(中山大学化学与化学工程学院，广州，510275)
摘要 色相色谱法是基于色谱柱能分离样品中各组分，检测器能连续响应，能同时对各组分进行定性定量的一种分离分析方法，具有分离效率高、灵敏度高、分析速度快、应用范围广等优点，能分析沸点十分接近的复杂混合物。本实验采用气相色谱法，以正己烷作为内标物，对废水中的苯、甲苯、二甲苯进行定性定量分析。
关键词 废水 气相色谱 内标法 三苯 毛细管柱 1. 引言
苯、甲苯及二甲苯俗称三苯，其中二甲苯包括间、邻二甲苯和对二甲苯这三种异构体。三苯都具有很大的毒性，其中苯是为IARC第一类致癌物，长期接触苯可引起骨髓与遗传损害，甚至发生白血病；甲苯对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有危害作用，长期接触可发生神经衰弱综合征；二甲苯可经呼吸道、皮肤及消化道吸收，吸入高浓度的二甲苯可使食欲丧失、恶心、呕吐和腹痛，有时可引起肝肾可逆性损伤。人体长时间生活在含有少量苯及同系物甲苯、二甲苯的环境中, 会出现头胀、头晕、手指麻木、全身无力等神经系统症状, 严重者会发生缺氧症状, 如心悸、胸闷、气急、呕吐等[1]。因此，三苯生活应用水、地表水质量标准和污水排放标准中控制的有毒物质指标。
目前, 苯、甲苯和二甲苯的测定方法主要是通用气相色谱法[2]。本实验采用气相色谱法，以正己烷作为内标物，对废水中的三苯进行定性定量分析。
2. 实验部分 2.1 仪器试剂 2.1.1 仪器
Agilent4890D型气相色谱仪；氢火焰离子化检测器（FID）；毛细管色谱柱：HP5，以聚氧化硅烷-聚乙二醇为固定相（30 m×0.25 mm×0.25μm）；1μL、5μL微量进样器；色谱工作站。
气相色谱条件：汽化温度为200℃；检测器温度为250℃；载气（N2）总量为40 mL∙min−1，分流比为30：1；氢气和空气流量分别为30 mL∙min−1和300mL∙min−1；程序升温：初始温度40℃，
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保持2min，升温速率为20℃∙min−1并升至150℃；进样量0.5～1μL。 2.1.2 试剂
苯、甲苯、二甲苯、正己烷均为色谱纯；乙酸乙酯、二硫化碳为分析纯。各组分标准溶液：于6个5-10 mL血清瓶中分别称取苯、甲苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯和正己烷各0.02-0.03g，加入5.0 mL乙酸乙酯溶解、摇匀，于冰箱内保存。 2.2 实验过程
2.2.1 加有基准物的混合标准溶液配制。在一个5-10mL血清瓶中预先放入约2 mL乙酸乙酯，分别准确称取苯、甲苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯和正己烷0.02-0.03（准确至0.0002g）于血清瓶中，用乙酸乙酯溶解并稀释至5mL，摇匀。
2.2.2 废水样品前处理。取废水样100 mL，加入5μL内标物正己烷，于100mL分液漏斗中,加2-4 g氯化钠, 溶解后, 加5.0mL二硫化碳萃取3min，静止分层，弃去水相。
2.2.3 定性分析。参照仪器操作使用说明书，启动仪器，设定色谱分析条件等，使仪器进入正常工作状态。待色谱基线平直后分别将三苯单标依次进样，记下每种物质的保留时间，作为混合标准以及样品测定的对照定性依据。
2.2.4 相对校正因子fi′的测定。注入1 μL混合标准溶液，以各纯组分的保留时间与混合标样中色谱图中各色谱峰对照定性。计算以正己烷为基准物的相对定量校正因子fi′。
2.2.5 样品测定。注入1μL步骤2中萃取后样品溶液，以各纯组分的保留时间与样品色谱图中各色谱峰对照定性。并依据内标法计算样品含量。
3. 讨论和结论
3.1 实验记录与数据处理
表 1 单标的色谱数据
物质 保留时间/min
正己烷 4.467
苯 5.268
甲苯 6.727
对二甲苯 8.661
邻二甲苯 9.653
2
表 2 混样的色谱数据
峰号 1 2 3 4 5 6 7
峰名 正己烷
苯 甲苯 对二甲苯 邻二甲苯
保留时间/min
4.467 4.867 5.276 5.835 6.685 8.611 9.545
峰高/uV 16385 1078881 19817 24239 15421 10074 6421
峰面积/uV·s 55786 21737454 34780 45049 28162 36774 37806
将表2的混样中各组分的保留时间与表1中各单标的保留时间相对照，确定1号峰为正己烷，3号峰为苯，5号峰为甲苯，6号峰为对二甲苯，7号峰为邻二甲苯。
表 3 各组分相对定量校正因子计算结果
Ai/uV·s AS/uV·s mi/g mS/g *校正因子fi′ *fi′=
AsmiAims
苯 34780
甲苯 28162
55786
对二甲苯 36774
邻二甲苯 37806
0.0235 0.0253
0.0332
0.0312 0.0326
1.14 1.51 1.43 1.45
， 其中Ai和AS分别为标准液中被测组分和内标物的峰面积；mi和mS分别为标
准液中被测组分和内标物的质量。
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表 4 废水样品的色谱数据
峰号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
峰名 正己烷
苯 甲苯 对二甲苯 邻二甲苯
保留时间/min
4.059 4.476 4.609 4.817 5.218 6.668 7.235 8.586 9.511
峰高/uV 90055 76717 106256 1096 3129 2686 1828 2801 1061
峰面积/uV·s 419354 112587 168693 1692 5063 4940 25542 9662 5910
将表4的样品中各组分的保留时间与表1中各单标的保留时间相对照，确定2号峰为正己烷，5号峰为苯，6号峰为甲苯，8号峰为对二甲苯，9号峰为邻二甲苯。
查表得，正己烷的密度ρ=0.659g/mL
样品中正己烷的质量m=ρ×V=0.659×5.00/1000g=0.00330g 废水样品的密度约为1.00g/ml,所以废水样品质量M=1.00×100g=100g
表 5 废水样品的三苯含量计算结果
校正因子fi′ Ai/uV·s AS/uV·s mS/g *组分含量Pi/% *Pi=
fi′AimsAsM
苯 1.14 5063
甲苯 1.51 4940
112587 0.00330
对二甲苯 1.43 9662
邻二甲苯 1.45 5910
0.000169 0.000218 0.000405 0.000251
×100%
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3.2 讨论
3.2.1 实验结果：经过测定，废水样品中三苯含量分别为：苯：0.000169%、甲苯：0.000218%、对二甲苯：0.000405%、邻二甲苯：0.000251% 。转换计量单位后为：苯：1.69mg/L、甲苯：2.18mg/L、对二甲苯：4.05mg/L、邻二甲苯：2.51mg/L。
《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准》GB 8978—1996中三苯含量的标准[3]如下：（mg/L）
序号 35 36 38 39
污染物 苯 甲苯 邻二甲苯 对二甲苯
一级标准 0.1 0.1 0.4 0.4
二级标准 0.2 0.2 0.6 0.6
三级标准 0.5 0.5 1.0 1.0
经过对比发现，该废水三苯含量严重超标，不符合排放标准。
3.2.2 本实验过程中采用程序升温方法，使色谱柱的温度按照组分沸程设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高，柱温与组分的沸点相互对应，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。这一升温方案能使高沸点及低沸点组分都可以获得满意结果，并提高分离速度。
3.2.3 气相色谱分析中，有可能存在几种物质在经过某种极性的柱子上有着相同保留时间的情况，这种时候可以采用双柱定性分析方法来解决。因为同时在不同极性的柱子上有着完全等同的保留值的两种物质是不多见的, 从而避免了错误定性的机率[4]。本实验中各组分已得到比较好的分离效果，因此不须采用双柱定性的方案。
3.2.4 本实验中，柱温通过程序升温控制在40-150℃之间，而检测器温度为250℃。只是由于在气相色谱分析过程中，必须保证检测器温度高于柱温，否则已分离的组分在检测器再次冷凝影响峰型。
3.2.5 本实验定量分析过程中采用了定量校正因子。这是由于用同一检测器测定同一种组分，当实验条件一定时，组分量愈大，相应的峰面积就愈大。但同一检测器测定相同质量的不同组分时，却由于不同组分性质不同，检测器对不同物质的响应值不同，因而产生的峰面积也不同。因此不能直接应用峰面积计算组分含量[5]。所以，气相色谱定量分析要引入“定量校正因子”来校正峰面积。
3.2.6 本实验采用分流进样的方式，分流比为1：30。这是由于气相色谱分析采用毛细管柱时，由于柱内固定相的量少，柱对样品的容量要比填充柱低，为防止柱超载，需要使用分流进样器。
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样品注入分流进样器气化后，只有一小部分样品进入毛细管柱，而大部分样品都随载气由分流气体出口放空。
3.2.7 为提高分离度，本实验采用了一下方式：①选择摩尔质量较大的N2作为载气；②选择合适的流速；③控制合适的柱温。柱温低更有利于分配，有利于组分的分离；④程序升温。 3.3 结论
用气相色谱测定废水中三苯含量，操作简单、效率高、结果准确。可用于厂家或环境保护部门对废水排放的检测与监控。
4. 参考文献
1 洪强华. 居室污染防治浅析［J］青海环境，2002，12（4）：180-182.
2 中华人民共和国国家标准.气相色谱法通则[S]. GB-T 9722-2006.北京: 中国标准出版社,2006 3 中华人民共和国国家标准.污水综合排放标准. GB 8978 1996. 北京: 中国标准出版社,1998 4 龙耀庭 一种双柱定性气相色谱仪的方案.仪器分析，1977，(4)：44-46 5 叶宪曾，张新祥等.仪器分析教程.北京：北京大学出版社，2007
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