تعیین BTEX در زباله جامد با کروماتوگرافی گازی

آلودگی زباله‌های جامد به یک چالش بزرگ در زمینه حفاظت از محیط زیست تبدیل شده است. BTEX (مانند بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و غیره)، به عنوان آلاینده‌های آلی معمولی، به دلیل سمیت بالا، تحرک زیاد و خطرات احتمالی سرطان‌زایی، تهدیدات قابل توجهی برای محیط زیست و سلامت انسان ایجاد می‌کنند. این آلاینده‌ها نه تنها از تولیدات صنعتی و زباله‌های شهری منشأ می‌گیرند، بلکه می‌توانند از طریق دفع در محل دفن زباله، انباشت زباله یا جابجایی نامناسب وارد محیط زیست شوند و در نتیجه خاک، آب‌های زیرزمینی و اکوسیستم‌های اطراف را آلوده کنند. بنابراین، تشخیص دقیق BTEX در زباله‌های جامد بسیار مهم است.

این مقاله به "زباله‌های جامد - تعیین BTEX - روش فضای بالایی/کروماتوگرافی گازی" (HJ 975-2018) استناد می‌کند و از کروماتوگراف گازی GC6100 Wayeal مجهز به آشکارساز FID و نمونه‌گیر فضای بالایی برای تشخیص BTEX در زباله‌های جامد استفاده می‌کند.

کلمات کلیدی: BTEX، فضای بالایی، کروماتوگرافی گازی، آشکارساز FID، زباله جامد.

1. روش آزمایش

1.1 پیکربندی دستگاه

جدول 1 لیست پیکربندی کروماتوگراف گازی

1.2 مواد آزمایشگاهی و تجهیزات کمکی

محلول استاندارد مرجع 8 جزء BTEX در متانول (1000 میکروگرم در میلی‌لیتر): محلول استاندارد تجاری تایید شده، که در ظروف دربسته و در شرایط تاریک در دمای زیر 4 درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شود.

محلول کاری استاندارد 1 از 8 جزء BTEX در متانول (10 میکروگرم در میلی‌لیتر):100 میکرولیتر از محلول استاندارد مرجع را با دقت پیپت کرده و با آب به 10 میلی‌لیتر رقیق کنید. قبل از استفاده تازه تهیه کنید.

محلول کاری استاندارد 2 از 8 جزء BTEX در متانول (100 میکروگرم در میلی‌لیتر):1000 میکرولیتر از محلول استاندارد مرجع را با دقت پیپت کرده و با آب به 10 میلی‌لیتر رقیق کنید. قبل از استفاده تازه تهیه کنید.

متانول:درجه کروماتوگرافی

اسید فسفریک:درجه GR

شن کوارتز: 0.30-0.85 میلی‌متر (50-20 مش). در کوره دمای بالا در 400 درجه سانتی‌گراد به مدت 4 ساعت حرارت داده شد، سپس پس از خنک شدن به یک بطری با درپوش شیشه‌ای آسیاب شده برای نگهداری مهر و موم شده منتقل شد.

کلرید سدیم: درجه GR (قبل از استفاده در کوره دمای بالا در 400 درجه سانتی‌گراد به مدت 4 ساعت حرارت داده شد، سپس به یک بطری با درپوش شیشه‌ای آسیاب شده منتقل شد و در یک دسیکاتور برای استفاده بعدی نگهداری شد).

محلول اشباع شده کلرید سدیم: 500 میلی‌لیتر آب اندازه‌گیری کنید، اسید فسفریک را قطره قطره اضافه کنید تا pH ≤ 2 تنظیم شود، 180 گرم کلرید سدیم اضافه کنید، کاملاً حل کرده و مخلوط کنید. در دمای زیر 4 درجه سانتی‌گراد نگهداری کنید.

گاز حامل:نیتروژن با خلوص بالا

ژنراتور هیدروژن

ژنراتور هوا

نمونه‌گیر فضای بالایی کاملاً خودکار: دقت کنترل دما ±1 درجه سانتی‌گراد.

ویال‌های فضای بالایی: ویال‌های فضای بالایی شیشه‌ای (20 میلی‌لیتر).

1.3 شرایط آزمایش

1.3.1 شرایط مرجع برای نمونه‌گیر فضای بالایی

دمای تعادل حرارتی: 95 درجه سانتی‌گراد

زمان تعادل حرارتی: 50 دقیقه

دمای دریچه تزریق: 100 درجه سانتی‌گراد;

دمای خط انتقال: 110 درجه سانتی‌گراد;

حجم تزریق: 1.0 میلی‌لیتر (حلقه کمی).

1.3.2 شرایط مرجع برای کروماتوگراف گازی

ستون کروماتوگرافی: ستون مویرگی موم، 30 متر * 0.32 میلی‌متر * 0.5 میکرومتر.

برنامه‌ریزی دما: دمای اولیه ستون 40 درجه سانتی‌گراد، به مدت 5 دقیقه نگه دارید. سپس با سرعت 5 درجه سانتی‌گراد در دقیقه به 90 درجه سانتی‌گراد افزایش یافته و به مدت 5 دقیقه نگه دارید.

سرعت جریان ستون: 2 میلی‌لیتر در دقیقه

دمای پورت تزریق: 200 درجه سانتی‌گراد

دمای آشکارساز: 250 درجه سانتی‌گراد

سرعت جریان هوا: 300 میلی‌لیتر در دقیقه

سرعت جریان هیدروژن: 40 میلی‌لیتر در دقیقه.

سرعت جریان جبرانی: 25 میلی‌لیتر در دقیقه.

تزریق تقسیم شده: نسبت تقسیم 10:1.

1.4 تهیه محلول

محلول‌های کاری استاندارد خطی BTEX

2 گرم شن کوارتز و 10 میلی‌لیتر محلول اشباع شده کلرید سدیم را به ترتیب به 7 ویال فضای بالایی اضافه کنید. سپس 0 میکرولیتر، 5 میکرولیتر، 10 میکرولیتر، 20 میکرولیتر از محلول کاری استاندارد 1 (10 میکروگرم در میلی‌لیتر) و 5 میکرولیتر، 10 میکرولیتر، 40 میکرولیتر از محلول کاری استاندارد 2 (100 میکروگرم در میلی‌لیتر) را به ترتیب به هر ویال مربوطه اضافه کنید. بلافاصله مهر و موم کنید تا سری استاندارد با جرم ترکیبات هدف 0 میکروگرم، 0.05 میکروگرم، 0.10 میکروگرم، 0.20 میکروگرم، 0.50 میکروگرم، 1.00 میکروگرم و 4.00 میکروگرم به ترتیب تهیه شود.

2. نتیجه و آزمایش

2.1 تجزیه و تحلیل کیفی نمونه‌های استاندارد

شکل 1 کروماتوگرام محلول استاندارد BTEX (1.00 میکروگرم)

جدول 2 پارامترهای کروماتوگرافی محلول استاندارد BTEX (1.00 میکروگرم)

توجه: همانطور که کروماتوگرام‌ها در بالا نشان می‌دهند، تفکیک بین تمام پیک‌های اجزای BTEX بیش از 1.5 است که الزامات کاربردهای تحلیلی را برآورده می‌کند.

2.2 خطی بودن

شکل 2 منحنی استاندارد BTEX و ضریب همبستگی

توجه: سطوح غلظت برای منحنی کاری استاندارد BTEX در این آزمایش 0 میکروگرم، 0.05 میکروگرم، 0.10 میکروگرم، 0.20 میکروگرم، 0.50 میکروگرم، 1.00 میکروگرم و 4.00 میکروگرم بود. تمام اجزای BTEX خطی بودن عالی را با ضرایب همبستگی >0.999 نشان دادند که الزامات کاربردهای تحلیلی را برآورده می‌کند.

2.3 دقت

شکل 3 کروماتوگرام‌های تکرارپذیری BTEX در نمونه زباله جامد (0.025 میلی‌گرم در کیلوگرم)

شکل 4 کروماتوگرام‌های تکرارپذیری BTEX در نمونه زباله جامد (0.100 میلی‌گرم در کیلوگرم)

شکل 5 کروماتوگرام‌های تکرارپذیری BTEX در نمونه زباله جامد (0.500 میلی‌گرم در کیلوگرم)

جدول 3 پارامترهای کروماتوگرافی BTEX در نمونه‌های زباله جامد

توجه: شش تعیین تکراری بر روی نمونه‌های استاندارد مخلوط BTEX در سطوح غلظت 0.025 میلی‌گرم در کیلوگرم، 0.100 میلی‌گرم در کیلوگرم و 0.500 میلی‌گرم در کیلوگرم انجام شد. انحرافات استاندارد نسبی (RSD) به ترتیب 1.1-2.4٪، 1.2-2.4٪ و 0.8-1.6٪ بود. تمام پیک‌های کروماتوگرافی انحرافات نسبی را مطابق با الزامات استاندارد نشان دادند.

2.4 LOD

شکل 6 کروماتوگرام‌ها برای حد تشخیص BTEX در نمونه زباله جامد (0.025 میلی‌گرم در کیلوگرم)

جدول 4 حدود تشخیص روش و حدود پایین‌تر کمی‌سازی برای اجزای BTEX

هشت تزریق تکراری از محلول ترکیب بنزن (0.025 میلی‌گرم در کیلوگرم) در نمونه‌های زباله جامد انجام شد. محاسبات نشان می‌دهد که وقتی اندازه نمونه زباله جامد 2 گرم باشد، حد تشخیص این روش از 0.001 تا 0.004 میلی‌گرم در کیلوگرم و حد پایین‌تر کمی‌سازی از 0.004 تا 0.016 میلی‌گرم در کیلوگرم متغیر است که الزامات استاندارد را برآورده می‌کند.

2.5 آزمایش نمونه

پیش‌تیمار نمونه: 2 گرم نمونه زباله جامد و 10 میلی‌لیتر محلول اشباع شده کلرید سدیم را به یک ویال فضای بالایی اضافه کنید. بلافاصله ویال را مهر و موم کرده و با استفاده از یک شیکر رفت و برگشتی به مدت 10 دقیقه با سرعت 150 سیکل در دقیقه نوسان دهید. متعاقباً، تجزیه و تحلیل را با استفاده از نمونه‌گیر فضای بالایی انجام دهید.

شکل 7 کروماتوگرام تجزیه و تحلیل نمونه زباله جامد

توجه: پس از روش‌های پیش‌تیمار استاندارد، نمونه زباله جامد پس از نمونه‌برداری تجزیه و تحلیل شد. هیچ ترکیب BTEX در نمونه زباله جامد شناسایی نشد.

2.6 آزمایش بازیابی

جدول 5 پارامترهای کروماتوگرافی BTEX در زباله جامد

توجه: هشت آزمایش تکراری بر روی نمونه‌های زباله جامد که با غلظت‌های کم، متوسط و زیاد BTEX اسپایک شده بودند، انجام شد. میزان بازیابی برای تمام اجزای BTEX الزامات استاندارد را برآورده کرد.

3. نتیجه‌گیری

این روش از کروماتوگراف گازی Wayeal GC6100 مجهز به آشکارساز FID و نمونه‌گیر فضای بالایی برای تعیین BTEX در زباله‌های جامد استفاده کرد. نتایج آزمایش نشان داد که تفکیک بین تمام پیک‌های اجزای BTEX بیش از 1.5 است که الزامات تحلیلی را برآورده می‌کند. هنگامی که غلظت‌های منحنی کاری استاندارد از 0.05 تا 4.0 میکروگرم متغیر بود، تمام اجزای BTEX خطی بودن عالی را با ضرایب همبستگی >0.999 نشان دادند که الزامات تحلیلی را برآورده می‌کند. دقت، حدود تشخیص و میزان بازیابی این روش همگی با مشخصات استاندارد مطابقت داشتند. پس از پیش‌تیمار، هیچ ترکیب BTEX در نمونه‌های آزمایش شناسایی نشد که نشان‌دهنده نتایج عادی است. این نشان می‌دهد که روش استفاده از دستگاه Wayeal GC6100 الزامات تعیین BTEX در زباله‌های جامد را برآورده می‌کند.

4. توجه

حلال‌ها و استانداردهای مرجع مورد استفاده در آزمایش به عنوان مواد شیمیایی خطرناک طبقه‌بندی می‌شوند. تمام روش‌های تهیه محلول و پیش‌تیمار نمونه باید در داخل هود بخار انجام شود. اپراتورها باید از تجهیزات حفاظت فردی آزمایشگاهی مناسب طبق نیاز استفاده کنند و از هرگونه تماس با پوست و لباس خودداری کنند.