《HJ_1067—2019...空_气相色谱法》的方法验证_张嫣彦.pdf

山东化工收稿日期:20220812作者简介:张嫣彦，女，本科，助理工程师，研究方向:环境监测及分析。HJ 10672019 水质 苯系物的测定 顶空/气相色谱法 的方法验证张嫣彦，夏坤(安徽省合肥生态环境监测中心，安徽 合肥230001)摘要:按照 HJ 10672019 水质 苯系物的测定 顶空/气相色谱法 的要求，实验室对水中苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、异丙苯和苯乙烯8 种物质的测定检出限、测定下限、准确度和精密度、加标回收率等特征参数对进行实验室方法验证。结果显示，标准曲线质量浓度范围 0540 mg/L，实验室测定 8 种苯系物的检出限为 12 g/L，小于方法要求的 23 g/L;分别对低、中、高三个浓度(40，500，2 000 g/L)的 8 种苯系物进行精密度检验，标准偏差为 062%311%。苯系物 8 种物质在地表水中进行低、中、高三个浓度(5，1 500，4 000 g/L)的加标，加标回收率为 964%1054%，准确度和精密度均满足标准方法要求。关键词:苯系物;顶空气相色谱;水;方法验证中图分类号:O6577文献标识码:A文章编号:1008021X(2023)03016004Methods Validation of the Methodology in“HJ 10672019 Water Quality，Determination of Benzene Series，Headspace Gas ChromatographyZhang Yanyan，Xia Kun(Ecological and Environmental Monitoring Center of Hefei，Hefei230001，China)Abstract:According to HJ 10672019 water quality benzene series top air/gas chromatography for determination of therequest，laboratory for water benzene，toluene，ethylbenzene and xylene，m xylene，o xylene，isopropyl benzene and styrenedetermination of 8 kinds of substances detection limit and lower limit，accuracy and precision，the recovery rate of characteristicparameters such as for laboratory methods validationThe results showed that the concentration range of standard curve was 0540 mg/L，and the detection limit of 8 benzene series was 12 g/L，which was less than 23 g/L required by the methodTheprecision of 8 kinds of benzene series at low，medium and high concentrations(40，500，2 000 g/L)was tested，and the standarddeviations were 062%to 311%Eight kinds of benzene series substances were spiked in surface water at low，medium and highconcentrations(5，1 500，4 000 g/L)The recoveries were 964%1054%The accuracy and precision met the requirements ofthe standard methodKey words:benzene series;headspace gas chromatography;water;methods validation苯系物，即芳香族有机化合物，为苯及衍生物的总称，完全意义上的苯系物绝对数量可高达千万种以上，但一般意义上的苯系物主要包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、三甲苯、苯乙烯、苯酚、苯胺、氯苯、硝基苯等。苯系物在自然环境中是不存在的，与其他烃如甲烷、萜类化合物、多环芳烃不同，苯系物如在自然界中发现，是人类活动排放的常见污染物。由于苯系物微溶于水，降水可从大气中凝集挥发性苯系物，直接或间接进入地表水中。苯系物主要通过化工生产的废水和废气进入水环境和大气环境。水环境中最常见的苯系物通常为苯的一元取代物和二元取代物，如苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等，它们的生产量和使用量占芳烃总量的 90%以上，广泛应用于染料、塑料、合成橡胶、合成树脂、合成纤维、合成药物及农药等行业中，是非常重要的一类化工原料1。在我国工业污染源调查的 17 个重点行业中，苯系物 15 个行业中都作为产品或原料使用。因此，苯系物的测定可在一定程度上反映原水、废水与工业生产用水的水质污染状况。苯系物中苯为世界卫生组织公布的具有致癌、致畸、致突变作用的有害污染物，其他几种化合物对人体和水生物均有不同程度的毒性。在废水的污染中，苯系物废水对人类危害也很大，对人体的血液、神经、生殖系统具有较强危害。苯系物的测定对于环境管理部门掌握区域河流污染、饮用水水质质量、保障区域人民用水安全以及调整区域宏观政策，具有重要的理论和科学依据。本次验证顶空/气相色谱法对水中苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、异丙苯和苯乙烯 8 种苯系物的测定效果。苯系物测定方法有气相色谱法(GC)、气相色谱/质谱联用(GC/MS)、荧光分光光度法、膜导入质谱法。其中气相色谱法、气相色谱/质谱法最为常用。气相色谱法具有高的分离能力，具有高的灵敏度和可信度，成为衡量物质检测的基本分析方法。当只对挥发性和半挥发性组分进行分析时，顶空/气相色谱法是不错的选择，不仅可以免除样品的前处理步骤，而且由于减小了基质效应而被广泛应用于水性样品、涂料产品和土壤等的分析。而对于普遍存在的基质效应，可以通过将等量的替代物添加到样品和标准溶液中使基质效应最小化。顶空技术基本可实现程序自动化，且有良好重现性，极大地提高了检测效率2。1实验部分11仪器和试剂仪器:PerkinElmer Turbo Matrix 40 全自动顶空进样器(珀金埃尔默，美国)，Agilent 7890B 气相色谱仪，配有氢火焰离子检测器(FID 检测器)(安捷伦，美国)。试剂:氯化钠(优级纯，国药集团化学试剂有限公司);甲醇中苯系物 8 种混合标准溶液，规格:1 000 g/mL(编号:DE061SHANDONG CHEMICAL INDUSTY2023 年第 52 卷DOI:10.19319/ki.issn.1008-021x.2023.03.058第 3 期GA09000553ME，DrEhrenstorfer);与全自动顶空进样器配套的顶空进样瓶(22 mL)、聚四氟乙烯(PTFE)/硅氧烷密封垫、瓶盖(螺旋盖或一次使用的压盖);移液管:110 mL;玻璃微量注射器:10100 L;实验用水(使用时如需进行提纯去除干扰，提纯步骤如下:将水加入锥形瓶，加热到 60 左右，向水中通氮气1 h，流量约为 180 mL/min，然后在持续通气状态下冷却到室温，盖紧瓶子保存在暗处。如果必要，在临使用前再通入氮气。监测处理前后的水质，如果仍能测到污染物，则继续使用氮气纯化。)均为超纯水(182 Mcm)，由 MilliQ 超纯水系统制得;高纯氮气:纯度99999%;高纯氢气:纯度99999%;无油压缩空气:经 5A 分子筛净化。12气相色谱条件(1)色谱柱:标准方法中推荐的色谱柱条件之一:规格为30 m(柱长)032 mm(内径)05 m(膜厚)，100%聚乙二醇固定相毛细管柱，或其他等效毛细管柱。故本次方法验证选用等效毛细管柱，Agilent 19091F433:HPFFAP(规格:温度范围为 60240，30 m250 m025 m);(2)结合色谱柱的温度范围和 8 种苯系物的熔沸点，优化后柱箱升温程序:40 保持2 min，以 7 /min 升温到 110;分流进样，分流比 2 1;恒定压力模式;进样量 1 L;(3)FID 检测器:温度:300，进样口温度:200;(4)气 体 流 量:空 气 为 300 mL/min，氢 气 为40 mL/min，氮气为 30 mL/min，隔垫吹扫为 3 mL/min。13顶空进样器条件由于各厂商顶空进样器间存在参数指标的差异以及色谱柱选择的不同，标准方法中提供的顶空进样器条件仅供参考。提高顶空进样器平衡温度可使更多的待测组分从水相进入气相，响应值增大，灵敏度提高，但平衡温度过高同时又会产生大量水蒸汽进入色谱系统，导致待测组分损失、干扰色谱峰形，反而降低响应值，影响色谱柱的使用寿命，故平衡温度与时间的控制尤为重要。而苯系物 8 种物质的沸点在 801146，实验室经过反复试验对比优化后，本次方法验证使用的全自动顶空进样器的条件为:加热平衡温度:70;加热平衡时间:20 min;进 样 阀 温 度:90;传 输 线 温 度:120，进 样量:008 min。14标准曲线的绘制取 6 个 100 mL 容量瓶，先加入少量超纯水，再用微量注射器和移液管依次加入 500，100，200，500，200，400 L 的苯系物 8 种混合标准溶液，最后用超纯水定容至 100 mL，配制成质量浓度分别为 500，1000，2000，5000，2 0000，4 0000 g/L的标准曲线系列。从每个容量瓶中取 10 mL 溶液，放入已经预先加入 3 g 氯化钠(使用前在 500 550 灼烧 2 h，冷却至室温，于干燥器中保存备用)的顶空瓶中3，立即密闭顶空瓶，轻振摇匀使氯化钠充分溶解，放入顶空进样器中，从低浓度到高浓度依次进样分析。15水样采集与保存采样前，棕色玻璃采样瓶应清洗、晾干，采样时，先加入25 mg抗坏血酸，再加入适量的盐酸溶液，使水样的 pH 值 2，采样时应将水样沿瓶壁缓慢注入样品瓶至溢流，不能留有空隙，并加盖密封。样品于 4 保存，并于 14 d 内完成分析。样品应存放在无挥发性有机物干扰的区域4。2方法验证的过程与结果21方法原理采用顶空气相色谱法，将被测水样置于密封的顶空瓶中，在一定的温度下经一定时间的平衡，水中的苯系物逸至上部空间，并在气液两相中达到动态平衡，此时，苯系物在气相中的浓度与它在液相中的初始浓度成正比。取顶空瓶中气相空气注入带有氢火焰离子检测器的气相色谱仪中进行测定。通过对气相中苯系物浓度的测定，可计算出水样中苯系物的含量。22苯系物 8 种物质的色谱图在 2 min 时首先分离出来的是作为溶剂的甲醇的色谱峰，8种目标化合物随后分离出来，出峰顺序依次为苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、异丙苯、邻二甲苯和苯乙烯，色谱图中纵坐标为信号值(pA)，横坐标为时间(min)，详情见图 1 所示。图 1苯系物 8 种物质的色谱图(100 g/L)从图 1 可以看出，8 种物质分离度良好，没有形成叠峰的情况，色谱峰峰形正常，没有峰形拖尾和较大柱流失，信号值相应较高，信噪比小，未对积分产生影响，故色谱柱选择正确。23线性相关系数、线性范围、线性方程、检出限和检出下限的测定检出限依据 HJ 1682010 环境监测 分析方法标准制修订技术导则 的要求，因空白试样没有信号值，故采用低浓度空白试样加标，加标质量浓度为 40 g/L，重复测定空白加标样 7次，按照公式 MDL=3143SD，计算出苯系物 8 种物质的检出限，检出下限则是检出限的 4 倍。苯系物 8 种物质的线性相关系数、线性方程、检出限