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浅析顶空-气相色谱法分析水中的挥发性苯系物

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水中的苯系物通常包括苯、甲苯、乙苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯乙烯等几种化合物。除苯是已知的致癌物外,其它几种化合物对人体和水生生物均有不同程度的毒性。苯系物的工业污染源主要源于石油化工、炼焦化工生产的排放废水。如茂名石化乙烯工业公司的芳烃车间排污水、裂解车间排污水等都含有大量苯系物。因此,测定水中苯系物含量对环境保护具有重要的意义。水中挥发性苯系物常用的富集方法有顶空法、二硫化碳萃取法、汽-液平衡法等。近年来,在样品的快速采集、分离和浓缩及技术改进方面均有报道。
本方法利用苯系物易挥发的特性,结合顶空进样器的进样技术,采用顶空-气相色谱法,得到了较满意的分析结果。该方法具有简便、快速、灵敏度高、重现性好、能实现半自动化的特点。
1 试验部分
1.1 主要仪器和试剂
气相色谱仪:济南精测科技公司生产的GC-9800气相色谱仪(配有FID 检测器);顶空进样器:DK-9800Ⅱ型顶空进样器;工作站:双通道色谱工作站;顶空瓶:20ml顶空瓶(带内涂聚四氟乙烯膜的瓶盖和铝密封盖)。
苯、甲苯、乙苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯均为色谱纯标准物质;氯化钠:分析纯;纯水:不含苯系物;高纯氮气、空气、氢气。
1.2 色谱条件
色谱柱:HP-1(交联甲基聚硅氧烷) 30m×0.32mm×0.25μm;柱温:40℃保持3min,10℃/min升温至130℃,保持2min;进样口温度:200℃;检测器温度:150℃;柱头压:0.06mPa。
1.3 顶空进样器条件
样品温度:40℃;进样针温度:40℃;传输线温度:40℃;气相循环时间:20min;加热时间40min;加压时间:015min;进样时间:015min;抽样时间:015min。
1.4 样品的保存
取水样时应使样品充满空间,不留空隙,并加盖密封。样品应在冰箱中保存,7 日内处理完毕,14 日内分析完。
1.5 样品分析
取10ml水样于20ml顶空瓶中,加入4gNaCl,加盖密封。置于顶空进样器的样品盘中,设置好顶空进样器和GC-9860气相色谱仪的分析条件,启动顶空进样器和GC系统,以保留时间进行定性分析、以峰面积进行定量分析。用外标法测校正曲线。表1是几种水样的分析结果。芳烃车间排污水的样品和标样的色谱图见图1、图2。
1.6 标准储备液的配制
根据各物质的密度,用2μl微量注射器抽取苯系物标准物,配成质量浓度为1mg/L的苯系物混合溶液作为苯系物的储备液。该储备液应于冰箱中保存,一周内有效。
1.7 标准曲线的绘制
取标准储备液配成苯系物质量浓度分别为10,20,40,60,80,100μg/L的标准系列溶液。取不同浓度的标准系列溶液,按样品分析方法进样分析,并绘制出浓度- 峰面积校正曲线。各组份的校正曲线见表2。
2 结果与讨论
2.1 水中含盐量的影响
根据文献,向水样中加入一定量的NaCl 可以适当提高方法的灵敏度。在10ml水样中分别加入不同量的NaCl,以邻二甲苯的峰高为例,NaCl 的加入量与峰高的关系见表3。由表3可见,选择10ml水样中加入4 g NaCl 为宜。
2.2 气/液体积比的影响
20ml的顶空瓶,用同一水样在气/液体积比分别为3/1、2/1、1/1的条件下测定(考虑到加入盐后液面升高,分别取5ml、7ml、10ml水样),以邻二甲苯为例,其峰高与气/液体积比的关系见表4。表4表明,气/液体积比减少即取水量增加,响应值增高。但考虑到顶空进样针较长,为了避免针头插入液面之下,故选择气/液体积比为1/1,即取10ml水样。
2.3 平衡温度的影响
提高平衡温度可以使更多的苯系物从水相中进入气相,使蒸汽分压增大,响应值增大,灵敏度提高,但太高的平衡温度会导致水蒸汽进入色谱系统。本方法选用40℃为平衡温度。
2.4 平衡时间的影响
初温为4℃的水样,在40℃时分别平衡5,15,25,35,38,40,45,50min,然后以顶空进样器进样,以邻二甲苯为例,峰高与平衡时间的关系见图3。图3表明,随平衡时间延长,响应值也增加,在40min达到气液两相平衡,响应值已不随时间变化,为了提高工作效率,选择平衡时间40min。
2.5 污染物的干扰
干扰本法测定的物质主要是一些其它的挥发性有机物,可以通过程序升温及调节柱头压使干扰物对测定物的影响减至zui小。试验表明,用本方法测定苯系物无较大的干扰。
2.6 方法的精密度和回收率
在同一试验条件下对不同质量浓度的样品进行重复测定,精密度试验结果见表5。在同一试验条件下往不同质量浓度的样品中加入20μg/L的标样,进行重复测定,回收率试验结果见表5。表5表明,方法的重复性和回收率都较好。
3 结论
本方法用顶空进样技术分析水中的苯系物,包括苯、甲苯、乙苯、间二甲苯、对二甲苯和邻二甲苯,提出了顶空进样器的zui佳分析条件。方法的回收率为91%~98%、由于方法采用了顶空进样器,使分析准确、方便、重复性高,且实现了样品分析半自动化。

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