探究厭氧體系中硫磺的提取及分析方法

摘要：硫磺（S0）是作為整個(gè)硫循環(huán)過(guò)程中的比較特殊的硫的存在形式。然而對(duì)于這種形式的硫的測(cè)定方法在國(guó)內(nèi)外的研究中并不多見(jiàn)，為了進(jìn)一步去了解硫在地球化學(xué)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化形式，尤其在厭氧體系底部沉積物中的物理化學(xué)過(guò)程。本文主要對(duì)硫磺的提取以及分析方法進(jìn)行深入研究，研究發(fā)現(xiàn)硫磺在丙酮中具有良好的溶解性，并且其溶液可以通過(guò)高效液相色譜儀進(jìn)行有效分析，并且具有分析時(shí)間較短，操作簡(jiǎn)單，可信度高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：硫磺；高效液相色譜法；丙酮

中圖分類號(hào)：F416.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）04-0113-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.053

Abstract： Sulfur （S0） is a relatively special form of sulfur as a whole during the sulfur cycle. However， for this method of sulfur determination in domestic and foreign research is rare， in order to further understand the sulfur in the geochemical process of transformation， especially in the bottom of the anaerobic system of physical and chemical processes. In this paper， sulfur extraction and analysis methods are studied in detail. It is found that sulfur has good solubility in acetone， and its solution can be effectively analyzed by high performance liquid chromatography， and it has the advantages of short analysis time， simple operation and High reliability.

Key words： sulfur； high performance liquid chromatography； acetone

零價(jià)態(tài)的硫是整個(gè)硫循環(huán)中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，而硫的形成途徑較多，例如厭氧條件下，硫酸鹽在硫酸鹽還原菌SRB的作用下，最終以硫化物或者硫化氫的形式釋放到環(huán)節(jié)中，部分被氧化成單質(zhì)硫，在微生物的參與下，為了更好地研究硫循環(huán)的途徑，對(duì)硫含量的準(zhǔn)確測(cè)定必然是最重要的部分。而通過(guò)閱讀各種分析方法，發(fā)現(xiàn)液相色譜技術(shù)對(duì)于硫的測(cè)定提供了技術(shù)上的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)材料

美國(guó)液相色譜儀（U3000）、乙腈（德國(guó)默克，色譜純99.9%）、甲醇（德國(guó)默克，色譜純99.9%）、丙酮（AR）、超純水（Millipore）以及硫磺等。

2 高效液相色譜法測(cè)定硫磺實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 液相色譜的運(yùn)行條件

由資料查閱發(fā)現(xiàn)硫磺溶解在丙酮在紫外波長(zhǎng)200nm處有很強(qiáng)的吸收，所以在液相色譜操作條件波長(zhǎng)可以選擇為200nm。流動(dòng)相為乙腈和超純水，其比例為9：1；流速選擇為1.0mL/min，柱溫箱的溫度調(diào)節(jié)為30℃。進(jìn)樣量一般都是微升級(jí)，50μL即可。

2.2 萃取劑的選擇

對(duì)于常用的有機(jī)溶劑進(jìn)行了優(yōu)先考慮，比如在液相色譜分析過(guò)程中常用的有機(jī)淋洗液，甲醇和乙腈，雖然硫磺能夠溶液這些有機(jī)溶劑，但是溶解度不高[1]。實(shí)驗(yàn)分析中三氯甲烷經(jīng)常被用作各種物質(zhì)的萃取，但是毒性大，最終發(fā)現(xiàn)丙酮可以作為硫磺的溶劑，因?yàn)椴粌H具有良好的溶解度，而且毒性較小[2]。

2.3 硫磺的保留時(shí)間

在高效液相色譜運(yùn)行良好的條件下，設(shè)置好儀器的各個(gè)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)分為兩組，第一組為空白對(duì)照組，直接將過(guò)膜后的丙酮注射到儀器中[3]。第二組將丙酮萃取后的硫磺溶液（濃度為90mg/L），經(jīng)過(guò)預(yù)處理（0.22μm的有機(jī)濾膜）直接注射到液相色譜的進(jìn)樣器中，研究發(fā)現(xiàn)硫磺的保留時(shí)間為9.67min，并且峰型良好，分離效果很好[4]。

2.4 超聲時(shí)間的影響

通常對(duì)于需要進(jìn)行液相色譜分析的溶液，一般采用超聲脫氣，丙酮萃取硫磺之后也需要進(jìn)行超聲，不僅加快硫磺在丙酮中的溶解速率，同時(shí)又可以完成脫氣的目的[5]。但是超聲的時(shí)間也會(huì)影響后續(xù)分析測(cè)試的含量，所以對(duì)于超聲時(shí)間需要進(jìn)行確定。

將硫磺的丙酮溶液進(jìn)行超聲處理，結(jié)果為圖2所示，發(fā)現(xiàn)當(dāng)超聲的時(shí)間超過(guò)10min，濃度基本不會(huì)發(fā)現(xiàn)變化，萃取完全的時(shí)間為10min，最終超聲時(shí)間確定為10min。

2.5 硫磺標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

采用不同梯度濃度的硫磺的丙酮溶液進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作，準(zhǔn)確配置100mg/L的硫磺的丙酮溶液，進(jìn)行逐級(jí)稀釋，一共得到了5組不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，其中也包括空白樣品。將不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品從低濃度向高濃度進(jìn)行分析測(cè)試，可進(jìn)行多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。最終以峰面積作為Y軸，濃度作為X軸進(jìn)行線性擬合，標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y=1.4042X-0.3719（R2=0.999），結(jié)果如表2和圖3所示。

3 硫磺測(cè)試的準(zhǔn)確性評(píng)估

一個(gè)分析方法的確定需要進(jìn)行準(zhǔn)確度的評(píng)估，而對(duì)于液相色譜分析準(zhǔn)確度評(píng)估的方式 主要包括以下幾個(gè)方面：

3.1 加標(biāo)回收率分析

實(shí)驗(yàn)樣品來(lái)源于華潤(rùn)雪花（合肥）啤酒廠污水處理中厭氧池的厭氧活性污泥，污泥里含有大量的微生物[6]。將取回的污泥進(jìn)行培養(yǎng)，而培養(yǎng)基成分是按照硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基。利用丙酮對(duì)混合物進(jìn)行充分溶解，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有明顯單質(zhì)硫的存在，取多組萃取后的樣品進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。

如表3所示，通過(guò)添加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)硫后經(jīng)過(guò)加標(biāo)回收率的計(jì)算發(fā)現(xiàn)回收率結(jié)果滿意。

3.2 重復(fù)性分析

為了確保同一樣品測(cè)試的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。利用液相色譜法將樣品進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)定，通過(guò)計(jì)算可得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.51%，重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的RSD都低于2%，重復(fù)性良好。

3.3 檢出限和檢測(cè)下限

檢出限是分析方法準(zhǔn)確性很重要的評(píng)估指標(biāo)之一，不同類型的分析方法的檢出限的確定方式也是不同的。因?yàn)橐合嗌V法具有獨(dú)特的測(cè)定條件，在環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)對(duì)于類似的色譜法檢出限的確定中外推法是可以進(jìn)行比較準(zhǔn)確的推算。液相色譜法分析硫磺的檢出限可以通過(guò)外推法進(jìn)行計(jì)算。

如表5所示，表中空白樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算是通過(guò)空白組丙酮直接注射到液相色譜儀中，觀察儀器基線的波動(dòng)情況，計(jì)算儀器噪聲值最后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算。定量限的確定是為了進(jìn)行分析方法可靠的確定，一般采用濃度或者ppb進(jìn)行表示，而液相色譜法的定量限確定也和儀器噪聲有關(guān)。

3.4 高效液相色譜法測(cè)硫磺與國(guó)標(biāo)法的對(duì)照

實(shí)驗(yàn)采用的是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法ISO8332-2006對(duì)工業(yè)硫磺純度的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)的原理就是硫磺與過(guò)量的亞硫酸鹽反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硫代硫酸鈉后進(jìn)行碘量法操作。因?yàn)閲?guó)內(nèi)對(duì)于單質(zhì)硫的測(cè)定方法研究?jī)?nèi)容很少，而且局限性比較大，對(duì)于微量單質(zhì)硫的測(cè)試難度較大。國(guó)標(biāo)法計(jì)算公式如下所示：

硫磺濃度的計(jì)算公式如1所示：

最后扣除空白組的計(jì)算結(jié)果就可得到實(shí)際值。

公式中V1、V2、V3 分別表示碘標(biāo)液的體積、Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積以及空白組其消耗的體積。其中C1（I2）=0.1moL/L，C2（Na2S2O3）=0.1moL/L，V1=10mL，m為樣品中的質(zhì)量。

取300mL的混合均勻的混合液進(jìn)行冷凍干燥，稱其干燥后的固體質(zhì)量為0.28g，直接利用丙酮對(duì)其中的單質(zhì)硫進(jìn)行萃取，萃取液進(jìn)過(guò)預(yù)處理注射到高效液相色譜中，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得出測(cè)得硫磺的質(zhì)量約21.5mg。利用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法計(jì)算出的硫磺質(zhì)量約為20.8mg。在由表6可知，高效液相色譜法與傳統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.3%，這樣又可以說(shuō)明液相色譜法對(duì)于硫磺的分析測(cè)試的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于厭氧體系中硫磺的提取及測(cè)試方法進(jìn)行了深入研究，利用丙酮作為萃取劑，并且通過(guò)HPLC法對(duì)硫磺進(jìn)行了定性定量分析，結(jié)果顯示重復(fù)性好、加標(biāo)回收率在100%左右，該方法優(yōu)點(diǎn)在于檢測(cè)時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，能夠?yàn)榱蚧堑臏y(cè)試提供可靠的分析方法。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：丁旺（1985-），男，碩士，環(huán)評(píng)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。