液相色譜在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著社會的快速發(fā)展，越來越多的環(huán)境污染物，如：工業(yè)廢棄物、殘留農(nóng)藥、城市生活垃圾等幾乎遍布于人類的生活環(huán)境中，并且對人類健康和生態(tài)壞境也帶來日益嚴(yán)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(huán)境中，因此，要防止污染物對人類的危害，對水環(huán)境中的污染物進行處理就顯得格外重要。
對水質(zhì)的處理，我國有嚴(yán)格的規(guī)定，并且對于不同用途(工業(yè)用水、生活用水)的水質(zhì)也有嚴(yán)格要求。通過對這些標(biāo)準(zhǔn)中的污染物指標(biāo)進行分析后，我們發(fā)現(xiàn)：對每種污染物的指標(biāo)要求都非常的苛刻，含量都很小。因此需要我們不斷優(yōu)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(fā)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(shù)而被廣泛應(yīng)用于新工藝的開發(fā)。
我們知道，硝基苯是一種化學(xué)原料，但同時也是毒性強，危害性大的有機物，并且化學(xué)性質(zhì)活潑，但在水體中有極高的穩(wěn)定性，且有一定的溶解性，所以造成的水體污染會持續(xù)相當(dāng)長的時間。目前，對水環(huán)境中硝基苯的降解研究在國內(nèi)外都很活躍。
本文的目的是：通過應(yīng)用色譜技術(shù)來檢測硝基苯被降解后的系列產(chǎn)物，進而探究出一種對環(huán)境友好且去除能力好的工藝，為我們后續(xù)進行硝基苯污染物的降解新工藝的開發(fā)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(shù)，將它用于分析化學(xué)并配合適當(dāng)?shù)臋z測手段，就成為色譜分析法。色譜法最早應(yīng)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(xiàn)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(xù)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(xiàn)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(fā)展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們?nèi)匀唤兴V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(zhì)在兩相中的分配系數(shù)、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(dāng)流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，混合物中的各組分與固定相發(fā)生相互作用。
由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)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(jīng)過反復(fù)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(dāng)?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實現(xiàn)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(fā)可以有不同的分類方法。從兩相的狀態(tài)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(fā)展起來的一種以液體做流動相的新色譜技術(shù)。
高效液相色譜是在氣相色譜和經(jīng)典色譜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，F(xiàn)代液相色譜和經(jīng)典液相色譜沒有本質(zhì)的區(qū)別。不同點僅僅是現(xiàn)代液相色譜比經(jīng)典液相色譜有較高的效率 和實現(xiàn)了自動化操作。經(jīng)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(xiàn)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(jīng)典液相色譜(每米塔板數(shù)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(xù)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(xiàn)代液相色譜法。
三、液相色譜技術(shù)在環(huán)境方面的應(yīng)用：
液相色譜技術(shù)在環(huán)境保護方面有很廣泛的應(yīng)用。隨著人類社會的不斷發(fā)展，我們對社會產(chǎn)品的需求也越來越多，然而在這些產(chǎn)品給人類帶來益處的同時，也不可避免的帶來了環(huán)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(huán)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(yán)重。水質(zhì)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(nóng)藥、食品添加劑、藥品等人工合成有機物的使用過程中產(chǎn)生的污染物。
液相色譜由于其具有優(yōu)良的特性而被廣泛用于污染物的檢測。主要優(yōu)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(yōu)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(jīng)分析后，大多數(shù)情況可除去流動相，實現(xiàn)對少數(shù)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(shù)在硝基苯降解過程中的應(yīng)用。
研究了納米零價鐵還原降解硝基苯的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物, 采用液相色譜技術(shù)分析硝基苯降解的部分中間產(chǎn)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(xué)參考。
除了通過對色譜峰的質(zhì)譜圖進行譜庫檢索定性外，還通過標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)物中保留時間為4.004 min的色譜峰為苯胺(多次重復(fù)后沒變化)。同時我們配制苯酚標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)這兩個峰是我們所用的溶劑所產(chǎn)生的。
(5)我們通過質(zhì)量守恒計算了硝基苯降解前后的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)：硝基苯在降解過程中有中間體的產(chǎn)生，我們稱之為苯基羥胺，之所以我們色譜圖沒有發(fā)現(xiàn)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(zhǔn)備快速測定出來，希望后續(xù)研究可以進行測定。
總結(jié)
本文主要是對液相色譜技術(shù)進行了一個簡要介紹，我們通過對硝基苯降解產(chǎn)物的色譜分析，確認(rèn)了它的一些中間產(chǎn)物，以及降解的最終產(chǎn)物。這有利于我們下一步優(yōu)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(fā)生洗脫現(xiàn)象。
解決方法：增強基質(zhì)環(huán)境中的極性，如果樣品在有機溶劑中，將溶劑轉(zhuǎn)為水或者緩沖溶液，以保證正常保留。如果目標(biāo)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(diào)節(jié)pH值以中和分析基團上的電荷。上樣時，一定要確認(rèn)柱床仍處于活化后的潤濕狀態(tài)？赏ㄟ^調(diào)節(jié)閥降低樣品流速，一般當(dāng)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(xiàn)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(biāo)分析物。但前提是不能溶解目標(biāo)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(wěn)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(biāo)分析物。注意查看其它的影響因素。
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