Determinación de BTEX en residuos sólidos por cromatografía de gases

La contaminación por residuos sólidos se ha convertido en un desafío importante en el campo de la protección ambiental. El BTEX (como benceno, tolueno, etilbenceno, etc.), como contaminantes orgánicos típicos, representan amenazas significativas para el medio ambiente ecológico y la salud humana debido a su alta toxicidad, fuerte movilidad y riesgos potenciales de carcinogenicidad. Estos contaminantes se originan no solo en la producción industrial y los residuos municipales, sino que también pueden ingresar al medio ambiente a través de la disposición en vertederos, la acumulación de residuos o la manipulación inadecuada, contaminando así el suelo, las aguas subterráneas y los ecosistemas circundantes. Por lo tanto, la detección precisa de BTEX en residuos sólidos es crucial.

Este documento hace referencia a "Residuos Sólidos—Determinación de BTEX—Método de Cromatografía de Gases/Espacio de Cabeza" (HJ 975-2018) y utiliza el cromatógrafo de gases GC6100 de Wayeal equipado con un detector FID y un muestreador de espacio de cabeza para la detección de BTEX en residuos sólidos.

Palabras clave: BTEX, Espacio de cabeza, Cromatografía de gases, Detector FID, Residuos sólidos.

1. Método experimental

1.1 Configuración del instrumento

Tabla 1 Lista de configuración del cromatógrafo de gases

1.2 Materiales experimentales y equipos auxiliares

Solución estándar de referencia de 8 componentes BTEX en metanol (1000μg/mL): Solución estándar certificada comercialmente, almacenada en recipientes herméticos en condiciones de oscuridad a temperaturas inferiores a 4°C.

Solución de trabajo estándar 1 de 8 componentes BTEX en metanol (10μg/mL):Pipetear con precisión 100μL de la solución estándar de referencia y diluir a 10 mL con agua. Preparar fresca antes de usar.

Solución de trabajo estándar 2 de 8 componentes BTEX en metanol (100μg/mL):Pipetear con precisión 1000μL de la solución estándar de referencia y diluir a 10 mL con agua. Preparar fresca antes de usar.

Metanol:Grado cromatográfico

Ácido fosfórico:Grado GR

Arena de cuarzo: 0,30-0,85 mm (malla 50-20). Calentada en un horno de mufla a 400°C durante 4 horas, luego transferida a un frasco con tapón esmerilado para almacenamiento sellado después del enfriamiento.

Cloruro de sodio: Grado GR (calentado en un horno de mufla a 400°C durante 4 horas antes de usar, luego transferido a un frasco con tapón esmerilado y almacenado en un desecador para su posterior aplicación).

Solución saturada de cloruro de sodio: Medir 500 mL de agua, agregar ácido fosfórico gota a gota para ajustar el pH ≤ 2, agregar 180 g de cloruro de sodio, disolver y mezclar bien. Almacenar a temperaturas inferiores a 4°C.

Gas portador:Nitrógeno de alta pureza

Generador de hidrógeno

Generador de aire

Muestreador de espacio de cabeza totalmente automático: Precisión de control de temperatura de ±1°C.

Viales de espacio de cabeza: Viales de vidrio para espacio de cabeza (20 mL).

1.3 Condiciones de prueba

1.3.1 Condiciones de referencia para el muestreador de espacio de cabeza

Temperatura de equilibrio de calentamiento: 95℃

Tiempo de equilibrio de calentamiento: 50 min

Temperatura de la válvula de inyección: 100°C;

Temperatura de la línea de transferencia: 110°C;

Volumen de inyección: 1,0 mL (bucle cuantitativo).

1.3.2 Condiciones de referencia para el cromatógrafo de gases

Columna cromatográfica: Columna capilar de cera, 30 m * 0,32 mm * 0,5μm.

Programación de temperatura: Temperatura inicial de la columna 40°C, mantener durante 5 minutos; luego aumentar a 90°C a una velocidad de 5°C/min y mantener durante 5 minutos.

Caudal de la columna: 2 mL/min

Temperatura del puerto de inyección: 200℃

Temperatura del detector: 250℃

Caudal de aire: 300 mL/min

Caudal de hidrógeno: 40 mL/min.

Caudal de compensación: 25 mL/min.

Inyección dividida: Relación de división 10:1.

1.4 Preparación de la solución

Soluciones de trabajo estándar lineal BTEX

Agregar 2 g de arena de cuarzo y 10 mL de solución saturada de cloruro de sodio secuencialmente en 7 viales de espacio de cabeza. Luego agregar 0μL, 5μL, 10μL, 20μL de la solución de trabajo estándar 1 (10μg/mL) y 5μL, 10μL, 40μL de la solución de trabajo estándar 2 (100μg/mL) respectivamente en cada vial correspondiente. Sellar inmediatamente para preparar series estándar con masas de compuesto objetivo de 0μg, 0,05μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg y 4,00μg respectivamente.

2. Resultado y experimento

2.1 Análisis cualitativo de muestras estándar

Fig. 1 Cromatograma de la solución estándar BTEX (1,00μg)

Tabla 2 Parámetros cromatográficos de la solución estándar BTEX (1,00μg)

Nota: Como muestran los cromatogramas anteriores, la resolución entre todos los picos de los componentes BTEX supera 1,5, cumpliendo con los requisitos para aplicaciones analíticas.

2.2 Linealidad

Fig. 2 Curva estándar BTEX y coeficiente de correlación

Nota: Los niveles de concentración para la curva de trabajo estándar BTEX en esta prueba fueron 0μg, 0,05 μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg y 4,00μg. Todos los componentes BTEX demostraron una excelente linealidad con coeficientes de correlación >0,999, cumpliendo con los requisitos para aplicaciones analíticas.

2.3 Precisión

Fig. 3 Cromatogramas de reproducibilidad de BTEX en muestra de residuos sólidos (0,025 mg/kg)

Fig. 4 Cromatogramas de reproducibilidad de BTEX en muestra de residuos sólidos (0,100 mg/kg)

Fig. 5 Cromatogramas de reproducibilidad de BTEX en muestra de residuos sólidos (0,500 mg/kg)

Tabla 3 Parámetros cromatográficos de BTEX en muestras de residuos sólidos

Nota: Se realizaron seis determinaciones replicadas en muestras estándar mixtas de BTEX a niveles de concentración de 0,025 mg/kg, 0,100 mg/kg y 0,500 mg/kg. Las desviaciones estándar relativas (RSD) fueron 1,1-2,4%, 1,2-2,4% y 0,8-1,6%, respectivamente. Todos los picos cromatográficos demostraron desviaciones relativas que cumplen con los requisitos estándar.

2.4 Límite de detección (LOD)

Fig. 6 Cromatogramas para el límite de detección de BTEX en muestra de residuos sólidos (0,025 mg/kg)

Tabla 4 Límites de detección del método y límites inferiores de cuantificación para los componentes BTEX

Se realizaron ocho inyecciones replicadas de una solución de compuesto de benceno (0,025 mg/kg) en muestras de residuos sólidos. Los cálculos indican que cuando el tamaño de la muestra de residuos sólidos es de 2 g, el límite de detección de este método oscila entre 0,001 y 0,004 mg/kg, y el límite inferior de cuantificación oscila entre 0,004 y 0,016 mg/kg, cumpliendo con los requisitos estándar.

2.5 Prueba de muestra

Pretratamiento de la muestra: Agregar 2 g de muestra de residuos sólidos y 10 mL de solución saturada de cloruro de sodio en un vial de espacio de cabeza. Sellar el vial inmediatamente y oscilar a 150 ciclos/min durante 10 minutos utilizando un agitador recíproco. Posteriormente, realizar el análisis utilizando el muestreador de espacio de cabeza.

Fig. 7 Cromatograma del análisis de muestra de residuos sólidos

Nota: Siguiendo los procedimientos de pretratamiento estándar, la muestra de residuos sólidos se analizó después del muestreo. No se detectaron compuestos BTEX en la muestra de residuos sólidos.

2.6 Prueba de recuperación

Tabla 5 Parámetros de cromatografía de BTEX en los residuos sólidos

Nota: Se realizaron ocho pruebas replicadas en muestras de residuos sólidos con concentraciones bajas, medias y altas de BTEX. Las tasas de recuperación para todos los componentes BTEX cumplieron con los requisitos estándar.

3. Conclusión

Este método empleó el cromatógrafo de gases Wayeal GC6100 equipado con un detector FID y un muestreador de espacio de cabeza para la determinación de BTEX en residuos sólidos. Los resultados experimentales mostraron que la resolución entre todos los picos de los componentes BTEX superó 1,5, cumpliendo con los requisitos analíticos. Cuando las concentraciones de la curva de trabajo estándar oscilaron entre 0,05 y 4,0μg, todos los componentes BTEX mostraron una excelente linealidad con coeficientes de correlación >0,999, cumpliendo con las demandas analíticas. La precisión, los límites de detección y las tasas de recuperación del método cumplieron con las especificaciones estándar. Después del pretratamiento, no se detectaron compuestos BTEX en las muestras de prueba, lo que indica resultados normales. Esto demuestra que el método que utiliza el instrumento Wayeal GC6100 satisface los requisitos para la determinación de BTEX en residuos sólidos.

4. Atención

Los disolventes y los estándares de referencia utilizados en el experimento se clasifican como productos químicos peligrosos. Todos los procedimientos de preparación de soluciones y pretratamiento de muestras deben realizarse dentro de una campana extractora. Los operadores deben usar el equipo de protección personal de laboratorio adecuado según sea necesario, evitando cualquier contacto con la piel y la ropa.