Determinação de BTEX em Resíduos Sólidos por Cromatografia Gasosa

A poluição por resíduos sólidos tornou-se um grande desafio no campo da proteção ambiental. BTEX (como benzeno, tolueno, etilbenzeno, etc.), como poluentes orgânicos típicos, representam ameaças significativas ao meio ambiente e à saúde humana devido à sua alta toxicidade, forte mobilidade e potenciais riscos carcinogênicos. Esses poluentes se originam não apenas da produção industrial e de resíduos municipais, mas também podem entrar no meio ambiente por meio de aterros sanitários, acúmulo de resíduos ou manuseio inadequado, contaminando assim o solo, as águas subterrâneas e os ecossistemas circundantes. Portanto, a detecção precisa de BTEX em resíduos sólidos é crucial.

Este artigo referencia "Resíduos Sólidos—Determinação de BTEX—Método Headspace/Cromatografia Gasosa" (HJ 975-2018) e utiliza o Cromatógrafo a Gás GC6100 da Wayeal equipado com um detector FID e amostrador headspace para a detecção de BTEX em resíduos sólidos.

Palavras-chave: BTEX, Headspace, Cromatografia gasosa, Detector FID, Resíduos sólidos.

1. Método Experimental

1.1 Configuração do Instrumento

Tabela 1 Lista de Configuração do Cromatógrafo a Gás

1.2 Materiais Experimentais e Equipamentos Auxiliares

Solução padrão de referência de 8 componentes BTEX em metanol (1000μg/mL): Solução padrão comercialmente certificada, armazenada em recipientes herméticos em condições de escuridão a temperaturas abaixo de 4°C.

Solução de trabalho padrão 1 de 8 componentes BTEX em metanol (10μg/mL):Pipetar com precisão 100μL da solução padrão de referência e diluir para 10mL com água. Preparar fresco antes de usar.

Solução de trabalho padrão 2 de 8 componentes BTEX em metanol (100μg/mL):Pipetar com precisão 1000μL da solução padrão de referência e diluir para 10mL com água. Preparar fresco antes de usar.

Metanol:Grau cromatográfico

Ácido fosfórico:Grau GR

Areia de quartzo: 0,30-0,85mm (50-20 mesh). Aquecido em forno mufla a 400°C por 4 horas, depois transferido para um frasco com tampa esmerilhada para armazenamento selado após o resfriamento.

Cloreto de sódio: Grau GR (aquecido em forno mufla a 400°C por 4 horas antes do uso, depois transferido para um frasco com tampa esmerilhada e armazenado em um dessecador para aplicação subsequente).

Solução saturada de cloreto de sódio: Medir 500mL de água, adicionar ácido fosfórico gota a gota para ajustar o pH ≤ 2, adicionar 180g de cloreto de sódio, dissolver e misturar completamente. Armazenar a temperaturas abaixo de 4°C.

Gás de arraste:Nitrogênio de alta pureza

Gerador de hidrogênio

Gerador de ar

Amostrador headspace totalmente automático: Precisão de controle de temperatura de ±1°C.

Frascos headspace: Frascos headspace de vidro (20mL).

1.3 Condições de Teste

1.3.1 Condições de Referência para o Amostrador Headspace

Temperatura de equilíbrio de aquecimento: 95℃

Tempo de equilíbrio de aquecimento: 50min

Temperatura da válvula de injeção: 100°C;

Temperatura da linha de transferência: 110°C;

Volume de injeção: 1,0 mL (loop quantitativo).

1.3.2 Condições de Referência para Cromatógrafo a Gás

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

Programação de temperatura: Temperatura inicial da coluna 40°C, manter por 5 minutos; depois aumentar para 90°C a uma taxa de 5°C/min e manter por 5 minutos.

Vazão da coluna: 2mL/min

Temperatura da porta de injeção: 200℃

Temperatura do detector: 250℃

Vazão de ar: 300mL/min

Vazão de hidrogênio: 40 mL/min.

Vazão de make-up: 25 mL/min.

Injeção split: Razão split 10:1.

1.4 Preparação da Solução

Soluções de Trabalho Padrão Linear BTEX

Adicionar 2g de areia de quartzo e 10mL de solução saturada de cloreto de sódio sequencialmente em 7 frascos headspace. Em seguida, adicionar 0μL, 5μL, 10μL, 20μL da solução de trabalho padrão 1 (10μg/mL) e 5μL, 10μL, 40μL da solução de trabalho padrão 2 (100μg/mL) respectivamente em cada frasco correspondente. Selar imediatamente para preparar séries padrão com massas de composto alvo de 0μg, 0,05μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg e 4,00μg, respectivamente.

2. Resultado e Experimento

2.1 Análise Qualitativa de Amostras Padrão

Fig 1 Cromatograma da Solução Padrão BTEX (1,00μg)

Tabela 2 Parâmetros Cromatográficos da Solução Padrão BTEX (1,00μg)

Nota: Como mostram os cromatogramas acima, a resolução entre todos os picos dos componentes BTEX excede 1,5, atendendo aos requisitos para aplicações analíticas.

2.2 Linearidade

Fig 2 Curva Padrão BTEX e Coeficiente de Correlação

Nota: Os níveis de concentração para a curva de trabalho padrão BTEX neste teste foram 0μg, 0,05 μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg e 4,00μg. Todos os componentes BTEX demonstraram excelente linearidade com coeficientes de correlação >0,999, atendendo aos requisitos para aplicações analíticas.

2.3 Precisão

Fig 3 Cromatogramas de Reprodutibilidade de BTEX em Amostra de Resíduos Sólidos (0,025mg/kg)

Fig 4 Cromatogramas de Reprodutibilidade de BTEX em Amostra de Resíduos Sólidos (0,100mg/kg)

Fig 5 Cromatogramas de Reprodutibilidade de BTEX em Amostra de Resíduos Sólidos (0,500mg/kg)

Tabela 3 Parâmetros Cromatográficos de BTEX em Amostras de Resíduos Sólidos

Nota: Seis determinações em duplicata foram realizadas em amostras padrão mistas de BTEX em níveis de concentração de 0,025mg/kg, 0,100mg/kg e 0,500mg/kg. Os desvios padrão relativos (DSR) foram 1,1-2,4%, 1,2-2,4% e 0,8-1,6%, respectivamente. Todos os picos cromatográficos demonstraram desvios relativos em conformidade com os requisitos padrão.

2.4 LOD

Fig 6 Cromatogramas para Limite de Detecção de BTEX em Amostra de Resíduos Sólidos (0,025mg/kg)

Tabela 4 Limites de Detecção do Método e Limites Inferiores de Quantificação para Componentes BTEX

Oito injeções em duplicata de uma solução de composto de benzeno (0,025 mg/kg) em amostras de resíduos sólidos foram realizadas. Os cálculos indicam que, quando o tamanho da amostra de resíduos sólidos é de 2 g, o limite de detecção deste método varia de 0,001 a 0,004 mg/kg, e o limite inferior de quantificação varia de 0,004 a 0,016 mg/kg, atendendo aos requisitos padrão.

2.5 Teste de Amostra

Pré-tratamento da amostra: Adicionar 2g de amostra de resíduos sólidos e 10mL de solução saturada de cloreto de sódio em um frasco headspace. Selar o frasco imediatamente e oscilar a 150 ciclos/min por 10 minutos usando um agitador alternativo. Posteriormente, realizar a análise usando o amostrador headspace.

Fig 7 Cromatograma da Análise da Amostra de Resíduos Sólidos

Nota: Após os procedimentos padrão de pré-tratamento, a amostra de resíduos sólidos foi analisada após a amostragem. Nenhum composto BTEX foi detectado na amostra de resíduos sólidos.

2.6 Teste de Recuperação

Tabela 5 Parâmetros de Cromatografia de BTEX nos Resíduos Sólidos

Nota: Oito testes em duplicata foram conduzidos em amostras de resíduos sólidos contaminadas com baixas, médias e altas concentrações de BTEX. As taxas de recuperação para todos os componentes BTEX atenderam aos requisitos padrão.

3. Conclusão

Este método empregou o Cromatógrafo a Gás Wayeal GC6100 equipado com um detector FID e amostrador headspace para a determinação de BTEX em resíduos sólidos. Os resultados experimentais mostraram que a resolução entre todos os picos dos componentes BTEX excedeu 1,5, atendendo aos requisitos analíticos. Quando as concentrações da curva de trabalho padrão variaram de 0,05 a 4,0μg, todos os componentes BTEX mostraram excelente linearidade com coeficientes de correlação >0,999, atendendo às demandas analíticas. A precisão, os limites de detecção e as taxas de recuperação do método estavam em conformidade com as especificações padrão. Após o pré-tratamento, nenhum composto BTEX foi detectado nas amostras de teste, indicando resultados normais. Isso demonstra que o método que utiliza o instrumento Wayeal GC6100 satisfaz os requisitos para a determinação de BTEX em resíduos sólidos.

4. Atenção

Os solventes e padrões de referência utilizados no experimento são classificados como produtos químicos perigosos. Todos os procedimentos de preparação de soluções e pré-tratamento de amostras devem ser conduzidos dentro de uma capela. Os operadores devem usar equipamentos de proteção individual de laboratório apropriados, conforme necessário, evitando qualquer contato com a pele e roupas.