硝基苯分析方法综述

CHEMICAL ANALYSIS AND METERAGE

化学分析计量

Vol. 28，No. 1

Jan. 2019

123

doi：10.3969／j.issn.1008–6145.2019.01.030

硝基苯分析方法综述

郭波，吕尚，许思思

(山东省计量科学研究院，济南　250014)

摘要　对硝基苯分析方法进行归纳和综述。硝基苯的分析方法有电化学法、分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法，以及联用方法如吹扫捕集与色谱、质谱联用，固相微萃取与色谱、质谱联用等。其中的联用方法高效、简单、快速；色谱法是普遍适用且最具有应用前景的有效方法；光度法设备价格低廉、操作简单，在实际工作中得到不断改进，方法的精密度和准确度大为提高，值得推广。

关键词　硝基苯；分析方法；综述

中图分类号：O652 文献标识码：A 文章编号：1008–6145(2019)01–0123–05

Summary of analytical methods for nitrobenzene

GUO Bo, LYU Shang, XU Sisi

（Shandong Institute of Metrology, Jinan　250014, China）

Abstract　Analytical methods for the analysis of nitrobenzene were summarized. The analytical methods for nitrobenzene were introduced included electrochemical method, spectrophotometry, gas chromatography, high performance liquid chromatography and combination methods such as purging and trapping combined with chromatography or mass spectrometry; solid phase microextraction combined with chromatography or mass spectrometry and so on. The combination methos were efficient, sample and fast; the chromatography was a promising method for its universal application; the photometric method was with inexpensive equipment and simple operation, which was developed in practice and the precision and accuracy were improved, it was worth pormoting.

Keywords　nitrobenzene; analytical method; summary硝基苯是一种重要的化工原料，也是用途广泛的化工中间体，但硝基苯有剧毒，会对环境产生污染与破坏。建立或选择有效的硝基苯分析方法对评价产品质量、保护环境安全意义重大。

目前为止，硝基苯的测定方法有电化学法、分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法、极谱法及一些联用方法，如吹扫捕集与色谱–质谱联用、固相微萃取与色谱–质谱联用等。其中，电化学法和分光光度法灵敏度较低，难以推广；气相色谱法和液相色谱法最为常用。1　电化学法

电化学分析法是根据溶液的电化学性质及其变化，分析被测物的组成及含量与其电化学参数的关系而形成的一种方法。自20世纪80年代开始，随着相关技术和仪器的快速发展，电化学分析法在许多领域中的应用有了很大程度的提高［1］。

基金项目　国家质量基础的共性技术研究与应用项目（ZI.JC1608-2-7）

通讯作者　许思思，博士，从事标准物质研究，E-mail: sisixu2008@163.com；收稿日期　2018–12–03引用格式　郭波，吕尚，许思思.硝基苯分析方法综述.［J］.化学分析计量，2019，28(1): 123–127.

GUO B, LYU S, XU S S. Summary of analytical methods for nitrobenzene［J］.Chemical analysis and meterage，2019，28(1): 123–127.

［2］［3］

有关电化学法检测硝基苯的文献较少。童雷等采用

方波伏安法测定不同水系中的硝基苯，方法快捷高效，线性范围在1.0～300 mg／L，检出限为0.35 mg／L，测定结果满足要求；TREDICI研究组［4］对硝基苯类化合物进行分析，最低检测限为2 μg／L；HRAPOVIC等［5］测定硝基苯类化合物的检测限达1 μg／L（ppb）；GUO等［6］检测对硝基苯类物质的检测限达0.5 μg／L（ppb）；YANG等［7］采用Nafion／ MWCNTs／HRP生物传感器测定痕量TNT，线性关系良好。国外也有一些文献报道［8–11］。电化学方法仪器设备价格低廉，调试和操作都较简单，容易实现自动化，但是这种方法选择性差。2　分光光度法

分光光度法基于硝基苯在特定波长或一定波长范围内有吸收，利用朗伯－比耳定律进行定量分析。此法灵敏度高，操作简便，分析速度快，被广泛应用于许多领域。

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化学分析计量 2019年，第28卷，第1期

陈颖等［12］利用二氧化硫脲的还原特性［13］，采用还原偶氮的方法检测硝基苯，结果发现硝基苯的最大吸收波长为552 nm，该法测定的硝基苯的检测限为4 μg／L。ESCRIG-TENAA等［14］在540 nm的可见光区检测硝基苯类物质，线性范围为2×10–6～7×10–5 mol／L，线性相关系数大于0.999，检测限为10–7 mol／L，回收率理想。张波等［15］为了消除几种硝基苯同分异构体“多重共线性”的影响，利用系统聚类优化波长、逐步回归对几种成分定性、主成分回归对几种成分定量等方式，准确分析几种混合硝基苯类物质的种类及含量，得到较为理想的结果。邵明武等［16］发现硝基苯类五元混合体系不适合采用多元线性回归法进行分析，若要满足分析要求，则需采用多元逐步回归和岭回归。李伸后等［17］利用灵敏度高的荧光分析法检测地面水中的硝基苯，发现荧光光度法不能单独检测芳香族硝基化合物，测定极易受到干扰，

实验结果不理想。采用分光光度法检测硝基苯类化合物时，使用最多的是还原偶氮光度法，邢书才等［18］对这种方法加以优化，不但解决了样品显色体系酸度不一致的问题，而且拓宽了校准曲线的测定范围。尹莉莉等［19］发现还原偶氮法因为过程复杂而容易受到很多因素的影响，会带来较多不确定因素，从而影响分析结果。

分光光度法［20–21］的优点是仪器操作简便，价格低廉而且便携性好，适合进行现场分析；缺点是准确度不高。而随着科学技术的不断发展，分光光度法在不断地改进，测量精度与灵敏度均有所提高，分析效率提升明显，应用越来越广泛［22］。3　气相色谱法

气相色谱法的优势是可以分离分析复杂的多组分混合物。气相色谱法因分离效率、灵敏度均较高而广泛应用于石油炼化、环境保护等领域中。

气相色谱法是硝基苯检测的常用手段之一，也是现有文献资料中使用非常多的方法。以下从检测器类型、色谱柱的选用、载气流量、柱温等几个方面分别进行综述。3.1　检测器类型

气相色谱仪的检测器有以下几种：热导检测器（TCD）、火焰离子化检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）、原子发射检测器(AED)等［23］。硝基苯的检测最常使用的是FID和ECD。

FID需要以氢气、空气为助燃气体。这种检测器的灵敏度高，检出限低，响应速度快，可用于很多场所，主要检测含碳有机化合物。其主要缺点是不能检测卤代硅烷、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。

宋冰冰等［24］用Agilent 7890A型气相色谱仪配置FID

检测器，在15 min内分离出10种硝基苯类化合物。谭芳等

［25］

测定水环境中甲苯及硝基苯类化合物时，使用FID检测器，线性范围为6.25～100 μg／L，检出限为0.2～0.25 μg／L。 美国EPA 609方法［26］利用气相色谱法检测城市污水和工业废水，同时采用FID和ECD检测器，方法检出限为0.01～13.7 μg／L［27］。

ECD的优点是选择性强，缺点是线性范围窄，操作条件的改变容易影响实验结果，重现性较差［23］。牛群鸣等［28］比较了ECD气相色谱法与气相色谱–质谱（GC–MS）法，发现ECD气相色谱法在灵敏度、稳定性、维护成本等方便优于GC–MS法，适用于分析干净基质的样品，而GC–MS法更加适用于分析复杂样品。3.2　色谱柱的选用

色谱柱类型众多，色谱柱一般与仪器配套使用。色谱柱有以下几个选择原则：

（1）以相似相容原理为依据根据固定相的极性来选择色谱柱，按照非极性、中级性、极性进行选择；

（2）按照标准方法的规定选择；

（3）按照厂家提供的资料选择或者直接咨询厂家。环境保护标准HJ 716–2014 《水质　硝基苯类化合物的测定　气相色谱–质谱法（发布稿）》中提供选择的色谱柱为石英毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 µm，固定相为100%二甲基聚硅氧烷）或其它等效毛细管柱［29］。3.3　载气流量

环境保护标准HJ 716–2014中选择的柱流量为1.0 mL／min，实际柱流量需按照仪器说明和具体试验结果进行设置［29］。3.4　柱温

色谱柱温的选择主要考虑两个方面：分离速度与分析效能。提高柱温，有利于降低组分在气相色谱中的传质阻力，有利于提高柱效，同时纵向分子扩散相系数增大，分析速度提高；不利的是柱选择性变差，分离度降低。降低柱温可以得到良好的分离效果，但分析时间会增加。一般原则：适当降低柱温以得到良好的分离效果，同时尽可能减少分析时间，具体柱温需根据试验结果确定。

气相色谱分析中，色谱柱的温度控制方式分为恒温和程序升温两种，分析硝基苯类化合物一般采用程序升温的方式。程序升温的主要优点：改善分离效果，色谱峰变窄，检测限降低，分析时间缩短。因此对于沸点范围较宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。如果两个相邻组分难以分离，使用程序升温可以得到更好的分离度和更高的柱效。

李利荣等［30］在测定水体中15种硝基苯类化合物的含量时，采用程序升温（初始柱温为60 ℃，保持1 min，以

郭波，等：硝基苯分析方法综述

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10℃／min速率升温至200℃，保持10 min，进样口温度为250℃），分离效果良好。黄中等［31］测定水样中硝基苯类化合物时，采用程序升温（初始温度为100℃，以10℃／min速率升温至160℃，再以5℃／min速率升温至220℃，保持1.5 min）。该法在11.5 min内将9种硝基苯类完全分离。

此外，国外有很多关于硝基苯检测方法的研究。EBRAHIMZADEH等［32］分离检测污水样品中的间硝基甲苯，采用程序升温（于60℃保持4 min，以10℃／min的速率升温至200℃，然后以20℃／min的速率升温至250℃），该法在质量浓度为1～600 μg／L范围内线性良好；EBRAHIMZADEH研究组［33］分析了废水样品中的硝基苯类化合物，采用程序升温（于60℃保持4 min，以10℃／min 的速率升温至200℃，然后以20℃／min的速率升温至250℃）

，在此条件下，2-硝基甲苯和2，4-二硝基甲苯分别在0.5～300 μg／L，1～400 μg／L浓度范围内呈良好的线性，最低检测限分别为0.09，0.5 μg／L。

在气相色谱法的基础上，发展了气相色谱–质谱（GC–MS）法。GC–MS法集高效分离和准确定量为一体，取样量

小，越来越多地应用于有机物分析中。YOSHINORI等［34］

利用GC–MS法测定环境样品中10种硝基苯的含量，测定结果的相对标准偏差为1.0%～6.9%；XI等［35］用GC–MS法测定环境水样中的硝基苯类化合物，线性良好，回收率为71.4%~124.3%，测定结果的相对标准偏差小于10.1%；ZHANG等［36］采用GC–MS法测定含有痕量硝基苯化合物的水和土壤样品，实验结果良好；刘淑容［37］采用吹扫捕集–GC–MS法测定地表水中5种硝基苯类化合物，实验结果表明，该方法准确度高、重现性好，能够满足地表水中5 种硝基苯类化合物的同时测定。

气相色谱法分析速度快，灵敏度高，精密度好，操作简单，选择性好；可分离、分析恒沸混合物，沸点相近的物质，某些同位素，顺式与反式异构体，邻、间、对位异构体，旋光异构体等；应用范围广，主要用于分析各种气体和易挥发的有机物质，适用于检测硝基苯类化合物。其缺点是在对组分进行定性分析时，必须用已知物或已知数据与相应的色谱峰进行对比，或与其它方法（如质谱、光谱）联用，才能获得确定的结果。在定量分析时，常需要用已知物纯样品对检测后的输出信号进行校正。4　高效液相色谱法

高效液相色谱法是以经典液相色谱为基础，结合了气相色谱理论，又引用了高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器等诸多技术发展而来。该法优点是响应速度快，效率高，灵敏度高，操作自动化。

与气相色谱法相比，高效液相色谱法有三个方面的优

势：

（1）气相色谱法分析对象范围窄，仅限于气体和沸点较低的化合物。高效液相色谱法适合高沸点、热稳定性差、相对分子质量大的有机物的分析。

（2）气相色谱法以对组分没有亲和力的惰性气体为流动相，仅起运载作用，与被分析物质不产生相互作用力。高效液相色谱法的流动相可选用不同极性的液体，对被分析物质产生一定的亲和力，与固定相一起对组分进行竞争。因此，高效液相色谱的流动相选择很重要，因为它对被分析物质的分离起很大作用。

（3）气相色谱分析温度高，高效液相色谱法通常在室温下使用。

高效液相色谱法兼具气相色谱和经典液相色谱的优点，在生物医药等领域应用广泛［38］。

影响高效液相色谱法分离效果的因素有以下几个：流动相的类型、流动相比例、洗脱方式及色谱柱的选择等。4.1　流动相的选择

高效液相色谱利用溶液中被分离物质在流动相和固定相中分配系数不同来分离组分。只有选用正确的流动相才能得到理想的分离度。流动相首先要满足以下要求：(1)容易得到；(2)适合于所用的检测器；(3)纯净，有一定的惰性；(4)无毒，使用安全；(5)对所分离的样品有一定的溶解能力。常见的流动相有：乙腈–水、乙腈–乙酸、甲醇–水、乙腈–磷酸等。

王建刚等［39］用高效液相色谱法测定废水中硝基苯的含量时，采用的流动相为甲醇–水–乙酸(体积比为70∶29∶1)，分离效果良好，色谱峰形正常；余彬彬等［40］以甲醇和水为流动相，基本分离10 种硝基苯类化合物，除 2，4-二硝基甲苯外，其它9种满足地表水标准限值检测需求；WANG等［41］提出一种胶束电动色谱法和高效液相色谱法，对12种硝基苯及其还原产物进行检测，分离度良好； SHIRO［42］研究硝基苯在反相高效液相色谱中作为内标候选物的效用，流动相由水（20%～70%）–有机溶剂（有机溶剂为乙腈、甲醇、四氢呋喃及其混合物）组成，实验结果满意。4.2　流动相比例

根据《2010版中国药品检验标准操作规范》［43］

规定，

流动相的比例以组分比例较低者（≤50%)相对改变量不超过±30%，且绝对改变量不超过±10%为限，若30%相对改变量的数值超过10%时，则改变量以±10%为限。例如，流动相A∶B（70∶30），按照规定，A相的绝对改变量为63~77，B相的绝对改变量为27~33。

流动相比例的选择还需要根据仪器的使用说明和实际操作条件确定。吕国晓等［44］检测水中的硝基苯，在保证充

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化学分析计量 2019年，第28卷，第1期

分分离的情况下尽可能缩短分析时间，设置流动相乙腈与水的体积比为7∶3，硝基苯峰的周围没有干扰峰，分离效果良好；刘明等［45］采用高效液相色谱法测定水中的硝基苯，采用50%甲醇和50%水作为流动相，发现当甲醇含量增加时，硝基苯的保留时间缩短；王小芳等［46］用高效液相色谱法测定8种硝基苯化合物，以55%水、40%甲醇、5%乙腈作为流动相，8种硝基苯化合物得到较好的分离，满足测定要求。4.3　洗脱方式

高效液相色谱法的洗脱方式分为等度洗脱和梯度洗脱。等度洗脱即流动相的组成比例和流量恒定不变的洗脱方式。梯度洗脱是指在一个分析周期中，按一定程序不断改变流动相的浓度配比。梯度洗脱克服了等度洗脱中的一些弱点：（1）减少手动配制流动相引起的误差；（2）避免保留时间短的色谱峰分离度过小；（3）避免保留时间长的色谱峰峰宽增大、峰高降低；（4）避免容量因子范围宽的混合物分析时间长；（5）避免保留时间长的组分污染色谱柱。

梯度洗脱液相色谱法适于以下几种情况：（1）容量因子范围较大的样品，即组分较为复杂的样品；（2）大分子样品，即相对分子质量大的样品；（3）含有高保留时间组分的样品；4）沸点高或热稳定性差的物质

［47］

。余彬彬等

［40］

采用高

效液相色谱法直接测定水中10种硝基苯类化合物，以甲醇和水为流动相，采用梯度洗脱的方式进行分离，实验发现除 2，4-二硝基氯苯与邻-硝基氯苯未实现完全分离，其它几种硝基苯类化合物均分离良好。4.4　色谱柱的选择

国内外检测硝基苯类物质采用的液相色谱柱多数是反相色谱柱，其中最为常见的是C18色谱柱。反相色谱柱固定相是非极性的，而流动相则为强极性（比如水、甲醇、乙腈等），分析时强极性组分先出峰。由于各仪器厂商的色谱固定相键合技术、填充技术存在差异，同一品牌不同系列的C18柱其功能也有区别：有能耐受低pH值的，有耐高温的，有适合碱性样品的等等。因此要仔细阅读色谱柱说明书，认真研究色谱柱参数，以便选择合适的色谱柱和适宜的分离方法。5　其它方法

季学兵

［48］

对微分脉冲极谱和经典直流极谱2种极谱

法进行比较，得到的结论是微分脉冲极谱的灵敏度更高，优先用于硝基苯的检测；张迎等［49］利用薄层层析法分离鉴定硝基苯类化合物，部分硝基苯类化合物能够分离出来并得到检测。6　结语

在硝基苯的众多分析方法中，联用技术尤为高效、简单、快速，但由于仪器价格高昂，其应用推广受到一定的限制；色谱法对硝基苯类化合物具有良好的分离分析性功能，

是普遍适用和最具应用前景的有效方法之一；传统的光度法设备便宜、操作简单，一定程度上可以满足硝基苯的测定要求，而其在实际工作中得到不断改进后，方法的准确度和精密度大为提高，是值得推广的有效分析方法。

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