CN107255694B - 一种基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法 - Google Patents

一种基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法 Download PDF

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Abstract

一种基于高效液相色谱(HPLC)的水体中水溶性有机物(DOM)提供电子能力(EDC)测定方法，其步骤为：1)水体样品预处理；2)氧化剂ABTS·+制备；3)HPLC运行参数设置；4)标准曲线制备及测定；5)样品测定。本发明操作便捷、测试稳定，对探究水体中DOM氧化还原性质和地球化学行为具有重要意义。

Description

一种基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测 定方法
技术领域
本发明属于水体污染修复技术领域，特别涉及一种基于高效液相色谱(HPLC)的水体水溶性有机物(DOM)提供电子能力(EDC)测定方法。
背景技术
水体中含有DOM，其中的腐殖酸类组分具有氧化还原特性，对污染物具有吸附解吸、氧化或还原作用，影响污染物在水体中的迁移转化，对水体污染修复产生重要影响。提供电子能力(EDC)是反映DOM氧化还原性质的重要指标，快速、准确的测定水体中DOM的EDC对水体污染防控和修复具有重要意义。
当前对于DOM的EDC测定方法主要包括化学法、微生物法和电化学法，其中化学法由于电子供、受体选取的不同导致EDC测定值存在一定差异，对比性不强。微生物法同样受微生物类型影响，此外，该方法测定步骤较为繁琐，无法快速测定水体中DOM的EDC。
电化学方法具有测定方便快速、测定结果客观准确且对比性强等优点，被广泛应用于提取态DOM的EDC测定。但该方法同样存在一个较大的弊端即要求测定样品的水溶性有机碳(DOC)浓度大于20mg/L，通常要求在50～100mg/L，而该值远高于实际环境中DOM的DOC浓度。因此，在此前的电化学测定中，需要将水体样品的DOM进行富集后再测定。但是水体中DOC浓度通常低于20mg/L，传统的电化学方法无法有效测定水体中DOM的EDC，这严重限制了水体DOM氧化还原特性识别及水体污染修复技术创新。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法，借助敏感性更强和测量精度更高的仪器设备，结合氧化还原反应机理和电化学方法优势，可以快速、有效地测定天然水体中DOM的EDC。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法，其主要步骤为：
1)水体样品预处理：将采集的水体样品过0.45μm滤膜，滤液注入棕色液相样品瓶，将样品瓶装入样品盘，上机待测；
2)采用电化学氧化方法制备氧化剂2,2-双(3-乙基-苯并噻唑啉)(ABTS·+)；
3)高效液相色谱流动相装配及参数设置：流动相A为氧化剂ABTS·+，流动相B为0.2M pH＝7的磷酸盐缓冲液，流动相体积配比A:B＝1:4～5，进样量为60～120μL，且每个样品测定1～3次，流动相流速为0.1～0.5mL/min，每个样品每次测定时间为1h，色谱柱被替换为10～20m导液管(Peek管)并反复缠绕于柱温箱中，其中导液管与高效液相色谱原机导液管规格一致(以保证流速稳定)，导液管折叠缠绕于柱温箱(保证控温)，检测器选用紫外VWD或DAD检测器，检测波长为728nm；
4)标准曲线制备及测定：选取水溶性维生素E(Trolox)为标准物，分别测定1、2、3、4和5mol/L浓度下Trolox的提供电子能力(EDC)，并绘制标准曲线，Trolox的EDC为2.05mole-molTrolox -1；
5)样品测定：编辑样品表，其中第1和2，倒数第1和2号样品均为超纯水，运行程序，测定样品并借助标准曲线计算样品EDC。
所述步骤2)中，电化学氧化依托三电极体系进行，ABTS溶于pH＝4的醋酸钠和KCl混合溶液中，ABTS浓度为0.5～1mM，醋酸钠浓度为1mM，KCl浓度为100mM，选用玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，选取0.05～0.2M pH＝7～8的磷酸盐缓冲液作为反应体系缓冲液，0.1M KCl为支撑电解质，电解池选用100mL玻璃电解池，阴极电势控制为+0.7～0.9V，反应过程中借助磁力转子和磁力搅拌器混匀反应液，同时监控反应体系i-t曲线，当i-t曲线运行平稳后再运行1h(总计约为4h)。
所述磷酸盐缓冲液中，磷酸盐为Na2HPO4和/或NaH2PO4。
所述借助标准曲线方法计算水体样品EDC，主要通过计算样品在728nm处吸光度体积分值并依据标准曲线方程计算样品EDC。
所述步骤3)中，以带有VWD/DAD检测器的高效液相色谱仪为测试装置，装配的模块包括：流动相、二元泵、六通阀、进样器、柱温箱、检测器、废液瓶以及操作工作站等。
所述步骤5)中，跟据样品名称、样品瓶位置、进样次数和测定参数编辑样品表，并按照样品表中的信息，开启样品测定即运行样品表，依据样品紫外特征吸收峰面积计算水体有机质EDC。主要的原理是流动相按设定的体积配比和流速在二元泵的作用下依次流过六通阀、柱温箱、peek管和检测器，最后流入废液瓶。待测样品则借助进样器注入到已经稳定流动的流动相体系中，水体中有机质将与流动相中的氧化剂ABTS·+发生氧化还原反应，使流动相中产生ABTS，导致体系吸光度发生变化，进而计算出水体样品EDC。
本发明测试对象为水体中水溶性有机物，即水体样品过0.45μm滤膜后所得的滤液，浓度范围在0.5～30mg/L，测试指标为水体中水溶性有机物提供电子能力(EDC)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以实现低DOC浓度水体EDC的测定，可以有效的测定天然水体中DOM的EDC，可为水体中DOM氧化还原行为研究提供重要监测手段。
本发明操作便捷、测定灵敏、误差较低，同时测定过程全自动进样，可高效稳定的保障水体样品测定。
附图说明
图1是基于HPLC的测定水体中DOM EDC的装置模式图。
图2是基于本发明所测定的水溶性维生素E(Trolox)标准曲线图(图2a)和水体样品DOM的EDC(图2b)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明的一种基于高效液相色谱(HPLC)的水体中DOM的EDC测定方法，主要步骤为：
1)水体样品预处理：将采集的水体样品过0.45μm滤膜，滤液注入棕色液相样品瓶，控制样品量在1mL，将样品瓶装入样品盘，上机待测。
2)氧化剂ABTS·+制备：采用电化学氧化方法制备氧化剂ABTS·+。电化学氧化依托三电极体系进行，其中控制ABTS浓度为0.5～1mM(溶于pH＝4包含1mM醋酸钠和0.1M KCl的溶液中)，选用玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，选取0.2M磷酸盐缓冲液(pH＝7)作为反应体系缓冲液，0.1M KCl为支撑电解质，电解池选用100ml玻璃电解池，工作电极电势控制为+0.7～0.9V，反应过程中借助磁力转子和磁力搅拌器混匀反应液，同时监控反应体系i-t曲线，当i-t曲线运行平稳后再运行1h(约为4h)。
3)高效液相色谱流动相装配及参数设置：流动相A为氧化剂ABTS·+(pH＝4包含1mM醋酸钠和0.1M KCl)，流动相B为0.2M磷酸盐缓冲液(pH＝7)，流动相体积配比A:B＝1:5，进样量为60～120μL，流速为0.1～0.5mL/min，测定时间为1h，色谱柱被替换为10～20mPeek管并反复缠绕于柱温箱中，检测器选用VWD/DVD检测器，检测波长为728nm。
4)标准曲线制备及测定：选取水溶性维生素E(Trolox)为标准物，分别测定1、2、3、4和5mol/L浓度下Trolox的提供电子能力(EDC)，并绘制标准曲线(Trolox的EDC为2.05mole -molTrolox –1)。
5)样品测定：编辑样品表，其中第1和2，倒数第1和2号样品均为超纯水，运行程序，测定样品并借助标准曲线计算样品EDC。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
选取水溶性维生素E(Trolox)作为标准物质制作标准曲线，同时测定天然水体中DOM的EDC。
水体样品预处理：将水体样品过0.45μm滤膜，滤液注入到棕色样品小瓶中，控制样品体积为1mL。
试剂配制：
①2mM醋酸钠和0.2M KCl各500mL；
②配制pH＝4，1mM醋酸钠和0.1M KCl溶液500mL；
③配制0.75mM ABTS溶液(溶于pH＝4，1mM醋酸钠和0.1M KCl溶液)500mL；
④配制0.2M磷酸盐缓冲液(pH＝7，500mL)；
⑤配制Trolox标准曲线，浓度依次为1、2、3、4和5mol/L。
氧化剂ABTS·+制备：采用电化学方法制备ABTS·+氧化剂，选取三电极体系，其中选取玻璃碳电极作为工作电极，选取Ag/AgCl为参比电极，选取铂丝作为对电极。工作电极电势设为0.8V，时间设为无限制，电解池选取100mL电解池，反应体系运行4h后收集ABTS·+氧化剂。
测定体系模块搭建：如图1所示，测定依托安捷伦1100高效液相色谱仪进行，该仪器包含两个流动相A和B、二元泵、六通阀、进样器、柱温箱和VWD检测器。更换仪器中的C18柱为15m长安捷伦液相peek管，联通模块，启动运行体系。
仪器参数设定：氧化剂ABTS·+设为流动相A，0.2M磷酸盐缓冲液(pH＝7)设为流动相B，流动相体积配比A:B＝1:5，进样量为100μL，流速为0.1mL/min，测定时间为1h，VWD检测波长为728nm。
样品编号：第1、2号为超纯水，第3～7号样依次为1～5mol/L Trolox标曲样品，7～10号为水体DOM样品，11和12号为超纯水样品。
结果及说明
如图2所示，图2a为Trolox标准曲线，R2＝0.99，图2b为两个水体样品DOM测定值，图2结果证明本发明可以准确、便捷的测定水体中DOM的EDC。

Claims (4)

1.一种基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法，其主要步骤为：
1)水体样品预处理：将采集的水体样品过0.45μm滤膜，滤液注入棕色液相样品瓶，将样品瓶装入样品盘，上机待测；
2)采用电化学氧化方法制备氧化剂ABTS·+，电化学氧化依托三电极体系进行，ABTS溶于pH＝4的醋酸钠和KCl混合溶液中，ABTS浓度为0.5～1mM，醋酸钠浓度为1mM，KCl浓度为100mM，选用玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，选取0.05～0.2M pH＝7～8的磷酸盐缓冲液作为反应体系缓冲液，0.1M KCl为支撑电解质，电解池选用100mL玻璃电解池，阴极电势控制为+0.7～0.9V，反应过程中借助磁力转子和磁力搅拌器混匀反应液，同时监控反应体系i-t曲线，当i-t曲线运行平稳后再运行1h；
3)以带有VWD/DAD检测器的高效液相色谱仪为测试装置；装配的模块包括：流动相、二元泵、六通阀、进样器、柱温箱、检测器、废液瓶以及操作工作站，进行高效液相色谱流动相装配及参数设置：流动相A为氧化剂ABTS·+，流动相B为0.05～0.2M pH＝7～8的磷酸盐缓冲液，流动相体积配比A:B＝1:4～5，进样量为60～120μL，且每个样品测定1～3次，流动相流速为0.1～0.5mL/min，每个样品每次测定时间为1h，色谱柱被替换为10～20m Peek管并反复缠绕于柱温箱中，检测器选用紫外VWD或DAD检测器，检测波长为728nm；
4)标准曲线制备及测定：选取水溶性维生素E(Trolox)为标准物，分别测定1、2、3、4和5mol/L浓度下Trolox的提供电子能力(EDC)，并绘制标准曲线，Trolox的EDC为2.05mole-molTrolox -1；
5)样品测定：编辑样品表，其中第1和2，倒数第1和2号样品均为超纯水，运行程序，测定样品并借助标准曲线计算样品EDC。
2.根据权利要求1所述基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法，其特征在于，所述磷酸盐缓冲液中，磷酸盐为Na2HPO4和/或NaH2PO4。
3.根据权利要求1所述基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法，其特征在于，所述借助标准曲线方法计算水体样品EDC，主要通过计算样品在728nm处吸光度体积分值并依据标准曲线方程计算样品EDC。
4.根据权利要求1所述基于高效液相色谱的水体水溶性有机物提供电子能力测定方法，其特征在于，所述步骤5)中，根据样品名称、样品瓶位置、进样次数和测定参数编辑样品表，并按照样品表中的信息，开启样品测定即运行样品表，依据样品紫外特征吸收峰面积计算水体有机质EDC；主要的原理是流动相按设定的体积配比和流速在二元泵的作用下依次流过六通阀、柱温箱、peek管和检测器，最后流入废液瓶；待测样品则借助进样器注入到已经稳定流动的流动相体系中，水体中有机质将与流动相中的氧化剂ABTS·+发生氧化还原反应，使流动相中产生ABTS，导致体系吸光度发生变化，通过计算紫外吸光度积分面积，定量水体样品EDC。
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