液相色譜在環境領域的應用

隨著社會的快速發展，越來越多的環境污染物，如：工業廢棄物、殘留農藥、城市生活垃圾等幾乎遍布于人類的生活環境中，并且對人類健康和生態壞境也帶來日益嚴重的危害。而這些污染物絕大部分會由于雨水沖刷，肆意排放等進入到人類賴以生存的水環境中，因此，要防止污染物對人類的危害，對水環境中的污染物進行處理就顯得格外重要。

        對水質的處理，我國有嚴格的規定，并且對于不同用途（工業用水、生活用水）的水質也有嚴格要求。通過對這些標準中的污染物指標進行分析后，我們發現：對每種污染物的指標要求都非常的苛刻，含量都很小。因此需要我們不斷優化水處理工藝，以最小的投入獲得最大的匯報。

        在探索新開發的水處理工藝過程中，對其效果的檢測我們需要借助大量的高科技儀器來完成。因此液相色譜作為一種高效能的檢測與分析技術而被廣泛應用于新工藝的開發。

        我們知道，硝基苯是一種化學原料，但同時也是毒性強，危害性大的有機物，并且化學性質活潑，但在水體中有極高的穩定性，且有一定的溶解性，所以造成的水體污染會持續相當長的時間。目前，對水環境中硝基苯的降解研究在國內外都很活躍。

        本文的目的是：通過應用色譜技術來檢測硝基苯被降解后的系列產物，進而探究出一種對環境友好且去除能力好的工藝，為我們后續進行硝基苯污染物的降解新工藝的開發提供參考。

  主題

        色譜法也叫層析法，它是一種高效能的物理分離技術，將它用于分析化學并配合適當的檢測手段，就成為色譜分析法。色譜法最早應用于分離植物色素，其方法是這樣的：在一玻璃管中放入碳酸鈣，將含有植物色素（植物葉的提取液）的石油醚倒入管中。此時，玻璃管的上端立即出現幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動，并逐漸分開成幾個不同顏色的譜帶，繼續沖洗就可分別接得各種顏色的色素，并可分別進行鑒定。色譜法也由此而得名。

        現在的色譜法早已不局限于色素的分離，其方法也早已得到了極大的發展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們仍然叫它色譜分析。

  一、色譜分離基本原理：

        在色譜法中存在兩相，其中一相是固定不動的，稱為固定相；另一相則不斷流過固定相，稱為流動相。

        色譜法的分離原理就是利用待分離的各種物質在兩相中的分配系數、吸附能力等親和能力的不同來進行分離的。使用外力使含有樣品的流動相（氣體、液體）通過一固定于柱中或平板上、與流動相互不相溶的固定相表面。當流動相中攜帶的混合物流經固定相時，混合物中的各組分與固定相發生相互作用。

  由于混合物中各組分在性質和結構上的差異，與固定相之間產生的作用力的大小、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經過反復多次的分配平衡，使      得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中先后流出。與適當的柱后檢測方法結合，實現混合物中各組分的分離與檢測。

  二、色譜分類方法：

        色譜分析法有很多種類，從不同的角度出發可以有不同的分類方法。從兩相的狀態分類：色譜法中，流動相可以是氣體，也可以是液體，由此可分為氣相色譜法(GC)和液相色譜法(LC)。固定相既可以是固體，也可以是涂在固體上的液體，由此又可將氣相色譜法和液相色譜法分為氣-液色譜、氣-固色譜、液-固色譜、液-液色譜。高效液相色譜法是繼氣相色譜之后，70年代初期發展起來的一種以液體做流動相的新色譜技術。

        高效液相色譜是在氣相色譜和經典色譜的基礎上發展起來的。現代液相色譜和經典液相色譜沒有本質的區別。不同點僅僅是現代液相色譜比經典液相色譜有較高的效率 和實現了自動化操作。經典的液相色譜法，流動相在常壓下輸送，所用的固定相柱效低，分析周期長。而現代液相色譜法引用了氣相色譜的理論，流動相改為高壓輸送(最高輸送壓力可達4.9-107Pa);色譜柱是以特殊的方法用小粒徑的填料填充而成，從而使柱效大大要高于經典液相色譜(每米塔板數可達幾萬或幾十萬)；同時柱后連有高靈敏度的檢測器，可對流出物進行連續檢測。因此，高效液相色譜具有分析速度快、分離效能高、自動化等特點。所以人們稱它為高壓、高速、高效或現代液相色譜法。

  三、液相色譜技術在環境方面的應用：

        液相色譜技術在環境保護方面有很廣泛的應用。隨著人類社會的不斷發展，我們對社會產品的需求也越來越多，然而在這些產品給人類帶來益處的同時，也不可避免的帶來了環境污染問題，例如：水污染、大氣污染、噪聲污染、放射性污染等。環境污染問題越來越成為世界各國所要面臨的重大課題。

        在這些污染問題中，無疑水污染的范圍最廣，危害也最嚴重。水質污染物主要包括如下幾類：

  (1).無機污染物：如各種有毒金屬及其氧化物、酸、堿、鹽類、硫化物和鹵化物等。

  (2).有機污染物：如塑料、合成纖維、合成橡膠、洗滌劑、染料、溶劑、涂料、農藥、食品添加劑、藥品等人工合成有機物的使用過程中產生的污染物。

  液相色譜由于其具有優良的特性而被廣泛用于污染物的檢測。主要優點如下：

  (1)分離效能好；

  (2)選擇性高；

  (3)檢測靈敏度高；

  (4)分析速度快。

        除以上的優點外，高效液相色譜的使用范圍也在不斷擴展，由于它使用了非破壞性檢測器，樣品經分析后，大多數情況可除去流動相，實現對少數珍貴樣品的回收，也可用于樣品的純化制備。

  四、液相色譜技術在硝基苯降解過程中的應用。

        研究了納米零價鐵還原降解硝基苯的中間產物和最終產物, 采用液相色譜技術分析硝基苯降解的部分中間產物。為分析納米零價鐵還原降解硝基苯的機理提供信息, 從而為進一步提高零價鐵降解效果提供科學參考。

        除了通過對色譜峰的質譜圖進行譜庫檢索定性外，還通過標準樣品進行保留至對照，這樣可以提高定性的可靠性。

  (1)苯胺

   譜庫檢索中我們查到降解產物中保留時間為4.004 min的色譜峰為苯胺(多次重復后沒變化)。同時我們配制苯酚標準溶液進樣, 苯酚的色譜峰的保留時間也為4.009 min, 進一步證實降解產物的色譜圖中保留時間為4.004 min 的色譜峰確實為苯胺的色譜峰。

  (2)硝基苯

  通過譜庫檢索, 未降解完全的硝基苯的色譜峰在色譜圖中保留時間為6.174 min處。配制硝基苯標準溶液進樣, 硝基苯的色譜峰的保留時間也在6.200 min, 進一步證實降解產物的色譜圖中保留時間為6.174 min的色譜峰確實為未講解完的硝基苯的色譜峰。

  (3)亞硝基苯

   通過譜庫檢索, 降解產物的色譜圖中保留時間為6.750 min的色譜峰為亞硝基苯。配制亞硝基苯標準溶液進樣, 亞硝基苯的色譜峰的保留時間也為6.900 min, 證實降解產物的色譜圖中保留時間為6.900 min的色譜峰確實為亞硝基苯的色譜峰。

  (4)雜峰

  分析這兩個峰，我們并與溶劑峰進行了對比，發現這兩個峰是我們所用的溶劑所產生的。

  (5)我們通過質量守恒計算了硝基苯降解前后的質量，發現：硝基苯在降解過程中有中間體的產生，我們稱之為苯基羥胺，之所以我們色譜圖沒有發現這個中間體的色譜峰，主要是因為它的存在時間很短，在我所用的實驗條件下還不能夠準備快速測定出來，希望后續研究可以進行測定。

  總結

        本文主要是對液相色譜技術進行了一個簡要介紹，我們通過對硝基苯降解產物的色譜分析，確認了它的一些中間產物，以及降解的最終產物。這有利于我們下一步優化去除硝基苯的工藝。同時我在使用過程中也遇到了以下一些問題及我的解決方法：

  (1)保留不充分：在上樣保留分析物階段，就發生洗脫現象。

  解決方法：增強基質環境中的極性，如果樣品在有機溶劑中，將溶劑轉為水或者緩沖溶液，以保證正常保留。如果目標分析物是中性，將會更容易被保留。因此如果分析物帶電，則可通過調節pH值以中和分析基團上的電荷。上樣時，一定要確認柱床仍處于活化后的潤濕狀態。可通過調節閥降低樣品流速，一般當所有吸附劑柱床小于1g時，樣品流速控制在2-4 mL/min。

  (2)凈化不徹底：分析過程出現干擾峰或者假陽性。

  解決方法：用不同的混合溶劑和緩沖溶液進行淋洗，以去除干擾物而不洗脫目標分析物。但前提是不能溶解目標分析物。

  (3)洗脫不充分：分析物的洗脫量≤90%上樣量。

  解決方法：改用更強一些的洗脫劑，或者在洗脫液中加入強洗脫溶劑。如果用合適的洗脫劑也無法將分析物從C18吸附劑上洗脫，可以選用非極性特性較弱的C8或者C2吸附劑，可能會更容易洗脫。同時要分多次分別進行洗脫。

  (4)回收率不穩定：分析物的洗脫量≤90%上樣量。

  解決方法：改用更強的洗脫溶劑或者加入各種緩沖溶液，以找到更好的洗脫溶劑來洗脫所有的目標分析物。注意查看其它的影響因素。