毛細管電泳法測定染料廠廢水中10種苯胺類化合物

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院,六盤水 553004)

隨著印染技術的發(fā)展,作為印染過程中的重要中間體——苯胺類化合物[1-3]應用也越來越廣泛。苯胺類化合物在環(huán)境中具有長期的殘留性,會造成地下水與地表水污染[4-6],對人體健康具有“致癌、致畸、致突變”的危害,其被美國列為優(yōu)先控制的129種污染物之一。保護環(huán)境,實現(xiàn)對含苯胺類化合物廢水的有效治理已成為世界范圍內環(huán)境保護領域急需解決的難題。因此,如何有效測定廢水中苯胺類化合物已經成為一個重要研究課題。目前分離測定苯胺類化合物最常用的方法是高效液相色譜法[7-9],但色譜柱價格昂貴、溶劑消耗量大、分析時間長等缺點限制了其在苯胺類化合物分離測定中的應用。毛細管電泳法[10-11]是一類以毛細管為分離通道、以高壓直流電場為驅動力的新型液相分離技術,在苯胺類化合物的分離測定領域有著廣泛的應用前景。苯胺類化合物本身紫外吸收不強,直接測定靈敏度低,背景電解質干擾明顯,嚴重影響測定效果。為克服以上不足,采用柱前或柱后衍生是一種行之有效的手段。盡管熒光衍生化中應用的試劑較多[12-14],但最常用的主要有丹磺酰氯、4-氯-7-硝基苯并-1,2,3-惡二唑、N,N-二丁基-1-氨基萘-5-磺酰氯、鄰苯二甲醛、1,2-亞萘基苯并咪唑-6-磺酰氯、6-N-甲基苯胺基萘-2-磺酰氯、2-對磺酰氯-3-苯基吲哚和8-甲氧基喹啉-5-磺酰氯等。為提高熒光衍生試劑的測定靈敏度,試驗中使用了以吖啶酮為母體環(huán)的具有強熒光量子效率的10-乙基吖啶酮-2-磺酰氯(EASC)試劑,與苯胺類化合物反應產生具有較強藍色熒光的磺酰胺類衍生物。由于EASC 分子內同時含有氮氧雜原子并具有三環(huán)并聯(lián)的高共軛體系,因此其具有更強的光致發(fā)光性質,與未使用衍生試劑的毛細管電泳法測定苯胺類化合物的分析方法[15-18]相比,使用衍生試劑后方法的靈敏度得到較大提高。本工作采用毛細管電泳法測定染料廠廢水中10種苯胺類化合物的含量,本方法具有高效、快速、靈敏度高等優(yōu)勢。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent HP-3D 型毛細管電泳儀。

10 種苯胺類化合物的混合標準儲備溶液:1.0×10-4mol·L-1,分別稱取適量的磺胺、苯胺、對硝基苯胺、對氨基苯胺、鄰甲苯胺、N,N-二甲基苯胺、聯(lián)苯胺、二苯胺、鄰聯(lián)甲苯胺、2,4,5-三甲基苯胺的標準品,用乙腈稀釋混合而成。使用時,用乙腈稀釋配制至所需濃度的混合標準溶液。

10-乙基吖啶酮-2-磺酰氯(衍生試劑)溶液:1.0×10-3mol·L-1,稱取8.1 mg的10-乙基吖啶酮-2-磺酰氯,溶于25 mL無水乙腈。

分離緩沖溶液:15 mmol·L-1四硼酸鈉緩沖溶液(十二烷基硫酸鈉濃度為20 mmol·L-1,pH 為9.0)。

乙腈為色譜純。

1.2 電泳條件

石英熔融毛細管柱(58.5 cm×75μm,有效柱長50 cm);新毛細管柱在使用前依次用0.1 mol·L-1鹽酸溶液,0.1 mol·L-1氫氧化鈉溶液、水在100 kPa下各沖洗10 min,然后在20 kV 的電壓下平衡。每次開機時依次用水、0.1 mol·L-1鹽酸溶液、水、0.1 mol·L-1氫氧化鈉溶液、水和分離緩沖溶液分別沖洗5,5,5,2.5,2.5,2.5 min;兩次運行之間,毛細管依次用0.1 mol·L-1氫氧化鈉溶液、水和分離緩沖溶液各沖洗2 min。柱溫25 ℃,分離電壓20 kV,進樣壓力4 kPa,進樣時間5 s,檢測波長235 nm。

1.3 試驗方法

1.3.1 衍生化

向安瓿瓶中加入10種苯胺類化合物混合標準溶液20 mL,1.0×10-3mol·L-110-乙基吖啶酮-2-磺酰氯溶液80 mL,于60℃水浴中反應3 min進行衍生化,所得溶液用乙腈稀釋2倍后進樣10 mL,按電泳條件進行測定。

1.3.2 樣品預處理

移取某染料廠廢水樣品100 mL,經0.22μm 微孔濾膜過濾后冷藏。

測定前移取適量過濾后的樣品,按上述操作進行衍生化后,按電泳條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 毛細管電泳分離行為

按試驗方法對10種苯胺類化合物的混合標準溶液進行測定,其電泳譜圖見圖1。

由圖1可知:經10-乙基吖啶酮-2-磺酰氯柱前衍生的10種苯胺類化合物在12 min內可實現(xiàn)快速高效的基線分離和測定。

圖1 10種苯胺類化合物混合標準溶液的電泳譜圖Fig.1 Electropherogram of mixed standard solution of 10 aniline compounds

2.2 分離條件的選擇

2.2.1 四硼酸鈉緩沖溶液的濃度

試驗考察了四硼酸鈉緩沖溶液(pH 為8.8)的濃度依次為5,10,15,20,25 mmol·L-1時對10種苯胺類化合物保留時間和分離度影響,結果見圖2。

圖2 四硼酸鈉緩沖溶液的濃度對10種苯胺類化合物保留時間和分離度影響Fig.2 Effect of concentration of Na2 B4 O7 buffer solution on retention time and resolution of 10 aniline compounds

由圖2 可知:四硼酸鈉緩沖溶液的濃度在10 mmol·L-1以內時,10 種苯胺類化合物的保留時間較長,分離度均較低;四硼酸鈉緩沖溶液的濃度為15 mmol·L-1,10種苯胺類化合物的保留時間最短,分離度最高,分離效果較好;繼續(xù)增加四硼酸鈉緩沖溶液的濃度,10種苯胺類化合物的分離效果無明顯改善。試驗選擇四硼酸鈉緩沖溶液的濃度為15 mmol·L-1。

2.2.2 四硼酸鈉緩沖溶液的酸度

試驗考察了15 mmol·L-1四硼酸鈉緩沖溶液的酸度依次為8.8,8.9,9.0,9.1,9.2時對10種苯胺類化合物保留時間和分離度影響[19-20],結果見圖3。

圖3 四硼酸鈉緩沖溶液的酸度對10種苯胺類化合物保留時間和分離度影響Fig.3 Effect of acidity of Na2 B4 O7 buffer solution on retention time and resolution of 10 aniline compounds

由圖3可知:隨著pH 的增加,10 種苯胺類化合物的保留時間變短,分離度明顯改善;當pH 為9.0時,10種苯胺類化合物實現(xiàn)了高效分離;繼續(xù)增加pH,10種苯胺類化合物的分離效率呈下降趨勢。試驗選擇四硼酸鈉緩沖溶液的酸度為pH 9.0。

2.2.3 表面活性劑及其濃度

表面活性劑可以起到改善電滲流,提高分離效果的作用[21-22]。

試驗考察了十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉這兩種表面活性劑對10種苯胺類化合物測定的影響。結果表明:加入十六烷基三甲基溴化銨對10種苯胺類化合物的分離沒有明顯影響;加入十二烷基硫酸鈉后,10種苯胺類化合物的出峰時間減少,峰形得到改善。試驗選擇表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。

試驗進一步考察了十二烷基硫酸鈉的濃度依次為10,15,20,25,30 mmol·L-1時對10 種苯胺類化合物保留時間和分離度影響,結果見圖4。

圖4 十二烷基硫酸鈉的濃度對10種苯胺類化合物保留時間和分離度影響Fig.4 Effect of concentration of SDS on retention time and resolution of 10 aniline compounds

由圖4 可知:十二烷基硫酸鈉濃度為20 mmol·L-1時,10 種苯胺類化合物的分離效果最好。試驗選擇十二烷基硫酸鈉的濃度為20 mmol·L-1。

2.3 標準曲線和檢出限

按試驗方法對10種苯胺類化合物的混合標準溶液系列進行測定,以10種苯胺類化合物的濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。10種苯胺類化合物的線性范圍、線性回歸方程和相關系數(shù)見表1。

根據3倍信噪比計算方法的檢出限(3S/N),結果見表1。

表1 線性范圍、線性回歸方程、相關系數(shù)和檢出限Tab.1 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients and detection limits

2.4 樣品分析

取染料廠廢水樣品3份,一份按試驗方法進行分析,其電泳譜圖見圖5。

由圖5可知:染料廠廢水中含有磺胺、對硝基苯胺、鄰甲苯胺、N,N-二甲基苯胺、二苯胺、鄰聯(lián)甲苯胺等6種苯胺類化合物,各組分測定值見表2。

按試驗方法對另兩份染料廠廢水樣品進行加標回收試驗,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表2。

由表2可知:回收率為97.6%～102%,RSD 為1.4%～3.1%。

圖5 染料廠廢水樣品的電泳譜圖Fig.5 Electropherogram of wastewater sample of dyestuff plant

表2 樣品分析結果(n＝5)Tab.2 Analytical results of the samples(n＝5)

表2 (續(xù))

本工作建立了毛細管電泳法測定染料廠廢水中10種苯胺類化合物的分析方法,利用10-乙基吖啶酮-2-磺酰氯對10種苯胺類化合物進行柱前衍生,克服了傳統(tǒng)的間接紫外法測定苯胺的諸多缺點,在較短時間內實現(xiàn)了目標物的高效基線分離。本方法線性范圍寬、重現(xiàn)性好、操作簡便、干擾小,是一種快速測定工業(yè)廢水中苯胺類化合物的方法。