静态顶空-气相色谱质谱法测定地表水中硝基苯、硝基甲苯和硝基氯苯的研究

肖建伟

（云南省生态环境厅 驻文山州生态环境监测站，云南 文山 663099）

硝基苯类作为一类重要化工原料被广泛应用于医药、染料、炸药等工业生产中，其具有高毒性，易对生物及人类健康造成致癌，致畸等危害，是水体环境重要污染物之一[1-3]。目前，测定硝基苯类化合物的方法主要有液液萃取-气相色谱法、固相萃取-气相色谱质谱法和顶空气相色谱法等[4-7]，液液萃取前处理过程需要使用大量的有机溶剂，容易造成有机物二次污染，而固相萃取不仅填料成本较高，而且其操作步骤繁琐、周期长。静态顶空气相色谱质谱法具有分析速度快，操作简单，试剂消耗少，高灵敏度和精密度等优点，具有良好的应用前景。笔者建立了利用静态顶空-气相色谱质谱法测定地表水中的硝基苯，硝基甲苯和硝基氯苯化合物，通过对实际样品分析及加标回收率验证，证明该方法能够满足地表水中3 种硝基苯类有机化合物的快速分析要求。

1.1 仪器、试剂及仪器工作条件

7890B/5977B 型气相色谱质谱仪（安捷伦科技有限公司）；
7697A 型顶空进样器（安捷伦科技有限公司）；
毛细管气相色谱柱HP-INNOWAX（30m×0.32mm×0.50μm，安捷伦J&W）；
22mL 透明圆底顶空样品瓶。

15 种硝基苯标准溶液（1000μg·mL-1，AccuStandard，编号CUS-00001986），使用时甲醇溶剂配制为10μg·mL-115 种硝基苯标准使用溶液；
内标1,2-二氯苯d4（200ppm，AccuStandard，编号：M-624-SS-11-10X），使用时甲醇溶剂配制为2μg·mL-1内标使用溶液；
NaCl（GR 国药集团化学试剂有限公司），经400℃烧结4h；
实验用水为超纯水（自制）；
甲醇（色谱纯 默克公司）。

顶空条件 顶空瓶平衡温度为85℃，定量环温度为105℃，传输线温度为150℃；
平衡时间为20min，进样时间0.5min，顶空瓶压力12psi，GC 循环时间35min。

色谱质谱条件 60℃保持0min，10℃·min-1升温至200℃，15℃·min-1升温至250℃，保持5min；
柱流量为2.0mL·min-1。进样口温度250℃，分流进样（分流比为5∶1），载气为高纯N2（≥99.999%）。传输线温度150℃；
EI 离子源，电子能量70eV，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，Scan 和SIM 方式检测，扫描范围：45～300amu。

1.2 实验方法

1.2.1 标准曲线的配制 顶空瓶中加入适量的NaCl，移取10mL 超纯水，同时用微量进样针分别移取适量的标准使用液及10μL 内标使用液至瓶中配制成系列浓度依次为0.5、1.0、2.5、5.0、7.5、10μg·L-1的标准曲线溶液。

1.2.2 样品制备 移取10mL 水样于提前加入3.0g NaCl 的顶空瓶中，加入10μL 内标使用液，立即密封顶空瓶，按仪器工作条件进行测定。

2.1 静态顶空条件的优化

采用正交实验来分析最优的静态顶空条件，以响应值（峰面积）为目标值，确定平衡温度、平衡时间和加盐量3 个因素，每个因素设计4 个水平。按L16（43）正交实验表设计实验，每组实验进行3 次平行实验，取3 次测定结果的平均值，实验结果见表1。

表1 L16（43）正交实验水平因素表Tab.1 Horizontal factors of L16（43）orthogonal experiment

由表1 可见，3 个因素对结果的影响大小依次为加盐量＞平衡温度＞平衡时间，峰面积与加盐量、平衡温度呈现正相关，与平衡时间呈现负相关。基于上述结果，综合考虑分析时间和成本等因素，确定实验静态顶空条件为：平衡温度为85℃、平衡时间20min、加盐量为3.0g。

2.2 色谱行为

图1 为3 种硝基苯类化合物的气相色谱图。

图1 3 种硝基苯类化合物的色谱图Fig.1 Chromatogram of 3 nitrobenzene compounds

由图1 可见，3 种硝基苯类化合物及其异构体均能够有效分离，且峰型尖锐对称，无拖尾，出峰顺序依次为硝基苯（10.829min)、邻-硝基甲苯（11.299min)、间-硝基甲苯（11.882min)、对-硝基甲苯（12.311min)、间-硝基氯苯（12.653min)、对-硝基氯苯（13.082min)、邻-硝基氯苯（13.765min)。

2.3 标准曲线和方法的检出限

按照《环境监测 分析方法标准制订技术导则》（HJ 168-2020）的规定，对在纯水中加标浓度为2.0μg·L-1重复测定8 次，计算8 次平行测定值的标准偏差按如下公式计算方法检出限：

式中 MDL：方法检出限；
n：重复测定次数；
t：自由度为（n-1），置信度为99%时的t 分布；
S：n 次平行测定的标准偏差。

8 次测定结果相关参数见表2。

表2 线性参数、相关系数、检出限和测定下限Tab.2 Linear parameters,correlation coefficients,method detection limits and lower determination limits

由表2 可见，3 种硝基苯类化合物均具有良好的线性相关性，相关系数r2≥0.999，检出限在0.19～0.40μg·L-1之间。

2.4 精密度和回收率试验

按试验方法对含硝基苯、硝基甲苯和硝基氯苯化合物的试样进行测定，对低、中、高3 种不同浓度的标准溶液进行加标回收试验，重复测定8 次，测定结果见表3。

表3 方法的精密度和回收率试验（n=8）Tab.3 Precision and recovery test of the method（n=8）

由表3 可见，3 种不同水平浓度的相对标准偏差为2.2%～8.9%，加标回收率为88.8%～108.9%，精密度和加标回收率均令人满意，符合检测要求。

2.5 实际样品测试

应用本方法测定暮底河水库水源地中的硝基苯、硝基氯苯和硝基甲苯3 种化合物，该水体中均未检出该3 种硝基苯类化合物。同时对水样进行基体加标实验结果显示，该方法加标回收率范围为93.5%～113.1%，相对标准偏差范围为3.3%～5.1%，结果见表4。

表4 实际样品测定结果（n=7）Tab.4 Analytical results of practical samples（n=7）

建立了静态顶空-气相色谱质谱法快速测定地表水中硝基苯、硝基甲苯和硝基氯苯化合物的方法。优化静态顶空条件平衡温度为85℃、平衡时间为20min、加盐量为3.0g。该方法的相关系数r2＞0.999，检出限在0.19～0.40μg·L-1之间，相对标准偏差在2.2%～8.9%之间，加标回收率在88.8%～108.9%之间，结果令人满意。该方法具有快捷简便，无需前处理萃取，精密度和准确度可靠等优点，适用于水体环境中3 种化合物的快速检测。