废水中三苯含量的气相色谱分析

1、废水中三苯含量的气相色谱分析(中山大学化学与化学工程学院，广州，510275)摘要：本实验采用气相色谱法，对废水中三苯（苯、甲苯、二甲苯）含量进行分析。色谱法是一种分离技术，是混合物最有效的分离、分析方法。试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱柱中的两相间不断进行着的分配过程。选择正己烷作为内标物，以氮气为载气, 选择合适的柱温、检测器温度、汽化温度, 合适的气流比、分流比等。实验结果：废水中三苯含量分别为：苯：0.00174 mg·L-1、甲苯：0.00295 mg·L-1、对-二甲苯：0.00201 mg·L-1、邻-二甲苯：0.00279mg·

2、;L-1。均符合国家标准（国标GB5749-2006）。此法用于测定废水中三苯的含量，耗时短，背景干扰少，人为操作误差小，实验结果准确可信。关键词：废水 气相色谱 内标法 三苯（苯、甲苯、二甲苯）毛细管柱1.前言：由于苯和苯的同系物，是煤焦油蒸馏或石油裂化的产物，常温下即可挥发、形成苯蒸气，温度愈高，挥发量愈大。工业上常把苯、甲苯、二甲苯统称为三苯。苯可以在肝脏和骨髓中进行代谢，长期接触苯可引起骨髓与遗传损害，血象检查可发现白细胞、血小板减少，全血细胞减少与再生障碍性贫血，甚至发生白血病。低浓度苯对作业人群的健康有损害，尤其要注意对人体遗传物质的损伤作用。甲苯进入体内以后约有48%在体内被代谢

3、，经肝脏、脑、肺和肾最后排出体外，在这个过程中会对神经系统产生危害，自愿者实验证明当血液中甲苯浓度达到1250mg/m3时，接触者的短期记忆能力、注意力持久性以及感觉运动速度均显著降低。二甲苯可经呼吸道、皮肤及消化道吸收，其蒸气经呼吸道进入人体，有部分经呼吸道排出，吸收的二甲苯在体内分布以脂肪组织和肾上腺中最多，后依次为骨髓、脑、血液、肾和肝。二甲苯包括邻位、间位和对位三种异构体，以间位比例最大，可达60%-70%，对位含量最低。工业用二甲苯三种异构体的毒性略有差异，均属低毒类。此外，吸入高浓度的二甲苯可使食欲丧失、恶心、呕吐和腹痛，有时可引起肝肾可逆性损伤。同时二甲苯也是一种麻醉剂，长期接触

4、可使神经系统功能紊乱。 因此，国家对三苯的含量有着严格的规定：国标GB5749-2006饮用水的质量标准要求，水中含量：苯0.01mg/L；甲苯0.71mg/L；二甲苯0.5mg/L。 三苯含量的测定方法有很多，最主要用气相色谱的方法，它具有操作简单, 定量准确, 分析速度快的特点， 是工业生产中质量控制以及环保部门产品检测的有效手段。另外还有分光管度法、紫外光谱法、光离子化检测等等。本实验采用气相色谱法对废水样品中的三苯含量进行定性及定量测定。定量测定采用内标法，此法可以很好地消除背景干扰以及减少人为操作误差，可以迅速、准确地得出实验的结果。 2.实验部分2.1 试剂和仪器仪器Agilent

5、4890D型气相色谱仪；氢火焰离子化检测器（FID）；毛细管色谱柱：HP5，以聚氧化硅烷-聚乙二醇为固定相（30 m×0.25 mm×0.25m）；1L、5L微量进样器；色谱工作站。气相色谱条件：汽化温度为200；检测器温度为250；载气（N2）总量为40 mLmin1，分流比为30：1；氢气和空气流量分别为30 mLmin1和300mLmin1；程序升温：初始温度40，保持2min，升温速率为20min1并升至150；进样量0.51L。试剂苯、甲苯、二甲苯、正己烷均为色谱纯；乙酸乙酯、二硫化碳为分析纯。各组分标准溶液：于6个5-10 mL血清瓶中分别称取苯、甲苯、间二甲苯

6、、对二甲苯、邻二甲苯和正己烷各0.02-0.03g，加入5.0 mL乙酸乙酯溶解、摇匀，于冰箱内保存。2.2实验过程加有基准物的混合标准溶液配制在一个5-10mL血清瓶中预先放入约2 mL乙酸乙酯，分别准确称取苯、甲苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯和正己烷0.02-0.03（准确至0.0002g）于血清瓶中，用乙酸乙酯溶解并稀释至5mL，摇匀。废水样品前处理取废水样100 mL，加入150L内标物正己烷，于100mL分液漏斗中,加2-4 g氯化钠, 溶解后, 加5.0mL二硫化碳萃取3min，静止分层，弃去水相。定性分析参照仪器操作使用说明书，启动仪器，设定色谱分析条件等，使仪器进入正常工作状

7、态。待色谱基线平直后分别将三苯单标依次进样，记下每种物质的保留时间，作为混合标准以及样品测定的对照定性依据。相对校正因子fi的测定。注入1 L混合标准溶液，以各纯组分的保留时间与混合标样中色谱图中各色谱峰对照定性。并计算以正己烷为基准物的相对定量校正因子fi。样品测定。注入1L步骤2中萃取后样品溶液，以各纯组分的保留时间与样品色谱图中各色谱峰对照定性。并依据内标法计算样品含量。3.结果与讨论3.1 数据记录与结果计算表 1 .基准物的色谱数据物质正己烷苯甲苯对二甲苯邻二甲苯保留时间/min2.4723.0864.3535.7096.008表 2. 混样的色谱数据峰号峰名保留时间/min峰高/u

8、V峰面积/ uV·s5正己烷2.480465351867苯3.088124271366510甲苯4.361148542112411对二甲苯5.712201442748912邻二甲苯6.0092059227925表 3 .废水样品的色谱数据峰号峰名保留时间/min峰高/uV峰面积/uV·s2正己烷2.36290116346苯3.0618753173647甲苯4.3536319116158对二甲苯5.71013329204099邻二甲苯6.0081484821586数据处理：=0.6594g/mL 样品中正己烷的质量：=×=0.6594×103g/mL

9、15;5.00×103mL=3.30g进样样品中正己烷质量：=×V进样=×1 =0.0736校正因子的计算：= （1）为混样中正己烷的峰面积，为内标物的质量，即进样中正己烷（混样）的质量；待测组分（混样）的峰面积，为为待测组分（混样）的质量。表 4 混样中的三苯含量测量结果苯甲苯对二甲苯邻二甲苯峰面积 /uV·s28435243412837729462正己烷峰面积 /uV·s19506混样中含量/g·5mL-1352314373425混样中正己烷含量/g·5mL-1368进样中质量/g0.07040.06280.07460.

10、0850进样中正己烷质量/g0.0736校正因子0.65610.68370.69670.7645表5样品中的三苯含量测量结果苯甲苯对二甲苯邻二甲苯校正因子0.65610.68370.69670.7645峰面积 /uV·s17931291471950324609峰面积 /uV·s222710进样中质量mi/g3.48×10-55.90×10-54.02×10-55.57×10-5进样中正己烷质量/g6.59×10-4样品中含量Wi/mg·L-11.74×10-32.95×10-32.01×

11、;10-32.79×10-3其中, =× （2） = = （3）3.1讨论实验结果：废水中三苯含量分别为：苯：0.00174 mg·L-1、甲苯：0.00295 mg·L-1、对-二甲苯：0.00201 mg· L-1、邻-二甲苯：0.00279mg· L-1。均符合国家标准（国标GB5749-2006）：苯0.01mg/L；甲苯0.71mg/L；二甲苯0.5mg/L。实验过程中，当针孔插入色谱仪后，要快速注入并同时开始测量，以避免液体在汽化室内时间过长使部分液体先气化进入色谱柱造成谱图混乱。样品中如果含有固形物，会造成对汽化室、检测

12、器的污染及堵塞毛细管柱；样品中含有水分也可造成对毛细管柱的损坏，降低其寿命。因此在制作样品时必须小心，防止固体物和水的存在。混标气相色谱图中在保留时间为2.693有一强度很大的峰，在3.562处有一强度较小的峰，而在样品中这两个峰均不存在，3.562处的峰是乙酸乙酯带来的。程序升温：是指色谱柱的温度按照组分沸程设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高，使柱温与组分的沸点相互对应，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。各组分的保留值可用色谱峰最高处的相应温度即保留温度表示。采用程序升温的办法就能使高沸点及低沸点组分都能获得满意结果。为了保证被分离后的组分

13、通过时不在检测器处冷凝，防止检测器遭到损坏，检测器的温度一般要高于柱温。因为不同的物质在同一根柱子上可能会有相同的保留时间，但在两根不同极性的柱子上一般不可能会有相同的保留时间，所以有时要采取双柱定性来排除不同的物质在同一根柱子上可能会有相同的保留时间的影响。由于用同一检测器测定同一种组分，当实验条件一定时，组分量愈大，相应的峰面积就愈大。但同一检测器测定相同质量的不同组分时，却由于不同组分性质不同，检测器对不同物质的响应值不同，因而产生的峰面积也不同。因此不能直接应用峰面积计算组分含量。为此，引入“定量校正因子”来校正峰面积。使用毛细管柱时，由于柱内固定相的量少，柱对样品的容量要比填充柱低，

14、为防止柱超载，要使用分流进样器。样品注入分流进样器气化后，只有一小部分样品进入毛细管柱 ，而大部分样品都随载气由分流气体出口放空。分析时使用的分流比范围一般为1:10-1:100。提高分离度要控制以下实验条件：1.选择合适的载气可以提高柱效能。2.选择合适的载气流速。载气的流速可以通过另外实验来确定。3.选择合适的色谱柱，混合组分是否能在色谱柱中完全分离或者分离快慢，很大程度上取决于色谱柱的选择，色谱柱的类型、直径以及固体吸附剂的种类均对分离效果有很大的影响。4.选择合适的柱温，若单一的温度不能达到很好的分离效果，可以采用程序升温的办法，使高沸点及低沸点组分都能获得满意结果。5.选择合适的气化室温度，既要保证样品迅速且完