（水利工程专业论文）水中酚类化合物的测定方法研究.pdf

摘要 日前，与人们生活息息相关的自然水体的污染已引起有关部门以及饮水卫生 专家的高度重视，水质分析与研究的重点已经转移到饮用水中有机物的调查分析。 本篇论文主要包括以下，l 个方面： 、阐述研究生活饮用水卫生规范中规定的几种酚类化合物的重要意义。酚 类是水体中最重要的有机污染物，当水体中酚类化合物的含量超过一定限度时， 会破坏生态平衡，危害人体健康。因而，准确掌握水体中酚类化合物的含量，对 于准确判断水体中酚类化合物的污染程度，制定相应的控制对策有着非常重要的 意义。 二、参照国内外测定水中酚类化合物的分析方法，结合国家城市监测网郑州 监测站检测设备的现状，使用日本岛津c l a s s i o a 高效液相色谱仪对水中血种酚 类化合物进行系统的分析方法的研究，建立一套快捷、简单、高教低耗的水中酚 类化合物的分析方法。该方法加标回收率为9 卜9 7 ，相对标准偏差小于5 ，检 测限0 1 2 0 6 1ug l ，满足水质分析中微量污染物定量分析的要求。 三、阐述固相萃取法的优越性，分析国内外c 。富集柱的富集效果，为分析结 果的准确性提供参考性依据。 关键词：水质分析；高效液相色谱；固相萃取；酚类化合物 a b s t r a c t w a t e ri si n c r e a s i n g l ys c a r c ei nz h e n z h o ur e g i o n ，a n dw a t e rp o l l u t i o nh a sb e c o m e s e r i o u s ，w h i c ht h r e a tt h ep e o p l e sn o r m a ll i f e a n dr e s t r i c ti n d u s t r i a l d e v e l o p m e n t c u r r e n t l y , t h ep o l l u t i o no ft h en a t u r a lw a t e rh a sc a u s e dt h ea t t e n t i o no ft h ep r o f e s s i o n a l s a n dr e l e v a n t g o v e r n m e n t s w a t e rq u a l i t ya n a l y s i sa n dr e s e a r c hh a v ef o c u s e do n d e t e n n i n a t i o no ft h e o r g a n i cc o m p o u n d si nd r i n k i n g w a t e r t h i sp a p e rp r i m a r i l y i n c l u d e st h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： f i r s t l y ，w es h o w e dt h es i g n i f i c a n c eo fs t u d y i n gs e v e r a lp h e n o l s p h e n o l sw e r eo n e k i n do ft h em o s ti m p o r t a n to r g a n i cp o l l u t a n t s w h e nt h e q u a n t i t yo ft h ep h e n o l c o m p o u n d si nt h ew a t e rw a so v e rac e r t a i nl i m i t ，i tw o u l dd e s t r o yt h ee c o l o g i c a lb a l a n c e a n dd og r e a th a r mt oh u m a n sh e a l t h i tw o u l dh a v eg r e a ti m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ef o ru s t oj u d g et h ec o n t e n to f p h e n o lc o m p o u n d sa c c u r a t e l ya n dt ot a k et h ec o n t r o lm e a s u r e s s e c o n d l y , a n a l y t i c a lm e t h o d sw e r ee s t a b l i s h e dt oa n a l y z ef i v ek i n d so fp h e n o l c o m p o u n d si nw a t e ra n di tq u i c k l ya n de f f i c i e n t l yb yh p l c t h ed e t e c t i o nl i m i t sw e r e f r o m01 2l - t g lt o0 6 1l a g 。l t h er e c o v e r i e sr a n g e df r o m9 1 t o9 7 r s dw a s0 6 99 w h i c hw a su pt ot h ed e m a n do fa n a l y s i so ft r a c ec o m p o n e n t s t h ep h e n o l c o m p o u n d si nw a t e r - r e s o u r c e ，i d e n t i f i c a t i o nw a t e ra n dp i p s w a t e r i tw a sc o n c l u d e d t h a tt h i sm e t h o dw a ss i m p l e ，a c c u r a t ew i t hh i g hr e p r o d u c i b i l i t y i th a dp r a c t i c a lv a l u e f o rd e t e r m i n a t i o no fp h e n o l si no r i g i nw a t e r ，t a pw a t e r , e t c t h i r d l y , w e s t a t e dt h es u p e r i o r i t yo ft h es o l i de x t r a c t i o na n da n a l y z e dt h e e f f i c i e n c yo fc 1 8c o n c e n t r a t i n gp i l l a r s ，w h i c hp r o v i d e di n d i c a t i v eb a s i sf o rt h ea c c u r a c y o f t h ea n a l y s i sr e s u l t s k e y w o r d ：w a t e rq u a l i t ya n a l y s i s ；h p l c ；s o l i de x t r a c t i o n ；p h e n o l s 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没 有剿窃、抄袭等违反学术道德、学术蕊范的侵权行力，否刘本人愿意 承担由此产生的一切法律责任和法律后果，特此郑重声明。 撇姗c 罗扣 2 0 0 6 年5 月2 0 日 华北水利水电学院硕士论文 第一章水中酚类化合物测定的意义和方法 1 1 水中酚类化合物的来源、分类及危害 天然水中一般不含酚类化合物，但是遭受到工业废水的污染之后，水中才可能含有酚 类化合物。近几t 年来，世界范围内化学工业迅猛发展，人工制成的化学品种类利数量s 迅速地增加。水中酚类化合物的来源比较多，主要来自焦化、煤气制造、石油精炼、木材 防腐、石油化工、合成氨等工厂排出的生产废水中。酚类按其能否随水蒸气蒸出，分为挥 发性酚与不挥发性酚。沸点在2 3 0 。c 以下的酚类可随水蒸气蒸出的为挥发性酚，沸点在2 3 0 。c 以上的酚类不能随水蒸气蒸出为不挥发性酚。同时酚类是芳香烃的烃基衍生物，按照烃 基数目的不同，可分为一元酚、二元酚和三元酚；根据苯环上取代基的性质，又可分为烷 基酚、氯酚、硝基酚等；一元酚中除了对硝基酚外，其它各种酚类化合物如甲酚、二甲酚、 氯酚等，沸点均小于2 3 0 ，都属于挥发性酚，二元酚和三元酚类的沸点均在2 3 0 。c 以上， 震子不挥发性浚，工鼗菠瘩中可麓存在兹酪类纯台貔怒一元、：二元及多元鹣夔滠合俸。酪 类化台物多有恶臭，特别是苯酚、甲苯酚、苯二酚等在饮水中加氯消毒时，会产生卤代酚 等产魏，使承带氢酸昧，能形成炱眯更强烈瓣氯酚，豢艘永处理工艺不能有效趣予以去除， 长期饮用被附污染的水，可引起头昏、出疹和搔瘁等丰率经系统的症状。此外，酚类化合物 的另一个来源是大量化学品广泛渗透到生态环境中，从而造成严重的环境污染，并目通过 蚤荦中途径进入人体，冠害到人类的健康与生存。其中，饮水蹙疑重要酶渠道之一。水中一 些氯酚和硝基酚也来自土壤中各种氯酚酸除草剂和有机磷杀虫剂的降解产物的渗漏，氯酚 娄纯合耱广泛瑟俸杀虫瑟谤毒裁，获两污染承源“1 。 酚为细胞原浆毒物，低浓度能使蛋白质沉淀，对各种细胞有直接损害，对皮肤和粘膜 有强黧静腐蚀作雳。虽然翳其有鞍低酌唉懿润谴，侵酚豹许多翡釜镄其骞锻离靛溪凳阉谴， 如氯酚为0 o o o l o 0 0 0 5 m g l ，美国环保局( e p a ) 已经把氯代酚列为水中优先分析的有机污 絷甥。在菜黧地基饮翅东中选煮痰量黔存在，长期饮攥毅酚污浆鹣承，霹以引起头辫、蠢 疹、骚痒、贫血及各种神经系统症状，甚至中毒。酚除对人体的危害外，还町以影响鱼类 积微生物的生长，0 。1 - 0 。2 m g l 对，鱼肉就会有酚味，浓度离时可使鱼类死亡，用禽酚的 。：业废水灌溉农田，可使谷物、蔬菜、瓜粜等农作物中残留较多的酚，有不良的臭味，影 响食用“。 兰i ! 查型坐皇堂堕堡主堡墨 酚类化合物的毒性大小与它的基团和结构有关，与取代基团的大小、位置、分布状态 有关，若烷基酚中导入氯或硝基基团时，其毒性增强。3 一甲摹酚和4 一硝基酚毒性较强， 2 ，4 ，6 - 三氯酚是致癌物质。酚类化合物具有致癌、致畸、致突变的潜在毒性，其中五氯酚 毒性很大，人接触五氯酚能丧失食欲、呼吸困难、麻木、高热、发汗、发音困难和快速连 续昏迷，并且具有致突变性、致痛性和胎儿毒。因此己被列入环境中优先监测的有机污染 物，成为欧共体和美国环保局关注的焦点，并认为是水环境中的危险物质。 1 2 水中酚类化合物研究的意义 水是生命之源。没有水，一切生物都不能生存。但从化学角度来说，水义是一种良好 的天然溶剂，它可以使许多有毒有害的化学物质溶解在其中。人 f r i t h 喝了这样的水，就会 危及自身的健康。据研究表明：全国癌症发病率和死亡率最高的一些地区，都是水污染严 重的地区。”。大量农药、杀虫剂和其它化学品的使用，造成水环境质量的迅速恶化，这直 接影响到我们生活饮用水的安全。据大量报道，显示，世界上现已在自来水中检出超过1 2 0 0 种的有机物，其中许多具有致癌性、促癌性或诱变性”。 美国国家环保局颁布的1 2 9 项优先监测物中有1 l 项是酚类化合物。我国水中优先控 制污染物黑名单6 8 项中有6 项是酚类化合物。根据国家建设部制订的城市供水行业2 0 0 0 年技术进步规划中水质目标8 9 项中有6 项是酚类化合物。1 。 因此，为了更好地了解饮水水质状况，控制饮水质量，改进制水工艺，维护公众的饮 水安全，必须加强对饮水中微、痕量有机物的检测。而为了达到这一目标，满足现时对大 量饮水样品进行快速、准确分析的要求，提高分析的灵敏度、选择性，简化分析操作步骤， 消除分析过程对分析操作者健康的危害，注重环保，保护环境，需要不断地引进新的技术 和设备，如围绕色谱技术所展开的各种联用、接口及样品注入技术等，己是当前研究的重 要领域和热点。 由于水质的好坏直接关系到人类的生存和健康，关系到工农业生产的效益成本，随着 水中有机污染物对人体危害的认识不断深化，水质检测技术不断进步，以及人民生活水平 不断提高，供水水质也需要相应的发展、改善和提高。作为供水行业，准确、有效地检测 郑卅17 k 源7 t c 、出厂水以及管网水中是否含有酚类化合物具有着非常重要的意义，同时监测 这类有毒有害物质对水质的控制也是具有非常重要的意义。 1 3 水中酚类化合物的分析方法 华北水利水电学院硕士论文 酚类化合物是美国环保局规定优先测定的有机污染物，主要有1 1 种，包括苯酚，4 硝 基酚，2 氯酚，2 ，4 - 二硝基酚，2 一硝基酚，2 ，4 一二甲基酚，4 一氯一3 一甲基酚，2 ，4 一二氯酚， 4 ，6 - 二硝基一2 一甲基酚，2 ，4 ，6 一三氯酚，五氯酚”。来自塑料和染料工业的酚类污染也 引起环境保护人员的极大关注，欧共体国家和我围都把饮水中酚类列为必检项b 。近几年， 两功：牙学者对酚类的分析研究比较多，中国台湾、日本、意大利、澳大利亚、美国、德国、 英幽、土耳其、加拿大、俄罗斯等国都有报道水中酚类的测定研究。目前酚类的测定方法 有许多种，主要是高效液相色谱法、离子色谱法、毛细管电泳、气相色谱法、气一质和液。 质联用法和化学比色法等。 1 3 1 高效液相色谱法 高效液相色谱是6 0 年代末7 0 年代初发展起来的一种新型分离分析技术，至今仍处于 蓬勃发展之中。高效液相色谱仪由高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录 系统等五大部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动 相，被流动相载入色谱柱内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在 两相中作相对运动时，经过反复多次的吸附一解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生 较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信 号传送到记录仪，用记录器记录下来就得到色谱图。色谱图是定性、定量和评价柱效高低 的依据。由此，操作者可根据色谱峰的位置、形状及大小进行定性、定量，并据此判断分 离情况的优劣。 离压输液系统 麓压鲶滚系绞由溶裁贮存器、惑压泵、撵度洗残装置和压力表等组戏。溶劐贮存器一 般由玻璃、不锈钢藏氟塑料制成，容量为1 到2 l ，用来贮存足够数搬、符合要求的流动相。 高压输液泵是高效液相色谱仪中关键部件之一，其功能是将溶剂贮存器中的流动相以高压 形式连续不断建遴久滚辫系统，绩铎晶在镌谱柱中完成分离过程。国于液相色谱仪联潮色 潜拄经较细，所填固定榴粒度很小，因此，对流动相的阻力较大，为了使流动棚自2 较快地 流过色谱柱，就需要高压泵注入流动相。对泵的要求：输出压力高、流量范围大、流量恒 定、无脉动，流羹精度和重复性为0 5 左右。j | = 外，还应耐腐蚀，密封性好。高压输液 泵，按英性震可分为僵匿泵积煌滚裘巍丈类。基渡泵是能绘滋恒定淀量豹裂，葜滚量与流 动楣粘度和柱渗透无关。恒压泵是保持输出压力恒定，而流壁随外界阻力变化而变化，如 果系统阻力不发生变化，恒压泵就能提供恒定的流量。梯度洗脱就是在分离过程中使两种 或两种以巴不同裰往的溶剂按一定程序连续改交它们之闻的琵镶，姨两傻流动裙静强度、 1 竺! ! 坐型坐皇堂堕堡主堡兰 极性、p h 值或离子强度相应地变化，达到提高分离效果，缩短分析时间的目的。它分为两 类：一类是外梯度装置( 又称低压梯度) ，流动相在常温常压下混合，用高压泵压至柱系 统，仅需一台泵即可。另一类是内梯度装置( 又称高压梯度) ，将两种溶剂分别用泵增压 后，按电器部件设置的程序，注入梯度混合室混合，再输至柱系统。梯度洗脱的实质是通 过不断地变化流动相的强度，来调整混合样品中各组分的k 值，使所有谱带都以最佳平均 k 值通过色谱柱。它在液相色谱中所起的作用相当于气相色谱中的程序升温，所不同的是， 在梯度洗脱中溶质k 值的变化是通过溶质的极性、p h 值和离子强度来实现的，而不是借改 变温度( 温度程序) 来达到。 迸样系统 进样系统包括进样口、注射器和进样阀等，它的作用是把分析试样有效地送入色谱柱 上进行分离。 分离系统 分离系统包括色谱柱、恒温器和连接管等部件。色谱柱+ 般用内部抛光的不锈钢制成。 其内径为2 6 m m ，柱长为1 0 5 0 c m ，柱形多为直形，内部充满微粒固定相。柱温一般为 室温或接近室温。 检测器 检测器是液相色谱仪的关键部件之一。对检测器的要求是：灵敏度高，重复性好、线 性范围宽、死体积小以及对温度和流量的变化不敏感等。在液相色谱中，有两种类型的检 测器，一类是溶质性检测器，它仅对被分离组分的物理或物理化学特性有响应。属于此类 检测器的有紫外、荧光、电化学检测器等：另一类是总体检测器，它对试样和洗脱液总的 物理和化学性质响应。属于此类检测器有示差折光检测器等。其中紫外检测器最为常用， 线性范围宽( 约卜l 0 0 0 0 0 ) ，可制成很小的池体积，对谱带扩展影响较小，对流动相流速和 温度的变化不敏感。十分可靠，易于操作，不破坏样品，对不同溶质的响应有很大差别， 可用于梯度洗脱，可选择波长。 1 。3 1 ，l 紫癸可霓捻测法 反媚巅效液相龟谱法是目前世界上最常用的测定水中酚类化合物的方法，宅是利用色 谱流出组分流经流动吸收池时对紫外可见光的选样性吸收特性进行检测的方法。目前，西 班牙国家对承中酚类匏测定疆究比较多。铡麴露瑷牙e 。p o c a r u l l 等运用璃线困撼萃取，通 过c i 。反相离效液相色谱二极管阵硎紫外检测来测定水中1 3 种酚类化合物，包括美国e p a 4 华北水利水电学院硕l 论文 优先规定的十一种酚类，并比较了不同的样品预浓缩方法，自来水的酚类测定回收率高达 9 1 以上。测定酚类浓度为lug l 的水样，相对标准偏差( r s d ) 小于1 0 ( n = 4 ) ，检测 限在6 5 1 0 0 n g l 之间”。西班牙d b a r c e l o 等运用液相色谱紫外检测，取7 0 0 一1 0 0 0 m l 浓度 为5ug i 。样品溶液通过固相萃取卡套柱测定十四种工业废水中酚类，自动样品制各，回 收率在7 0 利1 0 0 之问( 除邻苯二酚外) ，并研究了酚类的稳定性，发现在室温条件下放 置三个月，苯酚、儿茶酚和多数挥发性酚类损失7 0 ，酚类的稳定性与水的基质、储藏温 度和物理化学特性，例如蒸气压和水浴性有关”1 。德国的0 f i e d u 和m j e k e l 报道了r p h p i c 柱后衍生化反应分析工业废水中酚类化台物，酚类检测波长5 0 0 n m ，几乎所有酚类在波长 5 0 0 n m 处都有最大吸收，检侧限在卜2 0 n g 之问，即使在非常复杂的基质水中，也能很好分 离和测定“”3 ，h p l c 柱后反应对于检测某些酚类功能团显示出十分有用，通过柱后光度化学 反应，酚的检测得到大大加强”2 。“1 。西班牙d p u i g 等也比较了四种吸附剂在线固相萃取液 相色谱紫外检测技术测定地下水中酚类化合物，回收率范围在9 5 1 0 5 ，检测限为0 1 u g l 。 l i3 1 2 电化学检测法 西班牙d p u i g 等运用在线固相萃取液相色谱电化学检测法测定水中极性较强的酚类， 只用5 - l o m l 水样，检测限在p p t 水平，是一种高灵敏度的方法，回收率在8 5 1 0 2 之涮， r s d 在3 6 之间，检测限在0 卜5 4 n g l “。西班牙g a c h i l l i 等研究了一种灵敏和简单的 电化学检测h p l c 方法，同时评价苯酚和2 7 种取代基苯酚，反相柱固相萃取、总的分析时 间少于6 3 m i n ，检测限大大低于欧共体饮水卫生指标，此方法可用来检查自来水，矿泉水、 泉水等不同来源水中的苯酚、氯酚、硝基酚“。西班牙b p a t e r s o n 等人报道了电化学检测 液相色谱法测定水环境中酚类，也包括美国e p a 列出的十一种优先测定的酚类污染物。测 定方法可以达到p p b 水平，这种方法干扰小、比气相色谱( g c ) 和气相一质谱( g o m c ) 测酚 方法有一种直接的优势，就是样品无需萃取，避免在萃取时出现待测组分的损失、对十一 种酚类的回收率在7 5 一1 1 8 z 1 司，重现性为1 3 “”。液相色谱电化学检测法广泛用于检 测环境样品中酚类的测定“”。 1 3 1 3 质谱稔瓣法 瑟班牙醚。t g a c e r a n 等运鼹滚提色落一臻谱( 撼) 及惫子光落( e s ) 亲测定囊亲水黟海求 中氯酚和硝基酚化合物，测定自来水中酚类化合物e s 法检测限在0 0 2 一lug l 之间， m s 法检测限在0 0 0 2 一l g l 之间；海水中酚类化合物e s 法检测限在0 。l 0 3ug l 之 华北水利水电学院硕士论文 问，k l s 法检测限在0 0 0 4 5t 2g l ，重现性和重复性分别在2 一1 1 和6 一1 4 “。 1 3 1 4 化学发光检测法 1 9 7 4 年，a r i e i g hh a r t k o p 等首次报道高效液相色谱一化学发光检测法，2 0 多年来，这 种技术得到飞速发展。p o u l s c njr 等也用柱后化学发光反应液相色谱法直接检测水中的酚 类化合物，检测限为3 x 1 0 “m o l l ”。福州大学庄惠生等建立了- - * 0 新的流动注射化学发光 淬灭法测定了污水中的挥发酚；灵敏度高于4 氨基安替比林法，方法选择性好。3 。 1 3 2 离子色谱法 江汉大学的赵俐敏“等研究了离子色谱法同时测定邻硝基苯酚、间硝基苯酚、对硝基 苯酚，回收率在9 6 8 一1 0 1 3 之间，测定浓度在1 0 m g lr s d 小于1 5 ：检出限在 0 8 5 m g l 。 1 3 3 毛细管电泳法 毛细管电泳法是指以弹性石英毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样 品中各组分的淌度( 单位电场强度下的迁移速度) 和或分配行为的差异而实现分离的一 种分析方法。 西班牙i r o d r i g u e z 等研究了一种用毛细管电泳测定饮水中十种酚类污染物，包括苯 酚、氯酚、硝基酚，样品处理是在交联聚苯乙烯卡套柱上离线浓缩，检测限在0 0 1 0 0 7 p g l 之间，线性范围在2 0 7 0 1 1g l 。西班牙m i t u r n e s 等运用毛细管区带电泳来测定水 中血氯酚和其它酚类，检测限达到p p b 数量级”。c h i r i g e r h l i n 等使用毛细管区带电泳 系统研究了六种二氯酚同分异构体迁移特性和选择性，指出背景电解质p h 和应用电压是 分离出这些异构体的关键技术“。w e n c h e n gc h i o u 等应用胶束电动毛细管色谱( m e c c ) 来 研究二氯酚的迁移和选择性”。日本0 t s u k a 等也报道m e c c 分析水中氯酚”。还有西班牙 c p 0 n y 等人也研究了氯酚和烧基酚在i e c c 中的迁移行为，并用数学模型来预测分离结果 。2 ”。加拿大h h i m i 等人报道了毛细管电泳分离，安培枪测八种氯酚，包括单氯鼢、三氯 酚豹方法。筵单的安培检测计，磷酸一硼酸漫合缓冲渡，检测限为0 。1 0hg l 水平。蝴。土 耳其f b e d i a e r i m 报道了毛细管电泳分离苯酚和敬代酚擞，通过添加高分子量有机物到缓 冲滚来改变聚炎懿电泳浚动和迁移，p 、有规滚裁彝宅麓矮豹浓度都会影嗡待测鹣类电溶 流动特性。最近几年毛细管电泳已发展成一种比h p l c 避适宜的方法来分析酚类化合物。 毛纲答电溶秘黢寒邀动色谱己镶好建分离酸类纯合物，遴过改焚缓挣溶液p h ，戮离子霸 华北水利水电学院硕士论文 中性表面活性剂、有机溶剂和阳离子表面活性剂的添加，有助丁酚类的分离5 ”w 。 1 3 4 气相色谱法 1 3 4 1 气相色谱一质谱法 西班牙i t u r n e s 等运用气相色谱一质谱来直接测定饮水中亚p p b 水平氯酚类，样品只 需l o m l “。上海市环境保护科学研究院石书权用气相色谱一质谱法定量测定水中五氯酚， 检测限1ug l ，回收率9 4 一9 6 ，测定浓度在5 o lug l 。相对标准偏差1 4 。 1 3 4 2 气相色谱一红外光谱法 西班牙r c e a 等运用气相色谱一红外光谱法测定水中溶解的二氯酚单体，回收率在 8 6 ，检测限在0 ，1ug l ”。 1 3 4 3 其它气相色谱法 同本学者h i r o s h ik is h i 等人报道了一种新设计的气相色谱检测器来测定酚类，比较 火焰离子化检测器，新检测器灵敏1 0 0 倍，这种设计的唯一特性是对氯、磷响应小b x l lo 南 斯拉夫m k r a o v a r 用毛细管气相色谱电子捕获检测技术测定了废水中氯酚，尽管进行样品 预浓缩和衍生化，但常规回收率为8 8 1 ，检出限为0 2ug l “。贵州师范大学张明时 等人以溴水为衍生化试剂，使苯酚转化为三溴酚，用气相色潜法测定环境水体中痕量苯酚， 检测限为o o lug l ，水样添加回收率为9 5 一1 0 0 ；测定浓度在0 1 0ug l ；r s d 为 1 6 ；工作曲线的线性范围0 0 1 4 0 ug l “；苏州市环境科学研究所的侯定远等用气相 色谱法直接进样测定水中酚类”3 1 。 1 3 5 分光光度法 国内水质分析中介绍的酚类测定有4 一氨基安替比林( 4 - a a p ) 分光光度法，最低检测浓 度2ug l ”。石油大学的李美蓉等应用双波长光度法测定污水中的酚类，可测定 0 0 0 3 6 o m g l 的酚类，回收率1 0 1 1 0 8 ”。长春地质学院李俊锋等应用在线预浓集流 动注射分光光度法测定污水中的苯酚，方法线性范围0 o 卜i 4 0 m g l 1 。西南师范大学的 黄玉明等用过硫酸铵氧化4 - a a p 分光光度法测定污水中的酚类，最低检测浓度9ug l ”“。 东北设计研究院王才等用荧光分光光度法测定天然水中的挥发酚，检出限可达2 ug l 。 1 4 水中酚类化合物分析方法的选择 目前测定饮水中酚类化合物的国标方法是4 一氨基安替比林分光光度法，只能分析挥 7 华北水利水电。学院硕十论文 发性酚类，而且，羟基对位的取代可阻止酚与4 一氨基安替比林的反应，但羟基、卤素、磺 酸基、甲氧基等除外。此外邻位硝基也阻止反应，阳j 位硝基部分地阻止反应，所以测定的 总酚含量小于实际样品中的含量。酚含量超过l o m g l 时，可用澳化容景法测定，而且这 是最早期测定酚类的方法。 用荧光光度法测酚，由于氯酚和硝基酚不发荧光，包不能测定总酚。 早期气相色谱法可分别测定各种酚类”1 ，用氢火焰离子化检测器测定的灵敏度低， 溴化后用电子捕获枪测器测定，能提高灵敏度，最低检测浓度可达0 1t tg l ，但是用气相 色谱法测定酚类化合物往往需要进行衍生化反应；用溴代甲基五氟苯、五氟苯甲酰氯、七 氟丁酸酐等衍生化试剂进行衍生化反应，由于衍生化试剂合成较困难，衍生化毒性大，操 作过程手续烦琐，因此应用受到限制。 反相液相色谱( r p h p l c ) 法是用来测定水中酚类化合物撮常用的技术。在液相色谱中 虽然电化学检测能够检测比较低的浓度，但是紫外吸收检测是应用最广泛的技术。几乎所 有的液相色谱仪都配有这类检测器。它是一种选择性检测器，适用于那些能吸收紫外可 见光的物质。这种检测器具有较高的灵敏度，对环境温度及流速波动不甚敏感，适用于梯 度淋洗澡作。 用液相色谱法测定酚类化合物可以保持原化合物的组成不变，可以进行直接测定，对 各种不同取代基的酚类化合物可以同时进行分离和分析，此法具有重现性好、选择性好、 灵敏度高、操作简便的优点。 1 5 液相色谱法测定水中酚类化合物的原理与特点 1 5 1 原理 当样品注入色谱柱后，流动相载着样品流过色谱柱时，样品中各组分即在流动相和固 定相削进行多次反复的分配。由于各组分的物理、化学性质不同，各组分沿着色谱柱的移 动速度也不同，即产生差速移动，移动最快的组分最先流出色谱柱，移动速度最慢的组分 最后流出色谱柱，以致使各组分得以彼此分离。检测器按照各组分到达的顺序分别检测， 输出信号。 1 5 2 特点 ( 1 ) 使用面j “ r 华北水利水电学院硕十论文 ( 2 ) 重现性好 ( 3 ) 选择性好 ( 4 ) 灵敏度高 ( 5 ) 操作简便 ( 6 ) 线性范围宽 ( 7 ) 对温度和流速变化不敏感 ( 8 ) 可检测梯度溶液沈脱的样品。 1 6 固相微萃取 随着生命科学、生物工程、合成制药、环境科学的迅速发展，分析对象不断增加，对 复杂基体中极微量物质的分离和检测成为突出问题，对样品处理的要求也越来越高。一种 理想的样品处理和制备技术应是少用或不用溶剂、低成本、易操作、高效率、有选择性和 适合于多种样品的分离。传统的样品处理技术包括：液液萃取、蒸馏、过滤、共沉淀、离 心等，大多操作复杂费时，有时甚至会使待分析物质分解或损失。固相萃耿( s o l i dp h a s e e x t r a c t i o n ，s p e ) 是7 0 年代中期出现的分离技术，该技术设备简单，能将分离和浓缩合为 步，是目前样品处理最简捷、高效、灵活的手段之一。 固相微萃取的理论概念最先是由加拿大w a t e r l o o 大学的j a n u s zjp a w l i s z y n 教授及其 同事于1 9 8 9 年率先提出来并加以实践的。该方法从固相萃取的基础上发展起来，是以硅 纤维表面途覆的高分子聚合物固定相为吸附质，将痕微量目标分析物的吸附、分离、富集 等过程集于一身，并且直接用于色谱进样。该项技术从1 9 8 9 发表第一篇研究报告起，短 短数年间引起了世界各国分析化学家的浓厚兴趣，有关文献呈逐年上升的趋势。国内分析 界也争相介绍报道了这一新技术的应用及研究情况。现该方法已进入美国环境保护局标准 ( e p a ) 的建议方法，固相微萃取装置也迅速实现了商品化，并进入了我国市场。 固相微萃取( s o l i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ：s p m e ) 是国际j 二九十年代新发展起来的样品 分析前处理技术。它利用表面涂有色谱固定液的熔融石英纤维，以直接法或顶空法把水或 其它溶液样品中的挥发性或非挥发性有机物吸附富集，然后直接进入气相色谱或液相色谱 进样口，将所萃取的组分解吸后进行色谱分离和分析检测。其集采样、萃取、浓缩、进样 和解吸等多步骤为一体，具有低成本、高效率、易操作、无溶剂，适于宽范围样品等特点。 能与多种后续分析手段联用，并能实现自动化，进行广泛领域的样品分析。 华北水利水电学院硕士论文 2 1 实验目的 第二章实验内容 用高效液相色谱法( h p l c ) 建立一套测定郑州市水源水、出厂水以及管网水中苯酚、 4 一硝基酚、3 一甲基酚、2 ，4 一二氯酚和2 ，4 ，6 一三氯酚的分析方法。 2 2 实验方法 用固相富集小柱吸附水中酚类化合物，然后用溶剂洗脱，经纯氮吹气浓缩至定体积 后，用反相高压液相色谱法分析。在反相色谱柱上以甲醇( 水十乙酸) 为流动相把经预处 理的酚类化合物分离，用紫外检测器( s p d i o a ) ，测定各种酚的峰高或峰面积，以标准物 质进行定性，以外标法进行定量。 2 3 试剂和材料 2 3 1 流动相 甲醇( 色谱纯) ： 经o 2 2nm 滤膜过滤。 去离子水： 经0 2 2um 滤膜过滤。 2 3 2 标准物( 国家标准物质研究中心) 酚类标准储备液各组分浓度( pg m l ) 苯酚p h e n o l 4 一硝基酚4 - n i t r o p h e n o l 3 一甲基酚3 - m e t h y l p h e n o l 2 4 一二氯酚2 ，4 - - d i c h l o r p h e n o l 2 ，4 ，6 一三氯酚2 , 4 ，6 - - t r i c h l o r o p h e n o l 2 3 3 试剂 四氢呋哺重蒸馏。 o o 旧 加 舳 渤 姗 二兰业型查皇堂堕堕圭堡壅 正己烷 重蒸馏。 硫酸 冰乙酸。 无水亚硫酸钠。 c 。富集小柱。 高纯氮气。 2 3 4 色谱柱 能适应低p h 的c ，。柱( 4 6 1 5 0m m ) 。 2 4 实验仪器 高效液相色港仪：可编程紫外检测器( s p d i o a ) 。 微量注射器：1 0 、2 0 、5 0 、1 0 0 ul 。 色谱柱：4 6 x 1 5 0m m 的c 。柱。 化学工作站：c l a s s i o a 。 尖底浓缩瓶：1 0m k 。 容量瓶：1 0m l 、1 0 0m i 。 2 5 实验样品 样品的预处理 2 5 1 富集柱的活化 首先用1 0 1 5 m l 甲醇活化，再用3 0 m l 纯水活化，然后浸在纯水中。 2 5 2 样品富集 取l ，0i 。水样，加入0 ，5m o l l 硫酸使p h 达到1 5 2 ，然后以5 1 0m l m i n 的速 度使水样通过它富集。若样品是饮用水，先加无水亚硫酸钠脱氯，若是地面水则用快速定 量滤纸过滤后过柱。样品富集完毕后将小柱在空气中干燥1 0m i n ，再用2m l 四氢呋哺洗 脱后置于尖底浓缩瓶内，再用纯氮气吹洗脱液浓缩至1 0m l 。，贮存。 】1 华北水利水电学院硕士沦文 2 5 3 样品测定时，抽取洗脱液进样，平行测定两次。 2 6 实验步骤 2 6 1 调整仪器 化学工作站：选择各种色谱条件。 柱箱温度：4 0 。 流动相：a ：甲醇冰醋酸= 9 9 ；b ：纯水冰醋酸= 9 9 。 流速：1 o 1 4 m l m i n 。 梯度：见表2 1 表2 - 1 梯度淋洗程序表 检测器在柱压稳定后丌启检测器，设定波长变换程序。见表2 2 表2 2 波长变换程序表 时间( m i n )紫外波长( r i m ) o 0 0 一8 0 0 8 0 0 一9 5 0 9 5 0 一2 0 o o 2 0 0 3 0 0 0 3 0 0 3 5 0 0 2 7 5 3 2 0 2 7 5 2 9 5 2 7 5 2 6 2 定量方法 外标法。 2 6 3 标准样品 标准样品的制各： 取5 0ul 储备液和9 5 0pl 甲醇混合后为使用液，然后进行标准曲线的制作。 标准溶液的配置：按表2 - 3 配制标准溶液。 2 6 4 进样操作 进样方式：用微量注射器手工进样。 进样量： 1 0ul 。 水中酚类化台物的测定方法1 l j | 究 表2 - 3 标准系列浓度表 1 3 - 水中酚娄化含物的测定方法研究 3 1 定性分析 第三章高效液相色谱法测定水中酚类化合物 分析方法的研究 3 1 1 各组分的出峰顺序 苯酚、4 一硝基酚、3 一甲基酚、2 ，4 一二氯酚、2 ，4 ，6 一= 三氯酚。 3 1 2 五种酚类化合物色谱图见图3 - 1 3 1 3 保留时间见表3 1 1 02 0 图3 - 1 五种酚类化合物色谱图 表3 一l 酚类的保留时间表 3 2 前处理小柱的选择 固相萃取( s p e ) 法比液一液萃取( l l e ) 法相对简便，通过一些试验，结果表明对于 大多数酚的回收率结果是令人满意的，但对于一些酚如苯酚、3 一甲基酚来说，用普通国 i n ：c 。硅胶基质小柱进行固相提取存在回收率低的问题；如苯酚和3 一甲基酚的回收率才百 分之十几。最后选用对极性化合物具有更强的保留能力的进口p o r a p a k r d x s e p p a k 小柱， 使回收率得以满足要求。 华北水利水电学院硕t 论文 3 3 色谱条件的选择 因为酚是有机酸，其酸性随卤素或硝基取代数目的增加而提高，因此，经过论证选择 用a ：甲醇加乙酸和水b ：水加乙酸作为流动相，根据苯酚、4 一硝基酚、3 一甲基酚三者极 性接近，经过反复调试，最后得m 流动相a ：b = 4 5 ：5 5 才能较好地分离。如果直用流动 相a ：b = 4 5 ：5 5 这样的比例进行试验，经过测试，后面两个酚出峰时浏相当长，为了缩短 分析时间需要采用梯度洗脱。 下面的几个图形是在选择梯度淋洗时的色谱图。图3 2 的分析条件是：0 1 5 m i na ：b = 1 5 ：8 5 流速为o 8 m i 。m i n ，1 5 2 8 m i na ：b = 3 5 ：6 5 流速为1 5 m l m i n 。 图3 - 2 五种酚类化合物分析色谱图 图3 - 3 的分析条件是：o 1 5 m i na ：b = 1 5 ：8 5 流速为0 8 m l m i n ，1 7 2 8 m i na ：b 。2 0 ：8 0 流速为1 o m l m i n 。 图3 3 五种酚类化合物分析色谱图 - l5 - 华北水利水电学院硕士论文 图3 4 的分析条件是：0 1 5 m i na ：b 一1 0 ：9 0 流速为0 6 m l m i n ，1 7 2 8 m i na ：b = 1 5 ：8 5 流速为0 8 m l m i n 时的色谱图。 图3 4五种酚类化合物分析色谱图 图35 的分析条件是：o 1 5 m i na ：b - - - - 5 5 ：4 5 流速为1 1 m ，m i n ，1 7 2 8 m i na ：b = 8 0 ：2 0 流速为1 3 m l m i n 时的色谱图。 图3 - 5 五种酚类化合物分析色谱图 华北水利水电学院硕上论文 图3 6 的分析条件是：o 1 2 m i na ：b = 4 5 ：5 5 流速为1 o m l m i n ，1 2 2 8 5 m i na ：b = 9 0 ：1 0 流速为1 5 m l m i n 时的色谱图。 图3 - 6五种酚类化合物分析色谱图 图3 7 的分析条件是：0 1 i m i na ：b = 4 5 ：5 5 流速为1 o m l m i n ，l l 2 8 5 m i na ：b = 9 0 ：i 0 流速为1 4 m l m i n 时的色谱图。 图3 7 五种酚类化合物分析色谱图 3 4 最低检测质量浓度 本方法的最低检测质量浓度：取水样1 0l 固相萃取后溶剂洗脱定容体积为1 0 m i 一 进样体积2 0pl ，根据e p a 推荐的方法，得到被分析物的最低检测质量浓度( ug l ) 。 见表3 - 2 华北水利水电学院硕十论文 表3 2 五种酚类化合物最低检测质量浓度对应表 3 5 定量分析 3 5 i 色谱峰的测量 测量峰面积，根掘标准曲线计算定量，或由化学工作站根据标准曲线计算定量。 3 5 2 计算：被恻样浓度按式( 1 ) 计算 pi = ( pi s a i v i v 2 ) ( a i s v 3 v 4 ) ( 】) 式中： pi 样品中酚类质量浓度，“g c pi s 标样中酚类质量浓度，ug ul ； a i 一一样品峰面积，m m ； a i s 标样峰面积，m i l l ； v l 标样进样体积，ul ； v 2 样品浓缩液体积，“l ； v 3 样品浓缩液进样体积，“l ； v 4 被提取的样品体积，l 。 3 6 实验结果： 3 6 1 标准曲线图、工作曲线及相关系数： 苯酚： 回归方程：p ( b ) = 1 0 2 4 xi 0 一。a - o 1 1 4 3 标准曲线图见附图3 - 8 物质浓度、峰面积对应表见表33 生! ! 坐型坐皇堂堕堕堡壅 次序 表3 - 3 苯酚浓度、峰而积对应表 进样体积 ( ui ，)麓芦嚣 峰而积( a ) 相关系数) 1 1 0 3 02 9 3 3 5 1 0 1 0 1 0 1 0 l o 5 0 7 0 1 0 0 1 2 0 1 5 0 c o n c 2 0 1 日 4 8 9 1 3 6 8 2 3 0 1 0 0 0 0 9 8 3 3 7 1 1 7 5 0 6 1 4 6 2 3 6 g o ，0 ，o u p ) = 1 0 2 4 10 。a 一0 1 1 4 3 o r2 = 0 9 9 9 9 01 0 a r e a 图3 - 8 苯酚标准曲线图 - 1 9 10 华北水利水电学院硕十论文 4 一硝基酚 回归方程：p ( b ) = 8 9 2 5 x1 0 - 4a - 0 0 3 4 5 标准曲线图见附图3 - 9物质浓度、峰面积对应表见表3 4 表3 44 一硝基酚浓度、峰面税对应表 c o n c 2 8 1 0 o “ 上1 、， 0 p 蹬= 8 + 9 2 5 x 1 0 - 4 a 一0 ，0 8 4 5 t 。 r2 = 1 0 0 0 0 8 。8 a r e a 圈3 -