專利名稱：：焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種有機(jī)物分子量的檢測方法，特別涉及一種焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法。本發(fā)明采用正丁醇萃取、液相色譜梯度洗脫分離、質(zhì)譜(電噴霧電離接口)鑒定焦化廢水經(jīng)生物處理后的出水中強(qiáng)極性有色有機(jī)物分子量。
背景技術(shù)：
：焦化廢水是一種典型的含有難降解有機(jī)污染物的工業(yè)廢水，其污染物組份復(fù)雜，除含有大量有機(jī)類化合物外，還含有氰、氟、氨氮等有毒有害污染物。焦化廢水的處理方法主要分為生物化學(xué)方法和物理化學(xué)方法。其中生化法可以在單一的生物處理系統(tǒng)中去除多種污染物，操作簡單，運行費用也較低，因此，生化處理方法一直是焦化廢水處理的主要手段。但焦化廢水在經(jīng)過生物處理工藝后，C0Dcr、色度等指標(biāo)仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，還需添加多種物理化學(xué)方法后才能排放，費用比較昂貴。因此，對焦化廢水經(jīng)過生物處理后的出水中有色有機(jī)污染物的成分進(jìn)行分析，了解有機(jī)污染物的分子量大小，有助于后續(xù)處理方法的開發(fā)和優(yōu)化。對于焦化廢水中有機(jī)物的分析，"焦化廢水中難降解有機(jī)物的分析"(環(huán)境工程，1991,9(1):3133)提出焦化廢水中有機(jī)物組分的測定可釆用二氯甲烷萃取和氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)的方法。"焦化廠A/0出水中的有機(jī)污染物分析"(環(huán)境污染與防治，2001,23(3):140142)也采用二氯甲烷萃取，氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用法(GC/MS)對寶鋼化工生物處理后的出水中有機(jī)成分進(jìn)行了定性分析。該方法采用二氯甲垸作為萃取劑，是分離水不溶性和微溶于水的有機(jī)化合物常用的方法，也是美國環(huán)保局(EPA)推薦采用的方法之一。但在分析焦化廢水經(jīng)生物缺氧好氧處理后的出水的過程中，發(fā)現(xiàn)二氯甲烷對有色有機(jī)物的萃取能力較弱，這可能與有色有機(jī)物是水溶性較強(qiáng)的物質(zhì)，用對弱極性和非極性有機(jī)物萃取率較高的二氯甲烷萃取難以完全有關(guān)，因此還需尋找二氯甲烷之外的萃取劑。另外，該方法采用氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對有機(jī)物進(jìn)行鑒定。由于氣相色譜(GC)只能分離在操作溫度下能氣化且不分解的物質(zhì)，主要為揮發(fā)性有機(jī)物(沸點低于20(TC)和半揮發(fā)性有機(jī)物(沸點200'C30(TC)，這些有機(jī)物的量不超過水中總有機(jī)碳的20%30%。其余70%80%主要是高沸點和強(qiáng)極性有機(jī)物，需要采用高效液相色譜(HPLC)分離。近年來隨著分析技術(shù)的的發(fā)展，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MS)技術(shù)開始越來越多的應(yīng)用于熱不穩(wěn)定性組分和難揮發(fā)性組分的測定。這使得水中70%80%的高沸點和強(qiáng)極性有機(jī)物的分離鑒定成為可能，也有利于我們在萃取出極性較強(qiáng)的有機(jī)物時，能借助液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行分離鑒定，了解GC/MS無法測定的有機(jī)物的分子量，為改進(jìn)后續(xù)深度處理方式提供依據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服焦化廢水有機(jī)物分析中存在的二氯甲烷萃取水中強(qiáng)極性有機(jī)物能力較弱以及氣相色譜只能分離在操作溫度下能氣化且不分解的物質(zhì)的問題，提供一種焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法。本發(fā)明的思路是采用正丁醇萃取、液相色譜梯度洗脫分離、質(zhì)譜(電噴霧電離接口)三結(jié)合的方式鑒定焦化廢水經(jīng)生物缺氧好氧處理后的出水中強(qiáng)極性有色有機(jī)物分子量。通過本發(fā)明鑒定出水中強(qiáng)極性有色有機(jī)物的分子量，可增加對焦化廢水經(jīng)生物缺氧好氧處理后的出水中強(qiáng)極性有色有機(jī)物的了解，便于后續(xù)處理工藝的優(yōu)化。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法，包括以下步驟首先在焦化廢水生化處理排放液中取樣，然后加入萃取劑正丁醇，蒸發(fā)正丁醇萃取相，得到濃縮液加入甲醇溶解，然后采用液相色譜分離，色譜柱選擇微徑d8柱，流動相選擇水/甲醇溶液，采用梯度洗脫方式洗條萃取物，將由液相色譜分離得到含有強(qiáng)極性物質(zhì)的洗脫液進(jìn)行質(zhì)譜分析，液相色譜和質(zhì)譜儀釆用電噴霧電離接口，選用負(fù)離子電噴霧電質(zhì)譜方式分析獲得洗脫液中強(qiáng)極性物質(zhì)的分子量。焦化廢水生化處理排放液的樣品需將pH值調(diào)整到34;液相色譜分析時流動相流速0.2ml/min;甲醇和濃縮液的配比，以去除正丁醇后的濃縮物質(zhì)全部溶解到甲醇中為宜。本發(fā)明技術(shù)方案的制定依據(jù)為1、萃取劑的選擇要了解焦化廢水經(jīng)生物缺氧好氧處理后的出水(以下簡稱生物出水)中有色有機(jī)物的分子量組成，首先需找到一種有效萃取有色有機(jī)物的溶劑。我們以萃取后水相顏色變化為評判依據(jù)，用lmol/LH2S04、lmol/LNaOH分別將生物出水調(diào)成酸性、中性、堿性，用適量四氯化碳、二硫化碳、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、石油醚、苯、一氯代苯、硝基苯、正丁醇、正己垸等與水不互溶的有機(jī)溶劑進(jìn)行液液萃取，正丁醇在酸性條件(pH34)時萃取有色有機(jī)物的效果最明顯，萃取后水相色度降低一半，比二氯甲垸效果要好。從極性指數(shù)來解釋正丁醇極性指數(shù)4.0，二氯甲烷極性指數(shù)3.1，乙醚極性指數(shù)2.8，苯極性指數(shù)2.7,四氯化碳極性指數(shù)L6，j下己垸極性指數(shù)O.O，正丁醇的極性指數(shù)是這些溶劑中最高的。根據(jù)溶劑相似相溶的原則，它比二氯甲烷更能萃取極性較強(qiáng)的有色有機(jī)物。我們最終確定正丁醇作為萃取生物出水中強(qiáng)極性有色有機(jī)物的萃取劑。2、樣品的濃縮由于生物出水中有機(jī)物濃度相對較低，需將樣品濃縮后進(jìn)樣分析。由于濃縮液中的正丁醇在液相色譜紫外檢測器下有吸收，會干擾測定，因此需將正丁醇全部去除后改用甲醇溶解濃縮物。將正丁醇萃取相放入圓底燒瓶內(nèi)，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法，用RE52—II旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(水浴加熱，溫度控制在65。C，絕對壓力0.9230.933Mpa)將正丁醇蒸掉，留在瓶內(nèi)的濃縮物用少量甲醇溶解后待測。3、樣品分離在HP6890氣相色譜上用最常用的二種柱子HP-I隨AX(極性柱，柱溫上限260。C)和HP-5(弱極性柱，柱溫上限325'C)柱分別程序升溫到溫度上限進(jìn)行分析，均沒有峰出現(xiàn)。說明正丁醇萃取物與二氯甲烷萃取出的有機(jī)物不同，極性更強(qiáng)或不易在氣相色譜上汽化，無法采用氣相色譜進(jìn)行分析。只能采用液相色譜分離，液相條件為色譜柱可選擇微徑Cw柱；流動相選擇水/甲醇溶液，流速0.2ml/min;梯度洗脫方式；由于萃取物組分復(fù)雜，僅用恒定組成流動相洗脫，在短時間內(nèi)無法使所有組分洗脫出來。而梯度洗脫是使流動相中含有兩種或兩種以上不同極性的溶劑，在洗脫過程連續(xù)或間斷改變流動相的組成，以調(diào)節(jié)它的極性，使樣品中的所有組分在最短的分析時間內(nèi)流出，且峰與峰之間有一定的分離。我們通過改變甲醇和水二種溶劑的組成，使流動相的極性從強(qiáng)一弱一強(qiáng)依次變化，使不同極性的物質(zhì)都洗脫出來。液相色譜檢測器光二極管陣列檢測器。4、質(zhì)譜檢測接口的選擇液相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用目前最常用的接口是電噴霧電離(ESI)和大氣壓化學(xué)電離(APCI)接口。ESI適合于中等極性到強(qiáng)極性的化合物分子的分析，APCI適合于非極性或中等極性的小分子的，考慮到正丁醇萃取物極性較強(qiáng)，我們選擇電噴霧電離接口。正、負(fù)離子模式的選擇電噴霧電離根據(jù)離子化方式分為負(fù)離子和正離子兩種模式，正離子模式適用于堿性樣品，負(fù)離子模式適用于酸性樣品。我們兩種模式均進(jìn)行了嘗試，正離子模式得到的結(jié)果不大理想，負(fù)離子模式下各個峰均產(chǎn)生了高豐度的準(zhǔn)分子離子峰，說明正丁醇在酸性介質(zhì)下萃取出來的有色有機(jī)物極性較強(qiáng)，比較適合負(fù)離子電噴霧電質(zhì)譜方式。本發(fā)明的有益效果是通過液相色譜一電噴霧-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HPLC-ESI-MS)，確定了正丁醇萃取出來的強(qiáng)極性有色有機(jī)物的分子量基本上在500以下。了解焦化廢水經(jīng)過生物處理后出水中這些有機(jī)物的分子量大小，對我們考慮更好的深度處理方式，如膜技術(shù)時，膜材質(zhì)、膜孔徑大小、親/疏水性的選擇有一定的參考意義。圖1為本發(fā)明正丁醇萃取物的PDA分離譜圖圖2為本發(fā)明出峰時間為1.38分鐘物質(zhì)的ESI(-)質(zhì)譜圖圖3為本發(fā)明出峰時間為3.83分鐘物質(zhì)的ESI(-)質(zhì)譜圖圖4為本發(fā)明出峰時間為18.07分鐘物質(zhì)的ESI(-)質(zhì)譜圖圖5為本發(fā)明出峰時間為21.78分鐘物質(zhì)的ESI(-)質(zhì)譜圖圖6為本發(fā)明出峰時間為32.97分鐘物質(zhì)的ESI(-)質(zhì)譜圖圖7為本發(fā)明出峰時間為36.90分鐘物質(zhì)的ESI(-)質(zhì)譜圖具體實施例方式通過以下實施例進(jìn)一步理解本發(fā)明的實質(zhì)取焦化廠經(jīng)生物缺氧好氧處理后的焦化廢水1.6升，CODcr為300mg/i。用lmol/LH2S04將出水調(diào)至PH為34后，用400ml重蒸正丁醇分三次萃取水相，合并后的有機(jī)相置于一干凈的圓底燒瓶內(nèi)，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法去除正丁醇(采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的型號RE52—I1，水浴加熱，溫度控制在65°C，絕對壓力0.9230.933Mpa)。留在瓶內(nèi)的濃縮物用10ml甲醇充分溶解后，從圓底燒瓶轉(zhuǎn)移至離心管內(nèi)，用于分析。取用甲醇溶解的正丁醇萃取物到HP1100液相色譜儀上分析。采用WatersSymmetryCl8(1.0X150mm，3.5um)柱，流速0.2ml/min，梯度洗脫方法對萃取物進(jìn)行了分離，洗脫程序為所述的百分比為重量百分比。010分鐘水100%—77%,甲醇0%—23%,1020分鐘水77%—60%，甲醇23%—40%,2040分鐘水60%—20%,甲醇40%—80%,4045分鐘水20%—0%，甲醇80%—100%，4548分鐘水0%，甲醇100%保持不變，4850分鐘水0%—100%，甲醇100%—0%,5055分鐘水100%,甲醇O保持不變。在此梯度洗脫方式下，用光二極管陣列檢測器(PDAD)在180600nm紫外光和可見光的波長范圍內(nèi)檢測到峰幾十個，得到紫外吸收較強(qiáng)的物質(zhì)的出峰時間分別為1.38分鐘、3.83分鐘、18.07分鐘、21.78分鐘、32.97分鐘、36.90分鐘，參照圖1。取用甲醇溶解的正丁醇萃取物到HP1100/FINNIGANMAT95液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀上分析。按照上述梯度洗脫程序，使萃取物在HP1100液相色譜上得到分離，根據(jù)各個峰不同的流出順序分別通過電噴霧電離(ESI)接口在負(fù)離子模式下進(jìn)行質(zhì)譜鑒定。由于正丁醇萃取物極性較強(qiáng)，且是酸性樣品，因此非常適合ES工(-)-MS這種質(zhì)譜方式，各個峰均產(chǎn)生了高豐度的準(zhǔn)分子離子峰。幾個主要物質(zhì)的分子量見表l:表l:正丁醇萃取物中主要物質(zhì)的分子量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注:在ESI(-)方式下，物質(zhì)的準(zhǔn)分子離子峰+1為物質(zhì)的分子量。參照圖2、3、4、5、6、7。權(quán)利要求1、一種焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法，其特征是包括以下步驟首先在焦化廢水生化處理排放液中取樣，然后加入萃取劑正丁醇，蒸發(fā)正丁醇萃取相，得到濃縮液加入甲醇溶解，然后采用液相色譜分離，色譜柱選擇微徑C18柱，流動相選擇水/甲醇溶液，采用梯度洗脫方式洗滌萃取物，將由液相色譜分離得到含有強(qiáng)極性物質(zhì)的洗脫液進(jìn)行質(zhì)譜分析，液相色譜和質(zhì)譜儀采用電噴霧電離接口，選用負(fù)離子電噴霧電質(zhì)譜方式分析獲得洗脫液中強(qiáng)極性物質(zhì)的分子量。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法，其特征是焦化廢水生化處理排放液的樣品需將pH值調(diào)整到34。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法，其特征是溶解濃縮物的甲醇添加量以去除正丁醇后的濃縮物質(zhì)全部溶解到甲醇中為宜。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法，其特征是液相色譜分析時流動相流速0.2ml/min。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法，其特征是梯度洗脫方式的步驟為010分鐘水100%—77%，甲醇0%—23%,1020分鐘水77%—60%,甲醇23%—40%,2040分鐘水60%—20%,甲醇40%—80%,4045分鐘水20%—0%，甲醇80%—100%,4548分鐘水0%，甲醇100%保持不變，4850分鐘水0%—100%，甲醇100%—0%，5055分鐘水100%,甲醇O保持不變。全文摘要本發(fā)明涉及一種強(qiáng)極性有機(jī)物分子量的檢測方法。主要解決二氯甲烷萃取水中強(qiáng)極性有機(jī)物能力較弱以及氣相色譜只能分離在操作溫度下能氣化且不分解的物質(zhì)的技術(shù)問題，一種焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量檢測方法，包括以下步驟首先在焦化廢水生化處理排放液中取樣，然后加入萃取劑正丁醇，蒸發(fā)正丁醇萃取相，得到濃縮液加入甲醇溶解，然后采用液相色譜分離，色譜柱選擇微徑C₁₈柱，流動相選擇水/甲醇溶液，采用梯度洗脫方式洗滌萃取物，將由液相色譜分離得到含有強(qiáng)極性物質(zhì)的洗脫液進(jìn)行質(zhì)譜分析，液相色譜和質(zhì)譜儀采用電噴霧電離接口，選用負(fù)離子電噴霧電質(zhì)譜方式分析獲得洗脫液中強(qiáng)極性物質(zhì)的分子量。本發(fā)明主要用于檢測焦化廢水生化處理排放液中強(qiáng)極性有機(jī)物分子量。文檔編號G01N30/34GK101097211SQ20061002824公開日2008年1月2日申請日期2006年6月28日優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日發(fā)明者徐永良,朱春燕,胡志強(qiáng),邵立憲申請人:寶山鋼鐵股份有限公司