高效液相色谱法测定污水中的醋酸根离子

丁兴成，何小锋，陈素娟，何永锋，陶彬彬，陈 清

（1.浙江闰土股份有限公司，浙江绍兴312300；2.绍兴市上虞区水务环境检测有限公司，浙江绍兴312300）

醋酸是最重要的有机酸之一，在醋酸酐、醋酸酯等的生产中有着重要的应用，在农药、医药、染料行业也有广泛应用。随着醋酸的广泛应用，污水中醋酸根离子的浓度增大，造成污水COD较高，为达到污水排放标准，有必要对污水中的醋酸根离子进行检测。

目前，醋酸根离子的测定主要有反相高效液相色谱法［1］、离子排阻高效液相色谱法［2］、离子交换高效液相色谱法［3］、离子色谱法［4-5］以及气相色谱法。采用离子色谱法测定醋酸根离子时，由于醋酸根离子在水溶液中常以醋酸和醋酸根离子共存的方式存在，测量结果有一定的偏差，准确性偏低，受其他离子基团的影响较大，且测量过程繁琐。采用常规的顶空-气相色谱法检测时，由于醋酸极性大、沸点较高，醋酸的响应值很小，重现性差［6］，不能满足污水限度检查的要求。高效液相色谱法（HPLC）是一种高效、快速及应用广泛的现代分离技术，具有分离效率高、选择性好、分析速度快、操作自动化、应用范围广的特点，已经成为有机物分析的支柱技术，在生物化学、临床医学、食品检验、石油化工及环境污染监测等领域得到了广泛应用［7］。

本课题采用高效液相色谱法检测污水中的醋酸残留量，通过调节流动相pH，使醋酸根离子在流动相的不断淋洗下以醋酸形式呈现，峰面积波动小，测量数值稳定，方法简便、灵敏度高、重现性好。部分色谱柱硅胶基质的反相色谱填充材料在碱性条件下会溶解而造成峰拖尾现象，当酸性过强时，色谱柱的硅氧键断裂造成键合相流失［8］，影响色谱柱的使用寿命。因而，选择合适的pH是关键。

1 实验

1.1 材料与仪器

试剂：甲醇、醋酸、乙酸钠、磷酸、氢氧化钠（分析纯），污水（浙江闰土股份有限公司）。仪器：SPD-10A VP Plus高效液相色谱仪，ODS-C18色谱柱，FA2204B电子天平，KQ-200KDB超声波清洗器，AP-1P真空泵，砂芯过滤装置，PHS-3C pH计。

1.2 HPLC分析原理［9］

在高压条件下，溶质在固定相和流动相之间进行连续多次交换，凭借在两相间分配系数、亲和力、吸附力或分子大小不同引起排阻作用差别得以分离。液相色谱柱的分离度用下式表示：

式中：R为液相色谱柱分离度；n为柱效率，用理论塔板数来表示；a为溶剂效率，是固定相对两个混合物分离能力的表征；k为容量因子，是在平衡状态下，组分在固定相与流动相中的质量比。

当流动相pH在1.8及以下时，在流动相的不断淋洗下，醋酸根离子会以醋酸形式呈现，峰型固定，响应值大，测量数值稳定。

1.3 实验步骤

醋酸的检测：准确称取醋酸2 g（±0.000 2 g）于烧杯中，加超纯水稀释定容于100 mL容量瓶中（质量浓度为20 g/L），吸取2.5、5.0、12.5、25.0 mL于50 mL容量瓶中定容，配制质量浓度分别为1、2、5、10 g/L的系列标准溶液；以甲醇-水（体积比10∶90）为流动相，用氢氧化钠溶液和磷酸溶液调节pH；调节高效液相色谱仪流速1.0 mL/min、柱温40℃、检测波长210 nm，向不同pH流动相进样5μL标准溶液，记录数据。分别以质量浓度、峰面积为横纵坐标建立线性回归方程。

醋酸钠的检测：为检测醋酸根离子在不同pH条件下呈现的状态以及峰面积-质量浓度的线性关系，以醋酸钠为检测对象，检测方法同醋酸。

醋酸钠-醋酸的检测：为了验证醋酸和醋酸根离子在质量浓度较大、不同pH条件下的变化关系，分别称取醋酸1 g、醋酸钠1 g于烧杯中，加水溶解，定容于100 mL容量瓶中，配制成10 g/L的溶液，于不同pH流动相进样5μL，收集色谱图进行数据处理，比较不同pH条件下醋酸根离子与醋酸质量分数的变化。

2 结果与讨论

2.1 醋酸在不同pH条件下的线性回归方程

由表1可看出，在流动相pH为中性时，拟合度较小，说明醋酸峰面积随质量浓度的变化较为发散；随着流动相pH的不断减小，拟合度逐渐增大，当pH在1.8及以下时，拟合度基本不变，说明醋酸峰面积随质量浓度的变化逐渐趋于线性。

表1 醋酸在不同pH条件下的线性回归方程

2.2 醋酸钠在不同pH条件下的线性回归方程

由表2可看出，在流动相pH为中性时，拟合度较小，说明醋酸根离子峰面积与质量浓度的线性关系较差；随着流动相pH的不断减小，拟合度逐渐增大，说明线性逐渐增强；而当pH降到1.8及以下时，拟合度无明显变化，说明醋酸根离子的峰面积随质量浓度的变化逐渐趋于线性，流动相pH在1.8及以下时较为合适。

表2 醋酸根离子在不同pH条件下的线性回归方程

2.3 不同pH流动相下醋酸质量分数的检测

由图1可知，在pH=7.0和4.0时，醋酸质量分数偏低，因为检测中有少量醋酸根离子存在；随着pH的降低，醋酸根离子逐渐减少，当pH降低到3.0时基本无醋酸根离子，醋酸质量分数趋于稳定。

图1 不同pH条件下醋酸质量分数的变化

2.4 醋酸钠在不同pH条件下的液相色谱图及质量分数变化

由图2可知，醋酸根离子在pH=7.0时以醋酸和醋酸根离子的形式存在，且醋酸根离子峰高较明显；随着pH的降低，醋酸根离子峰高逐渐减小；当pH降到1.8及以下时基本以醋酸的形式呈现，采用高效液相色谱检测醋酸根离子可行。

图2 醋酸钠在不同pH条件下的液相色谱图

由图3可以看出，在pH=7.0时，醋酸钠质量分数为85.94%，因为有部分以醋酸的形式存在；随着pH的逐渐降低，醋酸根离子的质量分数逐渐减小；当pH降到1.8及以下时，醋酸根离子质量分数基本为0%。进一步说明pH在1.8及以下时，用高效液相色谱检测醋酸根离子较合适。

图3 不同pH条件下醋酸根离子质量分数的变化

2.5 醋酸-醋酸钠在不同pH条件下的液相色谱图及质量分数变化

由图4可以看出，当醋酸、醋酸根离子质量浓度较大时，在pH=7.0和4.0时峰高较大，且峰形较为杂乱；随着pH的降低，醋酸根离子质量浓度逐渐降低，醋酸质量浓度逐渐增大；当pH降到1.8及以下时，基本以醋酸的形式存在，说明当醋酸-醋酸根离子质量浓度较大时，采用偏中性的流动相检测误差较大。流动相pH在1.8及以下时，用高效液相色谱检测误差较小，稳定性较好。

图4 醋酸-醋酸钠在不同pH条件下的液相色谱图

由图5可知，当质量浓度较大时，在流动相pH=4.0～7.0时醋酸、醋酸根离子质量分数相近；随着pH的降低，醋酸根离子质量分数逐渐降低，醋酸质量分数逐渐增大；当pH降到1.8及以下时，基本以醋酸的形式存在，用高效液相色谱检测较为合适。

图5 不同pH条件下醋酸、醋酸根离子质量分数的变化

2.6 实验数据精确性验证

为了验证实验数据的准确性，精确配制质量浓度为10 g/L的醋酸钠溶液，在流动相pH=1.8下进样10μL，做7次实验，结果以质量分数计，相对标准偏差（RSD）=0.17%（n=7）。

3 结论

（1）在流动相pH为中性时，醋酸、醋酸根离子的拟合度较小，峰面积与质量浓度的线性关系较差；流动相pH在1.8及以下时，拟合度基本不变，峰面积与质量浓度具有良好的线性关系。

（2）在流动相pH偏中性时，醋酸、醋酸根离子峰形杂乱，峰面积波动明显，测量值稳定性差，误差大；当醋酸-醋酸根离子质量浓度较大时，测量会出现多个峰，且峰形波动较大，甚至会出现两者峰重叠的情况，测量误差较大；而在流动相pH 1.8及以下时，检测误差较小，峰面积波动小，测量数值稳定。考虑酸性过强会影响色谱柱的使用寿命，流动相pH选择1.8较合适。

（3）以甲醇-水（10∶90）为流动相，在pH=1.8、流速1.0 mL/min、柱温40℃、检测波长210 nm的条件下检测醋酸根离子，操作简便，准确性高，精密度高，稳定性好。