通过离子对反相液相色谱法测定饮用水和高盐度水中的紫外线活性阴离子外文翻译资料

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通过离子对反相液相色谱法测定饮用水和高盐度水中的紫外线活性阴离子

Sadaf SadiqKhan n, M.Riaz

Chromatography Laboratory, Chemistry Division, PINSTECH, PO Nilore, Islamabad, Pakistan

摘要：使用各种四烷基铵盐作为离子对试剂（IPR）将反相柱动态修饰为阴离子交换柱，用于在饮用高盐度水中分离和定量有毒阴离子，如亚硝酸盐，溴酸盐，溴化物和硝酸盐。针对阴离子的基线分离，优化了各种色谱参数，如IPR的类型和浓度，有机改性剂的浓度，磷酸盐缓冲液和流动相pH。

关键词：高盐度水，有毒阴离子，反相柱，四烷基铵盐，离子对液相色谱。

1.摘要

无机阴离子例如亚硝酸盐，溴酸盐，溴化物和硝酸盐由于其毒性和健康相关

的影响，对环境造成重大影响。此外，在高盐度，海水，工业和农业水中的体基质中，也发现了亚硝酸盐和硝酸盐的示踪剂浓度。这些阴离子的主要来源是人为活动。例如硝酸盐和亚硝酸盐是排氮的氮肥，从化粪池和污水中浸出[1]。硝酸盐可诱发高铁血红蛋白血症[2]。亚硝酸盐可能与形成高致癌亚硝胺的仲胺和叔胺反应。因此，饮用水中亚硝酸盐和硝酸盐的允许水平分别为0.1和10mu;g/ml[3]。溴化物在环境基质中的来源主要是溴化农药，例如甲基溴，用作植物熏蒸剂和海岸侵入[4]。人体对于溴化物的每日摄入量（ADI）为0.4mg/kg[5]。溴酸盐主要由天然存在的溴化物水的臭氧化而产生，例如煤的燃烧[6]。对于溴酸盐，世界卫生组织（WHO）设定的标准值为25mu;g/l[7]。上述的阴离子的可用分析方法有比色法，重量法，电位法和电流分析法等。这些方法都是基于单一元素检测，灵敏度有限，并且容易受到干扰而且耗费时间[8.9]。

高效液相色谱（HPLC）是阴离子分析的首选技术，离子色谱（IC）和离子对色谱（IPC）适用于阴离子，阳离子，有机金属和配位化合物等各种形式的测定[10-13]。HPLC的另一个优点是可以通过IPC同时并且单次的运行中测定阳离子和阴离子[14]。根据IC和IPC的上述优点，美国环境保护局（EPA）、美国测试和材料协会（ASTM）和国际标准组织（ISO）已经批准了色谱法为饮用水以及废水中的有效检测方法。使用电导检测器的IC基线对于基质效应和温度变化波动敏感。因此在海水和废水等大量氯化物存在的水样中，测定亚硝酸盐、溴化物和溴酸盐的浓度是很难的[15]。

此外，在抑制IC模式中，亚硝酸盐可能在酸性条件下被氧化成硝酸盐。然而，虽然抑制IC非常有效和敏感，但是需要再生或者更换抑制剂用来克服高背景的问题[16]。疏水性C₃₀和聚-环氧乙烷等各种新的固定相已经被成功的用于分离阴离子[17.18]。毛细管电泳（CZE）也是潜在的阴离子分析技术，但同时也具有一些相关的问题，例如迁移时间和峰面积的不稳定性和不可重复性、中度敏感性、分离选择性的操作困难以及检测选择有限等[19.20]。多维IC已经用于测定氯化物和硫酸盐基质中的紫外线活性和其它阴离子的痕量水平，例如海水，但是它增加了HPLC的硬件系统的复杂度[21-23]。电解质作为洗脱剂的静电IC也用于盐水基质中的溴化物、硝酸盐和碘化物的定量[24]。盐水样品分析中检测器的串联使用能测量样品中的多种信息，例如紫外吸光度以及电导率[25]。在流动相中加入NaCl以及Na₂SO₄可以下厨氯化物和硫酸盐基质的干扰[26.27]。

在本次研究中使用的IPC具有以最小的峰值拖尾和带宽扩展方式分离含有中性和电离溶质样品的能力的优点。在阴离子，如亚硝酸盐和硝酸盐的离子配对中，经常使用四烷基铵盐。IPC中各种溶质的保留机理被提出，例如离子对形成、动态离子交换和离子相互作用机制[28.29]。在之前的实验工作[9.30]的进行下，目前的IPC方法已经在同时分离和测定亚硝酸盐、溴酸盐、溴化物和硝酸盐的使用中被报道。并且由磷酸盐缓冲液和作为离子交换剂的四烷基铵盐组成的流动相已经使用UV检测进行了优化。预期离子对于饮用水以及盐水的干扰也研究完成了。这种开发的方法能够在458倍浓度的氯化物存在下分析沿海地区样品中的溴离子，RSD（n=5）为0.029。

2.实验方案

2.1 试剂

四丁基高氯酸铵（TBAP）, 四丁基氢氧化铵（TBAOH）和四丁基氯化铵（TBACl）购自Fluka AG（瑞士）。磷酸二氢钠，磷酸，氯化钠和其他盐，以制备阴离子的标准溶液, 购自E.Merck（德国）的分析纯。使用Sybron去离子（USA）制备的双去离子蒸馏水制备的1000mu;g/ml的各阴离子的标准溶液。

2.2 仪器

配有20 mu;l环路和Rheodyne样品注射器的日本日立公司的Perkin-Elmer系列10溶剂输送系统，可变紫外检测器Du Pont (USA)和数据处理器D-2500。Macherey Nagel Germany的反相C₁₈（250mm*4.6mm）分析柱，粒径5 mu;m。使用两个标准缓冲液校Metrohm 780 pH计（瑞士），并用0.5M磷酸调节流动相pH。所有定在室温（24plusmn;2^。C）。

2.3.样品收集与制备

水样从伊斯兰堡附近的拉瓦尔水坝的Simly大坝收集，盐水和海水分别来自卡拉奇和阿拉伯海沿岸地区。通过0.25微米Mllipore注射器过滤器过滤这些样品，并在HPLC分析前将其储存于10℃冰箱中

3.结果与讨论

3.1 流动相优化

3.1.1 离子对试剂（IPRs）的作用

使用的反相柱分别填充孔径为0.01 mu;m，表面积350m²/g和孔体积为0.9ml/g。四烷基铵盐通过疏水相互作用吸附在RP柱上。由于TBA 离子在pH范围为2-4时被用作IPR，所以亚硝酸根，硝酸根，溴酸根和溴离子与阴离子形成离子对，TBA 作为离子配对和离子交换位点，这可能是由于在涂有IPR的RP柱上保留和分离阴离子。通过在水中使用TBAC（1-5mM），磷酸盐缓冲液Na₂H₄PO₄ / H₃PO₄在pH 2和UV220nm下以10m M浓度优化色谱条件，洗脱顺序为亚硝酸盐，溴酸盐，溴化物和硝酸盐，总分析时间为20分钟，根据关于使用IPC对反相色谱柱上阴离子保留的调查结果，通过将流动相中的TBAC1量从1mM增加到5mM，增强了四种阴离子的分离因子。

alpha;为分离因子，[E_QX]为分离常数[Q ]为反离子（TBA ），X（阴离子）和（V_S），（V_M）分别是固定相和流动相的体积。从上述方程式表明对于固定相E_XQ的，[Q ]增大，alpha;增加，当TBA 浓度增加时，alpha;也将增大。使用TBAC显示的四种阴离子基线分离标准色谱图如图1所示。

3.1.2 阴离子对IPR的影响

. TBAP和TBAOH也被用于分析阴离子对于四种阴离子的分辨率影响。在TBAP的情况下亚硝酸盐和溴酸盐之间的分辨率差异很大，而在TBAOH的条件下，亚硝酸盐和硝酸盐的分辨率差。在TBAP的条件下分辨率低下的原因是由于柱表面上TBAP有更大的分配。

3.1.3 缓冲液的作用

在PH 2下固定浓度为IPR(5mM)的10至60mM的Na₂PO₄ 缓冲溶液能降低亚硝酸盐与硝酸盐之间的分离因子。这可能是由于增加的H₂PO₄离子浓度，因此增加了流动相的洗脱强度。经过进一步的研究显示，20mM为NaH₂PO₄的最佳浓度。

3.1.4 洗脱液PH值的影响

流动相PH值的变化是IPC中的重要参数，PH的变化有助于提高分离选择性和灵敏度，在固定浓度的IPR和NaH₂PO₄下，流动相的pH值在2与4之间。在PH为2时，这四种阴离子的离子峰都分离的良好，而在pH值为3时，亚硝酸盐和溴酸盐之间的分离因子降低，而在pH为4时，这两个峰由于在较高pH下电离而合并。通过降低流动相的pH，同时保持IPR和缓冲盐的浓度恒定，观察到阴离子分辨率逐渐增加。使用TBACI作为IPR和优化的流动相，分析阴离子的色谱数据的洗脱顺序，保留时间，线性范围，最低检测限（LDL）和线性回归分析如表1所示。

3.2 实验样品分析

通过分析从大坝收集的水样，测试了开发方法的可行性。并且在净化程序如渗滤和稀释后分析这些样品，Simly坝水的分析如图2所示。

图1

表一

图二

表二

3.3 高盐度水中紫外线活性阴离子的分析

3.3.1 矩阵效应研究

对于高盐度水中非紫外线活性阴离子如氯化物和硫酸盐的干扰进行了研究，以及阿拉伯海沿岸地区收集的高盐度水中的电导率、pH，其中主要阳离子和阴离子等物理参数见表二。在458倍氯化物的存在不影响四种阴离子的分辨率，但是这蟹阴离子的回收率通过增加氯化物的浓度而降低。对于BrO₃^-，Br^-，NO₂^-和NO₃^-这四种阴离子的回收率分别为83.4%，75%，85%和80%。

3.3.2 高盐度水基质消除研究

由于大量氯化物和硫酸盐的存在可能干扰高盐度水中四种阴离子的测定。因此，在流动相中添加NaCl进行改进，用于分析高盐度水样中的这四种阴离子。在流动相中的NaCl的加入导致洗脱顺序变化，即溴酸盐，溴化物，亚硝酸盐和硝酸盐，如图3所示。洗脱顺序改变了第一个阴离子，即溴酸盐，然后溴化物分别是亚硝酸盐和硝酸盐。这可能是由于使用反相柱并且阴离子的分离涉及当前研究中的混合模式的相互作用，即阴离子与反相表面的离子相互作用和疏水相互作用。然而，这种新的洗脱顺序可能有助于分析高浓度硝酸盐的水样品中的溴酸盐和溴化物。总洗脱时间也减少到了9.5min。洗脱时间的减少可能是由于在高浓度的NaCl的存在下的无机阴离子与分析物阴离子的竞争效应。相关阴离子的容量因子随着总洗脱时间的减少而降低。这与肖等人的研究结果成对照[26], 这可能是由于作者使用正相纯二氧化硅柱。在NaCl基洗脱液中加入50mM Na₂SO₄导致亚硝酸盐和硝酸盐之间的分离因子降低。这可能是由于对称IPR（如TBA 离子）的疏水性低，并且通过TBA离子在反向柱上动态产生的离子交换位点的活性位点的硫酸根阴离子的竞争。然而，添加Na₂SO₄在非对称IPR中也能很好的分离UV活性阴离子[26]。使用优化流动相的分析阴离子的色谱数据的洗脱顺序，保留时间，线性范围，最低检测限（LDL）和线性回归分析见表3。

3.4 高盐度水分析

通过分析从海水收集的水样和沿海地区水分测试了方法的有效性，如图4所示。在净化程序如渗透和稀释后分析这些样品。由于样品中氯含量高，因此高盐度水不能被IC分析，因为它将掩盖氯化物后立即洗脱的亚硝酸盐和溴酸盐。这些样品的稀释将会损害这些阴离子的LDL。而开发的IPC方法可以耐受样品中多达458倍的氯化物，而不影响四种阴离子的检测，因为在该方法中获得更好的灵敏度。目前报道的方法的另一个优点是检测到由于氯化物含量高而不能被IC检测到的沿海地区水样品中的溴化物。Simly坝，拉瓦尔坝，海水和卡拉奇沿海地区水的目前开发方法确定的四种阴离子浓度如表4所示。沿海地区的水样中存在溴化物可能是由于海水侵入，过量的硝酸盐可能是由于纳入氮肥的农业活动。

4． 结论

此方法适用于饮用水和高盐度水样的测定，对于大坝的饮用水，无需修改洗脱液。然而，用NaCl改性的流动相可以耐受高盐度矩阵，并且不需要匹配标准来适应基质效应。通过将流动相pH从2.3变为2.6，所有四种阴离子的回收率在98.5％和99％之间，测定了方法的稳定性。缓冲液浓度从10至20mM变化，使得所有阴离子的回收率在98.2-98.4％的范围内。该方法灵敏，选择性强，可应用于其他环境基质，如水产养殖中溴酸盐的估算，以及与海水富营养化相关的污染物（硝酸盐和亚硝酸盐）的低水平测定。所使用的对称IPR与RP柱快速平衡，与不对称IPRs相比，其从柱表面的洗涤也很容易。在流动相中长期使用对称IPR，柱性能没有变化。

参考文献

[1] F. Brunato, M.G. Garziera, E. Briguglio, Eur. J. Emerg. Med. 10 (2003) 326–330.

[2] S.F. Pedro Jose, R. Angel, V. Miguel, D.Z. Kelene, B.C. Elina, J. Chromatogr. A 985(2003) 503-512.

[3] J.C. Wolf, U. Ornemark, P.D.P. Taylor, P. De Bievre, Talanta 46 (1998) 1031–1040.

[4] J.A. Wisniewski, S. Kliber, Desalin. Water Treat 34 (2011) 13–18.

[5] Bromide in Drinking-water, Background Document for Development of WHO G

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