Xác định BTEX trong chất thải rắn bằng sắc ký khí

Ô nhiễm chất thải rắn đã trở thành một thách thức lớn trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. BTEX (như benzen, toluen, etylbenzen, v.v.), là các chất ô nhiễm hữu cơ điển hình, gây ra những mối đe dọa đáng kể đối với môi trường sinh thái và sức khỏe con người do độc tính cao, khả năng di chuyển mạnh và nguy cơ gây ung thư tiềm ẩn. Các chất ô nhiễm này không chỉ bắt nguồn từ sản xuất công nghiệp và chất thải đô thị, mà còn có thể xâm nhập vào môi trường thông qua việc chôn lấp, tích tụ chất thải hoặc xử lý không đúng cách, từ đó làm ô nhiễm đất, nước ngầm và hệ sinh thái xung quanh. Do đó, việc phát hiện chính xác BTEX trong chất thải rắn là rất quan trọng.

Bài viết này tham khảo "Chất thải rắn — Xác định BTEX — Phương pháp sắc ký khí/không gian đầu" (HJ 975-2018) và sử dụng Máy sắc ký khí GC6100 của Wayeal được trang bị đầu dò FID và bộ lấy mẫu không gian đầu để phát hiện BTEX trong chất thải rắn.

Từ khóa: BTEX, Không gian đầu, Sắc ký khí, Đầu dò FID, Chất thải rắn.

1. Phương pháp thí nghiệm

1.1 Cấu hình thiết bị

Bảng 1 Danh sách cấu hình của Máy sắc ký khí

1.2 Vật liệu thí nghiệm và thiết bị phụ trợ

Dung dịch chuẩn đối chiếu của 8 thành phần BTEX trong methanol (1000μg/mL): Dung dịch chuẩn thương mại được chứng nhận, bảo quản trong các hộp kín trong điều kiện tối ở nhiệt độ dưới 4°C.

Dung dịch làm việc chuẩn 1 của 8 thành phần BTEX trong methanol (10μg/mL):Hút chính xác 100μL dung dịch chuẩn đối chiếu và pha loãng thành 10mL bằng nước. Chuẩn bị tươi trước khi sử dụng.

Dung dịch làm việc chuẩn 2 của 8 thành phần BTEX trong methanol (100μg/mL):Hút chính xác 1000μL dung dịch chuẩn đối chiếu và pha loãng thành 10mL bằng nước. Chuẩn bị tươi trước khi sử dụng.

Methanol:Cấp sắc ký

Axit photphoric:Cấp GR

Cát thạch anh: 0.30-0.85mm (50-20 mesh). Nung trong lò nung ở 400°C trong 4 giờ, sau đó chuyển vào bình có nút mài để bảo quản kín sau khi làm nguội.

Natri clorua: Cấp GR (nung trong lò nung ở 400°C trong 4 giờ trước khi sử dụng, sau đó chuyển vào bình có nút mài và bảo quản trong bình hút ẩm để sử dụng sau).

Dung dịch natri clorua bão hòa: Đo 500mL nước, thêm axit photphoric từng giọt để điều chỉnh pH ≤ 2, thêm 180g natri clorua, hòa tan và trộn đều. Bảo quản ở nhiệt độ dưới 4°C.

Khí mang:Nitơ độ tinh khiết cao

Máy tạo hydro

Máy tạo khí

Bộ lấy mẫu không gian đầu hoàn toàn tự động: Độ chính xác kiểm soát nhiệt độ ±1°C.

Lọ không gian đầu: Lọ không gian đầu bằng thủy tinh (20mL).

1.3 Điều kiện thử nghiệm

1.3.1 Điều kiện tham chiếu cho bộ lấy mẫu không gian đầu

Nhiệt độ cân bằng gia nhiệt: 95℃

Thời gian cân bằng gia nhiệt: 50 phút

Nhiệt độ van phun: 100°C;

Nhiệt độ đường truyền: 110°C;

Thể tích phun: 1.0 mL (vòng định lượng).

1.3.2 Điều kiện tham chiếu cho Máy sắc ký khí

Cột sắc ký: Cột mao quản sáp, 30m*0.32mm*0.5μm.

Lập trình nhiệt độ: Nhiệt độ cột ban đầu 40°C, giữ trong 5 phút; sau đó tăng lên 90°C với tốc độ 5°C/phút và giữ trong 5 phút.

Tốc độ dòng cột: 2mL/phút

Nhiệt độ cổng phun: 200℃

Nhiệt độ đầu dò: 250℃

Tốc độ dòng khí: 300mL/phút

Tốc độ dòng hydro: 40 mL/phút.

Tốc độ dòng bổ sung: 25 mL/phút.

Phun chia: Tỷ lệ chia 10:1.

1.4 Chuẩn bị dung dịch

Dung dịch làm việc chuẩn tuyến tính BTEX

Thêm lần lượt 2g cát thạch anh và 10mL dung dịch natri clorua bão hòa vào 7 lọ không gian đầu. Sau đó thêm lần lượt 0μL, 5μL, 10μL, 20μL dung dịch làm việc chuẩn 1 (10μg/mL) và 5μL, 10μL, 40μL dung dịch làm việc chuẩn 2 (100μg/mL) vào mỗi lọ tương ứng. Đóng kín ngay lập tức để chuẩn bị dãy chuẩn với khối lượng hợp chất mục tiêu lần lượt là 0μg, 0.05μg, 0.10μg, 0.20μg, 0.50μg, 1.00μg và 4.00μg.

2. Kết quả và thí nghiệm

2.1 Phân tích định tính mẫu chuẩn

Hình 1 Sắc ký đồ của Dung dịch chuẩn BTEX (1.00μg)

Bảng 2 Thông số sắc ký của Dung dịch chuẩn BTEX (1.00μg)

Lưu ý: Như sắc ký đồ hiển thị ở trên, độ phân giải giữa tất cả các pic thành phần BTEX đều vượt quá 1.5, đáp ứng các yêu cầu cho các ứng dụng phân tích.

2.2 Tuyến tính

Hình 2 Đường chuẩn BTEX và hệ số tương quan

Lưu ý: Các mức nồng độ cho đường chuẩn làm việc BTEX trong thử nghiệm này là 0μg, 0.05 μg, 0.10μg, 0.20μg, 0.50μg, 1.00μg và 4.00μg. Tất cả các thành phần BTEX đều thể hiện tính tuyến tính tuyệt vời với hệ số tương quan >0.999, đáp ứng các yêu cầu cho các ứng dụng phân tích.

2.3 Độ chính xác

Hình 3 Sắc ký đồ lặp lại của BTEX trong mẫu chất thải rắn (0.025mg/kg)

Hình 4 Sắc ký đồ lặp lại của BTEX trong mẫu chất thải rắn (0.100mg/kg)

Hình 5 Sắc ký đồ lặp lại của BTEX trong mẫu chất thải rắn (0.500mg/kg)

Bảng 3 Thông số sắc ký của BTEX trong mẫu chất thải rắn

Lưu ý: Sáu lần xác định lặp lại đã được thực hiện trên các mẫu chuẩn hỗn hợp BTEX ở các mức nồng độ 0.025mg/kg, 0.100mg/kg và 0.500mg/kg. Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) lần lượt là 1.1-2.4%, 1.2-2.4% và 0.8-1.6%. Tất cả các pic sắc ký đều thể hiện độ lệch tương đối tuân thủ các yêu cầu tiêu chuẩn.

2.4 LOD

Hình 6 Sắc ký đồ cho Giới hạn phát hiện của BTEX trong mẫu chất thải rắn (0.025mg/kg)

Bảng 4 Giới hạn phát hiện phương pháp và Giới hạn định lượng thấp hơn cho các thành phần BTEX

Tám lần tiêm lặp lại của dung dịch hợp chất benzen (0.025 mg/kg) trong các mẫu chất thải rắn đã được thực hiện. Các phép tính cho thấy rằng khi kích thước mẫu chất thải rắn là 2 g, giới hạn phát hiện của phương pháp này nằm trong khoảng từ 0.001 đến 0.004 mg/kg và giới hạn định lượng thấp hơn nằm trong khoảng từ 0.004 đến 0.016 mg/kg, đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn.

2.5 Thử nghiệm mẫu

Tiền xử lý mẫu: Thêm 2g mẫu chất thải rắn và 10mL dung dịch natri clorua bão hòa vào lọ không gian đầu. Đóng kín lọ ngay lập tức và lắc ở tốc độ 150 chu kỳ/phút trong 10 phút bằng máy lắc qua lại. Sau đó, thực hiện phân tích bằng bộ lấy mẫu không gian đầu.

Hình 7 Sắc ký đồ phân tích mẫu chất thải rắn

Lưu ý: Sau các quy trình tiền xử lý tiêu chuẩn, mẫu chất thải rắn đã được phân tích sau khi lấy mẫu. Không phát hiện thấy các hợp chất BTEX trong mẫu chất thải rắn.

2.6 Thử nghiệm thu hồi

Bảng 5 Thông số sắc ký của BTEX trong chất thải rắn

Lưu ý: Tám thử nghiệm lặp lại đã được tiến hành trên các mẫu chất thải rắn có chứa nồng độ BTEX thấp, trung bình và cao. Tỷ lệ thu hồi của tất cả các thành phần BTEX đều đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn.

3. Kết luận

Phương pháp này sử dụng Máy sắc ký khí Wayeal GC6100 được trang bị đầu dò FID và bộ lấy mẫu không gian đầu để xác định BTEX trong chất thải rắn. Kết quả thí nghiệm cho thấy độ phân giải giữa tất cả các pic thành phần BTEX đều vượt quá 1.5, đáp ứng các yêu cầu phân tích. Khi nồng độ đường chuẩn làm việc nằm trong khoảng từ 0.05 đến 4.0μg, tất cả các thành phần BTEX đều thể hiện tính tuyến tính tuyệt vời với hệ số tương quan >0.999, đáp ứng các yêu cầu phân tích. Độ chính xác, giới hạn phát hiện và tỷ lệ thu hồi của phương pháp đều tuân thủ các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn. Sau khi tiền xử lý, không phát hiện thấy các hợp chất BTEX trong các mẫu thử nghiệm, cho thấy kết quả bình thường. Điều này chứng minh rằng phương pháp sử dụng thiết bị Wayeal GC6100 đáp ứng các yêu cầu để xác định BTEX trong chất thải rắn.

4. Chú ý

Các dung môi và chất chuẩn đối chiếu được sử dụng trong thí nghiệm được phân loại là hóa chất nguy hiểm. Tất cả các quy trình chuẩn bị dung dịch và tiền xử lý mẫu phải được thực hiện bên trong tủ hút. Người vận hành phải mặc thiết bị bảo hộ cá nhân trong phòng thí nghiệm thích hợp theo yêu cầu, tránh mọi tiếp xúc với da và quần áo.