張 紅，賴永忠，劉 鶯，郭 巖

（1.汕頭市環(huán)境保護研究所，廣東 汕頭 515041；2.汕頭市環(huán)境保護監(jiān)測站，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

苦味酸即2，4，6-三硝基苯酚，主要用于爆炸物、殺菌劑、除霉劑、收斂劑及氯化苦的制造等[1]，可導(dǎo)致皮膚、眼睛和呼吸道疾病的發(fā)生，長期接觸還會引起頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、食欲下降、腹瀉及發(fā)熱等癥狀，甚至?xí)p傷肝和腎等[2]。我國已把苦味酸列為集中式生活飲用水地表水源地特定項目之一，其標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5mg/L[3]。已報道苦味酸測定的方法有直接液液萃取-分光光度法[4]、苦味酸鹽-直接比色法[5]、衍生物-液液萃取-分光光度法[6]、締合物-液液萃取-分光光度法[7]、結(jié)晶紫締合物-浮選分光光度法[8]、陰離子交換樹脂富集-樹脂相分光光度法[9]、熒光光度法[10]、光致發(fā)光淬滅法[11]、免疫分析法[12]、電化學(xué)法[13]、電導(dǎo)滴定法[14]、衍生物-液液萃取-氣相色譜法[1，15-16]、衍生物-頂空固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法[17]、樣品直接過濾-液相色譜法[18]和直接萃取-高效液相色譜法[19]等。上述方法分析步驟繁瑣，過多的人工操作易導(dǎo)致測定結(jié)果不確定性大，且不容易實現(xiàn)自動化分析。

我國目前用于地表水和飲用水源水中苦味酸測定的標(biāo)準(zhǔn)方法[16]為衍生物-液液萃取-氣相色譜法，即通過測定苦味酸與次氯酸鈉的反應(yīng)產(chǎn)物-氯化苦（即硝基三氯甲烷），來間接測定苦味酸。氯化苦可用頂空固相微萃取法[17]和吹脫捕集法[20]等預(yù)處理，國家標(biāo)準(zhǔn)方法[16]和一些文獻(xiàn)[1，15]用苯或正己烷等有機溶劑作為氯化苦的萃取溶劑，這些試劑的使用會污染環(huán)境，對分析人員的健康很不利。

動態(tài)頂空進(jìn)樣技術(shù)是一種環(huán)保的樣品前處理技術(shù)，無需有機萃取溶劑；相對于吹脫捕集法，因吹脫氣針頭無需插入樣品內(nèi)部進(jìn)行吹脫，有利于避免復(fù)雜樣品對樣品前處理儀器管路的污染，特別是會起泡的樣品。因此，本研究對氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣法在飲用水源水中苦味酸間接測定中的運用進(jìn)行探討。

1 實驗部分

1.1 儀器及其工作條件

GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本 Shimadzu 公司）；DB-5MS（30m×0.25mm×0.5μm）石英毛細(xì)管色譜柱（美國Agilent公司）；HS9000型靜態(tài)/動態(tài)一體頂空自動進(jìn)樣器（美國EST公司）。

氣相色譜條件：汽化室溫度250℃，柱流量1.5 mL/min，線速度 44.3cm/s，流量控制方式為恒線速度；柱溫40℃保持10min，以5℃/min升至105℃。載氣為高純氦氣，分流比5∶1。

質(zhì)譜條件：接口溫度250℃；電子轟擊離子源（200℃，70eV）。

氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣條件：樣品平衡過程中采用中速旋轉(zhuǎn)混合模式，吹脫針就位時間10s，閥箱和傳輸線溫度分別為150℃和155℃，待機時吹脫氣流速為20mL/min；預(yù)捕集阱及捕集阱的待機溫度和捕集阱干吹溫度均為40℃，捕集阱干吹時間1.0min，吹脫氣和干吹氣的流速保持一致，捕集阱烘烤時的反吹氣流速為60mL/min。其他參數(shù)優(yōu)化后確定。

1.2 試劑

100mg/L苦味酸標(biāo)液（美國AccuStandard公司）；活性氯含量≥7.5%的分析純次氯酸鈉（廣州化學(xué)試劑廠）；農(nóng)殘級甲醇（美國Supelco公司）；分析純NaCl（廣州化學(xué)試劑廠）；實驗用水為超純水。

1.3 實驗方法

取8.0mL水樣于加有適量NaCl的20 mL鉗口頂空瓶中，用帶聚四氟乙烯墊片的鋁蓋鉗壓密封，混勻樣品使所加NaCl溶解。用一次性醫(yī)用2.5mL塑料注射器吸取2.0mL次氯酸鈉溶液，次氯酸鈉溶液打入裝有樣品的20mL鉗口頂空瓶，充分混勻。準(zhǔn)備好的樣品放入HS9000型靜態(tài)/動態(tài)一體頂空自動進(jìn)樣器的樣品盤，按設(shè)定的程序進(jìn)行氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣，并用氣相色譜/質(zhì)譜法進(jìn)行定性和定量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 苦味酸的定性與定量分析

純水中添加苦味酸標(biāo)準(zhǔn)溶液和次氯酸鈉溶液后，反應(yīng)產(chǎn)物氯化苦用氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜/質(zhì)譜法測得的色譜圖見圖1；利用NIST147標(biāo)準(zhǔn)譜庫對各色譜峰進(jìn)行檢索并定性，圖1中第7號峰的質(zhì)譜圖見圖2，NIST147標(biāo)準(zhǔn)譜庫中氯化苦質(zhì)譜圖見圖3。氯化苦的定性易受四氯化碳的影響，m/z61可作為氯化苦區(qū)別于四氯化碳的特征離子[17]；同時，在相同的色譜條件下，可根據(jù)四氯化碳及其他56種揮發(fā)性有機物的出峰時間[21]與氯化苦不同，從而排除它們對氯化苦的定性及定量干擾，最后確定氯化苦的保留時間為8.310 min。氯化苦的監(jiān)測離子為m/z 117，119，82 和 61，其中 m/z117 為定量離子。

2.2 氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣條件優(yōu)化

以下實驗對水樣與次氯酸鈉的體積比例、樣品鹽度和動態(tài)頂空進(jìn)樣條件（平衡溫度、平衡時間、吹脫氣流量、吹脫捕集時間、解析溫度、解析時間）等影響方法靈敏度的主要因素進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化過程所用樣品為濃度為10.0μg/L純水加標(biāo)水樣。

2.2.1 水樣與次氯酸鈉體積比例的選擇

有報道[15]認(rèn)為，水樣與次氯酸鈉的體積比例介于 10∶1～5∶1 時，氯化苦的產(chǎn)率較高，且反應(yīng)較恒定。次氯酸鈉溶液加入量設(shè)為1.0～5.0mL（即水樣與次氯酸鈉的體積比例為1∶1～9∶1），次氯酸鈉溶液和樣品的總體積為10.0mL。結(jié)果表明氯化苦產(chǎn)量隨次氯酸鈉溶液加入量（2.0～5.0mL）的增加而下降，添加量為 1.0，3.0，4.0 和 5.0 mL 的結(jié)果分別是 2.0 mL 的79%、83%、54%和41%。本研究選擇8mL水樣中加入2mL次氯酸鈉，水樣與次氯酸鈉的體積比例與文獻(xiàn)報道[1，15-16]的 5∶1 接近。

圖1 苦味酸與次氯酸鈉的反應(yīng)產(chǎn)物-氯化苦的色譜圖

圖2 苦味酸與次氯酸鈉的反應(yīng)產(chǎn)物-氯化苦的質(zhì)譜圖

圖3 NIST147標(biāo)準(zhǔn)譜庫中氯化苦質(zhì)譜圖

2.2.2 樣品平衡溫度的選擇

研究表明，10～30℃的反應(yīng)溫度有利于苦味酸與次氯酸鈉反應(yīng)的進(jìn)行，過高的反應(yīng)溫度會降低次氯酸鈉的氧化性，從而影響反應(yīng)的進(jìn)行[15]，我國標(biāo)準(zhǔn)方法[16]則使用室溫條件。另研究表明，當(dāng)次氯酸鈉溶液加熱至50℃并保持30min時，其有效氯的下降程度與不加熱對照組的結(jié)果并無顯著差異[23]；同時，次氯酸鈉溶液加熱至80℃并保持6h，有效氯的下降幅度只約為 0.35%[23]。

不同平衡溫度（50～70℃）對氯化苦吹脫捕集效率影響的研究結(jié)果表明，50℃和60℃的結(jié)果接近，約為70℃的4倍。過高的平衡溫度所產(chǎn)生的大量水蒸氣進(jìn)入分析儀器，會影響捕集阱的吸附性能，且會損傷氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀的色譜柱及離子源燈絲，因此選擇平衡溫度為50℃。

2.2.3 樣品平衡時間的選擇

用衍生物-液液萃取法測定苦味酸時，苦味酸與次氯酸鈉的充分反應(yīng)需一定時間，文獻(xiàn)[1，15-16]選擇30～50min的反應(yīng)時間。頂空法用于分析樣品時，需適當(dāng)提高平衡時間，以獲得較穩(wěn)定的目標(biāo)物在樣品液相與氣相間的動態(tài)平衡，使得目標(biāo)物在氣相空間的濃度達(dá)到最大。實驗表明，當(dāng)平衡溫度為50℃時，平衡時間為30，40，50 min的結(jié)果分別是20 min的98.5%、73.2%和 69.5%。為了使更高濃度樣品獲得充分的平衡，后續(xù)試驗選擇平衡時間為30min。

2.2.4 樣品鹽度的選擇

在頂空進(jìn)樣方法中，適當(dāng)增加樣品的鹽度可提高目標(biāo)物在氣相空間的濃度[21]。同時，NaCl的加入對次氯酸鈉的穩(wěn)定性有幫助[23]。在8 mL樣品中添加0.80～3.00 g NaCl（即樣品鹽度為10%～37.5%），結(jié)果表明，在 0.8～3.00 g范圍內(nèi)氯化苦的吹脫捕集效率隨鹽度增加而上升，NaCl添加量為3.00 g時效果最好。

2.2.5 吹脫氣流量及吹脫時間的選擇

當(dāng)吹脫氣流量為40mL/min時，在2～20min的吹脫捕集時間下，氯化苦的吹脫捕集效率隨吹脫捕集時間的延長而下降。當(dāng)吹脫捕集時間為2min時，吹脫氣流量為60mL/min的氯化苦吹脫捕集效率高于40mL/min和80mL/min吹脫氣流量。因此，選擇吹脫氣流量及吹脫捕集時間分別定為60mL/min和2min。

2.2.6 解析溫度及解析時間的選擇

儀器的最高解析溫度和烘烤溫度分別為260℃和270℃。不同的解析溫度（200～260℃）和解析時間（3min和5min）對目標(biāo)物響應(yīng)值并無明顯影響；在270℃的烘烤溫度下，5 min的烘烤時間可使捕集阱吸附的目標(biāo)物殘留完全解吸附。為了使更高濃度樣品的解析完全和捕集阱無目標(biāo)物殘留，解析溫度、解析時間、烘烤溫度和烘烤時間分別選擇260℃、5min、270℃和 5min。

2.3 線性范圍、精密度和檢出限

標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度點設(shè)置為 0.00，1.00，2.50，5.00，10.00，20.00μg/L，得到線性擬合方程為 y=2686x+236，r=0.9993。測定 7個濃度為 1.00μg/L的純水加標(biāo)水樣，測得值分別為 1.18，0.96，1.08，0.92，0.88，0.85，1.10μg/L，統(tǒng)計測得值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 s為 0.125 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為12.5%。以標(biāo)準(zhǔn)偏差s的3.143倍作為方法檢出限[24]，結(jié)果為 0.40μg/L，低于國家標(biāo)準(zhǔn)方法[16]0.001mg/L的最低檢出限，遠(yuǎn)低于集中式生活飲用水地表水源地苦味酸標(biāo)準(zhǔn)限值（0.5 mg/L）[10]。對7 個濃度分別為 2.50 μg/L 和 10.0 μg/L 的獨立純水加標(biāo)水樣進(jìn)行測定，測得均值分別為2.35μg/L和11.41μg/L，RSD 分別為 9.2%和 10.5%。

2.4 飲用水源水實際樣品測定

用氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜/質(zhì)譜法（D-HSGC/MS）對廣東省潮州市庵埠斷面水樣和汕頭市秋風(fēng)水庫取水口斷面水樣所含苦味酸進(jìn)行間接測定。結(jié)果表明，兩處飲用水源水的水樣所含苦味酸均小于方法檢出限，當(dāng)實際樣品加標(biāo)量為2.50，5.00和10.0 μg·L-1時，加標(biāo)回收率介于 102%～131%，對應(yīng)的 RSD 介于 3.5%～16.6%，如表 1所示。

表1 飲用水源水實際樣品測定結(jié)果（n=3）1）

2.5 注意事項

苦味酸和次氯酸鈉的反應(yīng)時間過長，會導(dǎo)致結(jié)果偏大[15]，因此，同一批次的上機樣品不宜太多，否則影響方法的準(zhǔn)確性和精密性。捕集阱的吸附性能會隨樣品測定數(shù)量的增加而明顯下降，上機測試的樣品較多時，應(yīng)間隔幾個樣品老化一次捕集阱，每天至少進(jìn)行一次長時間的捕集阱老化。次氯酸鈉的有效氯含量對氯化苦的形成有影響，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和測定樣品時，應(yīng)盡量用同一瓶次氯酸鈉溶液。

3 結(jié)束語

氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜/質(zhì)譜法（D-HSGC/MS）用于飲用水源水中苦味酸的監(jiān)測分析，具有不需有毒的有機萃取溶劑、減少人為參與、釋放勞動力的優(yōu)點，方法檢出限（0.00040mg/L）優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)方法的0.001mg/L最低檢出限，滿足GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中0.5 mg/L限值要求，可用于飲用水源水中苦味酸的間接測定，適合推廣使用。

[1]劉輝利，鮮啟鳴，鄒惠仙，等.水中苦味酸的測定[J].環(huán)境污染與防治，2005，27（2）：145-147.

[2]化工安全與環(huán)境編輯部.連載134：苦味酸；2，4，6-三硝基苯酚[J].化工安全與環(huán)境，2002，15（10）：16.

[3]GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[4]?krlíková J，Andruch V，Sklenárˇíová H，et al.A novel dual-valve sequential injection manifold（DV-SIA） for automated liquid-liquid extraction Application for the determination of picric acid[J].Analytica Chimica Acta，2010，666（1-2）：55-61.

[5]Khachatryan K S，Smirnova S V，Torocheshnikova I I，et al.Solvent extraction and extraction-voltammetric determination of phenols using room temperature ionic liquid[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry，2005，381（2）：464-470.

[6]呂菊波，孫琳，劉春萍.光度法測定苦味酸的一種新顯色體系[J].理化檢驗：化學(xué)分冊，2004，40（10）：608-610.

[7]胡振元，錢錫興，陳菊珍.水中痕量苦味酸的萃取分光光度法測定[J].環(huán)境科學(xué)，1982，3（1）：1-4.

[8]謝復(fù)青，何星存，蔣毅民.浮選分光光度法測定水中痕量苦味酸[J].廣西科學(xué)，1994，1（4）：23-25.

[9]謝祖芳，陳淵，晏全，等.樹脂相分光光度法測定水中痕量苦味酸[J].化工環(huán)保，2005，25（2）：140-142.

[10]Du H Y，He G，Liu T H，et al.Preparation of pyrene-functionalized fluorescent film with a benzene ring in spacer and sensitive detection to picric acid in aqueous phase[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2011，217（2-3）：356-362.

[11]Saxena A，F(xiàn)ujiki M，Rai R，et al.Fluoroalkylated polys ilane film as a chemosensor for explosive nitroaromatic compounds[J].Chemistry of Materials，2005，17（8）：2181-2185.

[12]Shankaran D R，Gobi K V，Matsumoto K，et al.Highly sensitive surface plasmon resonance immunosensor for parts-per-trillion level detection of 2，4，6-trinitrophenol[J].Sensors and Actuators B：Chemical，2004，100（3）：450-454.

[13]Tredici I，Merli D，Zavarise F，et al.α-Cyclodextrins chemically modified gold electrode for the determination of nitroaromatic compounds[J].Journal of Electroanalytical Chemistry，2010，645（1）：22-27.

[14]Rounaghi G，Mohammadzadekakhki R，Heidari T.Artificial neural networks applied for simultaneous analysis of mixtures of nitrophenols by conductometric acid-base titration[J].Industrial&Engineering Chemistry Research，2011，50（19）：11375-11381.

[15]陳書生，王建新.水中痕量苦味酸的氣相色譜測定[J].環(huán)境科學(xué)，1985，6（4）：71-73.

[16]GB/T 5750.8—2006生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法有機物指標(biāo)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：302-304.

[17]賴永忠.頂空固相微萃取法用于飲用水源水中苦味酸的間接測定[J].光譜實驗室，2012，29（1）：178-181.

[18]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，2007，27（12）：63-65.

[19]Ferreira L M，Lopes E.Solvent extraction of picric acid from aqueous solutions[J].Journal of Chemical&Engineering Data，1996，41（4）：698-700.

[20]Ishizawa F，Ishiwata T，Miyata K，et al.A case of chloro picrin detection by purge and trap gas chromatography/mass spectrometry[J].Chudoku Kenkyu，2003，16（3）：339-343.

[21]賴永忠，季彥鋆.氣相-動態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜-質(zhì)譜法同時分析飲用水源水中57種揮發(fā)性有機物[J].巖礦測試，2012.

[22]Gambarini G，De Luca M，Gerosa R.Chemical stability of heated sodium hypochlorite endodontic irrigants[J].Journal of Endodontics，1998，24（6）：432-434.

[23]蘇秀霞，姚寶晶，趙艷.提高次氯酸鈉穩(wěn)定性的研究[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報，2010，28（6）：65-68.

[24]Glaser J A，F(xiàn)oerst D L，McKee G D，et al.Trace analyses for waste waters[J].Environmental Science and Technology，1981，15（12）：1426-1435.