苯酚生产废水中苯系物及其衍生物的测定

李文锦，席宏波，周岳溪，许吉现，邢 飞，戴本慧

（1. 河北工程大学 城市建设学院，河北 邯郸 056038；2. 中国环境科学研究院 水污染控制技术研究中心，北京 100012）

苯酚是一种重要的化工原料和产品，2010年我国苯酚产能达1.2×105t［1］。苯酚的主要生产工艺为异丙苯法［2］，该方法联产丙酮［3］。苯酚生产废水主要来源于氧化、精馏等工段，废水中主要污染物为苯、甲苯、异丙苯、苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、苯乙酮、2-苯基丙醛、2-苯基-1-丙烯等9种苯系物及其衍生物。苯系物中的苯和甲苯具有较高的光化学反应活性，易生成导致光化学烟雾的臭氧物质［4-5］，具有强致癌性，严重危害人体健康［6-9］；苯酚等苯的衍生物也会对人体健康和环境造成一定危害，如苯酚是难降解的有机物，在水体中易积累、迁移，危害性大［10］，即使在质量浓度低于1 μg/L时也能对水体产生影响［11］。因此对苯酚生产废水中苯系物及其衍生物进行快速、准确地测定，既可考察废水处理工艺对它们的去除效果，也可对其在工业企业出水中的浓度进行及时监控，对环境管理和环境污染防治具有重要意义［12］。

目前废水中的苯系物及其衍生物多采用GC-MS法进行检测，该方法需对试样进行复杂的前处理或需要专门的进样系统。如液液萃取法［13-14］需要大量的有机溶剂对试样进行多次萃取；固相微萃取法［15-17］需用具有吸附涂层的萃取纤维对试样进行萃取；顶空、吹扫捕集法［18-20］需配置较昂贵的进样器。液相色谱法具有试样前处理简单的特点，因此越来越多地用于分析水和废水中的有机污染物。包娜等［21-22］用HPLC法对水中苯和甲苯等苯系物进行检测；吴秀珍等［23-25］用HPLC法测定了环境水中异丙苯和苯酚等有机物；韦一萍等［26-27］用HPLC法对苯乙酮等物质进行了分析。目前关于苯酚废水中苯系物及其衍生物的分析方法多只能分析其中的单一或少数组分，未见用HPLC法分析2-苯基-1-丙烯的报道，为减少分析工作量，有必要开发一种简单、快捷、能同时测定苯酚废水中9种苯系物及其衍生物的分析方法。

本工作建立了一种可同时测定苯酚生产废水中苯、甲苯、异丙苯、苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、苯乙酮、2-苯基丙醛和2-苯基-1-丙烯等9种物质的HPLC分析方法，考察了检测波长、流动相配比、流动相流量和柱温等条件对分析结果的影响，得到了快速分析苯酚生产废水中苯系物及其衍生物的方法。

1 实验方法

1.1 仪器与试剂

1200-6130型高效液相色谱仪，多波长检测器（MWD）：Agilent公司；AL104型分析天平：Mettler Toledo公司；UV-1700型紫外-可见分光光度仪：岛津公司；FE20型pH计：Mettler Toledo公司。

异丙苯：纯度大于99%，TCI公司；苯酚：纯度大于99%，Alfa Aesar公司；2-苯基-1-丙烯、2-苯基-2-丙醇：纯度大于98%，Alfa Aesar公司；甲基苯甲醇：纯度97%，Acros公司；苯乙酮：纯度大于98.5%，TCI公司；2-苯基丙醛：纯度98%，Acros公司；苯： HPLC级，CNW公司；甲苯、乙腈：HPLC级，Baker公司。

1.2 色谱条件

色谱柱：Agilent Eclipse Plus C18柱（4.6 mm×250 mm×5 μm），流动相为V（乙腈）∶V（水）=65∶35，流量1.0 mL/min，检测波长210 nm，柱温35 ℃，进样量10 μL。

1.3 标准溶液的配制

分别量取一定量的苯、甲苯、异丙苯、苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、苯乙酮、2-苯基丙醛、2-苯基-1-丙烯的标准试样，置于已加入少量乙腈溶剂的10 mL容量瓶中，待标准试样完全溶解后，定容配制质量浓度为1.0 g/L的单标储备液，备用。采用逐级稀释法配制不同质量浓度的系列标准混合溶液。

1.4 试样的前处理

用浓度为0.1 mol/L的H2SO4调节水样的pH=7.0，经0.45 μm的醋酸纤维滤膜过滤后直接进行HPLC分析。

2 结果与讨论

2.1 检测波长的选择

分别配制质量浓度为10 mg/L的9种物质的单标溶液，用紫外-可见分光光度仪在200～300 nm的波长范围内进行紫外扫描，得到的UV谱图见图1。

图1 9种物质的UV谱图Fig.1 UV spectrograms of nine organic compounds.

由图1可见，当波长为200～210 nm时，9种化合物均有较强的紫外吸收；当波长为220～250 nm时，甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、苯、甲苯和异丙苯的紫外吸收相对较低。选择200，210 nm两个波长分别对苯酚废水进行分析，分析结果表明，波长为210 nm时的峰形较波长为200 nm时的好，因此，选择检测波长为210 nm。

2.2 流动相的选择

由于上述9种物质均为非离子型极性化合物，所以选用反相色谱系统进行分离。在反相色谱中，一般以水为流动相，再加入不同配比的有机溶剂作为调节剂，以获得最佳的溶剂强度（极性）。分别以甲醇-水、乙腈-水的混合液为流动相，考察不同的流动相对分离效果的影响。实验结果表明，乙腈-水的混合液更适合9种物质的分离。在柱温25℃、流动相流量1.0 mL/min的条件下，分别以体积比为50∶50，60∶40，65∶35，70∶30的乙腈-水混合液为流动相，对标准混合溶液进行分离。分析结果表明，当V（乙腈）∶V（水）=50∶50，60∶40时，分离效果较差，出峰最早的苯酚和甲基苯甲醇的分离效果较差，且分析时间较长；当V（乙腈）∶V（水）=65∶35，70∶30时，各峰的保留时间适宜，各峰的分离效果和峰形均较好。为尽量节省乙腈用量，选择最佳的流动相配比为V（乙腈）∶V（水）=65∶35。

2.3 流动相流量的选择

根据文献［28-29］的报道可知，对于内径为4.6 mm的Agilent Eclipse Plus C18色谱柱，流动相的流量一般不超过1.0 mL/min。在柱温25 ℃、流动相V（乙腈）∶V（水）=65∶35的条件下，分别选用流量为0.6，0.8，1.0 mL/min，对标准混合溶液进行分析，实验结果见图2。

图2 标准混合溶液在不同流量下的GC谱图Fig.2 GC chromatogram of the standard mixed sample determined at different flowrates.

由图2可见，3种流量下，各物质均得到较好分离；流量越大，各物质的保留时间越短。因此，选择最佳流量为1.0 mL/min。

2.4 柱温的选择

为延长色谱柱的使用寿命，柱温应低于40℃。在流动相V（乙腈）∶V（水）=65∶35、流量1.0 mL/min的条件下，分别选用25，30，35 ℃ 3个不同的柱温对标准混合溶液进行分析。分析结果表明，在3种柱温下，各物质均得到较好分离，且峰面积大小在不同柱温下的变化不明显；但柱温越高，各物质的保留时间越短。因此，选择柱温为35℃较适宜。

2.5 校准工作曲线的绘制

在波长210 nm、柱温35 ℃、流动相V（乙腈）∶V（水）=65∶35、流量1.0 mL/min的优化条件下分析标准混合溶液，HPLC谱图见图3。对谱图中各物质的峰面积进行积分，以质量浓度（ρ）对峰面积（A）进行线性回归，回归方程及相关系数见表1。由图3可知，苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、苯乙酮、2-苯基丙醛、苯、甲苯、2-苯基-1-丙烯和异丙苯的保留时间分别为2.950，3.100，3.433，3.765，4.712，5.191，6.721，9.190，11.420 min。由表1可见，各物质的标准工作曲线具有良好的线性关系，相关系数（R2）大于等于0.999 7。

图3 标准混合溶液的HPLC谱图Fig.3 HPLC chromatogram of the standard mixed solution.

2.6 精密度的测定

分别配制9种物质质量浓度均为1.00 mg/L的标准混合试样7个，按1.4节的方法进行预处理，采用2.1～2.4节的优化色谱条件进行分析，计算各物质的相对标准偏差，实验结果见表2。由表2可见，9种物质的相对标准偏差（RSD）均小于2%，表明方 法的精密度较好。

表1 方法的线性范围和线性相关性Table 1 Linear range and correlation coefficient（R2) of the method

表2 方法的精密度实验结果（n=7）Table 2 Relative standard deviations（RSD) of the method（n=7)

2.7 实际水样的测定

2.7.1 苯酚生产废水的测定

苯酚生产废水采用1.4节的方法进行预处理，按2.1～2.4节优化的色谱条件进行分析，所得HPLC谱图见图4。由于2-苯基丙醛、苯、甲苯、2-苯基-1-丙烯和异丙苯含量低，峰形小，因此将其HPLC谱图放大如图4中矩形框内所示。用标准曲线进行定量，测得废水中苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、苯乙酮、2-苯基丙醛、苯、甲苯、2-苯基-1-丙烯、异丙苯的质量浓度分别为5.19，8.32，112.61，40.24，0.40，0.06，0.38，0.41，3.04 mg/L。由此可见，苯酚生产废水中主要污染物为2-苯基-2-丙醇，占总量的65.99%（w），其次是苯乙酮，占总量的23.58%（w），其余7种污染物仅占总量的10.43%（w）。

图4 苯酚生产废水的HPLC谱图Fig.4 HPLC chromatogram of a wastewater sample from phenol production.

2.7.2 加标回收率

因苯酚生产废水中2-苯基-2-丙醇和苯乙酮的含量较高，标线范围太宽会影响测定的准确度，因此将水样稀释4倍后进行加标回收实验，实验结果见表3。由表3可见，9种物质的回收率在95.0%～105.3%之间，能满足分析要求。

表3 加标回收实验结果Table 3 Results of standard recovery test

2.8 检出限

分别配制9种物质质量浓度均为0.05 mg/L的标准混合试样7个，按1.4节的方法进行预处理，在2.1～2.4节的优化色谱条件下进行测定，根据公式计算方法的最低检出限［30］。分析结果表明，苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、甲苯、2-苯基-1-丙烯和异丙苯的检出限均为0.005 mg/L，苯乙酮的检出限为0.009 mg/L，2-苯基丙醛的检出限为0.007 mg/L，苯的检出限为0.008 mg/L，能满足苯酚生产废水中苯系物及其衍生物的测定要求。

3 结论

1）建立了一种可同时测定苯酚生产废水中苯、甲苯、异丙苯、苯酚、甲基苯甲醇、2-苯基-2-丙醇、苯乙酮、2-苯基丙醛和2-苯基-1-丙烯等物质的HPLC分析方法，该方法预处理过程简单、快速。

2）采用HPLC法分析苯酚生产废水中苯系物及其衍生物的优化色谱条件为：检测波长210 nm，流动相V（乙腈）∶V（水）=65∶35，流量1.0 mL/min，柱温35 ℃。在此条件下，分析时间小于12 min。该方法定量准确，在质量浓度0.05～120.00 mg/L内，各物质的标准工作曲线具有良好的线性关系，相关系数大于0.999 7，相对标准偏差均小于2%（n=7），各物质的最低检出限为0.005～0.009 mg/L，实际水样中各组分的加标回收率为95.0%～105.3%。

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