入檢測器產(chǎn)生相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出，電信號大小與被測組分的量或濃度成正比。

1.2 試劑及要求

8種硝基苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(北京曼哈格生物科技有限公司):1000μg/mL；二氯甲烷(Grace chemical technology co.LTD)：色譜純、無水硫酸鈉(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)：優(yōu)級純。

1.3 儀器及設(shè)備

Agilent 7890GC氣相色譜儀：具氫火焰離子化檢測器、Agilent 7693自動(dòng)進(jìn)樣器、 Agilent HP-5色譜柱；RE52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)；MTN-5800A氮吹儀(天津奧特賽恩斯儀器有限公司)；100μL、10μL微量注射器。

1.4 色譜條件

柱溫：60℃保持4min，以20℃/min升溫至220℃，保持3min；FID檢測器溫度：250℃；氣化室溫度：230℃；載氣流量：1mL/min；氫氣流量：30mL/min；空氣流量：400mL/min；尾吹氣20mL/min；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量：1.0μL。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

取500mL水樣，加入25mL二氯甲烷，震蕩3min，靜置3min后，收集下層萃取液。重復(fù)萃取一次，合并萃取液，經(jīng)無水硫酸鈉脫水用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至1mL[5]，上機(jī)進(jìn)行分析測試。

2 萃取條件的優(yōu)化

2.1 PH值對回收率的影響

同時(shí)取3組500mL的水樣，分別加入鹽酸和氫氧化鈉水溶液，調(diào)節(jié)水樣PH值依次為4.0、6.0、7.0、8.0、10.0，萃取濃縮后，進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)表明，酸堿強(qiáng)度對萃取回收率影響很小，因此本實(shí)驗(yàn)中萃取條件選擇中性條件。

2.2 萃取次數(shù)及萃取時(shí)間對回收率的影響

25mL二氯甲烷，分2次對500mL水樣進(jìn)行萃取，收集下層萃取液。再重復(fù)萃取一次，合并萃取液，上機(jī)進(jìn)行分析測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明萃取劑分兩次萃取，目標(biāo)物質(zhì)的回收率在81%～112%(表3)，準(zhǔn)確度能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，效果明顯好于1次萃取的結(jié)果，因此本實(shí)驗(yàn)中選擇 25mL二氯甲烷分2次萃取。萃取中對水樣震蕩3min多次放氣后，對水樣分別靜置2min、3min、4min后，重復(fù)萃取一次對萃取液進(jìn)行分析，各目標(biāo)物質(zhì)的回收率分別為60%～120%、70%～130%、80%～136%，靜置3min水相與有機(jī)相兩相已完全分層，目標(biāo)物質(zhì)回收率能滿足準(zhǔn)確度要求，因此實(shí)驗(yàn)中選擇3min為萃取靜置 時(shí)間。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別取0、2、5、10、15、20、100μL的8種硝基苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液至7個(gè)2mL的樣品瓶中，用二氯甲烷將其稀釋成質(zhì)量濃度為0、2、5、10、15、20及100μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列。在上述色譜條件下進(jìn)行分析，根據(jù)各組分質(zhì)量濃度和峰面積(或峰高)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，8種化合物標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)性良好，方程相關(guān)系數(shù)最低為1,3,5-三硝基甲苯(0.9984)。進(jìn)一步按照與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的色譜條件和步驟，測定試樣濃度，以保留時(shí)間定性，對應(yīng)峰面積值定量。取500mLⅡ級去離子水，按方法檢出限2～5倍的量加入8種硝基苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液制備水樣，經(jīng)過前處理后對樣品進(jìn)行不小于7次的平行測定，根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，按式(1)計(jì)算方法檢出限，檢出限的4倍值為檢出下限，結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程、相關(guān)系數(shù) mg/L

MDL=t(n-1,0.99)×S

(1)

式中：n為樣品測定次數(shù)；t為自由度為n-1，置信度為99%時(shí)的t分布，7次平行測定時(shí)t=3.143；S為7次平行測定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

結(jié)果表明個(gè)化合物的檢出限、測定下限、標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)均符合環(huán)境部最新標(biāo)準(zhǔn)HJ 592-2010標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3.2 色譜柱分離效果

在上述所給的色譜分析條件下，取8種硝基苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣分析，各化合物的保留時(shí)間分別為8.806、9.464、9.769、9.908、11.584、12.034、12.972和13.073(圖1)，由圖1可知，在上述色譜條件下，14min內(nèi)可完成測定過程，8種硝基苯類化合物有分離，分離效果較好，峰形良好。

圖1 8種硝基苯類化合物標(biāo)準(zhǔn)色譜圖

3.3 精密度的測定

以某一濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液在同一條件下連續(xù)進(jìn)樣7次，測定8種硝基苯類化合物的精密度，結(jié)果表明，8種硝基苯類化合物濃度的測定結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.1%～2.8%，小于15%，精密度好(表2)。 在相同色譜條件下，對8種硝基苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，結(jié)果表明所測8種化合物濃度均在范圍內(nèi)。

表2 8種硝基苯類化合物的精密度 (t=3.143) mg/L

3.4 加標(biāo)回收率

對所采的4個(gè)點(diǎn)位的生活污水，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行分析，對8種硝基苯化合物的檢測結(jié)果均為未檢出，對其中一個(gè)點(diǎn)位水樣進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。取500mL待測水樣加入濃度為200μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液60μL，同時(shí)做3組平行，測定其濃度，計(jì)算加標(biāo)回收率。再取500mL待測水樣加入75 μL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，同時(shí)做3組平行，測定其濃度，計(jì)算兩梯度三平行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)回收率。8種硝基苯類化合物濃度的測定結(jié)果及加標(biāo)回收率為81%～112%，結(jié)果見表3 。

表3 8種硝基苯類化合物的準(zhǔn)確度 mg/L

以二氯甲烷作為萃取劑，采用液液萃取氣相色譜法對生活污水中硝基苯類化合物進(jìn)行測定，以HP-5毛細(xì)管色譜柱進(jìn)行分離，氫火焰離子化檢測器進(jìn)行檢測，以保留時(shí)間定性，外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線定量(各組分濃度對對應(yīng)峰面積值)。該方法分析時(shí)間短，準(zhǔn)確度好(8種硝基苯類化合物加標(biāo)回收率介于81%～112%)，精密度高(RSD均小于15%)。同時(shí)對萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酸堿強(qiáng)度對萃取回收率影響很小，本實(shí)驗(yàn)中萃取條件可選擇中性條件；萃取劑分2次萃取待測水樣進(jìn)行萃取，效果明顯好于1次萃取的結(jié)果，目標(biāo)物質(zhì)的回收率、準(zhǔn)確度均能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，萃取中水樣靜置時(shí)間選擇3min，水相與有機(jī)相兩相已完全分層，目標(biāo)物質(zhì)回收率能滿足準(zhǔn)確度要求。