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滕州市鸿翔分析仪器有限公司

气相色谱仪,液相色谱仪,纯水发生仪

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GC-2010H气相色谱法测定海水中溴甲烷和氯甲烷
发布时间:2015-02-04        浏览次数:217        返回列表

                                                                             希望能够给您提供更精确、更完美的解决方案
气相色谱法测定海水中溴甲烷和氯甲烷
摘要:氯甲烷 (methyl chloride,choromethane,CH3Cl),又名甲基氯,为无色易液化的气体,加压液化贮存于钢瓶中。具乙醚气味和甜味。

建立了海水中CH3Cl和CH3Br的吹扫捕集气相色谱分析方法,确定了最佳实验条件:吹扫时间12min、吹扫气流速50mL/min、吹扫温度40℃、干燥剂Mg(ClO4)2、液氮捕集、沸水解吸2min。本方法对CH3Cl和CH3Br的检出限分别为2.7和0.3pmol/L,相对标准偏差分别1.9%和7.1%,回收率分别为89%~97%和75%~85%。对海水样品保存方法的可靠性和准确性进行了现场研究,结果表明:在24h内样品浓度没有明显变化,在现场调查过程中,一般6h内可测定完毕,因此本方法可以得到准确结果。同时应用本方法对胶州湾表层海水样品中的CH3Cl和CH3Br进行了测定,其浓度范围分别为130~346pmol/L和3.90~20.7pmol/L,和文献报道的其它沿岸水体中的浓度一致,表明本方法能够满足海水中CH3Cl和CH3Br浓度测定的要求。

1引言氯甲烷(CH3Cl)和溴甲烷(CH3Br)是大气中重要的痕量温室气体,同时也是全球大气中Cl和Br自由基的主要载体。二者在大气中发生光化学反应,产生Cl和Br自由基,催化破坏臭氧层,并参与其它的大气反应[1~3]。CH3Cl和CH3Br广泛存在于海水中,在自然条件下容易通过海气界面进入大气。海洋释放或吸收CH3Cl和CH3Br的通量直接影响到大气中这两种气体的源汇平衡预算[4,5]。正是由于CH3Cl和CH3Br对大气化学、全球变暖等方面的重要作用,关于CH3Cl和CH3Br在大气和海洋等环境中的研究已受到广泛关注[6,7]。

由于海水中CH3Cl和CH3Br的浓度较低,不易直接检测。因此,用气相色谱法分析测定之前通常需要预富集。其方法主要有:顶空法、固相微萃取法、液液萃取法和吹扫捕集法[8]。本研究建立了海水中CH3Cl和CH3Br的吹扫捕集气相色谱分析方法。本方法准确度高、重现性好、检出限低,且受水样基体干扰小。本方法成功测定了胶州湾海水中CH3Cl和CH3Br的浓度。

2实验部分2.1仪器与试剂GC-2010H气相色谱仪(滕州鸿翔分析仪器公司),配μECD检测器,Rtx624弹性石英毛细管柱(60m×0.32mm,1.8μm);吹扫捕集装置(实验室自行设计),内设捕集管长为1m,内径1/16的不锈钢管。

CH3Cl和CH3Br标准气体(CH3Cl/N2,4×10-8(V/V);CH3Br/N2,1×10-9(V/V),大连大特特种气体有限公司);Mg(ClO4)2(分析纯,天津广成化学试剂有限公司);CO2吸附剂(主要成分为NaOH,Merck试剂公司);高纯N2(>99.9995%,青岛天源气体有限公司)。

2.2样品采集海水样品用10L塑料桶或12LNiskin采水器采集,现场用硅胶管直接分装到100mL玻璃注射器中。硅胶管要求粗细适中,且半透明,以便观察管中是否存在气泡。首先用少量海水冲洗注射器3遍,然后让海水沿注射器针柄快速注入注射器,注入过程中尽量避免产生气泡和较大的涡流。当注射器中的海水为100mL时,用三通密封注射器,现场水样需在6h内测定。

3结果与讨论3.1色谱分离条件的确定色谱柱分离技术是气相色谱分析最主要的环节,柱温、载气流速明显影响分离效果。因此,本实验采用Rtx624弹性石英毛细管柱(60m×0.32mm,1.8μm),载气:高纯N2,分流进样的分流比:10∶1和进样口温度:110℃的条件下经过多次实验,得出了最佳程序升温条件为45℃,停留10min,然后以15℃/min升温至200℃,停留5min;载气流速为2.1mL/min;尾吹气流量为15mL/min;检测器温度275℃。

3.2吹扫捕集条件的确定由于CH3Cl和CH3Br在海水中的浓度很低(pmol/L),所以色谱分析前必须对其进行富集。吹扫捕集装置中的吹扫室(玻璃气提室)分别设计了3种不同孔径的砂芯(3#、4#和5#)。经实验发现,3#和5#砂芯孔径过小或过大,4﹟砂芯对于气体的分散性最好,因而选择4﹟砂芯吹扫室进行吹扫气流速和时间的实验。吹扫气流速的大小不仅会影响气体的捕集效果,而且会影响样品分析时间的长短:流速太小,会导致测定时间过长,流速太大,则不利于CH3Cl和CH3Br在捕集管上的吸附。在进样100mLCH3Cl和CH3Br标准气体,40℃为吹扫温度,吹扫15min,沸水浴中加热解吸2min的条件下,吹扫气流速对测定结果的影响见图1。结果表明,吹扫气流速在达到40mL/min时,CH3Cl和CH3Br基本能完全吸附在捕集管中。由于适当大的流速可以缩短测定时间,因此海洋现场分析时选择的吹扫气流速为50mL/min。以该流速在上述相同的进样量和吹扫温度及解吸条件下,测定了不同吹扫时间对测定结果的影响(图2),结果表明海水中CH3Cl和CH3Br在吹扫12min可以达到满意的结果。

解吸时间长短和解吸温度高低也直接影响测定结果。时间过短,待测物质解吸不充分,测定值偏低,且残留会影响下一次样品的测定;解吸时间过长,会延长测定时间,不适于海洋现场的测定。解吸温度过低,可能解吸不完全;解吸温度过高,高沸点的杂质进入色谱柱,影响色谱分离效果。鉴于CH3Cl和CH3Br的沸点分别为-24℃和4℃,因而选择在沸水中加热解吸。以上述确定的吹扫气流速和时间,在相同的进样量和吹扫温度的条件下,考察0.5~10min的解吸时间对测定结果的影响(见图3)。结果表明,在沸水浴中加热2min,富集的CH3Cl和CH3Br便可以全部解吸。图3加热解吸时间对分析结果的影响。

Fig.3Effectofdesorptiontimeonanalyticalresult对于吹扫温度、捕集温度、捕集管中吸附材料和干燥剂等因素的选择,考虑了CH3Cl和CH3Br的物理性质并参照文献[9],本研究选取40℃为吹扫温度,液氮作为捕集冷冻剂(约-150℃);空不锈钢管会比填有吸附剂的吸附管的吸附效率低,但是通过实验验证,空不锈钢管的残留比填有吸附剂的吸附管大大减小,且峰型较好,对样品的连续测定影响较小,因而选择无填充吸附材料的空不锈钢管作为捕集管。在吹扫气进入捕集管之前要进行干燥,防止水气如果进入捕集管后结冰会堵塞捕集管,也避免水分进入色谱仪损坏色谱柱,同时也避免在ECD检测器中产生拖尾色谱峰,影响下一次样品的分析。本实验采用Mg(ClO4)2干燥剂,去除水分的影响。在测定过程中,CO2和H2S的存在也会影响测定[9],因此在气路中增加CO2吸附剂(NaOH)除去微量CO2和H2S。

3.3工作曲线用玻璃注射器分别取0,1,2,5,10和15mLCH3Cl标准气体和0,2,5,10,20和30mLCH3Br标准气体,注射到存有无CH3Cl和CH3Br空白海水的吹扫室中,进行上述分析操作,以CH3Cl和CH3Br的峰面积对气体的物质的量作工作曲线。结果表明,峰面积(y)与气体的物质的量(x)呈良好的线性关系。CH3Cl和CH3Br的工作曲线分别为y=2.561x 4.889,r2=0.998;y=16.656x 4.530,r2=0.995。对于海水样品,CH3Cl和CH3Br的浓度均在此范围内,用标准曲线和样品中CH3Cl和CH3Br的峰面积计算所测海水中CH3Cl和CH3Br的物质的量,再进一步转化为浓度。

3.4检出限、精密度和回收率将吹扫捕集的检出限(LOD)定义为7次空白值测定结果的3倍标准偏差所对应的气体绝对量相当于100mL海水中的浓度。按此定义,本研究中CH3Cl和CH3Br的检出限分别为2.7和0.3pmol/L。在优化的条件下,对青岛近海(石老人)海水样品进行了5次平行测定,CH3Cl和CH3Br的平均浓度分别为98.1和3.8pmol/L;相对标准偏差分别为1.9%和7.1%。检出限和精密度与文献[10]基本相当。

以海水为本底溶液做回收率实验,加入已知量的标准样品,重复测定5次。本方法测定CH3Cl和CH3Br的回收率分别在89%~97%和75%~85%之间。

3.5样品保存实验海水中的CH3Cl和CH3Br既可以现场产生,也可以通过海气交换、生物和化学降解等过程去除。样品采集后若不立即测定,则可能影响测定结果的准确性。实验中按照2.2节的样品采集方法,样品一般在6h内完成测定,本方法可以得到准确结果。取现场表层海水密封,避光保存。分别在取样后0,3,6,12,24和48h各测定2个样品,结果表明:在24h之内,CH3Cl和CH3Br的浓度基本不变。图42007年6月3日胶州湾调查站位图。

Fig.4LocationandsamplingstationsinJiaozhouBayonJune3,2007在海洋现场调查中,样品一般在6h内完成测定,因此本方法可以得到准确结果。

3.6胶州湾表层海水中氯甲烷和溴甲烷的浓度分布于2007年6月3日应用本方法对胶州湾表层海水中CH3Cl和CH3Br的浓度进行了测定。本航次共设19个站位,其中湾内16个站位,湾外3个站位,具体见图4。各站位浓度见表1。由表1可以看出,表层海水中CH3Cl和CH3Br的浓度分别为130~346pmol/L和3.90~20.7pmol/L,平均值分别为250和11.0pmol/L。CH3Cl和CH3Br的浓度分别与文献报道东太平洋(CH3Cl,125~828pmol/L;CH3Br,5.3~38.9pmol/L)[11]和西北大西洋(69~455pmol/L)[12]的浓度范围一致。表1胶州湾表层海水中CH3Cl和CH3Br的浓度。

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