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(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣州，510275)摘要：本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜法，對(duì)廢水中三苯（苯、甲苯、二甲苯）含量進(jìn)行分析。色譜法是一種分離技術(shù)，是混合物最有效的分離、分析方法。試樣混合物的分離過程也就是試樣中各組分在色譜柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過程。選擇正己烷作為內(nèi)標(biāo)物，以氮?dú)鉃檩d氣, 選擇合適的柱溫、檢測(cè)器溫度、汽化溫度, 合適的氣流比、分流比等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：廢水中三苯含量分別為：苯：0.00174 mg·L-1、甲苯：0.00295 mg·L-1、對(duì)-二甲苯：0.00201 mg·L-1、鄰-二甲苯：0.00279mg·

2、;L-1。均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)標(biāo)GB5749-2006）。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）毛細(xì)管柱1.前言：由于苯和苯的同系物，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，溫度愈高，揮發(fā)量愈大。工業(yè)上常把苯、甲苯、二甲苯統(tǒng)稱為三苯。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。低濃度苯對(duì)作業(yè)人群的健康有損害，尤其要注意對(duì)人體遺傳物質(zhì)的損傷作用。甲苯進(jìn)入體內(nèi)以后約有48%在體內(nèi)被代謝

3、，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1250mg/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。二甲苯包括鄰位、間位和對(duì)位三種異構(gòu)體，以間位比例最大，可達(dá)60%-70%，對(duì)位含量最低。工業(yè)用二甲苯三種異構(gòu)體的毒性略有差異，均屬低毒類。此外，吸入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

4、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0.01mg/L；甲苯0.71mg/L；二甲苯0.5mg/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2.1 試劑和儀器儀器Agilent

5、4890D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，保持2min，升溫速率為20min1并升至150；進(jìn)樣量0.51L。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

6、、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。廢水樣品前處理取廢水樣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。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

7、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)。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。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/min2.4723.0864.3535.7096.008表 2. 混樣的色譜數(shù)據(jù)峰號(hào)峰名保留時(shí)間/min峰高/u

8、V峰面積/ uV·s5正己烷2.480465351867苯3.088124271366510甲苯4.361148542112411對(duì)二甲苯5.712201442748912鄰二甲苯6.0092059227925表 3 .廢水樣品的色譜數(shù)據(jù)峰號(hào)峰名保留時(shí)間/min峰高/uV峰面積/uV·s2正己烷2.36290116346苯3.0618753173647甲苯4.3536319116158對(duì)二甲苯5.71013329204099鄰二甲苯6.0081484821586數(shù)據(jù)處理：=0.6594g/mL 樣品中正己烷的質(zhì)量：=×=0.6594×103g/mL

9、15;5.00×103mL=3.30g進(jìn)樣樣品中正己烷質(zhì)量：=×V進(jìn)樣=×1 =0.0736校正因子的計(jì)算：= （1）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；待測(cè)組分（混樣）的峰面積，為為待測(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·s28435243412837729462正己烷峰面積 /uV·s19506混樣中含量/g·5mL-1352314373425混樣中正己烷含量/g·5mL-1368進(jìn)樣中質(zhì)量/g0.07040.06280.07460.

10、0850進(jìn)樣中正己烷質(zhì)量/g0.0736校正因子0.65610.68370.69670.7645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0.65610.68370.69670.7645峰面積 /uV·s17931291471950324609峰面積 /uV·s222710進(jìn)樣中質(zhì)量mi/g3.48×10-55.90×10-54.02×10-55.57×10-5進(jìn)樣中正己烷質(zhì)量/g6.59×10-4樣品中含量Wi/mg·L-11.74×10-32.95×10-32.01×

11、;10-32.79×10-3其中, =× （2） = = （3）3.1討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果：廢水中三苯含量分別為：苯：0.00174 mg·L-1、甲苯：0.00295 mg·L-1、對(duì)-二甲苯：0.00201 mg· L-1、鄰-二甲苯：0.00279mg· L-1。均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)標(biāo)GB5749-2006）：苯0.01mg/L；甲苯0.71mg/L；二甲苯0.5mg/L。實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)針孔插入色譜儀后，要快速注入并同時(shí)開始測(cè)量，以避免液體在汽化室內(nèi)時(shí)間過長(zhǎng)使部分液體先氣化進(jìn)入色譜柱造成譜圖混亂。樣品中如果含有固形物，會(huì)造成對(duì)汽化室、檢測(cè)

12、器的污染及堵塞毛細(xì)管柱；樣品中含有水分也可造成對(duì)毛細(xì)管柱的損壞，降低其壽命。因此在制作樣品時(shí)必須小心，防止固體物和水的存在?；鞓?biāo)氣相色譜圖中在保留時(shí)間為2.693有一強(qiáng)度很大的峰，在3.562處有一強(qiáng)度較小的峰，而在樣品中這兩個(gè)峰均不存在，3.562處的峰是乙酸乙酯帶來的。程序升溫：是指色譜柱的溫度按照組分沸程設(shè)置的程序連續(xù)地隨時(shí)間線性或非線性逐漸升高，使柱溫與組分的沸點(diǎn)相互對(duì)應(yīng)，以使低沸點(diǎn)組分和高沸點(diǎn)組分在色譜柱中都有適宜的保留、色譜峰分布均勻且峰形對(duì)稱。各組分的保留值可用色譜峰最高處的相應(yīng)溫度即保留溫度表示。采用程序升溫的辦法就能使高沸點(diǎn)及低沸點(diǎn)組分都能獲得滿意結(jié)果。為了保證被分離后的組分

13、通過時(shí)不在檢測(cè)器處冷凝，防止檢測(cè)器遭到損壞，檢測(cè)器的溫度一般要高于柱溫。因?yàn)椴煌奈镔|(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，所以有時(shí)要采取雙柱定性來排除不同的物質(zhì)在同一根柱子上可能會(huì)有相同的保留時(shí)間的影響。由于用同一檢測(cè)器測(cè)定同一種組分，當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，組分量愈大，相應(yīng)的峰面積就愈大。但同一檢測(cè)器測(cè)定相同質(zhì)量的不同組分時(shí)，卻由于不同組分性質(zhì)不同，檢測(cè)器對(duì)不同物質(zhì)的響應(yīng)值不同，因而產(chǎn)生的峰面積也不同。因此不能直接應(yīng)用峰面積計(jì)算組分含量。為此，引入“定量校正因子”來校正峰面積。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，

14、為防止柱超載，要使用分流進(jìn)樣器。樣品注入分流進(jìn)樣器氣化后，只有一小部分樣品進(jìn)入毛細(xì)管柱 ，而大部分樣品都隨載氣由分流氣體出口放空。分析時(shí)使用的分流比范圍一般為1:10-1:100。提高分離度要控制以下實(shí)驗(yàn)條件：1.選擇合適的載氣可以提高柱效能。2.選擇合適的載氣流速。載氣的流速可以通過另外實(shí)驗(yàn)來確定。3.選擇合適的色譜柱，混合組分是否能在色譜柱中完全分離或者分離快慢，很大程度上取決于色譜柱的選擇，色譜柱的類型、直徑以及固體吸附劑的種類均對(duì)分離效果有很大的影響。4.選擇合適的柱溫，若單一的溫度不能達(dá)到很好的分離效果，可以采用程序升溫的辦法，使高沸點(diǎn)及低沸點(diǎn)組分都能獲得滿意結(jié)果。5.選擇合適的氣化室溫度，既要保證樣品迅速且完