气相-动态顶空进样-气相色谱/质谱法间接测定饮用水源水中苦味酸

张 红，赖永忠，刘 莺，郭 岩

（1.汕头市环境保护研究所，广东 汕头 515041；2.汕头市环境保护监测站，广东 汕头 515041）

0 引 言

苦味酸即2，4，6-三硝基苯酚，主要用于爆炸物、杀菌剂、除霉剂、收敛剂及氯化苦的制造等[1]，可导致皮肤、眼睛和呼吸道疾病的发生，长期接触还会引起头痛、头晕、恶心、呕吐、食欲下降、腹泻及发热等症状，甚至会损伤肝和肾等[2]。我国已把苦味酸列为集中式生活饮用水地表水源地特定项目之一，其标准限值为0.5mg/L[3]。已报道苦味酸测定的方法有直接液液萃取-分光光度法[4]、苦味酸盐-直接比色法[5]、衍生物-液液萃取-分光光度法[6]、缔合物-液液萃取-分光光度法[7]、结晶紫缔合物-浮选分光光度法[8]、阴离子交换树脂富集-树脂相分光光度法[9]、荧光光度法[10]、光致发光淬灭法[11]、免疫分析法[12]、电化学法[13]、电导滴定法[14]、衍生物-液液萃取-气相色谱法[1，15-16]、衍生物-顶空固相微萃取-气相色谱/质谱法[17]、样品直接过滤-液相色谱法[18]和直接萃取-高效液相色谱法[19]等。上述方法分析步骤繁琐，过多的人工操作易导致测定结果不确定性大，且不容易实现自动化分析。

我国目前用于地表水和饮用水源水中苦味酸测定的标准方法[16]为衍生物-液液萃取-气相色谱法，即通过测定苦味酸与次氯酸钠的反应产物-氯化苦（即硝基三氯甲烷），来间接测定苦味酸。氯化苦可用顶空固相微萃取法[17]和吹脱捕集法[20]等预处理，国家标准方法[16]和一些文献[1，15]用苯或正己烷等有机溶剂作为氯化苦的萃取溶剂，这些试剂的使用会污染环境，对分析人员的健康很不利。

动态顶空进样技术是一种环保的样品前处理技术，无需有机萃取溶剂；相对于吹脱捕集法，因吹脱气针头无需插入样品内部进行吹脱，有利于避免复杂样品对样品前处理仪器管路的污染，特别是会起泡的样品。因此，本研究对气相-动态顶空进样法在饮用水源水中苦味酸间接测定中的运用进行探讨。

1 实验部分

1.1 仪器及其工作条件

GCMS-QP2010 Ultra气相色谱/质谱联用仪（日本 Shimadzu 公司）；DB-5MS（30m×0.25mm×0.5μm）石英毛细管色谱柱（美国Agilent公司）；HS9000型静态/动态一体顶空自动进样器（美国EST公司）。

气相色谱条件：汽化室温度250℃，柱流量1.5 mL/min，线速度 44.3cm/s，流量控制方式为恒线速度；柱温40℃保持10min，以5℃/min升至105℃。载气为高纯氦气，分流比5∶1。

质谱条件：接口温度250℃；电子轰击离子源（200℃，70eV）。

气相-动态顶空进样条件：样品平衡过程中采用中速旋转混合模式，吹脱针就位时间10s，阀箱和传输线温度分别为150℃和155℃，待机时吹脱气流速为20mL/min；预捕集阱及捕集阱的待机温度和捕集阱干吹温度均为40℃，捕集阱干吹时间1.0min，吹脱气和干吹气的流速保持一致，捕集阱烘烤时的反吹气流速为60mL/min。其他参数优化后确定。

1.2 试剂

100mg/L苦味酸标液（美国AccuStandard公司）；活性氯含量≥7.5%的分析纯次氯酸钠（广州化学试剂厂）；农残级甲醇（美国Supelco公司）；分析纯NaCl（广州化学试剂厂）；实验用水为超纯水。

1.3 实验方法

取8.0mL水样于加有适量NaCl的20 mL钳口顶空瓶中，用带聚四氟乙烯垫片的铝盖钳压密封，混匀样品使所加NaCl溶解。用一次性医用2.5mL塑料注射器吸取2.0mL次氯酸钠溶液，次氯酸钠溶液打入装有样品的20mL钳口顶空瓶，充分混匀。准备好的样品放入HS9000型静态/动态一体顶空自动进样器的样品盘，按设定的程序进行气相-动态顶空进样，并用气相色谱/质谱法进行定性和定量分析。

2 结果与讨论

2.1 苦味酸的定性与定量分析

纯水中添加苦味酸标准溶液和次氯酸钠溶液后，反应产物氯化苦用气相-动态顶空进样-气相色谱/质谱法测得的色谱图见图1；利用NIST147标准谱库对各色谱峰进行检索并定性，图1中第7号峰的质谱图见图2，NIST147标准谱库中氯化苦质谱图见图3。氯化苦的定性易受四氯化碳的影响，m/z61可作为氯化苦区别于四氯化碳的特征离子[17]；同时，在相同的色谱条件下，可根据四氯化碳及其他56种挥发性有机物的出峰时间[21]与氯化苦不同，从而排除它们对氯化苦的定性及定量干扰，最后确定氯化苦的保留时间为8.310 min。氯化苦的监测离子为m/z 117，119，82 和 61，其中 m/z117 为定量离子。

2.2 气相-动态顶空进样条件优化

以下实验对水样与次氯酸钠的体积比例、样品盐度和动态顶空进样条件（平衡温度、平衡时间、吹脱气流量、吹脱捕集时间、解析温度、解析时间）等影响方法灵敏度的主要因素进行优化。优化过程所用样品为浓度为10.0μg/L纯水加标水样。

2.2.1 水样与次氯酸钠体积比例的选择

有报道[15]认为，水样与次氯酸钠的体积比例介于 10∶1～5∶1 时，氯化苦的产率较高，且反应较恒定。次氯酸钠溶液加入量设为1.0～5.0mL（即水样与次氯酸钠的体积比例为1∶1～9∶1），次氯酸钠溶液和样品的总体积为10.0mL。结果表明氯化苦产量随次氯酸钠溶液加入量（2.0～5.0mL）的增加而下降，添加量为 1.0，3.0，4.0 和 5.0 mL 的结果分别是 2.0 mL 的79%、83%、54%和41%。本研究选择8mL水样中加入2mL次氯酸钠，水样与次氯酸钠的体积比例与文献报道[1，15-16]的 5∶1 接近。

图1 苦味酸与次氯酸钠的反应产物-氯化苦的色谱图

图2 苦味酸与次氯酸钠的反应产物-氯化苦的质谱图

图3 NIST147标准谱库中氯化苦质谱图

2.2.2 样品平衡温度的选择

研究表明，10～30℃的反应温度有利于苦味酸与次氯酸钠反应的进行，过高的反应温度会降低次氯酸钠的氧化性，从而影响反应的进行[15]，我国标准方法[16]则使用室温条件。另研究表明，当次氯酸钠溶液加热至50℃并保持30min时，其有效氯的下降程度与不加热对照组的结果并无显著差异[23]；同时，次氯酸钠溶液加热至80℃并保持6h，有效氯的下降幅度只约为 0.35%[23]。

不同平衡温度（50～70℃）对氯化苦吹脱捕集效率影响的研究结果表明，50℃和60℃的结果接近，约为70℃的4倍。过高的平衡温度所产生的大量水蒸气进入分析仪器，会影响捕集阱的吸附性能，且会损伤气相色谱/质谱联用仪的色谱柱及离子源灯丝，因此选择平衡温度为50℃。

2.2.3 样品平衡时间的选择

用衍生物-液液萃取法测定苦味酸时，苦味酸与次氯酸钠的充分反应需一定时间，文献[1，15-16]选择30～50min的反应时间。顶空法用于分析样品时，需适当提高平衡时间，以获得较稳定的目标物在样品液相与气相间的动态平衡，使得目标物在气相空间的浓度达到最大。实验表明，当平衡温度为50℃时，平衡时间为30，40，50 min的结果分别是20 min的98.5%、73.2%和 69.5%。为了使更高浓度样品获得充分的平衡，后续试验选择平衡时间为30min。

2.2.4 样品盐度的选择

在顶空进样方法中，适当增加样品的盐度可提高目标物在气相空间的浓度[21]。同时，NaCl的加入对次氯酸钠的稳定性有帮助[23]。在8 mL样品中添加0.80～3.00 g NaCl（即样品盐度为10%～37.5%），结果表明，在 0.8～3.00 g范围内氯化苦的吹脱捕集效率随盐度增加而上升，NaCl添加量为3.00 g时效果最好。

2.2.5 吹脱气流量及吹脱时间的选择

当吹脱气流量为40mL/min时，在2～20min的吹脱捕集时间下，氯化苦的吹脱捕集效率随吹脱捕集时间的延长而下降。当吹脱捕集时间为2min时，吹脱气流量为60mL/min的氯化苦吹脱捕集效率高于40mL/min和80mL/min吹脱气流量。因此，选择吹脱气流量及吹脱捕集时间分别定为60mL/min和2min。

2.2.6 解析温度及解析时间的选择

仪器的最高解析温度和烘烤温度分别为260℃和270℃。不同的解析温度（200～260℃）和解析时间（3min和5min）对目标物响应值并无明显影响；在270℃的烘烤温度下，5 min的烘烤时间可使捕集阱吸附的目标物残留完全解吸附。为了使更高浓度样品的解析完全和捕集阱无目标物残留，解析温度、解析时间、烘烤温度和烘烤时间分别选择260℃、5min、270℃和 5min。

2.3 线性范围、精密度和检出限

标准曲线浓度点设置为 0.00，1.00，2.50，5.00，10.00，20.00μg/L，得到线性拟合方程为 y=2686x+236，r=0.9993。测定 7个浓度为 1.00μg/L的纯水加标水样，测得值分别为 1.18，0.96，1.08，0.92，0.88，0.85，1.10μg/L，统计测得值的标准偏差 s为 0.125 μg/L，相对标准偏差RSD为12.5%。以标准偏差s的3.143倍作为方法检出限[24]，结果为 0.40μg/L，低于国家标准方法[16]0.001mg/L的最低检出限，远低于集中式生活饮用水地表水源地苦味酸标准限值（0.5 mg/L）[10]。对7 个浓度分别为 2.50 μg/L 和 10.0 μg/L 的独立纯水加标水样进行测定，测得均值分别为2.35μg/L和11.41μg/L，RSD 分别为 9.2%和 10.5%。

2.4 饮用水源水实际样品测定

用气相-动态顶空进样-气相色谱/质谱法（D-HSGC/MS）对广东省潮州市庵埠断面水样和汕头市秋风水库取水口断面水样所含苦味酸进行间接测定。结果表明，两处饮用水源水的水样所含苦味酸均小于方法检出限，当实际样品加标量为2.50，5.00和10.0 μg·L-1时，加标回收率介于 102%～131%，对应的 RSD 介于 3.5%～16.6%，如表 1所示。

表1 饮用水源水实际样品测定结果（n=3）1）

2.5 注意事项

苦味酸和次氯酸钠的反应时间过长，会导致结果偏大[15]，因此，同一批次的上机样品不宜太多，否则影响方法的准确性和精密性。捕集阱的吸附性能会随样品测定数量的增加而明显下降，上机测试的样品较多时，应间隔几个样品老化一次捕集阱，每天至少进行一次长时间的捕集阱老化。次氯酸钠的有效氯含量对氯化苦的形成有影响，绘制标准曲线和测定样品时，应尽量用同一瓶次氯酸钠溶液。

3 结束语

气相-动态顶空进样-气相色谱/质谱法（D-HSGC/MS）用于饮用水源水中苦味酸的监测分析，具有不需有毒的有机萃取溶剂、减少人为参与、释放劳动力的优点，方法检出限（0.00040mg/L）优于国家标准方法的0.001mg/L最低检出限，满足GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中0.5 mg/L限值要求，可用于饮用水源水中苦味酸的间接测定，适合推广使用。

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