Chromatografia gazowa z przestrzeni nadpowierzchniowej do oznaczania 12 lotnych węglowodorów aromatycznych w glebie

Lotne węglowodory aromatyczne w glebie (takie jak 12 typowych zanieczyszczeń, w tym benzen, toluen, ksylen i chlorobenzen) pochodzą głównie z działalności człowieka, takich jak emisje przemysłowe, wycieki ropy naftowej i stosowanie rozpuszczalników organicznych. Związki te wykazują znaczną toksyczność, trwałość i zdolność do bioakumulacji. Mogą być przenoszone przez łańcuch pokarmowy, stanowiąc bezpośrednie zagrożenie dla bezpieczeństwa produktów rolnych i zdrowia ludzkiego, z pewnym ryzykiem rakotwórczości i teratogenności.

Artykuł ten odnosi się do metody standardowej "Gleba i osady—Oznaczanie lotnych węglowodorów aromatycznych—Przestrzeń nad osadem/Chromatografia gazowa" (HJ 742-2015) i wykorzystuje chromatograf gazowy Wayeal GC6100, wyposażony w detektor FID i automatyczny dozownik przestrzeni nad osadem, do wykrywania lotnych węglowodorów aromatycznych w glebie.

Słowa kluczowe: Lotne węglowodory aromatyczne; Przestrzeń nad osadem; Chromatografia gazowa; Detektor FID; Gleba

1. Metoda eksperymentu

1.1 Konfiguracja instrumentu

Tabela 1 Lista konfiguracji systemu chromatografii gazowej

1.2 Materiały eksperymentalne i sprzęt pomocniczy

Standardowy roztwór podstawowy (1000μg/mL) 12 lotnych węglowodorów aromatycznych: Certyfikowany materiał referencyjny zakupiony zewnętrznie, przechowywany w warunkach chroniących przed światłem, szczelnych w temperaturze poniżej 4°C w celu chłodzenia.

Metanol: Klasa chromatograficzna.

Chlorek sodu: Odczynnik gwarantowany (wypiekany w temperaturze 400°C w piecu muflowym przez 4 godziny przed użyciem, schładzany do temperatury pokojowej w eksykatorze, a następnie przechowywany w butelce ze szlifem do późniejszego użycia).

Kwas fosforowy: Klasa GR

Piasek kwarcowy: Odczynnik analityczny, 20–50 mesh

Wstrząsarka wahadłowa: Częstotliwość oscylacji 150 uderzeń/min;

Waga analityczna.

Gaz nośny: Azot o wysokiej czystości;

Generator wodoru;

Generator powietrza;

W pełni zautomatyzowany dozownik przestrzeni nad osadem: Dokładność kontroli temperatury ±1°C;

Fiolki headspace: Szklane fiolki headspace (20 ml).

1.3 Warunki testowe

1.3.1 Warunki odniesienia dla dozownika przestrzeni nad osadem

Temperatura ogrzewania i równowagi: 85°C

Czas ogrzewania i równowagi: 50 min

Temperatura zaworu wtryskowego: 100°C

Temperatura linii transferowej: 110°C

Objętość wtrysku: 1,0 ml (pętla próbki).

1.3.2 Warunki odniesienia dla chromatografu gazowego

Kolumna chromatograficzna: Kolumna kapilarna woskowa, 30 m × 0,32 mm × 0,5 μm.

Program temperatury: Początkowa temperatura kolumny 35°C utrzymywana przez 6 minut; ogrzewana do 150°C z szybkością 5°C/min i utrzymywana przez 5 minut; następnie ogrzewana do 200°C z szybkością 20°C/min i utrzymywana przez 5 minut.

Natężenie przepływu kolumny: 1 ml/min

Temperatura portu wtryskowego: 250°C

Temperatura detektora: 250°C

Natężenie przepływu powietrza: 300 ml/min

Natężenie przepływu wodoru: 40 ml/min

Natężenie przepływu uzupełniającego: 10 ml/min

Wtrysk z podziałem: Stosunek podziału 5:1

1.4 Przygotowanie roztworu

1.4.1 Nasycony roztwór chlorku sodu

Odważyć 500 ml wody ultrapure, dostosować pH do ≤2 za pomocą kwasu fosforowego, dodać 180 g chlorku sodu, rozpuścić i dokładnie wymieszać. Przechowywać w środowisku chronionym przed światłem w temperaturze 4°C.

1.4.2 Liniowe standardowe roztwory robocze

Odważyć 25μL, 50μL, 100μL, 250μL i 500μL standardowego roztworu podstawowego lotnych węglowodorów aromatycznych (1000μg/mL) oddzielnie do kolb miarowych 5 ml wstępnie napełnionych niewielką ilością metanolu. Następnie rozcieńczyć do objętości metanolem, aby uzyskać roztwory standardowe o stężeniach odpowiednio 5μg/mL, 10μg/mL, 20μg/mL, 50μg/mL i 100μg/mL. Dodać 2 g piasku kwarcowego, 10 ml nasyconego roztworu chlorku sodu i 10μL każdego z wyżej wymienionych liniowych standardowych roztworów roboczych sekwencyjnie do pięciu fiolek headspace. To przygotowanie daje pięciopunktową serię krzywej kalibracyjnej o masach związków docelowych odpowiednio 50 ng, 100 ng, 200 ng, 500 ng i 1000 ng.

2. Wyniki i dyskusja

2.1 Analiza jakościowa standardów odniesienia

Rys. 1 Chromatogram blanku

Rys. 2 Chromatogram standardowego roztworu lotnych węglowodorów aromatycznych (500 ng)

Tabela 2 Parametry chromatograficzne standardowego roztworu lotnych węglowodorów aromatycznych (500 ng)

Uwaga: Jak pokazano na powyższym chromatogramie, rozdzielczość między pikami chromatograficznymi wszystkich lotnych związków węglowodorów aromatycznych przekracza 1,5, spełniając wymagania analizy eksperymentalnej.

2.2 Liniowość

Rys. 3 Krzywe standardowe i współczynniki korelacji lotnych węglowodorów aromatycznych

Uwaga: Standardowa krzywa robocza dla lotnych węglowodorów aromatycznych testowanych w tej analizie została skonstruowana na poziomach masy 50 ng, 100 ng, 200 ng, 500 ng i 1000 ng. Wszystkie składniki wykazały doskonałą liniowość ze współczynnikami korelacji przekraczającymi 0,999, spełniając wymagania analizy eksperymentalnej.

2.3 Precyzja

Rys. 4 Chromatogram standardowego roztworu lotnych węglowodorów aromatycznych (50 ng)

Rys. 5 Chromatogram standardowego roztworu lotnych węglowodorów aromatycznych (200 ng)

Rys. 6 Chromatogram standardowego roztworu lotnych węglowodorów aromatycznych (1000 ng)

Tabela 3 Parametry chromatografii precyzyjnej

Uwaga: Przeprowadzono sześć powtórzeń analiz próbek lotnych węglowodorów aromatycznych na poziomach masy 50 ng, 200 ng i 1000 ng. Odchylenia standardowe względne (RSD) mieściły się w zakresie 0,6–3,2%, 1,6–3,1% i 1,4–3,2%. Odchylenia względne pików chromatograficznych dla wszystkich związków były zgodne z wymaganiami standardowymi.

2.4 Granica wykrywalności

Rys. 7 Chromatogram roztworu granicy wykrywalności (50 ng)

Tabela 4 Metoda LOD i dolna granica oznaczania dla każdego składnika lotnych węglowodorów aromatycznych.

Standardowy roztwór lotnych węglowodorów aromatycznych (50 ng) był powtarzalnie wstrzykiwany osiem razy. Na podstawie obliczeń, gdy ilość próbki gleby wynosi 2 g, granice wykrywalności metody dla 12 lotnych węglowodorów aromatycznych wynoszą od 0,7μg/kg do 3,0μg/kg, a dolne granice oznaczania wynoszą od 2,8μg/kg do 12,0μg/kg, co spełnia wszystkie wymagania standardowe.

2.5 Testowanie próbek

Rys. 8 Chromatogram próbki gleby

Odważyć 2 g próbki do fiolki headspace, natychmiast dodać 10,0 ml nasyconego roztworu chlorku sodu i natychmiast uszczelnić. Wstrząsać fiolką na wstrząsarce wahadłowej z prędkością 150 uderzeń/min przez 10 minut. Analiza wykazała, że w próbce gleby nie wykryto żadnych związków z serii benzenu.

2.6 Test odzysku z dodatkiem

Rys. 9 Chromatogram próbki gleby z dodatkiem (poziom dodania: 100μg/kg).

Tabela 5-1 Odzysk z dodatkiem próbki gleby (poziom dodania: 25μg/kg).

Tabela 5-2 Odzysk z dodatkiem próbki gleby (poziom dodania: 100μg/kg)

Tabela 5-3 Odzysk z dodatkiem próbki gleby (poziom dodania: 500μg/kg)

Analizy przeprowadzono na próbkach gleby z dodatkiem na poziomach 25μg/kg, 100μg/kg i 500μg/kg. Zakresy odzysku z dodatkiem dla 12 związków docelowych wynosiły odpowiednio 92,4%–99,8%, 87,7%–103,7% i 94,9%–101,6%.

3. Wniosek

Metoda ta wykorzystywała chromatograf gazowy Wayeal GC6100 z przestrzenią nad osadem, wyposażony w detektor FID i automatyczny dozownik przestrzeni nad osadem, do wykrywania lotnych węglowodorów aromatycznych w glebie. Wyniki eksperymentów wskazują, że rozdzielczość między pikami chromatograficznymi wszystkich lotnych związków węglowodorów aromatycznych jest większa niż 1,5, co spełnia wymagania analizy eksperymentalnej. Gdy masa standardowej krzywej roboczej wynosiła od 50 do 1000 ng, wszystkie składniki w roztworze standardowym wykazywały doskonałą liniowość ze współczynnikami korelacji przekraczającymi 0,999, co spełniało wymagania analizy eksperymentalnej. Wyniki testów precyzji, granice wykrywalności metody, dolne granice oznaczania i eksperymenty z odzyskiem z dodatkiem są zgodne z wymaganiami standardowymi. Metoda ta może być stosowana do wykrywania lotnych węglowodorów aromatycznych w glebie.