CN107561180A - 一种基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法 - Google Patents

一种基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，包括：将水样通过反渗透处理浓缩富集；富集后的浓水采用吹扫捕集技术收集易挥发性有机物；采用气相色谱质谱技术对收集的挥发性有机物进行检测，以化合物保留时间和选择离子定性，以所测化合物峰面积定量，由标准曲线得到样品中待测物的浓度。本发明的检测方法无需使用有机溶剂，可以有效的提高水中挥发性有机物的富集倍数，减少了挥发性有机物在富集过程中的损失，降低挥发性有机物检出限。该方法准确度、精密度、检出限和实际水样加标回收率满足痕量分析的要求。

Description

一种基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法
技术领域
本发明属于分析检测领域，涉及一种应对水中挥发性有机物的检测技术，主要用于水中挥发性有机物的检测。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)是水环境和饮用水安全保障领域关注度较高的一类物质，包括芳香烃、脂肪烃、卤代烃等，主要来源于生活污水、农业污水、固体废物、石油化工及水厂消毒工艺过程等。这类物质化学性质稳定，不易分解，具有强的致癌性、致畸变以及生殖系统毒害性。此类化合物水溶性较低，易于通过饮水、呼吸、接触等多种途径进入人体，对人体及生物环境带来巨大的潜在健康威胁。
由于VOCs种类多，物理化学性质差异大，在水中的存在水平较低(μg/L或ng/L)，因此需要建立有效的前处理富集技术和分析检测方法。目前，水中VOCs的检测方法主要有气相色谱法和气相色谱质谱法。前处理方法主要有静态顶空法、吹扫捕集法、固相微萃取法。这些前处理方法普遍无富集倍数或富集倍数低，难以对水中痕量的挥发性有机物做有效富集，也很难降低挥发性有机物的检出限。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种水中挥发性有机物的反渗透-吹扫捕集气质联用检测方法，无需使用有机溶剂、水样浓缩倍数高，富集效率高，能有效减少痕量挥发性有机物的损失，提高痕量挥发性有机物的检出率。
本发明所采用的技术方案为：采用反渗透—吹扫捕集—气相色谱质谱联用技术检测水中挥发性有机物，包括以下步骤：
(1)将水样通过反渗透处理浓缩富集，计算水样富集倍数；
(2)富集后的浓水采用吹扫捕集技术收集易挥发性有机物；
(3)采用气相色谱质谱技术对收集的挥发性有机物进行检测，以化合物保留时间和选择离子定性，以所测化合物峰面积定量，由标准曲线得到样品中待测物的浓度。
上述方法中，所述的水中挥发性有机物为EPA方法502/524中所述的挥发性有机物。
上述方法中，步骤(1)所述的反渗透处理流程为：反渗透膜清洗—水样反渗透处理—反渗透浓水回收，步骤如下：
①反渗透膜清洗：将高纯水打入水箱，开启反渗透循环泵进行冲洗，冲洗完成后，将含有保护液及杂质的浓水排净；重复以上过程，至反渗透膜中的保护液及其他杂质清洗干净；
②水样反渗透处理：将水样打入水箱，开启反渗透循环泵，对水样浓缩富集；
③反渗透浓水回收：打开浓水阀将浓缩富集的浓水完全回收并用量筒定量，计算水样富集倍数。
步骤①中所述高纯水的电导率<1us/cm，每次反渗透膜清洗的时间为10min，重复清洗3-4次，循环流速6-15LPM；
步骤②中水样反渗透处理时取样体积为50-200L，水样浓缩富集时的循环流速为6-15LPM，水样浓缩富集后浓水回收体积为1-5L。
所述的反渗透膜为4021型反渗透膜，其膜直径为4.0英寸，膜长度21英寸，有效膜面积3.3m2。
上述方法中，步骤(2)所述的吹扫捕集方法步骤如下：
①反渗透浓水取样：取经反渗透处理浓缩富集的水样充满吹扫捕集自动进样瓶，进样瓶溢流后，旋紧瓶塞，瓶中不留气泡；
②样品测定：将充满水样的进样瓶置于自动机进样器中，仪器自动抽取水样检测。
所述吹扫的条件设置为：吹扫温度：25-40℃；吹扫时间：11-20min；吹扫流量：40-50ml/min；解析温度：230-250℃；解吸时间：1-3min；烘烤温度：280-300℃；烘烤时间：3-10min。
上述方法中，步骤(3)所述的气相色谱技术选用HP-5MS30×0.25mm×0.25μm毛细管色谱柱；气相色谱分析条件为：进样口温度：220℃；分流比：30:1；程序升温：初始柱温35℃，保持5min，以5℃/min升至80℃，以10℃/min升至220℃，保持2min。
上述方法中，步骤(3)所述质谱的分析条件为：电离方式：EI；电离电压：70eV；灯丝发射电流：35μA，离子源温度：230℃；检测方式为：全离子扫描或选择离子扫描。
反渗透技术是在高于溶液渗透压的作用下，依据大分子物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的孔径非常小，可以有效的截留水中的各种痕量有机物。因此，通过反渗透工艺可以有效的获得具有一定富集倍数的水质有机物浓缩液。通过将反渗透工艺与吹扫捕集气质法联用，可以有效的提高水中挥发性有机物的富集倍数，降低挥发性有机物检出限。目前，尚未见到采用反渗透与吹扫捕集气质联用技术检测水中挥发性有机物的报道。
本发明通过反渗透-吹扫捕集气质联用技术对水中挥发性有机物进行富集检测，有效的提高了水中痕量有机物的富集倍数，减少了挥发性有机物在富集过程中的损失，且不需要使用有机溶剂，是一种环境友好的检测技术，方法准确度、精密度、检出限和实际水样加标回收率满足痕量分析的要求。
具体实施方式
本实施例是在本发明技术方案为前提下实施的，对本发明技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
实验水质：实验室管网水水样，通过如下步骤对实验室管网水中挥发性有机物进行检测。
取20L高纯水，用水泵打入反渗透装置水箱中，开启水泵循环，循环流速6LPM，循环10min后打开浓水阀，放出含保护液及杂质的富集浓水。重复清洗4次，至反渗透膜清洗干净。
取100L实验室管网龙头水，打入反渗透水箱中，开启水样反渗透循环，循环流速8LPM。待反渗透水箱中剩余约3L水样时停止循环，由浓水阀放出富集后浓水，量筒定量，实际收集水样3.5L。用高纯水重复清洗反渗透膜步骤，以备下次实验用。
富集后浓水，取40ml于吹扫捕集进样瓶中，用吹扫捕集-气相色谱质谱富集检测，所用吹扫捕集设备为Takmar9800系列，配自动进样器。处理条件为：吹扫温度：25℃，吹扫流量：40ml/min，吹扫时间：11min，解析温度：245℃，解析时间：2min，烘烤时间：5min，烘烤温度：280℃。
所用气相色谱质谱仪为Agilent7000-7890A，色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)，分流进样，分流比：30:1，色谱柱流速：1min/L。气相色谱升温程序：初始柱温35℃，保持5min，以5℃/min升至80℃，以10℃/min升至220℃，保持2min。质谱分析条件：电离方式：EI；电离电压：70eV；灯丝发射电流：35μA，离子源温度：230℃；检测方式为：全离子扫描或选择离子扫描。
化合物定性定量方法：所述气相色谱质谱定性定量方法如下：以化合物保留时间和选择离子定性，以所测化合物峰面积定量，由标准曲线得到样品中待测物的浓度。定量计算公式如下：
ρ＝ρi/N
其中：ρ——样品中待测目标化合物i的质量浓度，mg/L；
ρi——标准曲线上查得样品中目标化合物i的质量浓度，mg/L；
N——样品的富集倍数。
实验结果表明：除去色谱柱柱流失物质色谱峰外，该管网水中并没有检测到挥发性有机物。
实施例2
实验水质：实验室管网水苯加标水样，加标浓度：0.002mg/L，加标水样平行测定3次。水样反渗透处理及检测步骤如下：
取20L高纯水，用水泵打入反渗透装置水箱中，开启水泵循环，循环流速6LPM，循环10min后打开浓水阀，放出含保护液及杂质的富集浓水。重复清洗4次，至反渗透膜清洗干净。
取100L实验室管网龙头水，水样加标后，打入反渗透水箱中，开启水样反渗透循环，循环流速8LPM。待反渗透水箱中剩余约3L水样时停止循环，由浓水阀放出富集后浓水，量筒定量，实际收集水样3.6L。用高纯水重复清洗反渗透膜步骤，以备下次实验用。
富集后浓水，取40ml于吹扫捕集进样瓶中，用吹扫捕集-气相色谱质谱富集检测，所用吹扫捕集设备为Takmar9800系列，配自动进样器。处理条件为：吹扫温度：25℃，吹扫流量：40ml/min，吹扫时间：11min，解析温度：245℃，解析时间：2min，烘烤时间：5min，烘烤温度：280℃。
所用气相色谱质谱仪为Agilent7000-7890A，色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)，分流进样，分流比：30:1，色谱柱流速：1min/L。气相色谱升温程序：初始柱温35℃，保持5min，以5℃/min升至80℃，以10℃/min升至220℃，保持2min。质谱分析条件：电离方式：EI；电离电压：70eV；灯丝发射电流：35μA，离子源温度：230℃；检测方式为：全离子扫描或选择离子扫描。
化合物定性定量方法：所述气相色谱质谱定性定量方法如下：以化合物保留时间和选择离子定性，以所测化合物峰面积定量，由标准曲线得到样品中待测物的浓度。定量计算公式如下：
ρ＝ρi/N
其中：ρ——样品中待测目标化合物i的质量浓度，mg/L；
ρi——标准曲线上查得样品中目标化合物i的质量浓度，mg/L；
N——样品的富集倍数。
实验结果(见表1)表明：经过反渗透处理，加标水样中苯的平均回收率90.2％。
表1.苯水样加标回收实验结果
实施例3
本发明的反渗透-吹扫捕集与传统的单一吹扫捕集处理四氯化碳水样实验对比，实验水质：实验室管网水四氯化碳加标水样，加标浓度：4×10-5mg/L，加标水样平行测定3次。
(一)本发明的反渗透-吹扫捕集方案水样处理及检测步骤如下：
取20L高纯水，用水泵打入反渗透装置水箱中，开启水泵循环，循环流速6LPM，循环10min后打开浓水阀，放出含保护液及杂质的富集浓水。重复清洗4次，至反渗透膜清洗干净。
取100L实验室管网龙头水，水样加标后，打入反渗透水箱中，开启水样反渗透循环，循环流速8LPM。待反渗透水箱中剩余约3L水样时停止循环，由浓水阀放出富集后浓水，量筒定量，实际收集水样3.3L。用高纯水重复清洗反渗透膜步骤，以备下次实验用。
富集后浓水，取40ml于吹扫捕集进样瓶中，用吹扫捕集-气相色谱质谱富集检测，所用吹扫捕集设备为Takmar9800系列，配自动进样器。处理条件为：吹扫温度：25℃，吹扫流量：40ml/min，吹扫时间：11min，解析温度：245℃，解析时间：2min，烘烤时间：5min，烘烤温度：280℃。
(二)单一吹扫捕集方案水样处理：
取40ml管网水加标四氯化碳水样于吹扫捕集进样瓶中，用吹扫捕集-气相色谱质谱富集检测，所用吹扫捕集设备为Takmar9800系列，配自动进样器。处理条件为：吹扫温度：25℃，吹扫流量：40ml/min，吹扫时间：11min，解析温度：245℃，解析时间：2min，烘烤时间：5min，烘烤温度：280℃。
(三)测定
所用气相色谱质谱仪为Agilent7000-7890A，色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)，分流进样，分流比：30:1，色谱柱流速：1min/L。气相色谱升温程序：初始柱温35℃，保持5min，以5℃/min升至80℃，以10℃/min升至220℃，保持2min。质谱分析条件：电离方式：EI；电离电压：70eV；灯丝发射电流：35μA，离子源温度：230℃；检测方式为：全离子扫描或选择离子扫描。
化合物定性定量方法：所述气相色谱质谱定性定量方法如下：以化合物保留时间和选择离子定性，以所测化合物峰面积定量，由标准曲线得到样品中待测物的浓度。定量计算公式如下：
ρ＝ρi/N
其中：ρ——样品中待测目标化合物i的质量浓度，mg/L；
ρi——标准曲线上查得样品中目标化合物i的质量浓度，mg/L；
N——样品的富集倍数。
实验结果(见表2)表明：本发明反渗透-吹扫捕集方案的水样富集倍数为30倍，四氯化碳的平均回收率为103％；传统的单一吹扫捕集方案水样无富集，其中四氯化碳浓度低于仪器最低检出限，四氯化碳未检出。
表2.反渗透-吹扫捕集与单一吹扫捕集方案检测水中四氯化碳
由实施例实验结果可知，本发明方法中基于反渗透的水中挥发性有机物前处理方法，不仅有效降低前处理过程中挥发性有机物的损失，还可以对目标污染物进行有效的富集。通过实际水样加标实验验证，该方法在准确度、精密度及灵敏度上适用于水中挥发性有机污染物的检测研究。

Claims (10)

1.一种基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，采用反渗透—吹扫捕集—气相色谱质谱联用技术检测水中挥发性有机物，包括以下步骤：
(1)将水样通过反渗透处理浓缩富集，计算水样富集倍数；
(2)富集后的浓水采用吹扫捕集技术收集易挥发性有机物；
(3)采用气相色谱质谱技术对收集的挥发性有机物进行检测，以化合物保留时间和选择离子定性，以所测化合物峰面积定量，由标准曲线得到样品中待测物的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述的水中挥发性有机物为EPA方法502/524中所述的挥发性有机物。
3.根据权利要求1所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，步骤(1)所述的反渗透处理流程为：反渗透膜清洗—水样反渗透处理—反渗透浓水回收，步骤如下：
①反渗透膜清洗：将高纯水打入水箱，开启反渗透循环泵进行冲洗，冲洗完成后，将含有保护液及杂质的浓水排净；重复以上过程，至反渗透膜中的保护液及其他杂质清洗干净；
②水样反渗透处理：将水样打入水箱，开启反渗透循环泵，对水样浓缩富集；
③反渗透浓水回收：打开浓水阀将浓缩富集的浓水完全回收并用量筒定量，计算水样富集倍数。
4.根据权利要求3所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，步骤①中所述高纯水的电导率<1us/cm，每次反渗透膜清洗的时间为10min，重复清洗3-4次，循环流速6-15LPM。
5.根据权利要求3所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，步骤②中水样反渗透处理时取样体积为50-200L，水样浓缩富集时的循环流速为6-15LPM，水样浓缩富集后浓水回收体积为1-5L。
6.根据权利要求3-5任一项所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述的反渗透膜为4021型反渗透膜，其膜直径为4.0英寸，膜长度21英寸，有效膜面积3.3m2。
7.根据权利要求1所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述的吹扫捕集方法步骤如下：
①反渗透浓水取样：取步骤(1)经反渗透处理浓缩富集的水样充满吹扫捕集自动进样瓶，进样瓶溢流后，旋紧瓶塞，瓶中不留气泡；
②样品测定：将充满水样的进样瓶置于自动机进样器中，仪器自动抽取水样检测。
8.根据权利要求7所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述吹扫的条件设置为：吹扫温度：25-40℃；吹扫时间：11-20min；吹扫流量：40-50ml/min；解析温度：230-250℃；解吸时间：1-3min；烘烤温度：280-300℃；烘烤时间：3-10min。
9.根据权利要求1所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，步骤(3)所述的气相色谱技术选用HP-5MS 30×0.25mm×0.25μm毛细管色谱柱；气相色谱分析条件为：进样口温度：220℃；分流比：30:1；程序升温：初始柱温35℃，保持5min，以5℃/min升至80℃，以10℃/min升至220℃，保持2min。
10.根据权利要求1或9所述的基于反渗透检测水中挥发性有机物的方法，其特征在于，步骤(3)所述质谱的分析条件为：电离方式：EI；电离电压：70eV；灯丝发射电流：35μA，离子源温度：230℃；检测方式为：全离子扫描或选择离子扫描。
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