CN102175787A

CN102175787A - 采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法

Info

Publication number: CN102175787A
Application number: CN2010105970237A
Authority: CN
Inventors: 郭瑾; 彭永臻; 盛丰; 王保贵
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明涉及一种采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量分布的方法，属于环境监测分析技术领域。该方法选取聚苯乙烯磺酸钠盐作为标准样品，采用高效液相色谱仪，高压液相色谱泵，蛋白分析柱，双波长紫外检测器、多波长荧光检测器、有机碳在线分析仪，以磷酸盐缓冲溶液作为流动相流速0.7mL/min，柱温为室温的色谱条件，对标准样品溶液逐一进行分析，制作出标准曲线，并确定标准曲线方程。实际样品经滤膜过滤处理，待体系稳定后，在色谱条件下进行分析测定，得到水中溶解态有机物的相对分子量分布。本发明便于操作、重复性好，可为水中溶解态有机物的特性表征提供依据，并为选取相应的去除方法提供参考。

Description

采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法

技术领域

本发明属于环境监测分析技术领域，涉及一种采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量分布的方法。可用于水中溶解态有机物相对分子量分布的分析，为溶解态有机物的特性表征提供依据，并为选取相应的去除方法提供参考。

背景技术

普遍存在于水环境中的有机物可分为非溶解态有机碳(particle organic carbon，POC)和溶解态有机碳(dissolved organic carbon，DOC)，其中，溶解态有机碳相对难以去除，其含量是衡量水体污染程度的重要指标。直至目前，水环境中溶解态的有机污染物已多达几百万种以上，且难以对其进行区分与定量，在工程实际中常采用一些有机物污染综合指标来表述，包括：溶解氧、耗氧量、化学需氧量、生物化学需氧量、总有机碳含量、总需氧量等，表述结果较为笼统。

相对分子量分布是衡量水中溶解态有机物性质的一个重要指标，它不仅能够表征具有不同相对分子量的溶解态有机物在水溶液中的存在情况，而且与溶解态有机物去除方法的选取有关，有助于进行去除方法的优化选择。相对分子量分布测定常用的方法包括：1)超滤膜技术；2)排阻色谱技术。目前，国内对于水中溶解态有机物相对分子量分布的分析，多采用超滤膜技术开展，该方法采用一系列能够截留不同分子量的超滤膜进行水样过滤，通过测定滤过水样的总有机碳含量，得到水中有机物的分子量区间分布。操作相对复杂，且超滤膜价格昂贵，易发生污染，使用污染后的超滤膜进行分析，对分析结果产生较大影响。排阻色谱技术方便、直接，样品分析快速，常用于高分子材料聚合物的分析，该技术对于水中未知溶解态有机物的分析存在以下问题：1)水中溶解态有机物的构成十分复杂，单一的检测器对于某些未知溶解态有机物的检测存在一定缺陷；2)被分析样品与色谱柱之间的相互作用，可能导致测定结果偏离真实值。直至目前，采用排阻色谱进行水中溶解态有机物分子量分布测定，尤其是水中未知溶解态有机物的分子量分布测定，国内尚缺乏行之有效的分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量分布的方法。

本发明用排阻色谱分析水中溶解态有机物的相对分子量分布，包括以下步骤：

1、标准样品溶液的配制

分别选取Mp＝210，1400，4300，13000，32000Da的聚苯乙烯磺酸钠盐(Sodium PolystyreneSulfonates，PSS)作为标准样品，用超纯水溶解至浓度为0.5～1mg/mL；

2、标准曲线的制作

采用高效液相色谱仪，高压液相色谱泵，蛋白分析柱：柱长300mm、内径7.8mm，双波长紫外检测器(波长设定值分别为254nm和280nm)、多波长荧光检测器(激发波长/Ex和发射波长/Em分别设定为278nm和353nm)、有机碳在线分析仪，流动相为pH6.8的磷酸盐缓冲溶液(0.0024mol/L NaH₂PO₄+0.0016mol/L Na₂HPO₄+0.025mol/L Na₂SO₄)，流动相的总离子强度控制在0.1mol/L，流速0.7mL/min，柱温为室温，对标准样品溶液逐一进行分析，制作出标准曲线，确定标准曲线方程。其中双波长紫外检测器、多波长荧光检测器、有机碳在线分析仪采用串联方式，从三个角度分别表征水中溶解态有机物的分子量分布特征。

3、实际样品相对分子量分布的分析

实际样品经孔径为0.45μm的醋酸纤维滤膜过滤处理，待色谱体系稳定后，在色谱条件下直接进行分析测定，分析得到以保留时间为横坐标的色谱图，利用获得的标准曲线，将横坐标由保留时间转换为log重均分子量，进而得到水中溶解态有机物的相对分子量分布。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量分布的方法，其特征在于：检测器采用双波长紫外检测器、多波长荧光检测器、有机碳在线分析仪的串联方式，从三个角度分别表征水中溶解态有机物的分子量分布特征；

2、通过调整流动相的pH值以及离子强度，避免了样品与色谱柱之间的相互作用，最大程度上保证了测定结果的真实性。

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量分布的检测系统原理图；

图中，1-流动相储液瓶、2-高压液相色谱泵、3-手动进样器、4-蛋白分析柱及预柱、5-双波长紫外检测器、6-多波长荧光检测器、7-有机碳在线分析仪、8-废液瓶。

图2为本发明排阻色谱分析水中溶解态有机物的标准曲线；

图3为具体实施例中天然地表水中提取的天然有机物(NOM)相对分子量分布图；

图4为具体实施例中污水处理二级出水(EfOM)相对分子量分布图；

图5为具体实施例中垃圾渗滤液经生物处理后的溶解态有机物相对分子量分布图。

具体实施方式

1、标准样品溶液的配制

根据水中溶解态有机物易溶于水这一特点，分别选取Mp＝210，1400，4300，13000，32000Da的聚苯乙烯磺酸钠盐(Sodium Polystyrene Sulfonates，PSS)作为标准样品，采用电阻率为18.2MΩ·cm的MilliQ超纯水将其溶解至浓度为0.5～1mg/mL；

2、色谱分析条件的选择

(1)色谱分析条件：

色谱柱：蛋白分析柱(Protein-pak 125，Waters)：柱长300mm、内径7.8mm；蛋白分析柱保护柱：SentryTM Guard Column(Waters)；

流动相：pH＝6.8的磷酸盐缓冲溶液，采用电阻率为18.2MΩ·cm的MilliQ超纯水配置，包括0.0024mol/L NaH₂PO₄、0.0016mol/L Na₂HPO₄和0.025mol/L Na₂SO₄，总离子强度控制在0.1mol/L；

柱温：室温；

流速：0.7mL/min。

(2)所用仪器设备

Waters高效液相色谱仪，双波长紫外检测器(波长设定值分别为254nm和280nm)、多波长荧光检测器(激发波长/Ex和发射波长/Em分别设定为278nm和353nm)、有机碳在线分析仪(Sievers 900On-Line)；Breeze色谱工作站；

(3)原材料规格

聚苯乙烯磺酸钠盐(Sodium Polystyrene Sulfonates，PSS)标准物质：Fluka公司；

NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₂SO₄：一级纯试剂；

3、标准曲线的制作

待色谱检测体系稳定后，采用上述色谱条件，利用Waters高效液相色谱仪，双波长紫外检测器、多波长荧光检测器、有机碳在线分析仪串联，蛋白分析柱(柱长300mm、内径7.8mm)，总离子强度为0.1mol/L、pH为6.8的磷酸盐缓冲溶液作为流动相，流速0.7mL/min、柱温为室温，对上述配置的标准样品溶液逐一进行分析。以洗脱体积为横坐标，重均分子量的对数函数为纵坐标，制作标准曲线，得到线性方程和线性相关系数。

标准曲线见附图2，横坐标是洗脱体积(保留时间/min×流动相流速/mL·min^-1)，纵坐标是log重均分子量；测定的线性相关系数为0.9758。

标准曲线方程为：

logMW＝6.39-0.306V

其中MW-重均分子量；V-洗脱体积。

4、样品相对分子量分布的分析

实际样品经孔径为0.45μm的醋酸纤维滤膜过滤处理，待色谱体系稳定后，在色谱条件下直接进行分析测定。分析得到以保留时间为横坐标，以紫外吸收强度、荧光吸收强度、有机碳含量为纵坐标的色谱图。利用获得的标准曲线对横坐标轴进行转换，将横坐标由保留时间转换为log重均分子量，从而得到水中溶解态有机物的相对分子量分布图。

5、样品相对分子量分布的分析实例

(1)天然地表水中提取的天然有机物(NOM)相对分子量分布

天然有机物(NOM)样品的色谱图如图3所示。其中横坐标为log重均分子量，纵坐标为相应值。由图3可以看出，呈现单一模态的分子量分布，分子量分布范围集中在500Da～5000Da的范围内。

(2)污水处理二级出水(EfOM)相对分子量分布

污水二级出水有机物(EfOM)样品的色谱图如图4所示。其中横坐标为log重均分子量，纵坐标为相应值。由图4可以看出，分子量分布-紫外色谱图表现为较宽的单一模态分布，在500～3000Da范围内存在一些次峰；分子量＜500Da和分子量＞10000Da处的紫外吸收强度较弱，分别代表了低分子量有机物以及微生物代谢产物的存在。分子量分布-荧光色谱图表现为明显的双模态分布，包括一部分较宽分布范围的小分子物质(100Da～2000Da)和一部分大分子物质(＞10000Da)。

(3)垃圾渗滤液经生物处理后的溶解态有机物相对分子量分布

垃圾渗滤液溶解态有机物样品的色谱图如图5所示。其中横坐标为log重均分子量，纵坐标为相应值。由图5可以看出，呈现双模态的分子量分布分布，分子量分布范围集中在1000Da～10000Da以及＞10000Da的范围。

Claims

1.一种采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)标准样品溶液的配制

分别选取Mp＝210，1400，4300，13000，32000Da的聚苯乙烯磺酸钠盐作为标准样品，用超纯水溶解至浓度为0.5～1mg/mL；

2)标准曲线的制作

采用高效液相色谱仪，高压液相色谱泵(2)，蛋白分析柱(4)，双波长紫外检测器(5)、多波长荧光检测器(6)、有机碳在线分析仪(7)，流动相为pH＝6.8的磷酸盐缓冲溶液，流动相的总离子强度控制在0.1mol/L，流速0.7mL/min，柱温为室温的色谱条件，对步骤1)所述的标准样品溶液逐一进行分析，制作出标准曲线，确定标准曲线方程；

3)实际样品相对分子量分布的分析

实际样品经滤膜过滤处理，待体系稳定后，在色谱条件下直接进行分析测定，分析得到以保留时间为横坐标的色谱图，利用步骤2)中获得的标准曲线，将横坐标由保留时间转换为log重均分子量，进而得到水中溶解态有机物的相对分子量分布。

2.根据权利要求1所述的采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法，其特征在于：双波长紫外检测器(5)、多波长荧光检测器(6)、有机碳在线分析仪(7)采用串联方式，从三个角度分别表征水中溶解态有机物的分子量分布特征。

3.根据权利要求1或2所述的采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法，其特征在于双波长紫外检测器(5)的波长设定值为254nm和280nm，多波长荧光检测器(6)激发波长和发射波长分别设定为278nm和353nm。

4.根据权利要求1所述的采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法，其特征在于步骤2)中所使用的磷酸盐缓冲溶液由0.0024mol/L NaH₂PO₄、0.0016mol/L Na₂HPO₄和0.025mol/L Na₂SO₄构成。

5.根据权利要求1所述的采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法，其特征在于在步骤3)中对实际样品进行过滤所采用的是孔径为0.45μm的醋酸纤维滤膜。

6.根据权利要求1所述的采用排阻色谱分析水中溶解态有机物相对分子量的方法，其特征在于步骤2)中所述的蛋白分析柱(4)的柱长为300mm、内径为7.8mm。