廢水中三苯含量的氣相色譜分析

1、廢水中三苯含量的氣相色譜分析摘要 “三苯”包括苯、甲苯、二甲苯，都具有很強(qiáng)的毒性，因此在水質(zhì)以及空氣監(jiān)測(cè)中都對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。本文采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)（GC-FID）方法，對(duì)廢水中三苯（苯、甲苯、二甲苯）含量進(jìn)行分析，以N2為載氣，正己烷為內(nèi)標(biāo)物，程序升溫下測(cè)定了廢水中“三苯”的含量。實(shí)驗(yàn)測(cè)得廢水樣品中“三苯”含量分別為：苯78.0 mg/L，甲苯69.1 mg/L，二甲苯116.3 mg/L，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)標(biāo)GB5749-2006）1。此法用于測(cè)定廢水中三苯的含量，耗時(shí)短，背景干擾少，人為操作誤差小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可信。關(guān)鍵詞 廢水 氣相色譜 內(nèi)標(biāo)法 三苯（苯、甲苯、二甲苯）

2、毛細(xì)管柱1 引言“三苯”包括苯、甲苯、二甲苯，是煤焦油蒸餾或石油裂化的產(chǎn)物，常溫下即可揮發(fā)、形成苯蒸氣，其具有爆炸性2。苯系污染物已被世界衛(wèi)生組織確定為強(qiáng)烈致癌物質(zhì)3。苯可以在肝臟和骨髓中進(jìn)行代謝，長(zhǎng)期接觸苯可引起骨髓與遺傳損害，血象檢查可發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞、血小板減少，全血細(xì)胞減少與再生障礙性貧血，甚至發(fā)生白血病。甲苯進(jìn)入體內(nèi)以后約有48%在體內(nèi)被代謝，經(jīng)肝臟、腦、肺和腎最后排出體外，在這個(gè)過程中會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生危害，自愿者實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)血液中甲苯濃度達(dá)到1250 mg/m3時(shí)，接觸者的短期記憶能力、注意力持久性以及感覺運(yùn)動(dòng)速度均顯著降低。二甲苯可經(jīng)呼吸道、皮膚及消化道吸收，其蒸氣經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體，有部

3、分經(jīng)呼吸道排出，吸收的二甲苯在體內(nèi)分布以脂肪組織和腎上腺中最多，后依次為骨髓、腦、血液、腎和肝。高濃度的二甲苯可使食欲喪失、惡心、嘔吐和腹痛，有時(shí)可引起肝腎可逆性損傷。同時(shí)二甲苯也是一種麻醉劑，長(zhǎng)期接觸可使神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂。因此，國(guó)家對(duì)三苯的含量有著嚴(yán)格的規(guī)定：國(guó)標(biāo)GB5749-2006飲用水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，水中含量：苯0.01 mg/L；甲苯0.71 mg/L；二甲苯 0.5 mg/L。三苯含量的測(cè)定方法有很多，最主要用氣相色譜的方法，它具有操作簡(jiǎn)單, 定量準(zhǔn)確, 分析速度快的特點(diǎn)，是工業(yè)生產(chǎn)中質(zhì)量控制以及環(huán)保部門產(chǎn)品檢測(cè)的有效手段。另外還有分光管度法、紫外光譜法、光離子化檢測(cè)等等。本實(shí)驗(yàn)采

4、用氣相色譜法對(duì)廢水樣品中的三苯含量進(jìn)行定性及定量測(cè)定。定量測(cè)定采用內(nèi)標(biāo)法，此法可以很好地消除背景干擾以及減少人為操作誤差，可以迅速、準(zhǔn)確地得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 2 實(shí)驗(yàn)部分42.1 試劑和儀器2.1.1 儀器GC-2010型氣相色譜儀；氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）；毛細(xì)管色譜柱：HP5，以聚氧化硅烷-聚乙二醇為固定相（30 m×0.25 mm×0.25m）；1L、5L微量進(jìn)樣器；色譜工作站。氣相色譜條件：汽化溫度為200；檢測(cè)器溫度為250；載氣（N2）總量為40 mLmin1，分流比為30：1；氫氣和空氣流量分別為30 mLmin1和300mLmin1；程序升溫：初始溫度40

5、，保持2min，升溫速率為20min1并升至150；進(jìn)樣量0.51L。2.1.2 試劑苯、甲苯、二甲苯、正己烷均為色譜純；乙酸乙酯、二硫化碳為分析純。各組分標(biāo)準(zhǔn)溶液：于6個(gè)5-10 mL血清瓶中分別稱取苯、甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯、鄰二甲苯和正己烷各0.02-0.03g，加入5.0 mL乙酸乙酯溶解、搖勻，于冰箱內(nèi)保存。2.2實(shí)驗(yàn)過程2.3.1加有基準(zhǔn)物的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制在一個(gè)5-10mL血清瓶中預(yù)先放入約2 mL乙酸乙酯，分別準(zhǔn)確稱取苯、甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯、鄰二甲苯和正己烷0.02-0.03（準(zhǔn)確至0.0002g）于血清瓶中，用乙酸乙酯溶解并稀釋至5mL，搖勻。2.3.2 廢水樣品前處

6、理取廢水樣100 mL，加入150L內(nèi)標(biāo)物正己烷，于100mL分液漏斗中,加2-4 g氯化鈉, 溶解后, 加5.0mL二硫化碳萃取3min，靜止分層，棄去水相。2.3.3 定性分析參照儀器操作使用說明書，啟動(dòng)儀器，設(shè)定色譜分析條件等，使儀器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。待色譜基線平直后分別將三苯單標(biāo)依次進(jìn)樣，記下每種物質(zhì)的保留時(shí)間，作為混合標(biāo)準(zhǔn)以及樣品測(cè)定的對(duì)照定性依據(jù)。2.3.4相對(duì)校正因子fi的測(cè)定注入1 L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，以各純組分的保留時(shí)間與混合標(biāo)樣中色譜圖中各色譜峰對(duì)照定性。并計(jì)算以正己烷為基準(zhǔn)物的相對(duì)定量校正因子fi。2.3.5樣品測(cè)定注入1L步驟2中萃取后樣品溶液，以各純組分的保留時(shí)間與樣品色

7、譜圖中各色譜峰對(duì)照定性。并依據(jù)內(nèi)標(biāo)法計(jì)算樣品含量。3 結(jié)果與討論3.1 數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果計(jì)算表 1 .基準(zhǔn)物的色譜數(shù)據(jù)物質(zhì)正己烷苯甲苯對(duì)二甲苯鄰二甲苯保留時(shí)間/min2.0852.6073.7155.0655.323表 2. 混樣的色譜數(shù)據(jù)峰號(hào)峰名保留時(shí)間/min峰高/uV峰面積/ uV·s5正己烷2.08244413.82472926.8447苯2.61584576.398142799.56310甲苯3.74059670.70385790.32811對(duì)二甲苯5.06573509.156117205.86712鄰二甲苯5.33275668.797122787.969表 3 .廢水樣品的

8、色譜數(shù)據(jù)峰號(hào)峰名保留時(shí)間/min峰高/uV峰面積/uV·s2正己烷2.082284226.156318818.0006苯2.57345141.33261887.3017甲苯3.72341713.71559464.1028對(duì)二甲苯5.04873246.641108542.7979鄰二甲苯5.32340510.06359564.168數(shù)據(jù)處理：=0.659g/mL 樣品中正己烷的質(zhì)量：=×=0.659×106g/mL×5.00×103mL=3295g進(jìn)樣樣品中正己烷質(zhì)量：=×V進(jìn)樣=×1 =0.659校正因子的計(jì)算：= （1）其

9、中As為混樣中正己烷的峰面積，為內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量，即進(jìn)樣中正己烷（混樣）的質(zhì)量；Ai待測(cè)組分（混樣）的峰面積，為mi為待測(cè)組分（混樣）的質(zhì)量。表 4 混樣中的三苯含量測(cè)量結(jié)果苯甲苯對(duì)二甲苯鄰二甲苯峰面積 /uV·s61887.30159464.102108542.79759564.168正己烷峰面積 /uV·s72926.844混樣中含量/g·5mL-123500253003260031200混樣中正己烷含量/g·5mL-133200校正因子0.83410.93460.65971.1506表5樣品中的三苯含量測(cè)量結(jié)果苯甲苯對(duì)二甲苯鄰二甲苯校正因子0.8341

10、0.93460.65971.1506峰面積 /uV·s61887.30159464.102108542.79759564.168峰面積 /uV·s318818.000樣品中各組分含量Pi/ mg·L-1106.699114.874148.010141.662進(jìn)樣中正己烷質(zhì)量/g0.659樣品中含量Wi/mg·L-15.2625.6657.2996.986其中, =× （2）Wi= = （3）3.2 結(jié)果討論實(shí)驗(yàn)表明，氣相色譜能很好的將性質(zhì)相似的物質(zhì)分離開來，定性效果好，且分離速度快，樣品用量少。結(jié)果測(cè)得廢水中苯、甲苯、對(duì)二甲苯、鄰二甲苯的含量分

11、別為0.05927 mg·L-1、0.1111mg·L-1、0.07596mg·L-1、0.09609mg·L-1。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是苯和甲苯均需低于0.1g/mL，鄰、間及對(duì)二甲苯均需低于0.4g/mL，所以，定量結(jié)果表明，該廢水中苯含量已超標(biāo)，不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；甲苯，二甲苯?jīng)]有超標(biāo)，由此可見，所測(cè)水樣超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不允許排放。實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)標(biāo)法，而不采用外標(biāo)法，原因在于，每次樣品分析的色譜條件（檢測(cè)器的響應(yīng)性能，柱溫，流動(dòng)相流速及組成，進(jìn)樣量，柱效等）很難完全相同，因此容易出現(xiàn)較大誤差。此外，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線繪制時(shí)，一般使用欲測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)樣品（或已知準(zhǔn)確含量的樣品），

12、而本實(shí)驗(yàn)中純的三苯很難得到，因此無法用外標(biāo)法進(jìn)行測(cè)定。從表1和表2中對(duì)比各組分標(biāo)準(zhǔn)物的保留時(shí)間與混合標(biāo)準(zhǔn)物及樣品的保留時(shí)間，可以看出各組分的保留時(shí)間不是絕對(duì)的相等，而是有稍微的差別，但是同個(gè)組分之間的差距是相同的，原因可能是每次進(jìn)樣速度不一致以及不同人員的操作，還有載氣流量不穩(wěn)定、溫控誤差等原因。實(shí)驗(yàn)過程中采用程序升溫和內(nèi)標(biāo)法的方法，程序升溫使具有不同沸點(diǎn)的苯、甲苯、鄰二甲苯、對(duì)二甲苯得到很好的分離，提高了檢測(cè)靈敏度；內(nèi)標(biāo)法可以扣除色譜條件的微小變化、進(jìn)樣量的變化、基體等因素的影響。在此實(shí)驗(yàn)條件下因?yàn)闄z測(cè)周期短等因素，不能分離間二甲苯和對(duì)二甲苯，所以假如樣品中有間二甲苯，則實(shí)驗(yàn)中的對(duì)二甲苯的譜

13、峰有可能是對(duì)二甲苯和間二甲苯的疊加。參考文獻(xiàn) 1中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)苯系物的測(cè)定-氣相色譜法.GB11890-89.2成東艷. 室內(nèi)空氣中苯系物污染的危害及防治. 環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì), 2008, 01: 40-42 .3史德, 蘇廣和. 室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人體健康的影響. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社. 2005.4陳六平，鄒世春.2007. 現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù).第一版.北京：科學(xué)出版社.實(shí)驗(yàn)思考（1） 什么是程序升溫？ 答：所謂程序升溫是指通過一定程序的控制，使色譜柱升溫，如本實(shí)驗(yàn)采用的升溫為：初始溫度40，保持2min，升溫速率為20min-1并升至150

14、。通過程序升溫，可以使沸點(diǎn)相差較大的混合物在適合的溫度下獲得好的分離度，并提高分析速度（2） 檢測(cè)器的溫度一般要高于柱溫，為什么？答：檢測(cè)器溫度應(yīng)高于柱溫，以免分離開的組分在檢測(cè)器再次冷凝，影響峰形。（3） 為什么有時(shí)要采取雙柱定性？色譜分析中引入定量校正因子的作用是什么？答：不同的物質(zhì)在同一根柱子上可能會(huì)有相同的保留時(shí)間，但在兩根不同極性的柱子上一般不可能會(huì)有相同的保留時(shí)間，因此采用雙柱能夠定性出某些難以分離的物質(zhì)。加入定量校正因子的作用，作為定量計(jì)算的依據(jù)。（4） 毛細(xì)管氣相色譜分析中，進(jìn)樣時(shí)有時(shí)候需要采取分流方式，為什么？答：使用毛細(xì)管柱時(shí)，由于柱內(nèi)固定相的量少，柱對(duì)樣品的容量要比填充柱低，為防止柱超載，要使用分流進(jìn)樣器