宋秦平，沈秀娥，劉保獻，宋程，王小菊，石愛軍，張琳

（北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心，北京 100048）

分析與檢測

頂空-氣相色譜法測定水中苦味酸

宋秦平，沈秀娥，劉保獻，宋程，王小菊，石愛軍，張琳

（北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心，北京 100048）

建立了頂空-氣相色譜法測定水中苦味酸的基本方法，運用苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應，經(jīng)頂空進樣器直接進樣，保留時間定性，外標法定量，得到了較好的分離效果，以及較高的靈敏度、精密度和回收率。該方法在0～50 μg/L范圍內線性良好（R=0.999 2），檢出限為0.18 μg/L，相對標準偏差為1.76%～4.29%，加標回收率為91.22%～108.95%，適合生活飲用水及其水源地水和廢水中苦味酸的測定。

頂空-氣相色譜法；電子捕獲器；苦味酸；次氯酸鈉

苦味酸（2，4，6-三硝基苯酚）俗稱黃色炸藥，主要用于制造爆炸物、農(nóng)業(yè)用殺菌劑和除霉劑、醫(yī)用收斂劑、照片沖印藥品、以及紅光硫化黑等棉紡織品染色劑。長期接觸苦味酸或一次性接觸量過多，會導致頭痛頭暈、惡心嘔吐、腹瀉、食欲減退和發(fā)熱等癥狀。GB3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》中將苦味酸列為了集中式生活飲用水地表水源地40個特定項目之一，并明確了其標準限值為0.5mg/L［1］。

目前，水中苦味酸的測定方法主要有光度法［2-4］、高效液相色譜法［5］和氣相色譜法［6］?？辔端嵩跍y定過程中多采用毒性較強的苯等有機試劑作為萃取劑，在試驗過程中易造成環(huán)境的二次污染，且對實驗員的身體健康造成危害。本研究采用頂空直接進樣方式，避免了萃取劑的使用，同時簡化了樣品的前處理程序。在文獻［7-8］的基礎上，進一步細化了頂空-氣相色譜法測定水中苦味酸的分析條件。經(jīng)大量試驗數(shù)據(jù)證明，該方法具有較高的精密度和回收率，適用于大批量樣品的分析測定。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

氣相色譜儀；彈性石英毛細管色譜柱（30.0 m× 320 μm×0.25 μm）；頂空進樣器。

苦味酸標準溶液（0.1 mg/mL）；次氯酸鈉（分析純，有效氯≥10.0%）。

1.2 儀器條件

氣相色譜工作條件：起始柱溫50℃，保持4 min，然后以10℃/min的速率升溫至150℃，在溫度為120℃的條件下保持運行1 min。進樣口溫度為250℃，檢測器溫度為300℃，載氣（N2）流速為1.0 mL/min。

頂空進樣器工作條件：平衡溫度為80℃，進樣溫度為90℃，平衡時間為30 min，進樣時間為1 min，進樣量為1 mL，儀器穩(wěn)定時間為0.2 min。

1.3 試驗方法

苦味酸與次氯酸鈉反應會生成氯化苦、氯化鈉、碳酸鈉和水。利用氣相色譜法對苦味酸進行測定主要依靠電子捕獲器對苦味酸與次氯酸鈉的衍生產(chǎn)物氯化苦（三硝基甲烷，NO3CCl3）的測定。從反應原理分析，影響最終結果的因素主要有次氯酸鈉投加量、反應時間以及頂空進樣器的平衡溫度和平衡時間。因此，本研究采用單因素試驗方法，最終確定水中苦味酸的最優(yōu)檢測條件。

2 結果與討論

2.1 單因素影響試驗

2.1.1 次氯酸鈉投加量

不同濃度苦味酸會消耗不同量的次氯酸鈉，本試驗對含有5、50 μg/L苦味酸的水樣分別進行試驗。在10 mL水樣中加入次氯酸鈉溶液，室溫下反應50 min后，經(jīng)頂空進樣器在60℃平衡溫度下平衡30 min后，利用氣相色譜儀對生成的氯化苦進行測定，結果如圖1所示。

圖1 次氯酸鈉投加量對苦味酸衍生化反應的影響Fig.1 Effect of sodium hypochlorite dosage on derivatization of picric acid

由圖1可知，次氯酸鈉投加量對5 μg/L苦味酸的影響明顯小于50 μg/L苦味酸，隨著次氯酸鈉投加量的增加，氯化苦的響應值也隨之增加，在投加量為2 mL時趨于平緩，因此，從節(jié)約成本的角度考慮，選擇次氯酸鈉投加量為2 mL。

2.1.2 衍生化反應時間

苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應需要一定的反應時間，時間過短會使衍生化反應進行得不充分，時間過長則會造成浪費。取含有50 μg/L苦味酸的水樣10 mL，加入2 mL次氯酸鈉，在室溫下進行試驗，考察反應時間的影響，經(jīng)頂空進樣器在60℃平衡溫度下平衡30 min后，利用氣相色譜儀對生成的氯化苦進行測定，結果如圖2所示。

圖2 反應時間對苦味酸衍生化反應的影響Fig.2 Effect of reaction time on derivatization of picric acid

由圖2可知，氯化苦的響應值隨反應時間的延長而增大，在40 min后趨于穩(wěn)定，50 min時出現(xiàn)最大值，因此，選擇最佳反應時間為40 min。

2.1.3 頂空進樣器平衡溫度

在苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應中，溫度對試驗結果有很大影響。溫度過低會使反應速率減慢，反應完全需要更長時間；溫度過高使得反應速率加快，反應程度會出現(xiàn)一定偏差而造成數(shù)據(jù)準確性降低。同時，頂空加熱箱溫度必須比樣品瓶中任何溶劑的沸點低10℃，否則就可能使頂空瓶瓶蓋和隔墊泄漏或迸開，樣品壓力傳輸線也會受到污染。

在次氯酸鈉投加量為2 mL，室溫下反應40 min的條件下，采用10 mL質量濃度為50 μg/L苦味酸水樣進行試驗，分別選擇50、60、70、80、90℃為頂空進樣器平衡溫度，利用氣相色譜儀對生成的氯化苦進行測定，結果如圖3所示。

由圖3可知，氯化苦的響應值在平衡溫度為80℃時達到最大，之后出現(xiàn)減小趨勢，因此，選擇最佳頂空進樣器的平衡溫度為80℃。

2.1.4 頂空進樣器平衡時間

頂空進樣器平衡時間會影響苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應。向質量濃度分別為5、50 μg/L苦味酸水樣中加入2 mL次氯酸鈉，室溫下反應40 min，在頂空進樣器下平衡溫度為80℃的條件下，利用氣相色譜儀對生成的氯化苦進行測定，結果如圖4所示。

圖3 平衡溫度對苦味酸衍生化反應的影響Fig.3 Effect of equilibrium temperature on derivatization of picric acid

圖4 平衡時間對苦味酸衍生化反應的影響Fig.4 Effect of equilibrium time on derivatization of picric acid

由圖4可知，頂空進樣器的平衡時間越長，氯化苦的響應值越大。苦味酸質量濃度為5 μg/L的水樣在80 min后氯化苦的響應值趨于穩(wěn)定，而含有50 μg/L苦味酸的水樣在100 min后響應值仍處于緩慢增加中?？紤]到低濃度樣品在平衡時間為30 min的條件下，氯化苦的響應值已經(jīng)達到方法檢出限的相關要求，因此，選擇最佳頂空進樣器的平衡時間為30 min。

經(jīng)過篩選后，在苦味酸的質量濃度為50 μg/ L，次氯酸鈉投加量為2 mL，室溫下反應40 min，頂空進樣器平衡溫度為80℃，平衡時間為30 min的條件下，得到衍生化產(chǎn)物氯化苦的氣相色譜，結果如圖5所示。

2.2 標準工作曲線

準確移取0.5 mL苦味酸標準溶液（0.1 mg/mL）于5 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度線，配制成10 mg/L苦味酸標準使用液。

在裝有10 mL純水的頂空瓶中分別加入0、1、5、10、20、50 μL苦味酸標準使用液，配置成質量濃度依次為0、1、5、10、20、50 μg/L的系列標準溶液，經(jīng)氣相色譜儀測定后，繪制標準曲線，結果如圖6所示，其線性回歸方程為y=82.17 x-44.29，相關系數(shù)為0.9992。

圖5 苦味酸衍生化產(chǎn)物（氯化苦）氣相色譜Fig.5 Gas chromatography of derivatization product of picric acid（nitrochloroform）

圖6 苦味酸標準工作曲線Fig.6 Standard work curve of picric acid

2.3 方法的檢出限、精密度和回收率

2.3.1 方法的檢出限和測定下限

根據(jù)HJ 168—2010《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制修訂技術導則》中對檢出限的規(guī)定，在優(yōu)化的試驗條件下，選擇質量濃度為0.5 μg/L的苦味酸水樣進行7次平行試驗，計算相對標準偏差，從而得到方法的檢出限和測定下限，試驗結果如表1所示。

相關研究表明，非頂空進樣的氣相色譜法對苦味酸測定的檢出限在0.20～0.60 μg/L之間［6-7，9-10］，在GB/T 5750.8—2006《生活飲用水標準檢驗方法》中，苦味酸的檢出限為1.0 μg/L［6］。由表1可知，本方法的檢出限為0.18 μg/L，測定下限為0.71 μg/ L，滿足水質檢測要求，并且具有一定的分析優(yōu)勢。

2.3.2 方法的精密度

在優(yōu)化的試驗條件下分別取10 mL質量濃度為1、5、10 μg/L苦味酸水樣，進行3次平行試驗，結果如表2所示。在3個濃度水平下，本方法的相對標準偏差分別為4.28%、2.71%和1.76%，具有較好的精密度和準確度，滿足水質檢測相關要求。

表1 方法的檢出限和測定下限Tab.1 Detection limit and reliable quantitation limit of the method

表2 方法的精密度Tab.2 Precision of the experiment results

2.3.3 方法的回收率

相關研究表明，地下水中苦味酸的濃度極低，地表水中苦味酸的質量濃度在0～5.30 μg/L之間［9］，污水中苦味酸的質量濃度在3.80～10.12 μg/L之間［7，10］。采集北京市地表水、地下水和生活污水進行加標回收率的測定，分別取1、5、10 μL苦味酸標準使用液至10 mL水樣中，配制成加標濃度為1、5、10 μg/L的不同水樣，在優(yōu)化的試驗條件下進行3次平行試驗，結果如表3所示。

表3 苦味酸加標回收率測定結果Tab.3 Result of adding standard recovery determination of picric acid

由表3可知，方法的加標回收率在91.22%～108.95%之間，且各類水樣中苦味酸的濃度均遠低于GB 3838—2002中的限值（0.5 mg/L）［1］，其中生活污水中苦味酸的質量濃度最高，為4.18 μg/L。此外，本研究選取的地表水和地下水均屬于飲用水源地水，因此苦味酸濃度較為接近，分別為0.76 μg/L和0.85 μg/L。

3 結論

采用頂空-氣相色譜法檢測水中苦味酸切實可行，該方法既簡化了樣品的前處理程序，省去了溶劑萃取過程，同時降低了水體和有機試劑基質對儀器測定的干擾，具有快速準確、操作簡單、衍生化反應較為徹底等特點。該方法檢出限低、精密度高、回收率在91.22%～108.95%之間，適合生活飲用水及其水源地水和生活污水中苦味酸的測定。

［1］中華人民共和國環(huán)境保護部，中華人民質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.地表水環(huán)境質量標準：GB 3838—2002［S］.北京：中國標準出版社，2002.

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［4］沈愛寶，章竹君.4-甲基傘形酮熒光猝滅法測定苦味酸［J］.分析化學，1996，（5）：569-571.

［5］劉燕，于偉浩，錢玉萍.高效液相色譜法測定工業(yè)廢水中的硝基苯酚［J］.工業(yè)水處理，2008，27（12）：63-65.

［6］中華人民共和國衛(wèi)生部.生活飲用水標準檢驗方法有機物指標：GB/T 5750.8—2006［S］.北京：中國標準出版社，2007.

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［8］張建榮，陳默.頂空-氣相色譜法測定水中的苦味酸［J］.寧夏農(nóng)林科技，2013，54（5）：94-96.

［9］陸梅，丁長春.次氯酸鈉衍生-氣相色譜法測定水中苦味酸［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2012，24（1）：50-52.

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Determination of picric acid in water by headspace-gas chromatography

SONG Qin-ping，SHEN Xiu-e，LIU Bao-xian，SONG Cheng，WANG Xiao-ju，SHI Ai-jun，ZHANG Lin
（Beijing Municipal Environmental Monitoring Center，Beijing 100048，China）

A basic method of headspace-gas chromatography was established for the determination of picric acid in water.Based on the derivatization of picric acid and sodium hypochlorite with direct injection by headspace samplar，characterized with retention time and quantified with external standard method，a good separation effect with high sensitivity，high precision and high recovery rate was obtained.The method showed a good linearity at the range of 0-50 μg/L（R=0.999 2），and its detection limit was 0.18 μg/L，the relative standard deviation was 1.76%-4.29%，the adding standard recovery rate was 91.22%-108.95%.It could be seen that，the said method was suitable for the determination of picric acid in drinking water，source water and wastewater.

headspace-gas chromatography；ECD；picric acid；sodium hypochlorite

TU991.21

A

%1009-2455（2016）05-0084-04

宋秦平（1988-），女，北京人，碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作，（電子信箱）migoux@163.com；通訊作者：劉保獻（1983-），男，山東濟寧人，高級工程師，碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作，（電子信箱）liubaoxian28@163.com。

2016-06-07（修回稿）