GC-MS分析垃圾滲濾液中有機污染物的實驗教學探索

葛淑萍　晏云鵬　全學軍

（重慶理工大學化學化工學院，重慶400054）

·化學實驗·

GC-MS分析垃圾滲濾液中有機污染物的實驗教學探索

葛淑萍*晏云鵬全學軍

（重慶理工大學化學化工學院，重慶400054）

采用萃取、旋轉蒸發等前處理方法，通過氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）分析垃圾滲濾液中有機污染物的組成與含量。設計一個綜合性教學實驗，對垃圾滲濾液中的有機污染物進行檢測。通過對實驗結果進行分析，確定垃圾滲濾液中所含有機污染物的種類和相對含量。本實驗應用于實驗教學，可以提高學生的綜合分析檢測能力以及動手能力。

氣相色譜-質譜聯用技術；教學實驗；有機污染物；成分分析

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垃圾滲濾液是垃圾處理過程中產生的二次污染物，其有機物成分復雜且濃度高，產生的痕量揮發性有機化合物直接影響周邊環境的質量。如來源于工業廢水的鹵代烴、苯系物（BTEX）等，除苯是目前世界公認的致癌物質外，其他多種有機物也對人體有不同程度的毒性。而垃圾滲濾液的直接滲透及長期埋藏均會造成地下水資源的污染，嚴重危害人們的身體健康［1］。由此可見，建立一套科學、快速、準確、方便的垃圾滲濾液中易揮發有機污染物的分析方法是非常有必要的［2］。水中有機物的檢測方法主要有分光光度法、氣相色譜法等，其中，利用氣相色譜與質譜聯用的分析方法可對水中痕量揮發性有機污染物進行定性定量分析。因此，本文在應用化學專業大三學生前期化學分析實驗的基礎上，設計了這一綜合性分析實驗，其教學時間為6學時。通過對垃圾滲濾液中有機污染物的分析，使學生對本專業與環境保護等方面有更加直觀的接觸，提高了學生的學習積極性，同時將大型儀器設備的理論與實踐聯系更加緊密［3－5］。

1　實驗內容

1.1實驗儀器及試劑

Agilent 6890A-5975C氣質聯用儀，色譜柱為30 m×0.25 mm×0.25 μm的DB-5ms（美國Agilent公司）。實驗檢測用垃圾滲濾液生化出水取自重慶市某垃圾焚燒發電廠，實驗所用試劑均為分析純。

1.2樣品萃取

實驗取廢水樣品500 mL，采用二氯甲烷作為萃取劑，為了保證從廢水中萃取的有機物成分更加全面，廢水在中性、堿性、酸性3種條件下分別進行萃?。?，7］。取樣后，先用5 mol·L－1的NaOH溶液將樣品調至中性，用50 mL的二氯甲烷萃取，用力振蕩5 min，靜置分層，分離萃取層，再用50 mL二氯甲烷重復萃取萃余部分廢水，將兩次萃取的有機層合并。然后，將中性條件下的萃余部分用5 mol·L－1的NaOH溶液調pH至12，用25 mL二氯甲烷重復萃取兩次，將兩次萃取液合并。堿性萃取過程中，存在乳化現象，為了實現有機相與水相的充分分離，實驗將乳化液放入低速離心機進行分離（4000 r·min－1，5 min）。堿性萃取結束后，將萃余部分用20%的濃硫酸調pH至2，用25 mL二氯甲烷進行萃取，過程重復兩次，兩次萃取液合并。最后，將從3個pH條件下得到的萃取層混合，采用低速離心機進行離心分液，得到有機混合液。

1.3樣品濃縮

使用旋轉蒸發儀將上述有機混合液濃縮至1－2 mL。旋轉蒸發儀的參數設置為：溫度44°C，真空度為0.05 MPa。蒸發濃縮過程中控制儀器的升溫速度不要太快，溫度要平穩上升，冷凝端液體的流出速度也要適中，以防止從廢水中萃取的有機污染成分蒸發流失，或者被蒸發出的二氯甲烷蒸氣帶出。

1.4樣品儲存

為了盡量去除濃縮有機物中的水分，采用無水硫酸鈉對濃縮液進行干燥處理。將無水硫酸鈉固體放入存有有機濃縮液的小瓶中，密封存放，無水硫酸鈉吸水過程時長設置為1.5 h。待濃縮液中的少量水分被無水硫酸鈉充分吸收后，用小型高速臺式離心機（15000 r·min－1，5 min）分離吸水硫酸鈉晶體。將干燥后的有機液放入Agilent取樣瓶中，于4°C條件下密封存放，待測備用。

1.5色譜分析條件

載氣為氦氣，EI離子源溫度為230°C；進樣口溫度為250°C；傳輸線溫度為280°C；初始溫度為40°C，保留5 min，程序升溫速度為10°C·min－1，升溫至120°C，穩定15 min；繼續以10°C·min－1升溫至200°C，穩定15 min；再以10°C·min－1升溫至250°C，穩定15 min；250°C至300°C的升溫速度為10°C·min－1，穩定15 min。

2　結果與討論

2.1垃圾滲濾液生化出水及其表征

采用國家標準方法［1］，測得垃圾滲濾液生化出水主要廢水指標：COD為1019 mg·L－1（快速消解分光光度法HJ/T 399-2007），pH為7.39（精密酸度計pH-3S），電導率為8.974 mS·cm－1（數顯電導率儀SLDS-Ι型），鈣鎂濃度為830.83 mg·L－1（EDTA滴定法GB 7477-87）。

2.2垃圾滲濾液原液成分分析

通過GC-MS分析，垃圾滲濾液原液中共檢測出匹配度高于60%的有機物50種，見圖1和表1。由表1可知，垃圾滲濾液原液中的有機污染物主要為烷烴、芳烴、酯醚三大類。

圖1　GC-MS測定水樣的總離子流圖

表1　生化處理出水中有機污染物成分分析

表1　生化處理出水中有機污染物成分分析（續）

2.3成分來源分析

生化出水中檢測到的有機污染物多為難降解小分子有機化合物，它們大多源于生活垃圾材質的溶出，如塑化劑、雙酚A等。另外，生化出水中檢測到一些“三致”化合物，如敵敵畏、氧化樂果、惡蟲威、敵草隆，它們都是農用藥劑，多數被我國列入環境優先污染物“黑名單”。由于城市垃圾的復雜性，很難找到這些農藥殘留物的輸入源，推測它們很有可能是通過蔬菜水果的廢棄物進入城市垃圾，這從側面反映了農村大量有毒農藥的使用，也表明當前我國的環境污染問題仍然十分嚴峻。

3　實驗課后總結

本實驗針對應用化學專業學生，將所學知識與生活環境相結合，對垃圾滲濾液中的有機污染物進行表征分析。課后組織學生對實驗前處理方案進行分析改進，指導學生解析質譜圖，并對實驗結果進行總結、討論。通過該實驗課程的實施，學生在畢業后可以更快地投入環境分析等相關研究工作中。該實驗涉及面廣，且容易操作，可以作為化學專業綜合實驗課的候選課程。

［1］國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法.第4版.北京:中國環境科學出版社，2011.

［2］宰德欣，朱麗珺，錢潔塵.高分子通報，2012，No.8，125.

［3］朱耕宇，陳雪萍.化工高等教育，2009，No.2，42.

［4］張惠欣，王家喜，周紅勇，馮磊，李小娜，劉志華.化工高等教育，2014，No.5，61.

［5］李明元.高等教育研究，2009，26（4），50.

［6］葉秀雅，周少奇，鄭可.化工進展，2011，30（6），1374.

［7］Song，G.；Wang，J.；Chiu，C.A.Environ.Sci.Tech.2010，44（21），8216.

A Laboratory Teaching Experiment about Analysis of Organic Pollutants from the Landfill Leachate by GC-MS

GE Shu-Ping*YAN Yun-PengQUAN Xue-Jun
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，P.R.China）

A comprehensive experiment was designed for laboratory teaching in this paper.The composition and content of chemical constituents in landfill leachate were analyzed by gas chromatography hyphenated with mass spectrometry（GC-MS）.Through the analysis of the experimental results，the types and relative contents of organic pollutants in landfill leachate were determined.The application of this experiment to laboratory teaching can cultivate students'comprehensive analysis and testing ability，and improve students'ability of practice.

Gas chromatography-mass spectrometry；Teaching experiment；Organic pollutants；Component analysis

G64；O657

10.3866/PKU.DXHX201601029

，Email:geshupingcqu@163.com

重慶理工大學教改項目（0115150918）；重慶理工大學科研啟動項目（0115130941）；重慶市科委基礎與前沿研究一般項目（cstc2013jcyjA80027）