液相色谱在硝基苯污染物降解工艺中的应用姓名：鄢大为 学号：11212344 专业：2011 级化学工艺前言随着社会的快速发展，越来越多的环境污染物，如：工业废弃物、残留农药、 城市生活垃圾等几乎遍布于人类的生活环境中，并且对人类健康和生态坏境也带 来日益严重的危害。而这些污染物绝大部分会由于雨水冲刷，肆意排放等进入到 人类赖以生存的水环境中，因此，要防止污染物对人类的危害，对水环境中的污 染物进行处理就显得格外重要。对水质的处理，我国有严格的规定，并且对于不同用途（工业用水、生活用 水）的水质也有严格要求1,2。通过对这些标准中的污染物指标进行分析后，我 们发现：对每种污染物的指标要求都非常的苛刻，含量都很小。因此需要我们不 断优化水处理工艺，以最小的投入获得最大的汇报。在探索新开发的水处理工艺过程中，对其效果的检测我们需要借助大量的高 科技仪器来完成。因此液相色谱作为一种高效能的检测与分析技术而被广泛应用 于新工艺的开发。我们知道，硝基苯是一种化学原料，但同时也是毒性强，危害性大的有机物3，并且化学性质活泼，但在水体中有极高的稳定性，且有一定的溶解性，所以 造成的水体污染会持续相当长的时间。目前，对水环境中硝基苯的降解研究在国 内外都很活跃4。本文的目的是：通过应用色谱技术来检测硝基苯被降解后的系列产物，进而 探究出一种对环境友好且去除能力好的工艺，为我们后续进行硝基苯污染物的降 解新工艺的开发提供参考。主题色谱法也叫层析法，它是一种高效能的物理分离技术，将它用于分析化学并 配合适当的检测手段，就成为色谱分析法。色谱法最早应用于分离植物色素，其 方法是这样的：在一玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物色素（植物叶的提取液） 的石油醚倒入管中。此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用 纯石油醚冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐分开成几个不 同颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。色 谱法也由此而得名。现在的色谱法早已不局限于色素的分离，其方法也早已得到了极大的发展， 但其分离的原理仍然是一样的。我们仍然叫它色谱分析。一、色谱分离基本原理：在色谱法中存在两相，其中一相是固定不动的，称为固定相；另一相则不断 流过固定相，称为流动相。色谱法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能 力等亲和能力的不同来进行分离的。使用外力使含有样品的流动相(气体、液体) 通过一固定于柱中或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带 的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的 大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡， 使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中先后流出。与 适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。二、色谱分类方法： 色谱分析法有很多种类，从不同的角度出发可以有不同的分类方法。从两相 的状态分类：色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分为气相色 谱法(GC)和液相色谱法(LC)。固定相既可以是固体，也可以是涂在固体上的液体， 由此又可将气相色谱法和液相色谱法分为气-液色谱、气-固色谱、液-固色谱、液 -液色谱。高效液相色谱法是继气相色谱之后， 70 年代初期发展起来的一种以液 体做流动相的新色谱技术。高效液相色谱是在气相色谱和经典色谱的基础上发展起来的。现代液相色谱 和经典液相色谱没有本质的区别。不同点仅仅是现代液相色谱比经典液相色谱有 较高的效率 和实现了自动化操作。经典的液相色谱法，流动相在常压下输送， 所用的固定相柱效低，分析周期长。而现代液相色谱法引用了气相色谱的理论， 流动相改为高压输送(最高输送压力可达4.9-107Pa);色谱柱是以特殊的方法用小 粒径的填料填充而成，从而使柱效大大要高于经典液相色谱(每米塔板数可达几 万或几十万)；同时柱后连有高灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。因 此，高效液相色谱具有分析速度快、分离效能高、自动化等特点。所以人们称它 为高压、高速、高效或现代液相色谱法。三、液相色谱技术在环境方面的应用： 液相色谱技术在环境保护方面有很广泛的应用。随着人类社会的不断发展， 我们对社会产品的需求也越来越多，然而在这些产品给人类带来益处的同时，也 不可避免的带来了环境污染问题，例如：水污染、大气污染、噪声污染、放射性 污染等。环境污染问题越来越成为世界各国所要面临的重大课题。在这些污染问题中，无疑水污染的范围最广，危害也最严重。水质污染物主 要包括如下几类：(1) .无机污染物：如各种有毒金属及其氧化物、酸、碱、盐类、硫化物和卤 化物等。(2) .有机污染物：如塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、溶剂、涂料、农药、食品添加剂、药品等人工合成有机物的使用过程中产生的污染物。 液相色谱由于其具有优良的特性而被广泛用于污染物的检测。主要优点如下(1) 分离效能好；(2)选择性高；(3) 检测灵敏度高；(4) 分析速度快。除以上的优点外，高效液相色谱的使用范围也在不断扩展，由于它使用了非 破坏性检测器，样品经分析后，大多数情况可除去流动相，实现对少数珍贵样品 的回收，也可用于样品的纯化制备5。四、液相色谱技术在硝基苯降解过程中的应用。 本文研究了纳米零价铁还原降解硝基苯的中间产物和最终产物, 采用液相 色谱技术分析硝基苯降解的部分中间产物。为分析纳米零价铁还原降解硝基苯的 机理提供信息, 从而为进一步提高零价铁降解效果提供科学参考。除了通过对色谱峰的质谱图进行谱库检索定性外，还通过标准样品进行保留 至对照，这样可以提高定性的可靠性。图 1 纳米零价铁还原降解硝基苯的液相色谱图(1)苯胺(图 1 中从左到右第三个峰)谱库检索中我们查到降解产物中保留时间为 4.004 min 的色谱峰为苯胺(多 次重复后没变化)。同时我们配制苯酚标准溶液进样, 苯酚的色谱峰的保留时间也 为 4.009 min, 进一步证实降解产物的色谱图中保留时间为 4.004 min 的色谱峰 确实为苯胺的色谱峰。(2)硝基苯(图1 中的从左到右第四个峰)通过谱库检索, 未降解完全的硝基苯的色谱峰在色谱图中保留时间为 6.174 min 处。配制硝基苯标准溶液进样, 硝基苯的色谱峰的保留时间也在 6.200 min, 进一步证实降解产物的色谱图中保留时间为 6.174 min 的色谱峰确实为未讲解完 的硝基苯的色谱峰。(3)亚硝基苯(图1 中从左到右第五个峰)通过谱库检索，降解产物的色谱图中保留时间为6.750 min的色谱峰为亚硝 基苯。配制亚硝基苯标准溶液进样, 亚硝基苯的色谱峰的保留时间也为6.900 min, 证实降解产物的色谱图中保留时间为6.900 min的色谱峰确实为亚硝基苯的色谱 峰。(4) 杂峰(图 1 中左起第一和第二个峰) 分析这两个峰，我们并与溶剂峰进行了对比，发现这两个峰是我们所用的溶剂所产生的。(5) 我们通过质量守恒计算了硝基苯降解前后的质量，发现：硝基苯在降解 过程中有中间体的产生，我们称之为苯基羟胺，之所以我们色谱图没有发现这个 中间体的色谱峰，主要是因为它的存在时间很短，在我所用的实验条件下还不能 够准备快速测定出来，希望后续研究可以进行测定。总结本文主要是对液相色谱技术进行了一个简要介绍，以及自己在实验过程中所 应用的一些情况。我们通过对硝基苯降解产物的色谱分析，确认了它的一些中间 产物，以及降解的最终产物。这有利于我们下一步优化去除硝基苯的工艺。同时我在使用过程中也遇到了以下一些问题及我的解决方法：(1) 保留不充分：在上样保留分析物阶段，就发生洗脱现象。 解决方法：增强基质环境中的极性，如果样品在有机溶剂中，将溶剂转为水或者缓冲溶液，以保证正常保留。如果目标分析物是中性，将会更容易被保留。 因此如果分析物带电，则可通过调节 pH 值以中和分析基团上的电荷。上样时， 一定要确认柱床仍处于活化后的润湿状态。可通过调节阀降低样品流速，一般当 所有吸附剂柱床小于1g时，样品流速控制在2-4 mL/min。(2) 净化不彻底：分析过程出现干扰峰或者假阳性。解决方法：用不同的混合溶剂和缓冲溶液进行淋洗，以去除干扰物而不洗脱 目标分析物。但前提是不能溶解目标分析物。(3) 洗脱不充分：分析物的洗脱量W90%上样量。解决方法：改用更强一些的洗脱剂，或者在洗脱液中加入强洗脱溶剂。如果 用合适的洗脱剂也无法将分析物从 C18 吸附剂上洗脱，可以选用非极性特性较 弱的 C8 或者 C2 吸附剂，可能会更容易洗脱。同时要分多次分别进行洗脱。(4) 回收率不稳定：分析物的洗脱量W90%上样量。解决方法：改用更强的洗脱溶剂或者加入各种缓冲溶液，以找到更好的洗脱 溶剂来洗脱所有的目标分析物。注意查看其它的影响因素。参考文献1 中华人民共和国卫生部, 生活饮用水卫生标准 GB5749-2006M, 2007,7,1.2 国家质量监督检验检疫局，城市污水再生利用-工业用水水 GB/T19923-2005 2005,9,18. 马汐平，付宝荣，刘洁，等.制药废水中硝基苯致突性的细菌检测试验J 辽宁 大学学报,1999 ,26：175178.4 唐萍， 周集体， 王竟， 刘春. 硝基苯废水治理研究的进展 J . 工业水处理， 003， 23( 3) ： 162 19.5 于世林. 高效液相色谱方法与应用(第二版). 北京：化学工业出版社， 2006.