高效液相色譜法測定污水中的醋酸根離子

丁興成，何小鋒，陳素娟，何永鋒，陶彬彬，陳 清

（1.浙江閏土股份有限公司，浙江紹興312300；2.紹興市上虞區水務環境檢測有限公司，浙江紹興312300）

醋酸是最重要的有機酸之一，在醋酸酐、醋酸酯等的生產中有著重要的應用，在農藥、醫藥、染料行業也有廣泛應用。隨著醋酸的廣泛應用，污水中醋酸根離子的濃度增大，造成污水COD較高，為達到污水排放標準，有必要對污水中的醋酸根離子進行檢測。

目前，醋酸根離子的測定主要有反相高效液相色譜法［1］、離子排阻高效液相色譜法［2］、離子交換高效液相色譜法［3］、離子色譜法［4-5］以及氣相色譜法。采用離子色譜法測定醋酸根離子時，由于醋酸根離子在水溶液中常以醋酸和醋酸根離子共存的方式存在，測量結果有一定的偏差，準確性偏低，受其他離子基團的影響較大，且測量過程繁瑣。采用常規的頂空-氣相色譜法檢測時，由于醋酸極性大、沸點較高，醋酸的響應值很小，重現性差［6］，不能滿足污水限度檢查的要求。高效液相色譜法（HPLC）是一種高效、快速及應用廣泛的現代分離技術，具有分離效率高、選擇性好、分析速度快、操作自動化、應用范圍廣的特點，已經成為有機物分析的支柱技術，在生物化學、臨床醫學、食品檢驗、石油化工及環境污染監測等領域得到了廣泛應用［7］。

本課題采用高效液相色譜法檢測污水中的醋酸殘留量，通過調節流動相pH，使醋酸根離子在流動相的不斷淋洗下以醋酸形式呈現，峰面積波動小，測量數值穩定，方法簡便、靈敏度高、重現性好。部分色譜柱硅膠基質的反相色譜填充材料在堿性條件下會溶解而造成峰拖尾現象，當酸性過強時，色譜柱的硅氧鍵斷裂造成鍵合相流失［8］，影響色譜柱的使用壽命。因而，選擇合適的pH是關鍵。

1 實驗

1.1 材料與儀器

試劑：甲醇、醋酸、乙酸鈉、磷酸、氫氧化鈉（分析純），污水（浙江閏土股份有限公司）。儀器：SPD-10A VP Plus高效液相色譜儀，ODS-C18色譜柱，FA2204B電子天平，KQ-200KDB超聲波清洗器，AP-1P真空泵，砂芯過濾裝置，PHS-3C pH計。

1.2 HPLC分析原理［9］

在高壓條件下，溶質在固定相和流動相之間進行連續多次交換，憑借在兩相間分配系數、親和力、吸附力或分子大小不同引起排阻作用差別得以分離。液相色譜柱的分離度用下式表示：

式中：R為液相色譜柱分離度；n為柱效率，用理論塔板數來表示；a為溶劑效率，是固定相對兩個混合物分離能力的表征；k為容量因子，是在平衡狀態下，組分在固定相與流動相中的質量比。

當流動相pH在1.8及以下時，在流動相的不斷淋洗下，醋酸根離子會以醋酸形式呈現，峰型固定，響應值大，測量數值穩定。

1.3 實驗步驟

醋酸的檢測：準確稱取醋酸2 g（±0.000 2 g）于燒杯中，加超純水稀釋定容于100 mL容量瓶中（質量濃度為20 g/L），吸取2.5、5.0、12.5、25.0 mL于50 mL容量瓶中定容，配制質量濃度分別為1、2、5、10 g/L的系列標準溶液；以甲醇-水（體積比10∶90）為流動相，用氫氧化鈉溶液和磷酸溶液調節pH；調節高效液相色譜儀流速1.0 mL/min、柱溫40℃、檢測波長210 nm，向不同pH流動相進樣5μL標準溶液，記錄數據。分別以質量濃度、峰面積為橫縱坐標建立線性回歸方程。

醋酸鈉的檢測：為檢測醋酸根離子在不同pH條件下呈現的狀態以及峰面積-質量濃度的線性關系，以醋酸鈉為檢測對象，檢測方法同醋酸。

醋酸鈉-醋酸的檢測：為了驗證醋酸和醋酸根離子在質量濃度較大、不同pH條件下的變化關系，分別稱取醋酸1 g、醋酸鈉1 g于燒杯中，加水溶解，定容于100 mL容量瓶中，配制成10 g/L的溶液，于不同pH流動相進樣5μL，收集色譜圖進行數據處理，比較不同pH條件下醋酸根離子與醋酸質量分數的變化。

2 結果與討論

2.1 醋酸在不同pH條件下的線性回歸方程

由表1可看出，在流動相pH為中性時，擬合度較小，說明醋酸峰面積隨質量濃度的變化較為發散；隨著流動相pH的不斷減小，擬合度逐漸增大，當pH在1.8及以下時，擬合度基本不變，說明醋酸峰面積隨質量濃度的變化逐漸趨于線性。

表1 醋酸在不同pH條件下的線性回歸方程

2.2 醋酸鈉在不同pH條件下的線性回歸方程

由表2可看出，在流動相pH為中性時，擬合度較小，說明醋酸根離子峰面積與質量濃度的線性關系較差；隨著流動相pH的不斷減小，擬合度逐漸增大，說明線性逐漸增強；而當pH降到1.8及以下時，擬合度無明顯變化，說明醋酸根離子的峰面積隨質量濃度的變化逐漸趨于線性，流動相pH在1.8及以下時較為合適。

表2 醋酸根離子在不同pH條件下的線性回歸方程

2.3 不同pH流動相下醋酸質量分數的檢測

由圖1可知，在pH=7.0和4.0時，醋酸質量分數偏低，因為檢測中有少量醋酸根離子存在；隨著pH的降低，醋酸根離子逐漸減少，當pH降低到3.0時基本無醋酸根離子，醋酸質量分數趨于穩定。

圖1 不同pH條件下醋酸質量分數的變化

2.4 醋酸鈉在不同pH條件下的液相色譜圖及質量分數變化

由圖2可知，醋酸根離子在pH=7.0時以醋酸和醋酸根離子的形式存在，且醋酸根離子峰高較明顯；隨著pH的降低，醋酸根離子峰高逐漸減小；當pH降到1.8及以下時基本以醋酸的形式呈現，采用高效液相色譜檢測醋酸根離子可行。

圖2 醋酸鈉在不同pH條件下的液相色譜圖

由圖3可以看出，在pH=7.0時，醋酸鈉質量分數為85.94%，因為有部分以醋酸的形式存在；隨著pH的逐漸降低，醋酸根離子的質量分數逐漸減小；當pH降到1.8及以下時，醋酸根離子質量分數基本為0%。進一步說明pH在1.8及以下時，用高效液相色譜檢測醋酸根離子較合適。

圖3 不同pH條件下醋酸根離子質量分數的變化

2.5 醋酸-醋酸鈉在不同pH條件下的液相色譜圖及質量分數變化

由圖4可以看出，當醋酸、醋酸根離子質量濃度較大時，在pH=7.0和4.0時峰高較大，且峰形較為雜亂；隨著pH的降低，醋酸根離子質量濃度逐漸降低，醋酸質量濃度逐漸增大；當pH降到1.8及以下時，基本以醋酸的形式存在，說明當醋酸-醋酸根離子質量濃度較大時，采用偏中性的流動相檢測誤差較大。流動相pH在1.8及以下時，用高效液相色譜檢測誤差較小，穩定性較好。

圖4 醋酸-醋酸鈉在不同pH條件下的液相色譜圖

由圖5可知，當質量濃度較大時，在流動相pH=4.0～7.0時醋酸、醋酸根離子質量分數相近；隨著pH的降低，醋酸根離子質量分數逐漸降低，醋酸質量分數逐漸增大；當pH降到1.8及以下時，基本以醋酸的形式存在，用高效液相色譜檢測較為合適。

圖5 不同pH條件下醋酸、醋酸根離子質量分數的變化

2.6 實驗數據精確性驗證

為了驗證實驗數據的準確性，精確配制質量濃度為10 g/L的醋酸鈉溶液，在流動相pH=1.8下進樣10μL，做7次實驗，結果以質量分數計，相對標準偏差（RSD）=0.17%（n=7）。

3 結論

（1）在流動相pH為中性時，醋酸、醋酸根離子的擬合度較小，峰面積與質量濃度的線性關系較差；流動相pH在1.8及以下時，擬合度基本不變，峰面積與質量濃度具有良好的線性關系。

（2）在流動相pH偏中性時，醋酸、醋酸根離子峰形雜亂，峰面積波動明顯，測量值穩定性差，誤差大；當醋酸-醋酸根離子質量濃度較大時，測量會出現多個峰，且峰形波動較大，甚至會出現兩者峰重疊的情況，測量誤差較大；而在流動相pH 1.8及以下時，檢測誤差較小，峰面積波動小，測量數值穩定。考慮酸性過強會影響色譜柱的使用壽命，流動相pH選擇1.8較合適。

（3）以甲醇-水（10∶90）為流動相，在pH=1.8、流速1.0 mL/min、柱溫40℃、檢測波長210 nm的條件下檢測醋酸根離子，操作簡便，準確性高，精密度高，穩定性好。