液相色譜在環(huán)境領(lǐng)域的應用
隨著(zhù)社會(huì )的快速發(fā)展，越來(lái)越多的環(huán)境污染物，如：工業(yè)廢棄物、殘留農藥、城市生活垃圾等幾乎遍布于人類(lèi)的生活環(huán)境中。因此液相色譜作為一種高效能的檢測與分析技術(shù)而被廣泛應用于新工藝的開(kāi)發(fā)。
隨著(zhù)社會(huì )的快速發(fā)展，越來(lái)越多的環(huán)境污染物，如：工業(yè)廢棄物、殘留農藥、城市生活垃圾等幾乎遍布于人類(lèi)的生活環(huán)境中，并且對人類(lèi)健康和生態(tài)壞境也帶來(lái)日益嚴重的危害。而這些污染物絕大部分會(huì )由于雨水沖刷，肆意排放等進(jìn)入到人類(lèi)賴(lài)以生存的水環(huán)境中，因此，要防止污染物對人類(lèi)的危害，對水環(huán)境中的污染物進(jìn)行處理就顯得格外重要。
對水質(zhì)的處理，我國有嚴格的規定，并且對于不同用途（工業(yè)用水、生活用水）的水質(zhì)也有嚴格要求。通過(guò)對這些標準中的污染物指標進(jìn)行分析后，我們發(fā)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(yōu)化水處理工藝，以*小的投入獲得*大的匯報。
在探索新開(kāi)發(fā)的水處理工藝過(guò)程中，對其效果的檢測我們需要借助大量的高科技儀器來(lái)完成。因此液相色譜作為一種高效能的檢測與分析技術(shù)而被廣泛應用于新工藝的開(kāi)發(fā)。
我們知道，硝基苯是一種化學(xué)原料，但同時(shí)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定性，且有一定的溶解性，所以造成的水體污染會(huì )持續相當長(cháng)的時(shí)間。目前，對水環(huán)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(guò)應用色譜技術(shù)來(lái)檢測硝基苯被降解后的系列產(chǎn)物，進(jìn)而探究出一種對環(huán)境友好且去除能力好的工藝，為我們后續進(jìn)行硝基苯污染物的降解新工藝的開(kāi)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)并配合適當的檢測手段，就成為色譜分析法。色譜法*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(shí)，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(zhù)石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動(dòng)，并逐漸分開(kāi)成幾個(gè)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(jìn)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(fā)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(dòng)的，稱(chēng)為固定相；另一相則不斷流過(guò)固定相，稱(chēng)為流動(dòng)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、吸附能力等親和能力的不同來(lái)進(jìn)行分離的。使用外力使含有樣品的流動(dòng)相（氣體、液體）通過(guò)一固定于柱中或平板上、與流動(dòng)相互不相溶的固定相表面。當流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，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)和結構上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，隨著(zhù)流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過(guò)反復多次的分配平衡，使 得各組分被固定相保留的時(shí)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(shí)現混合物中各組分的分離與檢測。
二、色譜分類(lèi)方法：
色譜分析法有很多種類(lèi)，從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類(lèi)方法。從兩相的狀態(tài)分類(lèi)：色譜法中，流動(dòng)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(lái)的一種以液體做流動(dòng)相的新色譜技術(shù)。
高效液相色譜是在氣相色譜和經(jīng)典色譜的基礎上發(fā)展起來(lái)的?，F代液相色譜和經(jīng)典液相色譜沒(méi)有本質(zhì)的區別。不同點(diǎn)僅僅是現代液相色譜比經(jīng)典液相色譜有較高的效率 和實(shí)現了自動(dòng)化操作。經(jīng)典的液相色譜法，流動(dòng)相在常壓下輸送，所用的固定相柱效低，分析周期長(cháng)。而現代液相色譜法引用了氣相色譜的理論，流動(dòng)相改為高壓輸送(*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(每米塔板數可達幾萬(wàn)或幾十萬(wàn))；同時(shí)柱后連有高靈敏度的檢測器，可對流出物進(jìn)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(dòng)化等特點(diǎn)。所以人們稱(chēng)它為高壓、高速、高效或現代液相色譜法。
三、液相色譜技術(shù)在環(huán)境方面的應用：
液相色譜技術(shù)在環(huán)境保護方面有很廣泛的應用。隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的不斷發(fā)展，我們對社會(huì )產(chǎn)品的需求也越來(lái)越多，然而在這些產(chǎn)品給人類(lèi)帶來(lái)益處的同時(shí)，也不可避免的帶來(lái)了環(huán)境污染問(wèn)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(wèn)題越來(lái)越成為世界各國所要面臨的重大課題。
在這些污染問(wèn)題中，無(wú)疑水污染的范圍*廣，危害也*嚴重。水質(zhì)污染物主要包括如下幾類(lèi)：
(1).無(wú)機污染物：如各種有毒金屬及其氧化物、酸、堿、鹽類(lèi)、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(guò)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(diǎn)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(diǎn)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，大多數情況可除去流動(dòng)相，實(shí)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(shù)在硝基苯降解過(guò)程中的應用。
研究了納米零價(jià)鐵還原降解硝基苯的中間產(chǎn)物和*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(jià)鐵還原降解硝基苯的機理提供信息, 從而為進(jìn)一步提高零價(jià)鐵降解效果提供科學(xué)參考。
除了通過(guò)對色譜峰的質(zhì)譜圖進(jìn)行譜庫檢索定性外，還通過(guò)標準樣品進(jìn)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(shí)間為4.004 min的色譜峰為苯胺(多次重復后沒(méi)變化)。同時(shí)我們配制苯酚標準溶液進(jìn)樣, 苯酚的色譜峰的保留時(shí)間也為4.009 min, 進(jìn)一步證實(shí)降解產(chǎn)物的色譜圖中保留時(shí)間為4.004 min 的色譜峰確實(shí)為苯胺的色譜峰。
(2)硝基苯
通過(guò)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(shí)間為6.174 min處。配制硝基苯標準溶液進(jìn)樣, 硝基苯的色譜峰的保留時(shí)間也在6.200 min, 進(jìn)一步證實(shí)降解產(chǎn)物的色譜圖中保留時(shí)間為6.174 min的色譜峰確實(shí)為未講解完的硝基苯的色譜峰。
(3)亞硝基苯
通過(guò)譜庫檢索, 降解產(chǎn)物的色譜圖中保留時(shí)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(jìn)樣, 亞硝基苯的色譜峰的保留時(shí)間也為6.900 min, 證實(shí)降解產(chǎn)物的色譜圖中保留時(shí)間為6.900 min的色譜峰確實(shí)為亞硝基苯的色譜峰。
(4)雜峰
分析這兩個(gè)峰，我們并與溶劑峰進(jìn)行了對比，發(fā)現這兩個(gè)峰是我們所用的溶劑所產(chǎn)生的。
(5)我們通過(guò)質(zhì)量守恒計算了硝基苯降解前后的質(zhì)量，發(fā)現：硝基苯在降解過(guò)程中有中間體的產(chǎn)生，我們稱(chēng)之為苯基羥胺，之所以我們色譜圖沒(méi)有發(fā)現這個(gè)中間體的色譜峰，主要是因為它的存在時(shí)間很短，在我所用的實(shí)驗條件下還不能夠準備快速測定出來(lái)，希望后續研究可以進(jìn)行測定。
總結
本文主要是對液相色譜技術(shù)進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)要介紹，我們通過(guò)對硝基苯降解產(chǎn)物的色譜分析，確認了它的一些中間產(chǎn)物，以及降解的*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(shí)我在使用過(guò)程中也遇到了以下一些問(wèn)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(huì )更容易被保留。因此如果分析物帶電，則可通過(guò)調節pH值以中和分析基團上的電荷。上樣時(shí)，一定要確認柱床仍處于活化后的潤濕狀態(tài)?？赏ㄟ^(guò)調節閥降低樣品流速，一般當所有吸附劑柱床小于1g時(shí)，樣品流速控制在2-4 mL/min。
(2)凈化不徹底：分析過(guò)程出現干擾峰或者假陽(yáng)性。
解決方法：用不同的混合溶劑和緩沖溶液進(jìn)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(wú)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(huì )更容易洗脫。同時(shí)要分多次分別進(jìn)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(lái)洗脫所有的目標分析物。注意查看其它的影響因素。