Газовая хроматография с использованием метода парофазного анализа для определения 12 летучих ароматических углеводородов в почве

Летучие ароматические углеводороды в почве (такие как 12 типичных загрязнителей, включая бензол, толуол, ксилол и хлорбензол) в основном происходят от деятельности человека, такой как промышленные выбросы, разливы нефти и использование органических растворителей. Эти соединения обладают заметной токсичностью, устойчивостью и способностью к биоаккумуляции. Они могут передаваться через пищевую цепь, представляя прямую угрозу безопасности сельскохозяйственной продукции и здоровью человека, с определенными рисками канцерогенности и тератогенности.

В данной статье используется стандартный метод «Почва и осадки — Определение летучих ароматических углеводородов — Метод равновесия в паровой фазе/газовая хроматография» (HJ 742-2015) и применяется газовый хроматограф Wayeal GC6100, оснащенный детектором FID и автоматическим пробоотборником для паровой фазы, для определения летучих ароматических углеводородов в почве.

Ключевые слова: Летучие ароматические углеводороды; Паровая фаза; Газовая хроматография; Детектор FID; Почва

1. Метод эксперимента

1.1 Конфигурация прибора

Таблица 1 Список конфигурации системы газовой хроматографии

1.2 Экспериментальные материалы и вспомогательное оборудование

Стандартный исходный раствор (1000 мкг/мл) 12 летучих ароматических углеводородов: сертифицированный эталонный материал, приобретенный извне, хранить в защищенных от света герметичных условиях при температуре ниже 4°C для охлаждения.

Метанол: хроматографический сорт.

Хлорид натрия: реактив гарантированной чистоты (прокаленный при 400°C в муфельной печи в течение 4 часов перед использованием, охлажденный до комнатной температуры в эксикаторе, а затем хранить в бутылке из шлифованного стекла для последующего использования).

Фосфорная кислота: сорт GR

Кварцевый песок: аналитический реактив, 20–50 меш

Вибрационный шейкер: частота колебаний 150 ходов/мин;

Аналитические весы.

Газ-носитель: азот высокой чистоты;

Генератор водорода;

Генератор воздуха;

Полностью автоматический пробоотборник для паровой фазы: точность контроля температуры ±1°C;

Флаконы для паровой фазы: стеклянные флаконы для паровой фазы (20 мл).

1.3 Условия испытаний

1.3.1 Справочные условия для пробоотборника для паровой фазы

Температура нагрева и равновесия: 85°C

Время нагрева и равновесия: 50 мин

Температура инжекционного клапана: 100°C

Температура линии переноса: 110°C

Объем инъекции: 1,0 мл (петля для образца).

1.3.2 Справочные условия для газового хроматографа

Хроматографическая колонка: капиллярная колонка Wax, 30 м × 0,32 мм × 0,5 мкм.

Программа температуры: начальная температура колонки 35°C, выдерживать в течение 6 минут; нагревать до 150°C со скоростью 5°C/мин и выдерживать в течение 5 минут; затем нагревать до 200°C со скоростью 20°C/мин и выдерживать в течение 5 минут.

Скорость потока в колонке: 1 мл/мин

Температура инжекционного порта: 250°C

Температура детектора: 250°C

Скорость потока воздуха: 300 мл/мин

Скорость потока водорода: 40 мл/мин

Скорость потока газа-разбавителя: 10 мл/мин

Раздельная инжекция: коэффициент разделения 5:1

1.4 Приготовление растворов

1.4.1 Насыщенный раствор хлорида натрия

Отмерьте 500 мл сверхчистой воды, доведите pH до ≤2 с помощью фосфорной кислоты, добавьте 180 г хлорида натрия, растворите и тщательно перемешайте. Хранить в защищенном от света месте при температуре 4°C.

1.4.2 Линейные стандартные рабочие растворы

Отмерьте 25 мкл, 50 мкл, 100 мкл, 250 мкл и 500 мкл стандартного исходного раствора летучих ароматических углеводородов (1000 мкг/мл) отдельно в мерные колбы объемом 5 мл, предварительно заполненные небольшим количеством метанола. Затем разбавьте до объема метанолом, чтобы получить стандартные растворы с концентрациями 5 мкг/мл, 10 мкг/мл, 20 мкг/мл, 50 мкг/мл и 100 мкг/мл соответственно. Добавьте 2 г кварцевого песка, 10 мл насыщенного раствора хлорида натрия и 10 мкл каждого из вышеупомянутых линейных стандартных рабочих растворов последовательно в пять флаконов для паровой фазы. Эта подготовка дает пятиточечную калибровочную кривую с массами целевых соединений 50 нг, 100 нг, 200 нг, 500 нг и 1000 нг соответственно.

2. Результаты и обсуждение

2.1 Качественный анализ эталонных стандартов

Рис. 1 Бланк хроматограммы

Рис. 2 Хроматограмма стандартного раствора летучих ароматических углеводородов (500 нг)

Таблица 2 Хроматографические параметры стандартного раствора летучих ароматических углеводородов (500 нг)

Примечание: Как показано на хроматограмме выше, разрешение между хроматографическими пиками всех летучих ароматических углеводородных соединений превышает 1,5, что соответствует требованиям экспериментального анализа.

2.2 Линейность

Рис. 3 Стандартные кривые и коэффициенты корреляции летучих ароматических углеводородов

Примечание: Стандартная рабочая кривая для летучих ароматических углеводородов, протестированных в этом анализе, была построена на уровнях массы 50 нг, 100 нг, 200 нг, 500 нг и 1000 нг. Все компоненты показали отличную линейность с коэффициентами корреляции, превышающими 0,999, что соответствует требованиям экспериментального анализа.

2.3 Прецизионность

Рис. 4 Хроматограмма стандартного раствора летучих ароматических углеводородов (50 нг)

Рис. 5 Хроматограмма стандартного раствора летучих ароматических углеводородов (200 нг)

Рис. 6 Хроматограмма стандартного раствора летучих ароматических углеводородов (1000 нг)

Таблица 3 Параметры прецизионной хроматографии

Примечание: Было проведено шесть повторных анализов образцов летучих ароматических углеводородов на уровнях массы 50 нг, 200 нг и 1000 нг. Относительные стандартные отклонения (RSD) находились в диапазонах 0,6–3,2%, 1,6–3,1% и 1,4–3,2% соответственно. Относительные отклонения хроматографических пиков для всех соединений соответствовали стандартным требованиям.

2.4 Предел обнаружения

Рис. 7 Хроматограмма раствора предела обнаружения (50 нг)

Таблица 4 Предел обнаружения метода (LOD) и нижний предел определения для каждого компонента летучих ароматических углеводородов.

Стандартный раствор летучих ароматических углеводородов (50 нг) повторно вводили восемь раз. Согласно расчетам, когда количество образца почвы составляет 2 г, пределы обнаружения метода для 12 летучих ароматических углеводородов составляют от 0,7 мкг/кг до 3,0 мкг/кг, а нижние пределы определения составляют от 2,8 мкг/кг до 12,0 мкг/кг, что соответствует стандартным требованиям.

2.5 Испытание образцов

Рис. 8 Хроматограмма образца почвы

Взвесьте 2 г образца во флакон для паровой фазы, немедленно добавьте 10,0 мл насыщенного раствора хлорида натрия и немедленно запечатайте. Встряхивайте флакон на вибрационном шейкере со скоростью 150 ходов/мин в течение 10 минут. Анализ показал, что в образце почвы не обнаружено соединений бензольного ряда.

2.6 Тест на добавленное восстановление

Рис. 9 Хроматограмма образца почвы с добавкой (уровень добавки: 100 мкг/кг).

Таблица 5-1 Восстановление образца почвы с добавкой (уровень добавки: 25 мкг/кг).

Таблица 5-2 Восстановление образца почвы с добавкой (уровень добавки: 100 мкг/кг)

Таблица 5-3 Восстановление образца почвы с добавкой (уровень добавки: 500 мкг/кг)

Анализы были проведены на образцах почвы с добавками на уровнях 25 мкг/кг, 100 мкг/кг и 500 мкг/кг. Диапазоны восстановления с добавками для 12 целевых соединений составили 92,4%–99,8%, 87,7%–103,7% и 94,9%–101,6% соответственно.

3. Заключение

В этом методе использовалась газовая хроматография с паровой фазой Wayeal GC6100, оснащенная детектором FID и автоматическим пробоотборником для паровой фазы, для определения летучих ароматических углеводородов в почве. Результаты эксперимента показывают, что разрешение между хроматографическими пиками всех летучих ароматических углеводородных соединений составляет более 1,5, что соответствует требованиям экспериментального анализа. Когда масса стандартной рабочей кривой составляла от 50 до 1000 нг, все компоненты в стандартном растворе показали отличную линейность с коэффициентами корреляции, превышающими 0,999, что соответствует требованиям экспериментального анализа. Результаты испытаний на прецизионность, пределы обнаружения метода, нижние пределы количественного определения и эксперименты по восстановлению с добавками соответствуют стандартным требованиям. Этот метод может быть использован для определения летучих ароматических углеводородов в почве.