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顶空气相色谱法在生活饮用水中三氯甲烷测定中的运用

2024-11-27 22 上传者：管理员

摘要：目的：探讨应用顶空气相色谱法测定生活饮用水中三氯甲烷情况的效果。方法：随机采集44份自来水样本作为研究对象，然后采用搭载顶空进样器的气相色谱仪器，检测44份样本中的三氯甲烷含量，再分析顶空气相色谱法得出的三氯甲烷标准曲线、色谱图，得出三氯甲烷浓度，同时检验方法的精密度、标准度是否符合要求。结果：从标准曲线来看，三氯甲烷的质量浓度为2.01～100 μg/L，线性回归方程为y=145.27x-13.128；相关系数为0.99 995；从色谱图来看，三氯甲烷的保存时间为1.797 min，相邻峰分离度(R)为5.3，分离比较好；从精密度来看，样本中添加了氯化钠时，相对标准差(RSD)为1.3%；未添加氯化钠时，RSD为4.5%；从方法准确度来看，3份样本的回收率均在规定范围内；实际样本测定结果显示，44份样品中有2份的三氯甲烷的检出浓度低于检出限，经查证后，发现该样本属于深井水。其余42份样本的检出浓度在1.1～17.3μg/L，均值为9.5 μg/L，低于国家标准限值60 μ/L。结论：顶空气相色谱法具有良好的精密度和准确度，能有效地检测出生活饮用水中三氯甲烷浓度，同时此次研究所采集的生活饮用水样本中的三氯甲烷浓度符合国家标准。

关键词：
三氯甲烷
加氯消毒
生活饮用水
自来水厂
顶空气相色谱法
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目前，自来水厂输出的生活饮用水一般都经过了加氯消毒的环节，而该环节会导致饮用水中三氯甲烷含量的增加。三氯甲烷在被摄入人体时，会损伤中枢神经系统，还有引发肝肾疾病、癌症的风险。在此背景下，需要对饮用水中的三氯甲烷含量进行检测，再对比国家标准，以判定饮用水是否合格。而顶空气相色谱法作为一种灵敏度高、操作简便的方法，可以有效地进行卤代烃类化合物含量检测，所以考虑将此方法应用到生活饮用水中三氯甲烷测定中，以提高检测工作的效率和效果。

1、三氯甲烷的特点与顶空气相色谱法原理

三氯甲烷，也被称为氯仿，其化学式为CHCl3，是一种有机化合物。三氯甲烷为无色透明液体、味甜、密度大于水、折射率高，且极易挥发，可以在常温下迅速地从液态变为气态。目前，三氯甲烷还具有光敏的特点，会在大气中，受阳光照射的催化，发生氧化反应，然后分解成剧毒的氯化氢、光气。在溶解方面，三氯甲烷不仅微溶于水，还可以与乙醇、苯、乙醚、石油醚、四氯化碳、二硫化碳和油类等混溶。一般来说，三氯甲烷在常温常压下相对稳定，但在较高温度下会发生热分解，产生二氧化碳和盐酸等产物，这些产物还能被进一步氯化为四氯化碳。

三氯甲烷本身也有毒，且能够通过皮肤，以及消化系统、呼吸道的接触，渗透到人的机体中，抑制中枢神经系统的运作，还会损害肝肾的功能，引发肝脏坏死、肿大等症状。长期接触或吸入高浓度的三氯甲烷，则会引发急性中毒，表现为头痛、头晕、乏力、恶心等症状，严重时可导致心脏骤然停搏而休克死亡。

顶空气相色谱法(HS-GC)，是目前应用较为广泛的一种联合检测技术，其核心原理在于一定条件下固相与液相之间存在的分配平衡原理，借助此原理，即可通过测量得出的数据信息，得到样品中的挥发性组分含量结果。在检验过程中，需要对样品予以加热处理，此时，挥发性组分就会脱离样本的基体，然后在气液或气固两相中形成平衡的状态。此时，气相中的组分就能够反映凝聚相(即原始样品)中的组分情况，所以，如果直接将顶部的气体加以抽取，再将其送入气相色谱仪分析，就能够检测出样品中挥发性组分的类型和含量。

在上述原理的作用下，HS-GC法避免了冗长繁琐的样品前处理过程，让检测操作简便快捷，而且使用顶空进样技术可以避免有机溶剂对分析造成的干扰，减少对色谱柱及进样口的污染。为此，与液-液萃取和固相萃取相比，顶空气相色谱法具有更高的灵敏度和分析速度。此外，此方法对分析人员和环境的危害也比较小。

2、三氯甲烷对生活饮用水的影响

在饮用水的消毒过程中，使用含氯化合物作为消毒剂时，含氯化合物与天然有机物或人造有机物发生反应，会形成卤素化合物，其中包括三氯甲烷。如果水中存在腐殖质，那么将腐殖质予以过滤后，再进行加氯消毒，可以减少副反应的发生，从而控制三氯甲烷的生成，因此，在自来水厂进行水处理时，先除去水中的悬浮物，再加氯处理能减少三氯甲烷的生成。但即便如此，加氯处理后的饮用水中仍可能含有三氯甲烷。此外，大气中的三氯乙烯在光化作用下降解也会生成三氯甲烷，这些三氯甲烷可能通过降水等方式进入水源，而地下水中的三氯甲烷具有蓄积作用，从而形成了饮用水中的潜在污染源。长期接触或摄入低浓度三氯甲烷可能导致慢性中毒，主要表现为肝脏损害；此外，还可能出现消化不良、乏力、头痛、失眠等症状。少数患者可能出现肾损害及嗜氯仿癖。目前，三氯甲烷被认为具有潜在的致癌性。流行病学研究发现，长期饮用三氯甲烷含量较高的饮用水的人群患膀胱癌的风险较高。在此背景下，为了保护人体健康，各国对生活饮用水中三氯甲烷的浓度设定了严格的限量标准。为此，需定期对饮用水进行检测，包括三氯甲烷等有害物质的检测，以确保水质安全。

3、顶空气相色谱法在生活饮用水的三氯甲烷测定中的应用探究

3.1 材料与方法

3.1.1 试剂与耗材

①甲醇中三氯甲烷标准储备液，用于绘制标准曲线和进行定量分析；②甲醇，用于稀释标准溶液；③抗坏血酸作为样品的抗氧化剂；④氯化钠，用于提高水样中挥发性有机物的萃取效率；⑤纯水作为空白样和溶剂；⑥随机采集的自来水44份。

3.1.2 仪器与设备

①搭载ECD的气相色谱仪；②HP-5毛细管色谱柱；③自动顶空进样器；④100 mL棕色广口瓶；⑤20 mL成套顶空瓶；⑥100 μL微量注射器。

3.2 实验过程

顶空气相色谱法：①标准溶液配置：用10 mL容量瓶，盛放9 mL甲醇，再向其中加入标准储备液0.1 mL，然后使用纯水加以定容处理，由此配制出三氯甲烷的中间液，其浓度为10μg/mL。此后，取其中的1 mL，并使用纯水将其稀释到100 mL，即可得到浓度为100μg/L的标准使用溶液。②仪器设置：根据仪器说明书和实验要求，设置气相色谱仪和顶空进样器的参数。其中，气相色谱仪的参数为，进样口温度设置为200 ℃；柱流量为恒流1.0～1.5 mL/min；检测器温度设置为300 ℃；初始温度35 ℃，保持3 min后，以20 ℃/min的速度升温至220 ℃，保持2 min。顶空进样器的参数为：样品瓶加热温度、进样针温度均为55 ℃；传输线温度为110 ℃。③标准曲线绘制：向7个顶空瓶中，分别加入0 mL、0.2 mL、1 mL、2 mL、4 mL、7 mL、10 mL的标准使用溶液，然后加入适量纯水和氯化钠稀释定容到10 mL，混匀后密封，再将顶空瓶放入顶空进样器中，按照设定的参数进行加热平衡和进样测定。之后记录每个浓度的标准溶液的峰面积或峰高，并绘制标准曲线。④样品采集与预处理：用洁净的采样容器采集生活饮用水样品，并尽快送至实验室。到达实验室后，将水样转移至顶空瓶中，向每10 mL水样中加入0.01 g氯化钠，混匀后密封，再向水样中加入抗坏血酸0.3 g，防止氧化。⑤样品测定：将预处理后的水样放入顶空进样器中，按照设定的参数进行加热平衡和进样测定，然后记录样品的峰面积或峰高，并根据标准曲线计算样品中三氯甲烷的质量浓度。⑥结果分析：根据测定的峰面积或峰高和绘制的标准曲线，计算样品中三氯甲烷的质量浓度，然后将测定结果与相关水质标准进行比较，以评估水质的优劣。⑦方法精密度检测：取10 mL含有三氯甲烷的样本2份，一份加入0.01 g氯化钠，另一份不加入氯化钠，然后对2份样本均重复测量6次，得出氯化钠含量、峰面积均值及标准偏差(S)，再按照《生活饮用水标准检验方法农药指标》(GB/T 5750.9—2023)中的规定测定相对标准差(RSD)，若RSD在2.2%～8.1%范围内，说明精密度符合要求，RSD越低，说明精密度越优。⑧方法准确度检验：取8 mL已经测得三氯甲烷浓度为15.2 μg/L的样本3份，然后向这3份样品中，分别加入0.1 mL、0.2 mL、0.5 mL三氯甲烷标准使用液，以及0.01 g氯化钠，再定容到10 mL。之后，按照上述方法进行三氯甲烷含量检测，得到回收率，根据《生活饮用水标准检验方法农药指标》(GB/T 5750.9—2023)，回收率在90.4%～98.9%时，说明方法准确度满足标准。

在上述实验操作中，需要注意，要确保所有玻璃器皿的洁净度，避免污染样品，而且顶空瓶的密封性要良好，以防止挥发性有机物的逸出，同时加热平衡时间和温度要根据样品性质和仪器性能进行调整，以确保样品中的挥发性有机物充分挥发并达到气液平衡。如果实验室近期曾经使用三氯甲烷进行萃取操作，就需要做好通风，以免污染。此外，在测定过程中要密切注意仪器的运行状态和测定结果的变化，及时发现并解决问题。

3.3 实验结果

3.3.1 三氯甲烷的标准曲线

结果显示，三氯甲烷的质量浓度为2.01～100μg/L，线性回归方程为y=145.27x-13.128；相关系数为0.99 995，如图1所示。

图1 三氯甲烷标准曲线图

3.3.2 三氯甲烷的色谱图

结果显示，三氯甲烷的保存时间为1.797 min，相邻峰分离度(R)为5.3，分离比较好，如图2所示。

图2 三氯甲烷色谱图

3.3.3 方法精密度结果

结果显示，样本中添加了氯化钠时，相对标准差(RSD)为1.3%；未添加氯化钠时，RSD为4.5%，如表1所示。

表1 RSD表

3.3.4 方法准确度结果

结果显示，3份样本的回收率均在规定范围内，如表2所示。

表2 回收率表

3.3.5 实际样品测定

结果显示，44份样品中，有2份的三氯甲烷检出浓度低于检出限，经查证后，发现该样本属于深井水。其余42份样本的三氯甲烷检出浓度在1.1～17.3 μg/L，均值为9.5 μg/L，低于国家标准限值60 μg/L。

4、结语

顶空气相色谱法通过电子捕获检测器(ECD)可以对三氯甲烷等挥发性有机物进行高灵敏度的检测。而ECD对卤代烃类化合物具有极高的选择性，能够准确测定生活饮用水中三氯甲烷的微量浓度，甚至达到痕量级别。顶空气相色谱法有配套的标准化的操作程序和精密的仪器设置，这使得此种检测方法具有良好的重复性和稳定性，可以确保数据的可靠性和准确性。此外，顶空气相色谱法结合了顶空进样技术和气相色谱分析技术，实现了样品的前处理和分析过程的自动化。这大大简化了操作步骤，减少了人为误差，提高了工作效率；同时该方法还适用于批量样品的快速分析，为水质监测提供了有力的技术支持。目前，顶空分析方法随气相色谱分析方法的发展不断更新和发展，现代顶空分析法已形成相对较为完善的分析体系，能够更好地保障检测效果。

在此背景下，文章围绕顶空气相色谱法测量三氯甲烷展开实验分析，结果显示，样本中的三氯甲烷浓度在1.1～17.3 μg/L，远低于国家标准限值60 μ/L，说明饮用水中的三氯甲烷含量合格。在此过程中，通过对本文论述的顶空气相色谱法进行方法精密度检测、准确度检测发现，加入了0.01氯化钠的情况下，方法的精密度更高，同时应用本文的方法，样本中三氯甲烷的回收率也均在标准范围内，说明本文的方法具有足够的精密度、准确度，所以测定结果可靠。

参考文献:

[1]许陈裔,徐惠林,李娜.改良顶空气相色谱法测定生活饮用水中三氯甲烷[J].环境监控与预警,2023(6):66-69.

[2]刘谨菲.顶空-气相色谱法测定生活饮用水中三氯甲烷和四氯化碳的方法探讨[J].食品安全导刊,2022(15):68-70.

[3]顾显显.顶空气相色谱法测定生活饮用水中三氯甲烷和四氯化碳[J].江苏预防医学,2023(5):582-583,644.

[4]吴小丽.2种进样方法测定生活饮用水中三氯甲烷和四氯化碳含量的比较[J].疾病预防控制通报,2023(3):82-84.

[5]李慧莲.顶空-气相色谱法测定饮用水中三氯甲烷的影响因素探究[J].清洗世界,2022(10):55-57.

文章来源:唐从文.顶空气相色谱法在生活饮用水中三氯甲烷测定中的运用[J].大众标准化,2024,(22):172-174.