（分析化学专业论文）固体废弃物中苯酚类物质的测定研究（气相色谱法）.pdf

摘要 驴3 奉交所研究的苯酚类物质为苯酚、邻l 铲酚、问l 甲酚和对甲酚。在 媒琰、熊油和原油等行业的生广：过程，h 常会j “：参。“；苯酚类阎体 废弃物，对此类废弃物如不加控制，而矗接向环境撵放时，则会严 夔破坏， i 态煳，旦威胁到人类健康。因此，甾外对此壹很莛视， 近年来我翻环保管理部门也注意到这问题，并把它们列入，危险 废物的私慕。 为，控制苯酚类周体废弃物的摊放、制定适! 囊的环境标准，建寺 实用、n 】靠的分析方法是必刁i 列少的。掘此，考察了国内外有关技 术，在前期。l j 作的基础上进行了深入的研究，最终边立 7 较为i h r 的固体废弃物中苯酚类化合物的分析方法。 ， 一因为苯酚类化合物的溶解愎和挥发性相似，其色谱分离的难度较 大。通过试验选厢了国产毛细管柱加氢火焰离子化检测器的气相色 谱方法，在1 0 分钟内实现了苯酚与三种甲酚异构体的基线分离。本 法不但灵敏、快速、可靠，而且所用的国产毛细管柱易于制各，价 格低廉，便予捧广应用，有定的社会和经济效盏。 苯酚类固体废弃物的前处理要经过酸碱净化，萃取与反萃取，漉 程长，难度夫。本工作对试验条件进行，优化，使固体废弃物的h 收率达7 0 以一卜，相对标准偏差在6 以内( n = 5 ) ，符合痕量有机分 析的要求。其检测限为：苯酚3 3 1 0 。m g k g ；邻l j 鼢3 9 1 0 - 2 m g k g ： 村甲酚4 6 x 1 0 - 2 m g k g ；问i l 酚5 4 1 0 - 2 m g l k g 。 为厂使苯酚类嘲体废夯物的没取液的分析更加准确町辖，作者前 先选取了几种石化废水进行了方法研究，样品经过酸化、萃取及色 谱分离，其回收率在7 5 以上，相对标准偏差小于5 ( n = 5 ) ，丌j 以 满足有机分析的要求。 迄今为止，对于固体废弃物中有机化合物的浸取毒性试验程序， 围内有天人j ：还没有一致的意见。本研究在调研圜内外有天资料的 基础h 就不同的浸取比做了对比试验，在浸取方式及时问i ：也根 据我国情况做r 较实用的选择，最终确定了苯酚类固体废弃物的浸 取毒性试验程序。 依此程序获取的毒性浸取液，按废水的分析方法进行分析，该力 法的检测限为：苯酚1 6 1 0 - 3 m g l ；邻甲酚2 0 x 1 0 m g l ；对i i 盼 2 3 x 1 0 - 3 m g l ：问甲酚2 7 x 1 0 一m g l 。 通过试验发现苯酚类固体废弃物的浸取率很高，如苯酚的浸取率 达到6 0 以上，所以，对此类废弃物必须进行严格的管理和控制， 以免对环境造成污染，进而危害人类健康。 为了进一步完善废弃物总量和毒性浸取液的测定方法，笔者还对 固体废弃物及其毒性浸取液的贮存时间和条件做了一 验结果与美国国家环保局( e p a ) 的有关规定完全相符 此试 本文所建立的固体废弃物中苯酚类物质的分析方法，迄今在文献 中还未见报道。它是我国为数不多的有机固体废弃物分析力浚i 之- ， 也是环保部门进行此类废弃物的管理、控制的技术依据。 一厂 a b s t r a c t p h e n o l i cc o m p o u n d si nt h i sp a p e rr e f e rt op h e n o l ，o c r e s o l ，p - c r e s o l a n dm c r e s 0 1 s o m ei n d u s t r i a le n t e r p r i s e s ，w h i c he n g a g ei nc o a l ，c o a lt a r a n dr a wo i le t cp r o d u c t i o n ，m a ya l w a y sd i s c h a r g ep h e n o l i cw a s t e s t h i s k i n do fw a s t e sw i l l d a m a g et h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ，a n dt h r e a t e n h u m a n sh e a l t hi fb e i n gd i s c h a r g e dw i t h o u ta n yc o n t r 0 1 g r e a tc o n c e r n s h a v eb e e na t t a c h e do nt h e mi nf o r e i g nc o u n t r i e sf o ral o n gt i m e c u r r e n t l y ， e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na g e n c i e si nc h i n a h a v ea l s on o t i c e dt h i sp r o b l e m a n dp u ts o m ei n t ot h el i s to fh a z a r d o u sw a s t e s i no r d e rt oc o n t r o lt h ed i s c h a r g eo fp h e n o l i cw a s t e s ，m a k e p r o p e r e n v i r o n m e n t a ls t a n d a r d s ，ap r a c t i c a lm e t h o dm u s tb ee s t a b l i s h e d t om e e t t h i sd e m a n d ，t h ec o n c e r n i n gt e c h n o l o g yi nh o m ea n da b o a r dh a v eb e e n r e v i e w e d ，w ec a r r i e do u tac a r e f u l l yw o r k e d o u t ，i n d e p t ha n a l y s i so nt h e b a s eo fp r e v i o u sw o r k ，a n df i n a l l ys u m m a r i z ea na v a i l a b l em e t h o do f p h e n o l i cw a s t ea n a l y s i sa tl a s t i ti s q u i t ed i f f i c u l t t o s e p a r a t e i s o m e r so fp h e n o l i c c o m p o u n d sb y c h r o m a t o g r a p h yb e c a u s eo ft h es i m i l a rs o l v a b i l i t ya n dv o l a t i l i t ya m o n g t h e m t h r o u g he x p e r i m e n t s ，t h e a u t h o rs e l e c t sam e t h o dw it ha d o m e s t i c a l l yp r o d u c e dc a p i l l a r y c o l u m n p l u s af l a m ei o n d e t e c t o r ， r e a l i z i n gb a s el i n es e p a r a t i o no fp h e n o la n d3c r e s o li s o m e r sw i t h i n 10 m i n u t e s b e i n gn o to n l ys e n s i t i v e ，r a p i d ，r e l i a b l e ，b u tt h em e t h o di s a l s o e a s yt os p r e a d ，a n dh a ss o m es o c i a l ，e c o n o m i ce f f e c t sw i t ht h eh o m e m a d e c a p i l l a r yc o l u l n nb e i n gc h e a pa n de a s i l ym a d e t h e p r e p a r a t i o no fp h e n o l i cs o l i dw a s t e si n c l u d e sc l e a n i n gp r o c e s sb y a c i d ，e x t r a c t i o na n dr e v e r s e e x t r a c t i o n s e v e r a lf a c t o r sw e r eo p t i m i z e d ，s o t h a tw ec a r tm e e tt h ed e m a n do ft r a c eo r g a n i ca n a l y s i sw i t ht h er e c o v e r yo f s o l i dw a s t e sr e a c h i n gm o r et h a n7 0 a n dr s d 6 ( n 2 5 ) t h ed e t e c t i o n l i m i t so ft h em e t h o d ( m d l ) ( m g & g ) a r eo 0 3 3f o rp h e n o l ，o 0 3 9f o ro 。 c r e s o l 、o 0 4 6f o rp - c r e s o l ，o 0 5 4f o ri n c r e s 0 1 i no r d e rt o a n a l y z e t h es o l u t i o no ft o x i c i t yc h a r a c t e r i s t i c l e a c h i n g p r o c e d u r e ( t c l p ) ，w es e l e c t e ds e v e r a lk i n d so fw a s t e w a t e rf r o mp e t r o l c h e m i c a li n d u s t r y ，d i dm e t h o d o l o g yr e s e a r c h0 nt h e m a r m b e i n gc l e a n e d w i t ha c i da n de x t r a c t i o nw i t hs o l v e n t ，t h ef i n a l r e c o v e r y o fp h e n o l i c c o m p o u n d s i nw a s t e w a t e ri sm o r et h a n 7 5 ，t h ep r e c i s i o n i sw i t h i n 5 ( n = 5 ) t h e r eh a v ea l w a y sb e e na 曙u m e n t so nt c l po fo r g a n i cw a s t e si n c h i n a c o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s o fd i f f e r e n tt c l pr a t i o so fp h e n o l i c w a s t e sh a v eb e e nd o n eo nt h eb a s eo f r e v i e w i n gd o c u m e n t sb o t hi nh o m e a n da b o a r d w ea l s os e l e c t e dt h et c l p s t y l e sa n dt i m eo fp h e n o l i cw a s t e s a c c o r d i n gt o t h es i t u a t i o no fo u r c o u n t r y t c l pa n a l y t i c a l m e t h o do f p h e n o l i cw a s p sh a sb e e nd e t e r m i n e da tl a s t 。m d lo ft c l p ( m g l ) i s 1 6 x 1 0 3f o rp h e n o l ；2 0 x 1 0 3f o ro c r e s o l ；2 , 3 x 1 0 ”3f o r p - c r e s o l ；2 7 x 1 0 3 f o rm 。c r e s 0 1 w ef o u n dt h a t p h e n o l i cw a s t e sh a v ev e r yh i g hl e a c h i n gr a t i o s f o r i n s t a n c e ，t h el e a c h i n gr a t i o so fp h e n o lm a yb em o r et h a n6 0 ，s ot h e s e w a s t e sm u s tb e m a n a g e da n dc o n t r o l l e dp r o p e r l y o t h e r w i s et h e yw i l l d a m a g e t h ee n v i r o n m e n ta n dt h r e a t e np e o p l e sh e a l t h b e s i d e s ，s e v e r a lw o r kh a sb e e nd o n eo ns t o r a g et i m ea n dc o n d i t i o n s o fp h e n o l i cw a s t e sa n dt c l ps o l u t i o n s t h e r e s u l t so ft t l ew o f ka l ，e c o n s i s t e n tw i t hr e l e v a n tr e g u l a t i o n so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o l l a g e n c y o f a m e r i c a ( e p a ) t h ea n a l y t i c a lm e t h o do fp h e n o lc o m p o u n d si n s o l i dw a s t e sb e i n g e s t a b l i s h e di nt h i sp a p e rh a s n tb e e ns e e ni na n yd o c u m e n t sb yn o w i ti s o n eo ft h ef e wm e t h o d so no r g a n i cw a s t e s a n a l y s i s i no u r c o u n t r y ， p r o v i d i n g t e c h n i c a l s u p p o f t o fw a s t e s m a n a g e m e n ta n dc o n t r o l f o rt h e e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c i e si nc h i n a 第一章、综 述 1 1 国内外发展现状 本文研究的苯酚类化合物包括苯酚及三种甲酚异构体，它们是 重要的工业原料，例如：苯酚是生产甲酚、氯代酚等的原料，主要 用于合成工业；邻甲酚经氯化、氮化等过程可制成农药、杀虫剂， 同时，它还是染料的中间体及制药、合成增塑剂的前体；问甲酚可 用做香味剂、消毒剂、防腐剂，还可用于生产低抗体的抗氧化剂及 印染业；邻甲酚及对甲酚的混合物是制造某些杀虫剂的初始化合物 【2 l l 。苯酚类化合物的产量较大，据统计，1 9 7 2 年，美国生产苯酚1 2 3 万吨：1 9 7 5 年，美国甲酚及苯甲酸的产量达上百万吨【2 2 1 ，中国苯酚 类物质的生产也逐年扩大，并且部分已供应国际市场【3 8 】。 酚为细胞原浆毒物，又是苯的代谢产物，对皮肤和黏膜有强烈 的腐蚀性i 。苯酚类物质的毒性比多元酚高，其中邻甲酚及间甲酚 毒性最大【1 1 。间甲酚小鼠经口的急性毒性l d ，o 为2 0 2 9 k g ，邻甲酚为 1 3 5 9 l ( g t 2 扪。苯酚也具有一定毒性，有人报道对吸烟中苯酚暴露可能 导致肺癌【2 4 1 。 含有苯酚类物质的工业生产及相关的产业活动，如焦化、石油、 家装、塑料、印染、制药等，有时会产生苯酚类固体废弃物。苯酚 类物质具有一定的水溶性及毒性，若管理不善，经雨水淋洗会造成 地表、地下水的污染，影响水中鱼类及其它生物的生存，严重威胁 人类健康。十九世纪六十年代，卢森堡发生过苯酚类物质工业废水 泄漏的事件。1 9 7 4 年，美国威斯康辛州b e u l a h 湖地区一辆运输苯酚 的列车出轨，造成3 7 9 0 0 磅苯酚的泄漏，尽管采取了措施，仍然造 成了土壤和井水的污染，对当地井水的跟踪监测发现：两年半内均 有苯酚检出1 3 9 1 。 i n ； b 对此类物质的污染十分重视，美国1 9 8 0 年就有苯酚类物质 的标准分析方法的报道【2 】。美国国家环保局( e p a ) 将苯酚及其氯代、 氮代和烷基化衍生物均列入优先控制的污染物名录，另外还在有关 法规中规定：“苯酚的生产废料作为有毒废料处理，应在其堆放、 处理或处置工厂中安装地下水监测系统，并定期报告污染物的浓 度”。在e p a 制定的危险废弃物危害性分级体系中将邻甲酚定为持久 毒性化合物【4 0 1 。1 9 8 6 年，美国工业废弃物管理u o l 期刊介绍了苯 酚及邻甲酚、间甲酚、对甲酚的浸出性毒性( t c l p ) 水平。美国国 家职业安全及健康研究所( n i o s h ) 还建立了大气中苯酚及甲酚异 构体的暴露限值f 2 l 】。日本也有含酚固体废弃物的管理、分析方法报 道】。其它国家和地区也公布了类似的环境限值1 2 3 1 。近年来，我国 国家环保局也注意到含酚废弃物的环境污染问题，并已将若干酚类 废弃物列入了国家危险废物名录1 3 1 。 根据北京市工业有害废弃物排放现状与管理办法研究的调 查结果，北京市部分有机废弃物中含有苯酚及邻甲酚、间甲酚、对 甲酚等污染物质1 4 】。全国其它地区也已发现有此类污染物质。中华 人民共和国固体废弃物污染防治法要求我们对固体废弃物中的有 害物质予以控制，因此建立一种实用的固体废弃物中苯酚类物质的 分析方法已迫在眉睫。 苯酚类化合物的结构及有关物理性质如下表： 表1 苯酚类物质的结构与性质 名称结构沸点( )水溶性危险性质 苯酚 o h 1 8 2 能溶于水有机其它腐蚀物品 6 邻甲酚 c h ， 1 9 1 溶于水有机其它腐蚀物品 “ 间甲酚 c h ， 2 0 3 溶于水有机其它腐蚀物品 & 。 对甲酚 2 0 2 溶于水有机其它腐蚀物品 c 。n 由上表可以看出，苯酚类物质有一定水溶性、挥发性，异构体沸 点、极性相似，因此水中酚类物质的测定具有一定难度。国内外测 定水中酚类的方法主要有光度法( 有些文献称为比色法或化学法) 与色谱法两类。光度分析法中比较经典的是分光光度法，它包括溴 化容量法及4 一氨基安替比林法【3 5 1 3 6 1 ，后者是测定水中酚类最常用 的方法。它是利用蒸馏法将挥发酚类化合物分离出来，在p h 值为 1 0 0 + 0 2 介质中、铁氰化钾存在卜，与4 氨基安替比林反应生成橙 红色的安替比林染料。用氯仿可将此染料从水溶液中萃出，并在波 长4 6 0 n m 处测量吸光度，然后根据比尔定律求出苯酚类化合物的含 量m 。溴化容量法也是利用蒸馏法分离出挥发酚类化合物，含过奄 _ 溴的溶液与之反应生成三溴酚，并进一步生成溴代三溴酚。在剩余 的溴与碘化钾作用、释放出游离碘的同时，溴代三溴酚与碘化钾反 应生成三溴酚和游离碘，用硫代硫酸钠溶液滴定释出游离碘，并根 据消耗量计算出挥发酚的含量【3 6 l 。除此以外，还有使用荧光分光光 度法的报道，该方法是对水样进行蒸馏、萃取后，采用荧光分光光 度法进行测定，荧光分光光度法样品用量较小，分析时间较短，可 以节约更多的电力资源【4 2 】。 上述的光度法均选用苯酚作为比色标准，任何其它酚类化合物在 此反应中产生的颜色，都作为苯酚报告结果。由于取代的酚类一般 都降低响应值，1 2 1 ，因此导致对取代甲酚的测定不够准确。如溴化 容量法在邻甲酚及对甲酚的测定上有误差；4 一氨基安替比林法不能 测定对位上取代的甲酚，而且对于高浓度的含酚样品易产生误差f 6 0 1 。 确切地说，光度法的测定值只代表酚类化合物的最低浓度，无法预 计某一样品中各种酚类化合物的相对含量及单项测定值，对于多种 酚类物质共存的样品，难于满足分析要求，另外，光度法所用的蒸 馏装置也比较复杂，影响分析的准确度和精密度。 二十世纪9 0 年代，西班牙的一些科学工作者在使用光度法测定 苯酚类化合物的研究上有很大突破。如：k d k h a l a f 等使对氨基苯 酚( p a p ) 与水中邻甲酚、间甲酚发生衍生反应，应用分光光度法进 行测定。他们进行了间歇进样、停流进样及流动注射的比较。流动 注射法利用p a p 与两种甲酚反应产物的最大吸收波长( 邻甲酚 6 1 4 n m ，间甲酚6 3 2 n m ) 进行测定。灵敏度虽不很高，但分析时间大 大缩短，有一定的实用价值f 2 3 i 。pc a m p i n s f a l c o 等运用h 一点标准加 入法( h p s a m ) ，同时加入两种待分析物质改善二元分离。他们用此 法分析了水中的苯酚与邻甲酚，并通过优化得到了较为精密的分析 结果 3 3 1 。m d e lo l m o 等使用全光谱多变数校正的方法( p l s ) 对激 发、发射光谱有严重重叠的天然水及土壤中的苯酚及三种甲酚异构 体进行了优化测定1 2 。 西班牙的研究工作进一步表明：苯酚和三种甲酚异构体的激发、 发射波长有较多的重叠，必须要借助衍生反应、使用特殊的设备( 如 流动注射器) 或具有较强大的软件功能的工作站等，才能应用光度 法对苯酚类化合物进行比较准确测定。 色谱法的优点是可以分类对苯酚类物质进行测定。其中以气相色 谱法( g c ) 和液相色谱法( h p l c ) 为主。美国劳动部职业安全与健 康管理局( 0 s h a ) 推荐的两种分析酚类物质的方法即为液相色谱法 和气相色谱法1 3 2 1 1 4 3 1 。 液相色谱法在8 0 年代发展较为迅速。此种方法均使用紫外检测 器。有的分析使用正相柱，如：瑞典的j e a nc z u c z w a 等用h y p e r s i l a p s ( 氨基硅) 柱，异丙醇与己烷作流动相、使用紫外光谱荧光检测 器分离了雨水中的苯酚类物质，各组分的全分离需要3 0 分钟1 2 6 j 。他 们同时作了该法与高分辨的g c m s 法的比较，两者数据具有可比性。 液相色谱测定苯酚类化合物的方法多数用反相柱，如：o s h a 推荐 的方法就是使用o d s 反相柱、以甲醇水= 5 9 ：4 1 及0 1 的磷酸作流 动相、在u v 波长2 1 8 n m 处测定空气中的苯酚类化合物。该方法灵 敏度高，选择性好，可在7 分钟内完成测试，但它不能分开三种甲 酚异构体【43 1 。还有人改用别的检测器，如芬兰的e e v an i e m i n e n 等使用聚苯乙烯二乙烯基苯反相柱及电化学检测器， 同时测定了工 作区空气中的苯酚、甲酚及二甲鼢。该研究中虽然甲酚异构体可以 分开，但对这几种物质没有实现基线分离。其研究最成功之处在于 通过试验发现苯酚类物质h p l c 的碱性洗脱比酸性洗脱效果好，并 首次使用电化学检测器进行了碱性洗脱试验。他们发现：电化学检 测器比紫外检测器至少灵敏2 0 倍【2 7 1 。还有人通过柱前衍生及采用灵 敏度较高的荧光检测器改善分离。如：日本的y a s u t ot s u r u t a 等用二 异丙醚萃取了尿中的苯酚类物质，以4 邻苯二甲酰亚胺苯硫酰氯衍 生，产生一种有荧光的酯类，用反相柱、乙腈和水作流动相，在 e x = 3 0 0 n m ，e m = 4 1 0 n m 处测定。由于使用衍生反应及荧光检测器： 分析灵敏度有很大提高f 2 引。除此以外，美国的p a v e lj a n d e r a 等人还 通过经验、半经验的模式，对h p l c 的试验条件进行计算优化，以 达到最好的分离效果f 2 9 l 。 7 0 年代时气相色谱法就已经用于苯酚类物质的分析，随着时间的 推移和仪器的进步，气相色谱法也在不断发展，因而现在仍是一种 灵敏的测试苯酚类化合物的手段，特别是该种仪器运行费用较低， 易于普及，很适合我国的国情。国内苯酚类物质分析的报导绝大多 数使用的都是气相色谱法。 气相色谱法主要分为衍生化法及非衍生化法两大类，衍生化法需 要用衍生化剂对化合物进行处理、以电子捕获检测器测定。美国早 在8 0 年代公布的城市和工业排水中有机物的分析方法 5 1 里对此 法即有报道，他们采用的是溴代甲基五氟苯和1 8 冠一6 醚作衍生化剂， 在碱溶液中，加热至8 0 。c 进行衍生，整个反应需要4 小时。我国山 东海洋学院的王中柱等用衍生化法测定了海水中的苯酚和甲酚异构 体，他们采用k b r 0 3 - k b r 作衍生化剂，将苯酚与邻甲酚转化成三溴 衍生物，而间甲酚与对甲酚转化成二溴衍生物，然后用石油醚萃取， 以电子捕获检测器测定。该方法虽然灵敏度高，操作简单，但由于 对甲酚的对位上有取代基，氧化、加成、取代反应均可能发生，溴 化作用不定，因此对此种甲酚测定的误差较大【3 0 1 。另外，北京市环 境保护监测中心的李新纪运用乙酸酐作衍生化剂在室温下将酚类化 合物转化成相应的酯类物质，用甲苯萃取、氢火焰离子化检测器测 定。色谱条件为：2 m m x 2 m 玻璃柱，填充i s p 。1 2 4 0 d ac h r o m o s o r b w a wd m c s8 0 1 0 0 目或1 5 0 v 一1 0 1c h r o m o s o r bw a wd m c s 8 0 一1 0 0 目。柱温：从1 5 0 程序升温到1 7 0 ，每分钟升4 6 1 。此 种衍生反应稳定、反应时间短( 仅需2 0 分钟) ，且衍生化率及有机 溶剂的萃取率均较高( 可达9 5 以上) ，但在邻甲酚和间甲酚的分离 上存在问题。国内使用乙酰衍生化法分离酚类化合物的还有王菊思、 王西奎等，他们虽然使用了毛细管柱，但对甲酚异构体的分离仍不 理想【4 4 i ， 4 5 1 。除此以外，还有使用五氟苯甲酰氯衍生测定水中酚类化 合物的报道【4 6 1 ，该法无法分开问甲酚和对甲酚。总之，衍生化气相 色谱法对甲酚异构体的分离均不理想，而且，衍生化法使用的标准 也必须经过衍生反应，象溴代甲基五氟苯和1 8 一冠一6 醚这样的衍生化 剂毒性很强，操作起来极不方便，难于在国内一般实验室推广。 非衍生化气相色谱法分为填充柱法和毛细管柱法。8 0 年代填充柱 气相色谱法分析苯酚类物质在美国已成为标准分析方法，该法采用 水样直接进样，氢火焰离子化检测器分析，灵敏度较低，且方法选 定的若干种色谱柱都不能同时将苯酚和几种甲酚分开。9 0 年代，美 国国家环保局逐渐改进了填充柱色谱法，其中大部分方法可以分开 苯酚、甲酚、氯代酚等，但不能在一种色谱条件下实现苯酚与三种 甲酚的分离mm 3 1 l ( 4 3 】，如：保加利亚的w t a s l l l ( o v 用o v 一1 7 柱 在柱温9 0 。c 项空法快速分析了人尿中的苯酚与甲酚，方法快速，但 三种甲酚的异构体没有分开【引】。国内的填充柱主要集中在液晶上， 如抚顺石油化工研究院环保所的林大泉等用上海试剂三厂生产的 p b o b 、p b n b 涂布的柱子分开了大气中苯酚、甲酚及二甲酚等化合 物【7 】，上海医科大学劳动卫生教研室的张如午等用同样类型的柱子测 定了人尿中的苯酚及三种甲酚异构体【2 5 1 。除此以外，还有使用此柱， 用热脱附气相色谱法的报道【4 。p b o b 及p b n b 属于低分子液晶， 低分子液晶在空间排列上有一定取向性，利于分离异构体，但分析 重现性较差【1 4 1 ，1 4 7 1 。北京市环境保护监测中心朱泽玉等于1 9 9 4 年研 究了阿皮松及有机皂土3 4 作固定相、分离苯酚类化合物的填充柱方 法【1 ，方法具有实用性，但未能对所有化合物实现基线分离，而且 色谱柱的使用温度过高，易造成固定相流失，严重影响色谱柱的使 用寿命。 近年来，毛细管柱的色谱分析技术不断发展，1 9 9 4 年，美国 s t e p h a n i em p e n d e r g r q s s 提出了一种分离苯酚类化合物较好的毛细管 气相色谱法。文章比较了两种相似的毛细管柱( s t a b i l w a x 和 s t a b i l w a x - d a ) 的分析效果，选取了峰形好、分离效率高的 s t a b i l w a x - d a 柱子【3 2 】，分离时间约为2 5 分钟左右。这是较早的国外 毛细管柱较成功地分离苯酚类异构体的报道。国内此方面的研究不 多，有些毛细管柱虽然对苯酚类物质的分离效果很好，但固定相的 合成非常困难，没有得以推广【4 8 1 4 9 1 。最近两、三年，有的外国公司 推出了专门分离低分子苯酚类物质的柱子，如：h p 1 0 l 。但是由于 苯酚与甲酚异构体的分离至今在色谱界也具有一定难度，因此能将 它们完全分离的毛细管柱在国外也不多，并且价格昂贵，国内大多 数实验室均难以接受。 另外，1 9 9 3 年j o h ne f u t t e r 报导了用薄层层析法分离渗滤液中 的痕量苯酚类化合物。该法利用显色反应，操作快速，可进行现场 测试，但不能分开三种甲酚异构体【3 4 l 。1 9 9 9 年我国科学院大连化物 所的王岳松等以不同比例的己烷一乙酸乙酯二元体系作为展开剂，将 苯酚类化合物展开，对化合物的保留值与拓朴指数进行了多元回归， 研究了它们的色谱保留行为与其分子结构之间的相关性。该研究采 用方差最大芷交旋转与p r o m a x 斜旋转因子分析法，解决了分离不好 的甲酚化合物的定量问题，但计算量较大，与实际应用还有一定距 离【3 7 1 。 目前，气相色谱在我国的多数实验室中比较普及，建立作为国 标的方法首先应考虑实用性和可操作性。综合上述文献调研结果和 我国多数实验室的具体情况，最终选择气相色谱加氢火焰离子化检 测器为苯酚类化合物的测试方法。 固体废弃物中苯酚类物质的提取、净化方法也很关键。国外在此 力+ 面报道不多，比较有代表性的是美国的固体废弃物试验分析评 价手册1 9 1 ，其中涉及酚类化合物的分析方法主要是提取、酸碱净化、 反筚取、浓缩和上机检测。近年来国外有固体废弃物以超声提取、 f i 过阴离子柱净化的报道【2 l 】，但尚未见到它与传统方法的比较。苯酚 类物质的水溶性、挥发性决定了它们的提取净化具有较大的难度， 而固体废弃物又是较为复杂的基体，干扰较大，要获得较好的分析 效果必须尽可能去除干扰，这一切都决定了酚类物质的提取、净化 步骤具有较大的难度。 关于固体废弃物的提取测定和浸出毒性试验( t o x i c i t y c h a r a c t e r i s t i cl e a c h i n gp r o c e d u r e ，简称t c l p ) ，现在许多国家已纳 入法规管理，具体步骤和方法较为成剿8 l ， 9 1 ，i l o 1 1 9 1 ， 4 1 1 ，有些国家还 制定了有关标准，如美国工业有毒废弃物管理( 1 9 8 6 ) 【1 0 】中就提 出了苯酚及- - ；f o o 甲酚的t c l p 限制水平：苯酚为1 4 4 m g l ，邻甲酚、 间甲酚及对甲酚均为1 0 0 m g l 。在此之后又不断地进行修改完善， 1 9 9 21 9 9 3 年联邦法规( f c r ) 【1 8 】中公布的上述酚类的t c l p 水平 为：苯酚2 0 0 m g l ，邻、问、对甲酚可单独测出时，每种甲酚为 2 0 0 r a g l ；否则总甲酚共计2 0 0 m g l 。我国固体废弃物的有关分析测 定工作开展得较晚，无机组分的分析进行较早，主要以日本的有关 方法为蓝本，已形成一套系统。有关人员认为有机成分的分析应与 无机成分分析条件一致，究竟哪一种条件适合苯酚类固体废弃物， 必须通过试验选择确定。 1 2 研究目的及研究路线框图 固体废弃物的管理和控制在我国刚刚开始，其中一些无机成分 的分析方法较为成熟，但有机成分的测定和管理还基本处于空白状 态。有机污染物对人体威胁较大，建立实用的国标方法对环境保护 部门进行有关管理是必不可少的一步。因此固体废弃物中苯酚类物 质的国家标准分析方法的研究具有非常重大的意义。 本研究的路线框图如下： 医商一医矗商 l l 确定酚类物质的色谱分离条件 含量较高 + ? 第二章、苯酚类物质气相色谱分离方法 2 1 填充柱气相色谱法 如l 所述，儿种苯酚类物质的沸点、极性相似，给色谱分离带来 r 很大凼难。衍生化法的灵敏度、选择性较好，但衍生化剂溴代l | 基五氟苯及1 8 冠一6 醚为高毒性物质，操作和普及都有定难度，而 且，该方法与乙酰化衍生法在分离上均存在问题。 非衍生化气相色谱法中色谱柱的选择成为关键问题。荚国臼8 0 年代开始出现填充柱气相色谱法，随后直对之加以改进和提高。 但至今为止，e p a 没有可以在同种色谱条件下分出这几种苯酚类化 合物的填充柱法的报道。比如：s pd a s u p e l e o p o r t 不能分开三种甲 酚【8 l ；聚脂类的填充柱不能分开苯酚与邻甲酚、问甲酚与对甲酚【2 1 ： s p 1 0 0 0 不能分开三种甲酚异构体f 4 3 i ：s t a p , a p e i z o n m 不能分开间 甲酚与对甲酚。】9 8 7 年，我国曾有人提出过习涂附液晶p b o b 的填 充柱分离空气中的苯酚类化合物【7 i ，但由于低分子液晶的寿命较短， 方法的重现性较差，未能得以推广。1 9 9 4 年北京市环境保护监测中 心首先用一根填充柱在同神色谱条件f 实现j ，苯酚类化合物的分离 l 。 色谱柱组成：a p e i z o nl1 + b e n t o n e3 4 阎定液 c h r o m o s o r bwa w d i n e s6 0 8 0m e s h 担体 枉k ：3 m内 午：2 3 f 1 1 m 色潜条件：托温1 4 5 。c ，榆测器滁度2 0 0 。c ，7e 化审温艘2 0 0 。c 。 分析谱图如下 图1 a p e i z o nl b e n t o n e3 4 各i 作固定液分离苯酚类化合物的色谱图 其中几种苯酚类化合物的保留时间分别如下 表2 a p e i z o n lb e n t o n e3 4 各l 作固定液分离苯酚类化合物 的保留时间 编号名称时间( 分钟) 1 邻甲酚 4 8 8 2 对甲酚 6 6 7 3 苯酚 7 2 0 4 问甲酚 9 1 2 该方法基本卜实现r 在同种色谱条件下分离几种苯酚类化合物， 然而由色普图可以看：此十 ：对苯盼和对i j l 酚的分离f i 够完令，这 会给有关样t 口j 的测定带来定误差，另外，小力法川剑选择一陀较强 的有机皂二卜3 4 做固定相，此种药品的批号不同对分离效果的影响很 大。除此以外，色谱柱的使用温度为1 4 5 。c ，有机皂土的最高使用温 度为15 0 。c f 5 6 j ，因此柱温过高，极易造成固定相的流失，严重影响色 谱柱的使用寿命。 我们在用玻璃填充柱分离苯酚类物质方面做了如f 研究。 2 1 1 阿皮松l 从文献上得知阿皮松l 做固定相对苯酚及邻、间、对甲酚有定 的分离能力 s 7 1 ，我们实验室现有日本株式会社含2 5 阿皮松l 的 s h i m a l i l e 担体，用此担体装填米柱，对苯酚类物质的分离如下： c 锣 慊i f i 时1 8 j a 苯酚：b 邻甲酚；c 间甲酚与对甲酚。 图2 阿皮松l 分离苯酚类物质的色谱图 由上图可知阿皮松l 做固定相可以分开苯酚与邻甲酚，但不能分 开间甲酚与对甲酚。 2 1 2 阿皮松l + 有机皂土3 4 文献报道有机皂十3 4 有分离异构体的功能f 5 6j ，将阿皮松l + 有机 皂土3 4 各1 涂渍在担体c h r o m o s o r bwa w d m c s ：，此牲埘苯酚类 物质的分离效果如卜- ： 响 应 a 邻甲酚；b 苯酚与对甲酚；c 问甲酚。 图3 阿皮松l + 有机皂土3 4 的固定相分离苯酚类物质的色谱图 由 ：图可知阿皮松l + 有机皂土3 4 各l 做固定相可以分丌邻甲 酚与间甲酚，但不能分开苯酚与对甲酚。 2 1 3 混合柱型 由上述试验结果知道：日本进口含阿皮松l2 5 的担体可以分开 苯酚与邻甲酚，但不能分开间甲酚与对甲酚，含阿皮松l 及有机皂土 3 4 各l 的c h r o m s o r b 担体可以分开邻甲酚与问甲酚，但不能分开苯 酚与对甲酚。我们设想两种担体混合后，分离效果会得到改善。将上 述两种柱担体以1 ：l 混合，混合柱的分离色谱图如下： 响 应 i 一 l ! ll 旺- - ! _堤 。 a 邻甲酚；b 苯酚：c 埘酚：d 问酚。 图4 混合 t 分离苯酚类物质的色谱冈 2 1 4 优化色谱条件对分离效果的影响 ( 1 ) 取上述混合好的担体，装填l 米柱，在不同柱温下操作，试验 结果如f ： 响 型愀型甏 ! 一 型州驯 t j i ：倒盯叫 a 邻甲酚；b 苯酚： c 对甲酚；d 问甲酚； e 苯酚与邻甲酚。 图5 不同柱温下1 米色谱柱分离图 ( 2 ) 取上述混合好的担体，装填3 米柱，在不同柱温下操作，试验 结果如下： 剑t ! ! ! i i2 5 f j 抓 6 沁 卜八 供哪h f | 叫 a 邻酚：b 苯酚；c 对酚：d 问f fj 酚。 罔6 小 司牲温f 、3 米色曙柞分离图 j 由上述试验结果可以看出：同种比例混合的担体，3 米柱与1 米柱 对苯酚类物质分离的效果相似，而3 米柱的分析时间却长很多，峰形 也不如l 米柱好，因此取1 米柱做分析较好。由谱图可知柱温以1 1 5 左右为佳，低于1 0 5 时，苯酚与对甲酚分不开，高于13 5 时， 邻甲酚与苯酚分不开。另外，据文献知【5 7 】1 5 6 1 ：阿皮松l 的最高使用 温度为2 0 0 。c ，有机皂土3 4 的最高使用温度为1 5 0 ，我们选定的操 作温度比固定相的最高使用温度低4 0 。c 左右，可以避免固定相流失， 延长色谱柱的使用寿命。 由上所述，填充柱气相色谱法分离度和重现性均不理想，因此此 法仅用于样品基体不太复杂的定性测定。 2 2 毛细管气相色谱法 随着毛细管色谱技术的发展，毛细管柱取代填充柱成为气相色谱 分析的主流。毛细管柱具有分离相邻物质对所需的高效率，所以常 被推荐用来分离复杂的混合物和极其接近的异构体【1 2 1 。美国早期的 一些毛细管柱标准分析方法可以分开苯酚、甲酚、氯甲酚等酚类衍 生物，但不能在一种色谱条件下、用一根柱子完成苯酚与三种甲酚 的基线分离m 1 。1 9 9 4 年，美国s t e p h a n i em p e n d e r g r q s s 比较了两种 相似的毛细管柱( s t a b i l w a x 和s t a b i l w a x d a ) 对苯酚类化合物的分 析效果，选取了峰形好、分离效率高的s t a b i l w a x d a 柱子 3 2 j 。近两 年美国有关公司推出了分析低分子苯酚类化合物的专用柱，例如： h p 1 0 l ，但是种类较少，价格昂贵约6 0 0 0 元卡艮，t 股国内实验 窄难以承受。 我国在j j 毛细管柱分离苯酚类化合物的技术上早有研究。7 0 年 代，就有人在邻苯二甲酸二癸脂。( d d p ) 中加入少量磷酸涂渍1 i 锈 钢毛细管柱分开了苯酚类化合物，但柱长较长一5 米，因此分析 时间也长【1 2 】。后来，也有人对低分子液晶改性，涂渍毛细管柱，进 行苯酚类物质的分离，但由于低分子液晶的挥发性大，稳定性差， 不适合做毛细管柱固定相 5 1 l 。9 0 年代初也有用冠醚侧链聚硅氧烷毛 细管柱分离低分子苯酚类化合物的报道3 】1 4 9 1 ，然而冠醚侧链聚硅氧 烷的制备非常困难，也没有得以推广。 1 3 j q ：糊精的衍生物是8 0 年代末9 0 年代初出现的一种新型气相色潜 固定液，研究【5 2 1 1 5 3 1 表明：它是一种高选择性、高稳定性的气相色谱 固定相。以d 环糊精衍生物做固定相的毛细管柱对苯酚类物质有很好 的分离效果【2 0 】 5 3 1 邛4 】 5 5 1 。北京理工大学开发的一种国产的b 环糊