高效液相色谱法测定橡胶初加工废水中二硫化四甲基秋兰姆的含量

王 俊,吴玉梁,祝大宇,孙宏飞,葛成军,邓 惠

(1.海南大学 海南省农林环境过程与生态调控重点实验室,海口 570228;2.海南大学 生态与环境学院,海口 570228)

橡胶初加工产业中鲜乳胶的保存关系到产品胶的质量,在鲜乳胶的复合保存体系中,我国目前推广应用的是NH3＋二硫化四甲基秋兰姆(T MTD)/Zn O的复合保存体系,T MTD在橡胶初加工产业中也常作为硫化促进剂[1-2]。但T MTD属于中等毒性杀菌剂,吸入会造成动物的心肺和其他器官严重损伤,甚至危及生命。T MTD对人体的黏膜及皮肤有刺激作用,也是儿童过敏的重要来源[3]。目前中国对T MTD无明确规定限值。欧盟的饮用水水质标准(Council Directive 98/83/EU)规定的水质农药总体残留量不能超过0.5μg·L-1;日本的生活饮用水水质标准明确规定了T MTD应小于0.006 mg·L-1[4]。因此,有必要对橡胶初加工废水及周边环境样品中的T MTD进行监测,以了解橡胶初加工产业废水及环境样品中T MTD的含量水平,为全面评估T MTD的生态环境风险提供数据支撑。

由于天然胶乳的胶体系统是复杂的、多分散的,含有高含量的油脂、蛋白质、糖类、无机盐以及橡胶粒等物质,在不达标的废水或未有效处理的废水中会残留这些物质[1-2,5]。同时,这些高含量的物质会影响T MTD的溶解度,将T MTD从中分离也较为困难。本工作测定橡胶初加工废水中T MTD时,参考了农药中福美双和植物生长调节剂的测定方法[6-10]以及橡胶制品中T MTD的测定方法[11-13],但上述方法检出量较小,目标物体系不如橡胶初加工废水复杂,直接用于测定橡胶初加工废水中的T MTD存在检出困难等问题。而经甲醇溶解提取后,采用高效液相色谱法(HPLC)测定橡胶初加工废水中T MTD的残留量,弥补了上述方法存在的不足,且无需精密复杂的操作,简便、快速。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Waters-2690/5型高效液相色谱仪,配2487型紫外检测器;XPE105型电子天平(感量0.01 mg);ELGA型超纯水系统;KQ3200DE型超声仪器;La mbda型紫外-可见分光光度计。

T MTD标准储备溶液:100 mg·L-1,称取T MTD标准 品0.01 g(精 确 至0.000 1 g),加 入20 mL甲醇,振荡1 min,常温下超声溶解5 min,再用甲醇定容至100 mL容量瓶中,摇匀,配制成100 mg·L-1的T MTD标准储备溶液,于4℃的冰箱中冷藏保存。

T MTD标准溶液系列:取T MTD标准储备溶液,用甲醇逐级稀释,配制成0.50,1.00,2.00,3.00,5.00,7.00,10.0 mg·L-1的T MTD标准溶液系列,密封放置于4℃的冰箱中保存备用。

四氢呋喃、甲醇、乙腈为色谱级;T MTD标准品的纯度不小于99%;橡胶初加工废水样品来自海南某大型橡胶加工厂A和B。

1.2 仪器工作条件

Agilent ZORBAX SB-C18色谱柱(150 mm×4.6 mm,5μm);流动相为40%(体积分数,下同)甲醇溶液,等度洗脱;流量1.0 mL·min-1;柱温30℃;检测波长283 nm;进样量20μL。

1.3 试验方法

取0.1 mL胶清废水样品,加入6 mL甲醇,振荡1 min,超声提取5 min,冷却至室温,用甲醇定容至10 mL。取样品上清液,经0.22μm有机系滤膜过滤后,按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

T MTD标准溶液和供试品溶液的色谱图见图1。

图1 典型色谱图Fig.1 Typical chro matogra ms

2.2 色谱条件的选择

2.2.1 检测波长

试验采用紫外-可见分光光度计对T MTD标准储备溶液进行全波长扫描(200～400 nm),结果发现,在波长203,209,244,283 nm处均有较好的吸收,但是在波长220 nm以下受溶剂影响较大,目标物无法出峰,在波长254 nm处受基质干扰较大。因此,试验选择283 nm作为检测波长。

2.2.2 流动相

试验考察了不同体积分数(20%,30%,40%,45%,50%,55%,60%,70%,80%)的甲醇溶液对目标物分离效果的影响。结果表明:增大流动相中甲醇的体积分数,目标物出峰时间延长,但是目标物的分离效果提高,当甲醇的体积分数过大时,峰与峰之间也会存在拖沓相连的情况,分离效果不佳;减小流动相中甲醇的体积分数,虽然出峰时间相对缩短,但是目标物分离效果变差,而且甲醇的体积分数过小也会使得目标物无法出峰;流动相为40%甲醇溶液时,色谱峰峰底宽最大,基线最平稳,色谱峰的出峰效果最好,能很好对目标物进行定量分析。因此,试验选择40%甲醇溶液为流动相。

2.2.3 流 量

试验考 察了不 同 流 量(0.8,1.0,1.2 mL·min-1)对目标物分离效果的影响。结果表明:增大流量,出峰时间缩短,但柱压会升高,流量过大也使得分离效果变差;减小流量,分离度变好,但出峰时间延长,柱压下降。当流量为0.8 mL·min-1时,因胶清废水中含有许多杂质,流量较小易造成色谱柱堵塞,柱压相对较低;当流量为1.2 mL·min-1时,目标物与杂质的色谱峰重叠,不能对目标物更好地定性及定量,柱压也相对较高;而当流量为1.0 mL·min-1时,目标物分离效果改善,且基线平稳,出峰时间适当,可以很好地判断峰形以及计算出T MTD的残留量。综合考虑,试验选择的流量为1.0 mL·min-1。

2.3 提取溶剂的选择

试验考察了四氢呋喃、甲醇和乙腈等不同溶剂的提取效果,结果表明:四氢呋喃超声提取后样品溶解,放置几个小时后又开始有沉淀物出现,随后若加入甲醇经充分振荡后沉淀溶解,而若加入乙腈时需充分振荡和超声后沉淀才能溶解,而且在检测过程中,四氢呋喃容易对分析物造成干扰,所得峰很杂;采用乙腈为提取溶剂时,色谱检测时基线不稳定;以甲醇为提取溶剂时,提取效果较好,所得色谱峰的峰形也较好。因此,试验以甲醇作为提取溶剂。

2.4 标准曲线与检出限

按照仪器工作条件测定T MTD标准溶液系列,以T MTD的质量浓度为横坐标,对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果表明,T MTD的线性范围为0.50～10.00 mg·L-1,线性回归方程为y＝4.259×103x-9.682×102,相关系数为0.998 9。

按照3倍信噪比(S/N)计算检出限(3S/N),结果为0.254 mg·L-1,表明仪器具有较高的灵敏度。

2.5 仪器精密度试验

取同一T MTD标准溶液,连续测定6次,记录T MTD对应色谱峰的峰面积,计算相对标准偏差(RSD)。结果表明,T MTD的峰面积RSD为1.4%,说明仪器的精密度良好。

2.6 重复性试验

取同一批胶清废水样品,平行制备6份供试品溶液,按照试验方法测定,计算峰面积的RSD。结果表明,该胶清废水样品中T MTD的峰面积RSD为1.8%,说明该方法具有良好的重复性。

2.7 稳定性试验

取同一胶清废水样品(批号20211228),按照试验方法处理后分别在0,2,4,8,12,24 h取样,按照仪器工作条件测定,计算T MTD峰面积的RSD。结果显示,峰面积RSD为1.3%,表明样品溶液在24 h内稳定性良好。

2.8 样品分析及回收试验

按照试验方法对橡胶初加工厂A和B废水中的T MTD进行了测定,由于胶清原样中T MTD含量过高,需稀释后再测定。结果显示,上述样品均检出T MTD,测定值分别为168.72,192.91 mg·L-1,T MTD的检出量相对较高,说明其在橡胶初加工中有较为普遍的使用,因此T MTD的检测方法的建立对于保障相关人员身体健康、推动相关行业健康发展有一定的意义。

对上述样品进行3个浓度水平的加标回收试验,按照仪器工作条件测定,计算回收率,结果见表1。

表1 回收试验结果Tab.1 Results of test for recovery

本工作采用HPLC直接测定橡胶初加工废水中T MTD的含量,操作简单,灵敏度好,精密度高,试验结果稳定可靠,可满足橡胶初加工废水中T MTD含量的测定要求,可为工业废水中T MTD残留量的控制提供参考和科学依据,而且可长时间运行,适用于批量检测。