Détermination des BTEX dans les déchets solides par chromatographie en phase gazeuse

La pollution par les déchets solides est devenue un défi majeur dans le domaine de la protection de l'environnement. Les BTEX (tels que le benzène, le toluène, l'éthylbenzène, etc.), en tant que polluants organiques typiques, constituent des menaces importantes pour l'environnement écologique et la santé humaine en raison de leur forte toxicité, de leur grande mobilité et de leurs risques potentiels de cancérogénicité. Ces polluants proviennent non seulement de la production industrielle et des déchets municipaux, mais peuvent également pénétrer dans l'environnement par l'enfouissement en décharge, l'accumulation de déchets ou une manipulation inappropriée, contaminant ainsi les sols, les eaux souterraines et les écosystèmes environnants. Par conséquent, la détection précise des BTEX dans les déchets solides est cruciale.

Ce document fait référence à la méthode "Déchets solides — Détermination des BTEX — Méthode Headspace/Chromatographie en phase gazeuse" (HJ 975-2018) et utilise le chromatographe en phase gazeuse GC6100 de Wayeal équipé d'un détecteur FID et d'un échantillonneur headspace pour la détection des BTEX dans les déchets solides.

Mots-clés : BTEX, Headspace, Chromatographie en phase gazeuse, Détecteur FID, Déchets solides.

1. Méthode expérimentale

1.1 Configuration de l'instrument

Tableau 1 Liste de configuration du chromatographe en phase gazeuse

1.2 Matériels expérimentaux et équipements auxiliaires

Solution standard de référence des 8 composants BTEX dans le méthanol (1000μg/mL) : Solution standard certifiée commercialement, conservée dans des récipients hermétiques à l'abri de la lumière à des températures inférieures à 4°C.

Solution de travail standard 1 des 8 composants BTEX dans le méthanol (10μg/mL) :Prélever avec précision 100μL de la solution standard de référence et diluer à 10 mL avec de l'eau. Préparer fraîchement avant utilisation.

Solution de travail standard 2 des 8 composants BTEX dans le méthanol (100μg/mL) :Prélever avec précision 1000μL de la solution standard de référence et diluer à 10 mL avec de l'eau. Préparer fraîchement avant utilisation.

Méthanol :Qualité chromatographique

Acide phosphorique :Qualité GR

Sable de quartz : 0,30-0,85 mm (50-20 mesh). Chauffé dans un four à moufle à 400°C pendant 4 heures, puis transféré dans une bouteille à bouchon rodé pour un stockage scellé après refroidissement.

Chlorure de sodium : Qualité GR (chauffé dans un four à moufle à 400°C pendant 4 heures avant utilisation, puis transféré dans une bouteille à bouchon rodé et conservé dans un dessiccateur pour une application ultérieure).

Solution saturée de chlorure de sodium : Mesurer 500 mL d'eau, ajouter de l'acide phosphorique goutte à goutte pour ajuster le pH ≤ 2, ajouter 180 g de chlorure de sodium, dissoudre et mélanger soigneusement. Conserver à des températures inférieures à 4°C.

Gaz vecteur :Azote de haute pureté

Générateur d'hydrogène

Générateur d'air

Échantillonneur headspace entièrement automatique : Précision du contrôle de la température de ±1°C.

Flacons headspace : Flacons headspace en verre (20 mL).

1.3 Conditions d'essai

1.3.1 Conditions de référence pour l'échantillonneur headspace

Température d'équilibre de chauffage : 95℃

Temps d'équilibre de chauffage : 50 min

Température de la vanne d'injection : 100°C ;

Température de la ligne de transfert : 110°C ;

Volume d'injection : 1,0 mL (boucle quantitative).

1.3.2 Conditions de référence pour le chromatographe en phase gazeuse

Colonne chromatographique : Colonne capillaire en cire, 30 m*0,32 mm*0,5μm.

Programmation de la température : Température initiale de la colonne 40°C, maintenir pendant 5 minutes ; puis augmenter à 90°C à un taux de 5°C/min et maintenir pendant 5 minutes.

Débit de la colonne : 2 mL/min

Température du port d'injection : 200℃

Température du détecteur : 250℃

Débit d'air : 300 mL/min

Débit d'hydrogène : 40 mL/min.

Débit de gaz de compensation : 25 mL/min.

Injection avec partage de flux : Rapport de partage 10:1.

1.4 Préparation de la solution

Solutions de travail standard linéaires BTEX

Ajouter séquentiellement 2 g de sable de quartz et 10 mL de solution saturée de chlorure de sodium dans 7 flacons headspace. Ensuite, ajouter respectivement 0μL, 5μL, 10μL, 20μL de la solution de travail standard 1 (10μg/mL) et 5μL, 10μL, 40μL de la solution de travail standard 2 (100μg/mL) dans chaque flacon correspondant. Sceller immédiatement pour préparer une série standard avec des masses de composés cibles de 0μg, 0,05μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg et 4,00μg respectivement.

2. Résultat et expérience

2.1 Analyse qualitative des échantillons standards

Fig 1 Chromatogramme de la solution standard BTEX (1,00μg)

Tableau 2 Paramètres chromatographiques de la solution standard BTEX (1,00μg)

Remarque : Comme le montrent les chromatogrammes ci-dessus, la résolution entre tous les pics des composants BTEX dépasse 1,5, ce qui répond aux exigences des applications analytiques.

2.2 Linéarité

Fig 2 Courbe standard BTEX et coefficient de corrélation

Remarque : Les niveaux de concentration pour la courbe de travail standard BTEX dans ce test étaient de 0μg, 0,05 μg, 0,10μg, 0,20μg, 0,50μg, 1,00μg et 4,00μg. Tous les composants BTEX ont démontré une excellente linéarité avec des coefficients de corrélation >0,999, ce qui répond aux exigences des applications analytiques.

2.3 Précision

Fig 3 Chromatogrammes de reproductibilité des BTEX dans un échantillon de déchets solides (0,025 mg/kg)

Fig 4 Chromatogrammes de reproductibilité des BTEX dans un échantillon de déchets solides (0,100 mg/kg)

Fig 5 Chromatogrammes de reproductibilité des BTEX dans un échantillon de déchets solides (0,500 mg/kg)

Tableau 3 Paramètres chromatographiques des BTEX dans les échantillons de déchets solides

Remarque : Six déterminations en réplique ont été effectuées sur des échantillons standards mixtes BTEX à des niveaux de concentration de 0,025 mg/kg, 0,100 mg/kg et 0,500 mg/kg. Les écarts types relatifs (RSD) étaient respectivement de 1,1 à 2,4 %, 1,2 à 2,4 % et 0,8 à 1,6 %. Tous les pics chromatographiques ont présenté des écarts relatifs conformes aux exigences de la norme.

2.4 LOD

Fig 6 Chromatogrammes pour la limite de détection des BTEX dans un échantillon de déchets solides (0,025 mg/kg)

Tableau 4 Limites de détection de la méthode et limites inférieures de quantification pour les composants BTEX

Huit injections en réplique d'une solution de composé benzénique (0,025 mg/kg) dans des échantillons de déchets solides ont été effectuées. Les calculs indiquent que lorsque la taille de l'échantillon de déchets solides est de 2 g, la limite de détection de cette méthode varie de 0,001 à 0,004 mg/kg, et la limite inférieure de quantification varie de 0,004 à 0,016 mg/kg, ce qui répond aux exigences de la norme.

2.5 Test d'échantillon

Prétraitement de l'échantillon : Ajouter 2 g d'échantillon de déchets solides et 10 mL de solution saturée de chlorure de sodium dans un flacon headspace. Sceller immédiatement le flacon et osciller à 150 cycles/min pendant 10 minutes à l'aide d'un agitateur alternatif. Ensuite, effectuer l'analyse à l'aide de l'échantillonneur headspace.

Fig 7 Chromatogramme de l'analyse de l'échantillon de déchets solides

Remarque : Suite aux procédures de prétraitement standard, l'échantillon de déchets solides a été analysé après l'échantillonnage. Aucun composé BTEX n'a été détecté dans l'échantillon de déchets solides.

2.6 Test de récupération

Tableau 5 Paramètres chromatographiques des BTEX dans les déchets solides

Remarque : Huit tests en réplique ont été menés sur des échantillons de déchets solides dopés avec des concentrations faibles, moyennes et élevées de BTEX. Les taux de récupération pour tous les composants BTEX ont satisfait aux exigences de la norme.

3. Conclusion

Cette méthode a utilisé le chromatographe en phase gazeuse Wayeal GC6100 équipé d'un détecteur FID et d'un échantillonneur headspace pour la détermination des BTEX dans les déchets solides. Les résultats expérimentaux ont montré que la résolution entre tous les pics des composants BTEX dépassait 1,5, ce qui répondait aux exigences analytiques. Lorsque les concentrations de la courbe de travail standard variaient de 0,05 à 4,0μg, tous les composants BTEX ont montré une excellente linéarité avec des coefficients de corrélation >0,999, ce qui répondait aux exigences analytiques. La précision, les limites de détection et les taux de récupération de la méthode étaient tous conformes aux spécifications standard. Après prétraitement, aucun composé BTEX n'a été détecté dans les échantillons de test, ce qui indique des résultats normaux. Cela démontre que la méthode utilisant l'instrument Wayeal GC6100 satisfait aux exigences de la détermination des BTEX dans les déchets solides.

4. Attention

Les solvants et les étalons de référence utilisés dans l'expérience sont classés comme produits chimiques dangereux. Toutes les procédures de préparation des solutions et de prétraitement des échantillons doivent être effectuées à l'intérieur d'une hotte aspirante. Les opérateurs doivent porter l'équipement de protection individuelle de laboratoire approprié, comme requis, en évitant tout contact avec la peau et les vêtements.