离子色谱法测定实验室废水中邻苯二甲酸根

时间：2024-05-22

李红江

（湖北宜都市疾病预防控制中心，湖北宜都 443300）

邻苯二甲酸氢钾常作为基准物质用于KOH、NaOH标准溶液的标定［1］或配制pH 4.01的标准缓冲溶液［2］，也可作为化工原料用于医药、染料、轻工等行业。邻苯二甲酸氢钾溶解于水后发生水解反应形成邻苯二甲酸根和氢离子，使溶液呈酸性，并随着实验室废水排放易造成水环境污染，高浓度时对水生生物有害，同时邻苯二甲酸根在酸性条件下可转化成邻苯二甲酸，而邻苯二甲酸可与醇类作用生成邻苯二甲酸酯类物质，这类物质具有类雌激素作用和抗雄性激素作用［3］，同时具有至畸作用和胚胎毒性，一旦进入人体，将干扰人体内分泌，损害人的生殖系统、免疫系统和神经系统，威胁到人类生存［4］，因此监测废水中邻苯二甲酸根具有重要环保价值。目前已报道的测定微量邻苯二甲酸的方法主要有高效液相色普法［3］和分光光度法［5–6］，其中，高效液相色普法需要专用仪器，而分光光度法选择性欠佳。离子色谱法操作简便，样品无须特殊处理，试剂消耗少，可多组分同时测定，目前已成为测定无机阴离子和有机酸的首选方法，也是农业部门推荐的测定水果、蔬菜中阴离子和有机酸的标准方法［7］，已成功应用于尿液、食品和水等样品中草酸、枸橼酸、苹果酸、琥珀酸、柠檬酸、酒石酸、乙醇酸、甲酸、乙酸、氨基磺酸等有机酸的定量分析［8–15］，但离子色谱法测定水中邻苯二甲酸根尚未见报道。

笔者采用SH–AC–3型阴离子交换柱，建立了离子色谱法测定实验室废水中邻苯二甲酸根的方法，该方法准确可靠，适用于废水中微量邻苯二甲酸根的定量分析。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

离子色谱仪：CIC–100型，青岛盛瀚色谱公司。

抑制器：SHY–2型自再生抑制器，青岛盛瀚色谱公司。

定量环体积：25μL。

自动进样器：SHA–15型，青岛盛瀚色谱公司。

0.45 μm滤膜过滤器：直径为13 mm，青岛盛瀚色谱公司。

邻苯二甲酸氢钾：基准试剂，国药集团化学试剂有限公司。

乙酸钠（CH3COONa·3H2O）、磷酸二氢钾、无水碳酸钠、碳酸氢钠：均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

邻苯二甲酸根标准溶液：1 000 mg／L，称取1.243 6 g于105 ℃烘烤2 h的邻苯二甲酸氢钾，溶解于高纯水，定容至1 000 mL容量瓶中。

邻苯二甲酸根标准应用液A：10.0 mg／L，临用时用高纯水将邻苯二甲酸根标准溶液逐级稀释而成。

邻苯二甲酸根标准应用液B：100.0 mg／L，临用时用高纯水将邻苯二甲酸根标准溶液稀释10倍而成。

草酸（H2C2O4·2H2O）、硫氰酸钾：优级纯，国药集团化学试剂有限公司。

草酸标准溶液：1 000 mg／L，称取0.140 1 g草酸（H2C2O4·2H2O），用高纯水溶解，定容至100 mL。

SCN–标准溶液：1 000 mg／L，称取0.167 3 g烘干的硫氰酸钾，用高纯水溶解，定容至100 mL。

乙酸根（AC–）标准溶液：1 000 mg／L，称取乙酸钠（CH3COONa·3H2O）0.230 5 g用高纯水溶解，转入100 mL容量瓶中，加水至标线。

H2PO4–标准溶液：1 000 mg／L，称取磷酸二氢钾0.140 2 g，用高纯水溶解，转入100 mL容量瓶中，加水至标线。

实验所用其它试剂均为分析纯。

实验用水为高纯水（电阻率为18.2 ΜΩ·cm）。

1.2 色谱条件

色谱分离柱：SH–AC–3型阴离子交换柱（250 mm×4.0 mm，青岛盛瀚色谱公司）；保护柱：SH–AC–3型（50 mm×4.0 mm，青岛盛瀚色谱公司）；淋洗液：12.0 mmol／L Na2CO3溶液，流量为1.0 mL／min；柱箱温度：35 ℃；电流：75 mA；检测器：电导检测器；自动进样器：全定量环取样，取样后清洗（每针之间），置换量70 μL，取样量25 μL，扎针深度4 mm。

1.3 实验方法

1.3.1 标准溶液配制

分别取邻苯二甲酸根标准应用液A 0.20、0.50、1.00、2.00 mL及邻苯二甲酸根标准应用液B 0.50、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL于10只10 mL容量瓶中，加水至标线，混匀，配制成邻苯二甲酸根质量浓度分别为0.20、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00、30.00、40.00、50.0 mg／L的系列标准工作溶液。

1.3.2 标准曲线绘制

各取1.5 mL 1.3.1配制的系列标准工作溶液于样品瓶中，启动自动进样器进样，分别测定。以邻苯二甲酸根的色谱峰面积（y）为纵坐标，以对应的邻苯二甲酸根的质量浓度（x）为横坐标，绘制工作曲线。

1.3.3 样品测定

实验室废水样品（pH值应为6.5～9，否则用盐酸或NaOH溶液调节pH值至此范围）经0.45 μm滤膜过滤后，取1.5 mL于样品瓶中，启动自动进样器进样，测定色谱峰面积，以标准曲线法定量，同时进行加标回收试验。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

2.1.1 淋洗液的选择

考虑到实验室废水中含有氟化物、氯化物、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等常见阴离子，故考察了以4.5 mmol／L Na2CO3–4.0 mmol／L NaHCO3溶液为淋洗液（常用于测定水中阴离子）、流量为1.0 mL／min进行等度洗脱，SH–AC–3型柱能将邻苯二甲酸根和其它常见阴离子完全分离，但邻苯二甲酸根的保留时间长达30 min以上，分离时间长。为缩短邻苯二甲酸根的保留时间，选用洗脱能力较强的Na2CO3溶液为淋洗液进行试验。结果显示，当Na2CO3溶液浓度分别为10.0、12.0、14.0 mmol／L时，邻苯二甲酸根的保留时间分别缩短至15、13、12 min，其半高峰宽逐渐降低，峰形逐渐改善，且与氟化物、氯化物、硝酸盐和硫酸盐常见阴离子完全分离。考虑到Na2CO3溶液浓度太大，相应的抑制电流也高，不利于抑制器的使用［8］，综合考虑，本实验选择Na2CO3溶液浓度为12.0 mmol／L，此淋洗条件下邻苯二甲酸根与其它常见阴离子的分离效果图见图1。

图1 12.0 mmol／L Na2CO3溶液淋洗条件下邻苯二甲酸根与其它常见阴离子的分离效果图（流量为1.0 mL／min）

2.1.2 色谱柱的选择

以12.0 mmol／L Na2CO3溶液为淋洗液、流量1.0 mL／min等度洗脱，考察了SH–AC–1型和SH–AC–3型阴离子交换柱对邻苯二甲酸根的分离效果。结果表明，SH–AC–1型阴离子交换柱虽然也可将邻苯二甲酸根与其它常见阴离子分离，但邻苯二甲酸根的保留时间在21 min以上，且其半高峰宽在60 s以上，分离时间较长且峰形较差。用SH–AC–3型阴离子交换柱，邻苯二甲酸根的保留时间为13 min、半高峰宽为40 s左右。综合考虑分离效率及峰形，实验选择SH–AC–3型阴离子交换柱为分离柱。

2.1.3 淋洗液流量的选择

淋洗液流量主要影响组分的保留时间和分离度，当淋洗液流量分别为0.8、1.0、1.2 mL／min时，邻苯二甲酸根的保留时间分别为18、13、12 min，在保证目标分析物与其它离子良好分离的前提下，以使组分有较短的保留时间，系统有较低的压力，综合考虑，确定淋洗液流量为1.0 mL／min。

2.1.4 柱箱温度的选择

试验了柱温分别为25、30、35、40 ℃时各组分的分离效果。结果显示，随着柱温的升高，邻苯二甲酸根的保留时间稍微延长，色谱峰面积逐渐增加。柱温从25 ℃上升到30 ℃时，色谱峰面积增加8%，从30 ℃上升到35 ℃时，色谱峰面积增加6%，但从35℃上升到40 ℃时，色谱峰面积增加则不显著。为使方法有较高的检测灵敏度，并便于柱温的控制，选择柱箱温度为35 ℃。

2.2 共存物质的影响

配制邻苯二甲酸根、氯化物、溴化物、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、苯甲酸、草酸和硫氰酸盐质量浓度均为20 mg／L、氟化物质量浓度为1 mg／L、亚硝酸盐质量浓度为2 mg／L、乙酸盐质量浓度为80 mg／L的混合标准溶液。取1.5 mL该混合溶液于样品瓶中，启动自动进样器进样测定，以考察邻苯二甲酸根与前述11种阴例子的分离效果，结果见图2。从图2可知，在本实验条件下，邻苯二甲酸根与前述11种阴离子可以完全分离，其中硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、苯甲酸合并为一个峰，除硫氰酸盐外，其余组分的出峰顺序均在待测物之前，均不影响邻苯二甲酸根的测定。

图2 邻苯二甲酸根与共存物质的离子色谱图

2.3 线性方程、线性范围与检出限

在1.2色谱条件下，测定1.3.1配制的系列标准工作溶液，以邻苯二甲酸根的色谱峰面积（y）为纵坐标，以其质量浓度（x）为横坐标绘制标准曲线，进行线性回归，计算得线性回归方程为y=37 290x–642，线性范围为0.20～50.0 mg／L，相关系数r=0.999 9。测定仪器30 min的基线噪声［16］，以3倍基线噪声除以标准曲线的斜率（3N／b）计算邻苯二甲酸根的检出限，计算得检出限为0.10 mg／L。10 mg／L的邻苯二甲酸根标准溶液的色谱图见图3。

图3 邻苯二甲酸根的标准色谱图

2.4 加标回收与精密度试验

取3份实验室废水样品，按1.3.3步骤操作，测定样品中邻苯二甲酸根的含量。并在3份水样品中分别添加1.0、5.0、2.0 mg／L的邻苯二甲酸根，平行测定5次，计算加标回收率及测定结果的相对标准偏差，结果见表1。由表1可知，3份水样中邻苯二甲酸根的测定结果为0.74～6.37 mg／L，加标回收率为98.0%～102.6%，测定结果的相对标准偏差为1.41%～2.25%，说明该方法具有较高的准确度与良好的精密度。实验室废水加标样品色谱图见图4。

表1 水样中邻苯二甲酸根测定及加标回收试验结果

图4 实验室废水加标样品色谱图