顶空-气相色谱法测定水中苦味酸

宋秦平，沈秀娥，刘保献，宋程，王小菊，石爱军，张琳

（北京市环境保护监测中心，北京 100048）

分析与检测

顶空-气相色谱法测定水中苦味酸

宋秦平，沈秀娥，刘保献，宋程，王小菊，石爱军，张琳

（北京市环境保护监测中心，北京 100048）

建立了顶空-气相色谱法测定水中苦味酸的基本方法，运用苦味酸与次氯酸钠的衍生化反应，经顶空进样器直接进样，保留时间定性，外标法定量，得到了较好的分离效果，以及较高的灵敏度、精密度和回收率。该方法在0～50 μg/L范围内线性良好（R=0.999 2），检出限为0.18 μg/L，相对标准偏差为1.76%～4.29%，加标回收率为91.22%～108.95%，适合生活饮用水及其水源地水和废水中苦味酸的测定。

顶空-气相色谱法；电子捕获器；苦味酸；次氯酸钠

苦味酸（2，4，6-三硝基苯酚）俗称黄色炸药，主要用于制造爆炸物、农业用杀菌剂和除霉剂、医用收敛剂、照片冲印药品、以及红光硫化黑等棉纺织品染色剂。长期接触苦味酸或一次性接触量过多，会导致头痛头晕、恶心呕吐、腹泻、食欲减退和发热等症状。GB3838—2002《地表水环境质量标准》中将苦味酸列为了集中式生活饮用水地表水源地40个特定项目之一，并明确了其标准限值为0.5mg/L［1］。

目前，水中苦味酸的测定方法主要有光度法［2-4］、高效液相色谱法［5］和气相色谱法［6］。苦味酸在测定过程中多采用毒性较强的苯等有机试剂作为萃取剂，在试验过程中易造成环境的二次污染，且对实验员的身体健康造成危害。本研究采用顶空直接进样方式，避免了萃取剂的使用，同时简化了样品的前处理程序。在文献［7-8］的基础上，进一步细化了顶空-气相色谱法测定水中苦味酸的分析条件。经大量试验数据证明，该方法具有较高的精密度和回收率，适用于大批量样品的分析测定。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

气相色谱仪；弹性石英毛细管色谱柱（30.0 m× 320 μm×0.25 μm）；顶空进样器。

苦味酸标准溶液（0.1 mg/mL）；次氯酸钠（分析纯，有效氯≥10.0%）。

1.2 仪器条件

气相色谱工作条件：起始柱温50℃，保持4 min，然后以10℃/min的速率升温至150℃，在温度为120℃的条件下保持运行1 min。进样口温度为250℃，检测器温度为300℃，载气（N2）流速为1.0 mL/min。

顶空进样器工作条件：平衡温度为80℃，进样温度为90℃，平衡时间为30 min，进样时间为1 min，进样量为1 mL，仪器稳定时间为0.2 min。

1.3 试验方法

苦味酸与次氯酸钠反应会生成氯化苦、氯化钠、碳酸钠和水。利用气相色谱法对苦味酸进行测定主要依靠电子捕获器对苦味酸与次氯酸钠的衍生产物氯化苦（三硝基甲烷，NO3CCl3）的测定。从反应原理分析，影响最终结果的因素主要有次氯酸钠投加量、反应时间以及顶空进样器的平衡温度和平衡时间。因此，本研究采用单因素试验方法，最终确定水中苦味酸的最优检测条件。

2 结果与讨论

2.1 单因素影响试验

2.1.1 次氯酸钠投加量

不同浓度苦味酸会消耗不同量的次氯酸钠，本试验对含有5、50 μg/L苦味酸的水样分别进行试验。在10 mL水样中加入次氯酸钠溶液，室温下反应50 min后，经顶空进样器在60℃平衡温度下平衡30 min后，利用气相色谱仪对生成的氯化苦进行测定，结果如图1所示。

图1 次氯酸钠投加量对苦味酸衍生化反应的影响Fig.1 Effect of sodium hypochlorite dosage on derivatization of picric acid

由图1可知，次氯酸钠投加量对5 μg/L苦味酸的影响明显小于50 μg/L苦味酸，随着次氯酸钠投加量的增加，氯化苦的响应值也随之增加，在投加量为2 mL时趋于平缓，因此，从节约成本的角度考虑，选择次氯酸钠投加量为2 mL。

2.1.2 衍生化反应时间

苦味酸与次氯酸钠的衍生化反应需要一定的反应时间，时间过短会使衍生化反应进行得不充分，时间过长则会造成浪费。取含有50 μg/L苦味酸的水样10 mL，加入2 mL次氯酸钠，在室温下进行试验，考察反应时间的影响，经顶空进样器在60℃平衡温度下平衡30 min后，利用气相色谱仪对生成的氯化苦进行测定，结果如图2所示。

图2 反应时间对苦味酸衍生化反应的影响Fig.2 Effect of reaction time on derivatization of picric acid

由图2可知，氯化苦的响应值随反应时间的延长而增大，在40 min后趋于稳定，50 min时出现最大值，因此，选择最佳反应时间为40 min。

2.1.3 顶空进样器平衡温度

在苦味酸与次氯酸钠的衍生化反应中，温度对试验结果有很大影响。温度过低会使反应速率减慢，反应完全需要更长时间；温度过高使得反应速率加快，反应程度会出现一定偏差而造成数据准确性降低。同时，顶空加热箱温度必须比样品瓶中任何溶剂的沸点低10℃，否则就可能使顶空瓶瓶盖和隔垫泄漏或迸开，样品压力传输线也会受到污染。

在次氯酸钠投加量为2 mL，室温下反应40 min的条件下，采用10 mL质量浓度为50 μg/L苦味酸水样进行试验，分别选择50、60、70、80、90℃为顶空进样器平衡温度，利用气相色谱仪对生成的氯化苦进行测定，结果如图3所示。

由图3可知，氯化苦的响应值在平衡温度为80℃时达到最大，之后出现减小趋势，因此，选择最佳顶空进样器的平衡温度为80℃。

2.1.4 顶空进样器平衡时间

顶空进样器平衡时间会影响苦味酸与次氯酸钠的衍生化反应。向质量浓度分别为5、50 μg/L苦味酸水样中加入2 mL次氯酸钠，室温下反应40 min，在顶空进样器下平衡温度为80℃的条件下，利用气相色谱仪对生成的氯化苦进行测定，结果如图4所示。

图3 平衡温度对苦味酸衍生化反应的影响Fig.3 Effect of equilibrium temperature on derivatization of picric acid

图4 平衡时间对苦味酸衍生化反应的影响Fig.4 Effect of equilibrium time on derivatization of picric acid

由图4可知，顶空进样器的平衡时间越长，氯化苦的响应值越大。苦味酸质量浓度为5 μg/L的水样在80 min后氯化苦的响应值趋于稳定，而含有50 μg/L苦味酸的水样在100 min后响应值仍处于缓慢增加中。考虑到低浓度样品在平衡时间为30 min的条件下，氯化苦的响应值已经达到方法检出限的相关要求，因此，选择最佳顶空进样器的平衡时间为30 min。

经过筛选后，在苦味酸的质量浓度为50 μg/ L，次氯酸钠投加量为2 mL，室温下反应40 min，顶空进样器平衡温度为80℃，平衡时间为30 min的条件下，得到衍生化产物氯化苦的气相色谱，结果如图5所示。

2.2 标准工作曲线

准确移取0.5 mL苦味酸标准溶液（0.1 mg/mL）于5 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度线，配制成10 mg/L苦味酸标准使用液。

在装有10 mL纯水的顶空瓶中分别加入0、1、5、10、20、50 μL苦味酸标准使用液，配置成质量浓度依次为0、1、5、10、20、50 μg/L的系列标准溶液，经气相色谱仪测定后，绘制标准曲线，结果如图6所示，其线性回归方程为y=82.17 x-44.29，相关系数为0.9992。

图5 苦味酸衍生化产物（氯化苦）气相色谱Fig.5 Gas chromatography of derivatization product of picric acid（nitrochloroform）

图6 苦味酸标准工作曲线Fig.6 Standard work curve of picric acid

2.3 方法的检出限、精密度和回收率

2.3.1 方法的检出限和测定下限

根据HJ 168—2010《环境监测分析方法标准制修订技术导则》中对检出限的规定，在优化的试验条件下，选择质量浓度为0.5 μg/L的苦味酸水样进行7次平行试验，计算相对标准偏差，从而得到方法的检出限和测定下限，试验结果如表1所示。

相关研究表明，非顶空进样的气相色谱法对苦味酸测定的检出限在0.20～0.60 μg/L之间［6-7，9-10］，在GB/T 5750.8—2006《生活饮用水标准检验方法》中，苦味酸的检出限为1.0 μg/L［6］。由表1可知，本方法的检出限为0.18 μg/L，测定下限为0.71 μg/ L，满足水质检测要求，并且具有一定的分析优势。

2.3.2 方法的精密度

在优化的试验条件下分别取10 mL质量浓度为1、5、10 μg/L苦味酸水样，进行3次平行试验，结果如表2所示。在3个浓度水平下，本方法的相对标准偏差分别为4.28%、2.71%和1.76%，具有较好的精密度和准确度，满足水质检测相关要求。

表1 方法的检出限和测定下限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

相关研究表明，地下水中苦味酸的浓度极低，地表水中苦味酸的质量浓度在0～5.30 μg/L之间［9］，污水中苦味酸的质量浓度在3.80～10.12 μg/L之间［7，10］。采集北京市地表水、地下水和生活污水进行加标回收率的测定，分别取1、5、10 μL苦味酸标准使用液至10 mL水样中，配制成加标浓度为1、5、10 μg/L的不同水样，在优化的试验条件下进行3次平行试验，结果如表3所示。

表3 苦味酸加标回收率测定结果Tab.3 Result of adding standard recovery determination of picric acid

由表3可知，方法的加标回收率在91.22%～108.95%之间，且各类水样中苦味酸的浓度均远低于GB 3838—2002中的限值（0.5 mg/L）［1］，其中生活污水中苦味酸的质量浓度最高，为4.18 μg/L。此外，本研究选取的地表水和地下水均属于饮用水源地水，因此苦味酸浓度较为接近，分别为0.76 μg/L和0.85 μg/L。

3 结论

采用顶空-气相色谱法检测水中苦味酸切实可行，该方法既简化了样品的前处理程序，省去了溶剂萃取过程，同时降低了水体和有机试剂基质对仪器测定的干扰，具有快速准确、操作简单、衍生化反应较为彻底等特点。该方法检出限低、精密度高、回收率在91.22%～108.95%之间，适合生活饮用水及其水源地水和生活污水中苦味酸的测定。

［1］中华人民共和国环境保护部，中华人民质量监督检验检疫总局.地表水环境质量标准：GB 3838—2002［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［2］胡振元，钱锡兴，陈菊珍.水中痕量苦味酸的萃取分光光度法测定［J］.环境科学，1982，3（1）：1-4.

［3］谢复青，何星存，蒋毅民.浮选分光光度法测定水中痕量苦味酸［J］.广西科学，1994， （4）：23-25.

［4］沈爱宝，章竹君.4-甲基伞形酮荧光猝灭法测定苦味酸［J］.分析化学，1996，（5）：569-571.

［5］刘燕，于伟浩，钱玉萍.高效液相色谱法测定工业废水中的硝基苯酚［J］.工业水处理，2008，27（12）：63-65.

［6］中华人民共和国卫生部.生活饮用水标准检验方法有机物指标：GB/T 5750.8—2006［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［7］罗星晔，毛羽，何东，等.顶空气相色谱法测定水中苦味酸［J］.中国环境监测，2012，28（5）：74-76.

［8］张建荣，陈默.顶空-气相色谱法测定水中的苦味酸［J］.宁夏农林科技，2013，54（5）：94-96.

［9］陆梅，丁长春.次氯酸钠衍生-气相色谱法测定水中苦味酸［J］.环境监测管理与技术，2012，24（1）：50-52.

［10］王凌云，汪澍.气相色谱法测定水中苦味酸［J］.皮革科学与工程，2009，18（6）：50-51.

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，硕士研究生，主要从事环境监测工作，（电子信箱）migoux@163.com；通讯作者：刘保献（1983-），男，山东济宁人，高级工程师，硕士研究生，主要从事环境监测工作，（电子信箱）liubaoxian28@163.com。

2016-06-07（修回稿）