氣相色譜-質(zhì)譜法測定乙醛廢水特征污染物的方法研究

郭計忠

(忻州市環(huán)境監(jiān)測站，山西 忻州 034000)

引 言

乙醛是用于合成有機(jī)化工產(chǎn)品的重要原料。工業(yè)生產(chǎn)乙醛的方法包括乙醇氧化法、乙炔直接水合法等。然而，隨著乙醛需求量的增大，工業(yè)生產(chǎn)乙醛的所產(chǎn)生的乙醛廢水排放量不斷上升。乙醛廢水有機(jī)物組成復(fù)雜，含有大量的(半)揮發(fā)性有機(jī)物，如果不經(jīng)檢測及處理而直接排放，將會對水體造成嚴(yán)重的污染。因此，須立即采取措施對廢水進(jìn)行有效地治理。水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測是廢水處理及水環(huán)境管理必不可少的一部分，為此，本文主要采用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)針對乙醛廢水中特征污染物的測定與分析進(jìn)行研究。

1 氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)分析原理

氣相色譜法是用氣體作為移動相的色譜法[1]。其基本原理是，樣品在進(jìn)樣口被氣化后隨載氣進(jìn)入色譜柱與固定相相接觸，由于不同組分在兩相間的分配系數(shù)不同，因此被固定相溶解或吸附的停留時間及沿管柱運(yùn)動的速度就不同，從而按先后順序流出色譜柱，實(shí)現(xiàn)各組分的分離與測定。

質(zhì)譜法是純物質(zhì)鑒定的最有力工具之一，是一種有效的有機(jī)化合物分離和定量分析方法。其基本原理是，使試樣中各組分電離生成不同荷質(zhì)比的離子進(jìn)入質(zhì)量分析器，利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，速度快的偏轉(zhuǎn)小，速度慢的離子依然偏轉(zhuǎn)大，進(jìn)而可使它們的軌道便相交于一點(diǎn)；同時，使具有同一質(zhì)荷比而速度不同的離子聚焦在同一點(diǎn)上，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖[2]。

本研究由氣相色譜流出的組分通過輔助通道進(jìn)入質(zhì)譜，其原理為各組分按先后順序進(jìn)入質(zhì)譜，通過與電子發(fā)生碰撞使樣品分子電離，電離過程中，這些離子均帶有樣品信息，進(jìn)而進(jìn)行分析即可對物質(zhì)定性。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1) 主要儀器。本實(shí)驗(yàn)所用儀器主要如下：①TELEDYNE TEKMAR stratum purge & trap 吹掃捕集儀；②FE20pH計，Mettler Toledo 公司；③4SCQ-1000 型超聲波清洗機(jī)，上海聲彥超聲波儀器有限公司；④Agilent 7890-5975c 型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，Agilent 公司；⑤SE812 型氮吹儀，北京帥恩科技有限責(zé)任公司；⑥Milli-Q 型超純水儀，Milli-Q 公司；⑦氦氣，99.999%。

2) 主要試劑。本實(shí)驗(yàn)所用試劑主要如下：①二氯甲烷(75-09-2，>99.9%，J.T.Baker)；②石油醚(8032-32-4，>99.8%，MREDA)；③正己烷(110-54-3，>99.9%，MREDA)；④無水硫酸鈉(Na2SO4，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；⑤四氯化碳(56-23-5，>99.5%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；⑥二硫化碳(75-15-0，>99.9%，CNW)；⑦三氯甲烷(67-66-3，>99.8%，J.T. Baker)；⑧氯化鈉(NaCl，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

2.2 預(yù)處理方法篩選

本實(shí)驗(yàn)主要采用了液-液萃取、固相萃取、吹掃捕集、固相微萃取、靜態(tài)頂空等5種預(yù)處理方法，具體原理及操作步驟如表1所示[3-4]。

表1 5種預(yù)處理方法原理及具體操作步驟

3 分析測定結(jié)果

3.1 液-液萃取

根據(jù)液-液萃取原理，同時參考液-液萃取操作步驟，得到乙醛廢水液-液萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖及質(zhì)譜定性結(jié)果。具體如圖1所示。

圖1 液-液萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖

3.2 固相萃取

根據(jù)固相萃取原理，同時參考液-液萃取操作步驟，得到乙醛廢水固相萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖及質(zhì)譜定性結(jié)果。具體如圖2所示。

3.3 吹掃捕集

根據(jù)吹掃捕集原理，同時參考吹掃捕集操作步驟，得到乙醛廢水吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖及質(zhì)譜定性結(jié)果。具體如圖3所示。

圖2 固相萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖

圖3 吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖

3.4 固相微萃取

根據(jù)固相微萃取原理，同時參考固相微萃取操作步驟，得到乙醛廢水固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖及質(zhì)譜定性結(jié)果。具體如第61頁圖4所示。

3.5 靜態(tài)頂空

根據(jù)靜態(tài)頂空原理，同時參考靜態(tài)頂空操作步驟，得到乙醛廢水靜態(tài)頂空-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖及質(zhì)譜定性結(jié)果。具體如圖5所示。

圖4 固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖

圖5 靜態(tài)頂空-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖

4 結(jié)論

通過對乙醛廢水進(jìn)行不同的預(yù)處理，由色譜圖及質(zhì)譜定性結(jié)果可知。

1) 液-液萃取-氣相色譜-質(zhì)譜譜圖與固相萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖最為相似，說明液液萃取與固相萃取檢出物質(zhì)相似，同時，液-液萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖比固相萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖出現(xiàn)的峰更多，且峰度更大，說明液液萃取檢出物質(zhì)較多。

2) 乙醛廢水吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖有相對較多的峰出現(xiàn)，出峰效果也較好，說明此法檢出(半)揮發(fā)性有機(jī)物更多。

3)乙醛廢水固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖出現(xiàn)的峰相對也較多，但是出峰效果一般，固相微萃取采用頂空模式，主要測定(半)揮發(fā)性有機(jī)物。

綜上所述，液-液萃取-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖與吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜譜圖的出峰較多，且效果也較好，故選用液-液萃取與吹掃捕集兩種預(yù)處理模式結(jié)合，可檢出乙醛裝置生產(chǎn)廢水中所含有的特征污染物。