水和廢水中甲乙酮的測定

趙 倩，邱 峰，耿延軍，李長波，馬會強，趙東白

(1.遼寧石油化工大學環(huán)境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001；2.撫順市環(huán)境保護局，遼寧 撫順 113006)

甲乙酮(MEK)學名丁酮，無色透明液體，易燃，其蒸汽與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高熱有燃燒爆炸的危險。工業(yè)生產(chǎn)甲乙酮主要采用正丁烯法制仲丁醇(SBA)，仲丁醇再進一步脫氫生成甲乙酮[1]。

石油化工行業(yè)中的甲乙酮裝置，在生產(chǎn)中稍有不慎，就會對環(huán)境和人體健康造成嚴重影響，因此，準確監(jiān)測水樣中的甲乙酮含量十分必要。作者采用固相微萃取法(SPME)對水樣中甲乙酮(MEK)、仲丁醇進行富集，然后用氣相色譜法進行測定，該方法簡便易行，對人體健康和環(huán)境無危害。

1 實驗

1.1 樣品及儀器

甲乙酮(MEK)、仲丁醇(SBA)均采自撫順市某石油廠，水樣采自撫順市某石油廠循環(huán)水車間。

GC-3900型氣相色譜儀，日本島津公司；SGH-300型高純氫發(fā)生器、SGN-300型高純氮發(fā)生器，北京精華苑技術(shù)研究所；WWK-1型無音無油空壓機，天津分析儀器廠；KQ-250型超聲波清洗器，昆山超聲儀器有限公司；JB-3A型定時恒溫磁力攪拌器，上海雷磁新涇儀器有限公司；101-1 型電熱鼓風干燥箱，上海瀘南科學儀器聯(lián)營廠。

1.2 氣相色譜條件及線性關(guān)系的測定

色譜條件：柱溫50 ℃，檢測器溫度300 ℃，汽化室溫度260 ℃，N2流速220 mL·min-1，H2流速60 mL·min-1，進樣量1 μL 。

取甲乙酮、仲丁醇樣品溶液，分別連續(xù)5次進樣，測定各組分保留時間及峰面積。

將甲乙酮、仲丁醇用正己烷配成梯度濃度的溶液進行氣相色譜測定[2]，記錄色譜圖，測定峰面積，以溶液濃度為橫坐標、峰面積為縱坐標，繪制標準曲線，計算回歸方程。

1.3 固相微萃取富集水中甲乙酮

關(guān)屏[3]采用在常溫下氣提(吹掃)、用2，4-硝基苯肼(DNPH)酸性飽和溶液吸收，經(jīng)衍生形成甲乙酮腙，用CS2萃取后再用氣相色譜分離測定的方法研究了水和廢水中甲乙酮，取得了較好的效果。本實驗采用固相微萃取的方法對樣品進行前處理，避免了CS2萃取對人體健康以及環(huán)境的污染。

本實驗選用大連化物所生產(chǎn)的100 μm PDMS萃取纖維頭，用直接萃取法進行萃取。固相微萃取(SPME)具體步驟如下：

(1)為了保證固相微萃取纖維中不含殘留物或其它干擾物，在設(shè)定好的氣相色譜條件下，將纖維針頭插入氣相色譜的進樣口中進行解吸，經(jīng)過程序升溫后，若無峰出現(xiàn)，可縮回萃取頭，拔出針，待用。

(2)量取60 mL水樣連同一粒轉(zhuǎn)子放入透明樣品瓶中，將樣品瓶放在磁力攪拌器上，控制溫度在30 ℃。開啟磁力攪拌器，控制適合的轉(zhuǎn)速，平衡10 min。

(3)將SPME裝置的針頭穿透樣品瓶的橡膠套膜或封口錫紙，固定好后推出纖維針，使針頭完全浸入液面以下吸附30 min。縮回萃取纖維頭，從樣品瓶中移走SPME裝置。

(4)將SPME纖維針插入氣相色譜進樣口解吸3 min，在計算機上保存結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 線性關(guān)系

測得MEK、SBA的保留時間分別為1.564 min、1.438 min。連續(xù)5次進樣，保留時間及峰面積的RSD均小于2.0%，符合氣相色譜的要求。結(jié)果見表1。

表1 各組分的保留時間及峰面積

氣相色譜法測得MEK、SBA的回歸方程見表2。

表2 各組分的線性回歸方程

2.2 固相微萃取條件的選擇

萃取時間與吸附量的關(guān)系見圖1。

圖1 萃取時間與吸附量的關(guān)系

研究表明，在一定的溫度下，對于直接萃取而言，并不是萃取時間越長吸附量越大。從圖1可以看出，對于甲乙酮、仲丁醇而言，吸附量隨著萃取時間的變化趨勢基本相同，在10～30 min之間吸附量逐漸增加，在30～40 min之間吸附量趨于平穩(wěn)或緩慢增加，超過40 min后，吸附量有所下降。因此，選擇萃取時間為30 min。

萃取溫度與吸附量的關(guān)系見圖2。

圖2 萃取溫度與吸附量的關(guān)系

溫度對固相微萃取過程的影響是不可忽略的。一方面，隨著溫度的不斷升高，氣體分子的平均運動動能不斷增大，故擴散加快，擴散系數(shù)增大，與此同時，溫度升高，揮發(fā)性溶質(zhì)的揮發(fā)能力增強，亨利系數(shù)增大；另一方面，隨著溫度的升高，分析物在萃取相上的分配系數(shù)降低。從圖2可以看出，對仲丁醇而言，萃取溫度的升高對萃取量的影響微乎其微；對甲乙酮而言，隨著萃取溫度的升高，吸附量稍有增加，30 ℃和40 ℃的萃取量很接近，50 ℃的吸附量有所下降。這是因為，溫度高，萃取纖維周圍產(chǎn)生氣泡，影響了傳質(zhì)速度。經(jīng)過反復(fù)實驗，確定萃取溫度為30 ℃。

2.3 氣相色譜法測定固相微萃取水樣(圖3)

圖3 固相微萃取的甲乙酮和仲丁醇氣相色譜圖

由圖3可知，經(jīng)固相微萃取后，進行氣相色譜法測定，甲乙酮、仲丁醇的峰型比較對稱，基本符合正態(tài)分布，能夠滿足測試的要求，得到了比較滿意的結(jié)果。

采用固相微萃取方法對樣品進行前處理，不需使用任何有機溶劑，不必進行其它處理，萃取時間較短，因此避免了液液萃取中分析物轉(zhuǎn)移的步驟可能造成的樣品損失，同時也不會產(chǎn)生由于使用有毒有機溶劑所造成的污染。

3 結(jié)論

采用固相微萃取法對水中的甲乙酮進行富集，然后用氣相色譜法進行測定，討論了萃取溫度、萃取時間對吸附量的影響。確定固相微萃取的適宜萃取溫度和萃取時間分別為30 ℃、30 min，經(jīng)固相微萃取后用氣相色譜法測定甲乙酮、仲丁醇，峰型對稱，分離良好，能夠滿足測試要求。該方法簡單、準確，對人體健康及環(huán)境無危害。

[1] FSHE/JS03.04-2007，中國石油撫順石化公司企業(yè)標準[S].

[2] 柯正方，吳佩盛.氣相色譜法測定一次性使用輸液器中丁酮與環(huán)己酮殘留量[J].醫(yī)藥導報，2010，29(6)：785-787.

[3] 關(guān)屏.水和廢水中甲乙酮監(jiān)測分析方法研究[J].環(huán)境保護科學，2004，30(4)：32-34.