고체 폐기물 중 가스 크로마토그래피를 이용한 BTEX 측정

고형 폐기물 오염은 환경 보호 분야에서 주요 과제가 되었습니다. BTEX(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 등)는 전형적인 유기 오염 물질로서 높은 독성, 강한 이동성, 잠재적인 발암 위험성으로 인해 생태 환경과 인체 건강에 심각한 위협을 가합니다. 이러한 오염 물질은 산업 생산 및 도시 폐기물뿐만 아니라 매립, 폐기물 축적 또는 부적절한 취급을 통해 환경으로 유입되어 토양, 지하수 및 주변 생태계를 오염시킬 수 있습니다. 따라서 고형 폐기물 내 BTEX의 정확한 검출이 중요합니다.

본 논문은 "고형 폐기물—BTEX 측정—헤드스페이스/가스 크로마토그래피 방법"(HJ 975-2018)을 참조하여 Wayeal’s 가스 크로마토그래프 GC6100에 FID 검출기와 헤드스페이스 샘플러를 장착하여 고형 폐기물 내 BTEX를 검출합니다.

키워드: BTEX, 헤드스페이스, 가스 크로마토그래피, FID 검출기, 고형 폐기물.

1. 실험 방법

1.1 기기 구성

표 1 가스 크로마토그래프 구성 목록

1.2 실험 재료 및 보조 장비

메탄올 중 8가지 BTEX 성분 표준 용액(1000μg/mL): 공인 상업 표준 용액, 4°C 미만의 어두운 조건에서 밀폐 용기에 보관.

메탄올 중 8가지 BTEX 성분 표준 작업 용액 1(10μg/mL): 표준 용액 100μL를 정확하게 피펫으로 취하여 물로 10mL로 희석합니다. 사용 전에 신선하게 준비합니다.

메탄올 중 8가지 BTEX 성분 표준 작업 용액 2(100μg/mL): 표준 용액 1000μL를 정확하게 피펫으로 취하여 물로 10mL로 희석합니다. 사용 전에 신선하게 준비합니다.

메탄올: 크로마토그래피 등급

인산: GR 등급

석영 모래: 0.30-0.85mm(50-20 메쉬). 400°C에서 4시간 동안 머플 퍼니스에서 가열한 후 냉각 후 접지 유리 마개 병으로 옮겨 밀봉 보관.

염화나트륨: GR 등급(사용 전 400°C에서 4시간 동안 머플 퍼니스에서 가열한 후 접지 유리 마개 병으로 옮겨 건조기에서 보관).

포화 염화나트륨 용액: 물 500mL를 측정하고, 인산을 한 방울씩 떨어뜨려 pH ≤ 2로 조절하고, 염화나트륨 180g을 넣고 완전히 녹여 혼합합니다. 4°C 미만에서 보관합니다.

운반 가스: 고순도 질소

수소 발생기

공기 발생기

완전 자동 헤드스페이스 샘플러: 온도 제어 정확도 ±1°C.

헤드스페이스 바이알: 유리 헤드스페이스 바이알(20mL).

1.3 시험 조건

1.3.1 헤드스페이스 샘플러 참조 조건

가열 평형 온도: 95℃

가열 평형 시간: 50분

주입 밸브 온도: 100°C;

이송 라인 온도: 110°C;

주입량: 1.0 mL(정량 루프).

1.3.2 가스 크로마토그래프 참조 조건

크로마토그래피 컬럼: 왁스 모세관 컬럼, 30m*0.32mm*0.5μm.

온도 프로그래밍: 초기 컬럼 온도 40°C, 5분 유지; 그 후 5°C/min 속도로 90°C까지 증가시키고 5분 유지.

컬럼 유속: 2mL/min

주입구 온도: 200℃

검출기 온도: 250℃

공기 유속: 300mL/min

수소 유속: 40 mL/min.

보충 유속: 25 mL/min.

분할 주입: 분할 비율 10:1.

1.4 용액 준비

BTEX 선형 표준 작업 용액

석영 모래 2g과 포화 염화나트륨 용액 10mL를 순차적으로 7개의 헤드스페이스 바이알에 넣습니다. 그런 다음 표준 작업 용액 1(10μg/mL) 0μL, 5μL, 10μL, 20μL 및 표준 작업 용액 2(100μg/mL) 5μL, 10μL, 40μL를 각각 해당 바이알에 넣습니다. 즉시 밀봉하여 표적 화합물 질량이 각각 0μg, 0.05μg, 0.10μg, 0.20μg, 0.50μg, 1.00μg 및 4.00μg인 표준 시리즈를 준비합니다.

2. 결과 및 실험

2.1 표준 시료의 정성 분석

그림 1 BTEX 표준 용액(1.00μg)의 크로마토그램

표 2 BTEX 표준 용액(1.00μg)의 크로마토그래피 매개변수

참고: 위 크로마토그램에서 볼 수 있듯이 모든 BTEX 성분 피크 간의 분해능은 1.5를 초과하여 분석 응용 분야의 요구 사항을 충족합니다.

2.2 선형성

그림 2 BTEX 표준 곡선 및 상관 계수

참고: 본 시험에서 BTEX 표준 작업 곡선의 농도 수준은 0μg, 0.05 μg, 0.10μg, 0.20μg, 0.50μg, 1.00μg 및 4.00μg이었습니다. 모든 BTEX 성분은 상관 계수가 >0.999로 우수한 선형성을 나타내어 분석 응용 분야의 요구 사항을 충족했습니다.

2.3 정밀도

그림 3 고형 폐기물 시료 내 BTEX의 재현성 크로마토그램(0.025mg/kg)

그림 4 고형 폐기물 시료 내 BTEX의 재현성 크로마토그램(0.100mg/kg)

그림 5 고형 폐기물 시료 내 BTEX의 재현성 크로마토그램(0.500mg/kg)

표 3 고형 폐기물 시료 내 BTEX의 크로마토그래피 매개변수

참고: 0.025mg/kg, 0.100mg/kg 및 0.500mg/kg 농도 수준에서 BTEX 혼합 표준 시료에 대해 6회 반복 측정을 수행했습니다. 상대 표준 편차(RSD)는 각각 1.1-2.4%, 1.2-2.4% 및 0.8-1.6%였습니다. 모든 크로마토그래피 피크는 표준 요구 사항을 준수하는 상대 편차를 나타냈습니다.

2.4 LOD

그림 6 고형 폐기물 시료 내 BTEX의 검출 한계에 대한 크로마토그램(0.025mg/kg)

표 4 BTEX 성분의 방법 검출 한계 및 정량 하한

고형 폐기물 시료에서 벤젠 화합물 용액(0.025mg/kg)에 대해 8회 반복 주입을 수행했습니다. 계산 결과, 고형 폐기물 시료 크기가 2g일 때 이 방법의 검출 한계는 0.001~0.004mg/kg이고 정량 하한은 0.004~0.016mg/kg이며 표준 요구 사항을 충족합니다.

2.5 시료 시험

시료 전처리: 고형 폐기물 시료 2g과 포화 염화나트륨 용액 10mL를 헤드스페이스 바이알에 넣습니다. 바이알을 즉시 밀봉하고 왕복 진탕기를 사용하여 10분 동안 150회/분으로 진동시킵니다. 그 후 헤드스페이스 샘플러를 사용하여 분석을 수행합니다.

그림 7 고형 폐기물 시료 분석의 크로마토그램

참고: 표준 전처리 절차에 따라 시료 채취 후 고형 폐기물 시료를 분석했습니다. 고형 폐기물 시료에서는 BTEX 화합물이 검출되지 않았습니다.

2.6 회수율 시험

표 5 고형 폐기물 내 BTEX의 크로마토그래피 매개변수

참고: 저농도, 중간 농도 및 고농도의 BTEX가 첨가된 고형 폐기물 시료에 대해 8회 반복 시험을 수행했습니다. 모든 BTEX 성분의 회수율은 표준 요구 사항을 충족했습니다.

3. 결론

이 방법은 FID 검출기와 헤드스페이스 샘플러가 장착된 Wayeal 가스 크로마토그래프 GC6100을 사용하여 고형 폐기물 내 BTEX를 측정했습니다. 실험 결과, 모든 BTEX 성분 피크 간의 분해능이 1.5를 초과하여 분석 요구 사항을 충족했습니다. 표준 작업 곡선 농도가 0.05~4.0μg 범위일 때 모든 BTEX 성분은 상관 계수가 >0.999로 우수한 선형성을 나타내어 분석 요구 사항을 충족했습니다. 이 방법의 정밀도, 검출 한계 및 회수율은 모두 표준 사양을 준수했습니다. 전처리 후 시험 시료에서 BTEX 화합물이 검출되지 않아 정상적인 결과를 나타냈습니다. 이는 Wayeal GC6100 기기를 활용하는 이 방법이 고형 폐기물 내 BTEX 측정을 위한 요구 사항을 충족함을 보여줍니다.

4. 주의

실험에 사용된 용매 및 표준 물질은 유해 화학 물질로 분류됩니다. 모든 용액 준비 및 시료 전처리 절차는 흄 후드 내에서 수행해야 합니다. 작업자는 필요한 경우 적절한 실험실 개인 보호 장비를 착용하여 피부 및 의류와의 접촉을 피해야 합니다.