气相色谱法测定生活饮用水中的苦味酸

莫家乐，梁鹤山

（广东环境保护工程职业学院，广东佛山528216）

苦味酸主要对眼睛、皮肤及呼吸道产生危害[1]，在大部分水源中均有检出，我国《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)把苦味酸纳入集中式生活饮用水地表水源地特定监测项目，其标准检出限值为0.1mg·L-1[2]，其标准方法为《生活饮用水标准检验方法》(GB/T5750.8-2006)，主要利用水中的苦味酸与次氯酸钠反应生成氯化苦，以苯萃取，填充柱分离，后用气相色谱电子捕获检测器(ECD)测定[3]。采用有致癌性和高毒性的苯作为萃取溶剂，或选择相对毒性较低的溶剂甲苯[4]、二氯甲烷[5]代替苯作为萃取溶剂都有不同的缺点，苯与二氯甲烷均会出现乳化现象，二氯甲烷吸水较严重，增加了破乳和脱水的难度；正己烷相对于苯、甲苯和二氯甲烷具有低毒性，萃取效果好，无乳化现象，脱水效果好等优点。

本文采用正己烷代替苯作为萃取溶剂进行试验，以分离效果更佳的毛细管柱代替填充柱，建立优化了气相色谱法同时测定水中苦味酸的方法，为实际水样分析提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂

正己烷（HPLC，美国瑞米克化学公司）；次氯酸钠（AR，广州化学试剂厂）；乙腈（HPLC，美国瑞米克化学公司）；无水硫酸钠（AR，广州化学试剂厂）；苦味酸标准溶液（100mg/L，北京坛墨质检科技有限公司）；高纯氮气（99.999%，广州市卓正气体有限公司）。

1.2 仪器

GC-2010Plus气相色谱仪，uECD电子捕获检测器，日本岛津公司；HP-5毛细管色谱柱，30m×0.320mm×1.00μm，美国Agilent公司；25mL具塞比色管；注射针；样品瓶；移液管；振荡器；恒温水浴锅。

1.3 标准曲线的制作

苦味酸标准使用液（10mg/L）：移取100μL苦味酸标准溶液（100mg/L）至1mL样品瓶，用乙腈定容。

用注射针分别移取0μL、5.0μL、10.0μL、20.0μL、50.0μL、100μL苦味酸标准使用液于25mL具塞比色管中，定容至10mL，得到0μg·L-1、5.0μg·L-1、10.0μg·L-1、20.0μg·L-1、50.0μg·L-1、100μg·L-1标准溶液系列曲线。加入2mL次氯酸钠，振荡摇匀，室温（约25℃）反应40min后，加入1mL正己烷，置于振荡器中振荡萃取5 min，静置分层，用1mL注射针吸取上层有机相，通过无水硫酸钠脱水后装于1mL样品瓶中。

1.4 样品的处理

取10mL佛山市某自来水水样2个，分别置于25 mL具塞比色管中，加入2mL次氯酸钠，振荡摇匀，室温（约25℃）反应40min后，加入1mL正己烷，置于振荡器中振荡萃取5min，静置分层，用1mL注射针吸取上层有机相，通过无水硫酸钠脱水后装于1mL样品瓶中。

1.5 实验条件

进样口：温度150℃；柱流量：1mL·min-1；分流比：10∶1；检测器温度：300℃。色谱升温程序为：初始温度50℃，保持4min，以10℃·min-1的速率升至100℃，再以40℃·min-1的速率升至220℃。

2 结果与讨论

2.1 衍生化温度及反应时间

考查了不同衍生化温度、时间对标准曲线相关系数（R）和方法检出限（MDL）的差异。衍生化时间：室温（约25℃）、35℃（恒温水浴）、40℃（恒温水浴）情况下，加入次氯酸钠衍生化，反应40min；衍生化时间：室温条件下，衍生化时间20min、40min、60min，结果如表1所示。为节约实验环节，表中MDL以仪器的3倍信噪比所对应的浓度计算，通过比较MDL确定效益最佳的衍生化条件。苦味酸在水中的溶解度一般会随着温度升高而加大，实验结果表明，温度为室温、35℃、40℃时，标准曲线R无明显差异，可知室内条件下进行衍生反应效益最佳。

表1 不同衍生化温度的标准曲线相关系数、方法检出限Tab.1 The correlation coefficient and MDL with different derivatization temperature

2.2 色谱柱选择

考查了HP-5色谱柱（规格：30m×0.32mm×0.25 μm）及DB-WAXETR色谱柱（规格：30m×0.320mm×1.00μm）对氯化苦的分离情况。结果显示，同一色谱分析条件下，HP-5毛细管柱分离效果显著优于后者。氯化苦的辛醇、水分配系数对数值（Kow）为2.1，极性较弱，而HP-5色谱柱为弱极性柱，DB-WAXETR色谱柱为强极性柱，因此选择弱极性柱更利于氯化苦的分离。

2.3 分析条件优化

考查不同程序升温过程、不同分流比的色谱响应。考查3种程序升温条件（条件1：初始温度50℃，保持4 min，以10℃·min-1的速率升至150℃，保持2min，再以30℃·min-1的速率升至250℃；条件2：初始温度50℃，保持4min，以10℃·min-1的速率升至100℃，再以40℃·min-1的速率升至250℃；条件3：初始温度50℃，保持4 min，以10℃·min-1的速率升至100℃，再以40℃·min-1的速率升至220℃），确定条件3为最佳条件。固定条件3为程序升温条件，将分流比设为20∶1，10∶1，1∶1，确定最佳定性定量条件为分流比10∶1。分流比较大时，氯化苦响应信号较低；分流比较小时，氯化苦的分离度较差。

最佳实验条件下，苦味酸衍生化反应物氯化苦的色谱图如图1所示。

图1 苦味酸衍生化气相色谱图Fig.1 GC spectra of Picric acid by derivative reaction

2.4 相关系数和检出限

以最佳实验条件测定氯化苦标准溶液，绘制工作曲线及相关系数。以1.0μg·L-1苦味酸衍生化标准溶液平行测定7次的标准偏差（S），根据公式：MDL=t(n-1,0.99)×S计算方法检出限，n=7时，t=3.143，结果如表2所示，相关系数较好，检出限优于国家相关标准[3]。标准曲线连续测定三天，稳定性较好。

表2 相关系数和方法检出限Tab.2 The correlation coefficient and MDL

2.5 加标回收率和相对标准偏差

取自来水样两份，分别对其进行高、低浓度苦味酸加标回收实验，低标5.0μg·L-1加标量，高标25.0μg·L-1加标量，对同一样品重复测定7次，计算相对标准偏差(RSD)，结果如表3所示。该方法测得两份自来水样加标回收率低标分别为95.4%、96.7%，高标回收率分别为98.2%、101.3%，均符合国标的加标回收率要求；两份自来水样RSD测定检测，低标分别为5.2%、4.3%，高标分别为4.2%、3.2%，均满足方法要求。

表3 样品加标回收率和相对标准偏差Tab.3 The recovery and RSD of the sample

3 结论

本文研究了气相色谱法测定生活饮用水中的苦味酸，利用相对低毒的正己烷替代国标中的苯作溶剂，探索了衍生化温度及反应时间、不同极性色谱柱以及色谱分析条件对测定结果的影响，建立能满足检测要求的测试方法。该方法具备准确、灵敏、快速等优点，对检测生活饮用水和地表水中的苦味酸具有一定的实用性。