Chromatographie en phase gazeuse avec espace de tête pour la détermination de 12 hydrocarbures aromatiques volatils dans le sol

Les hydrocarbures aromatiques volatils dans le sol (tels que 12 polluants typiques, dont le benzène, le toluène, le xylène et le chlorobenzène) proviennent principalement des activités humaines telles que les émissions industrielles, les déversements de pétrole et l'utilisation de solvants organiques. Ces composés présentent une toxicité, une persistance et des caractéristiques de bioaccumulation notables. Ils peuvent être transmis par la chaîne alimentaire, constituant une menace directe pour la sécurité des produits agricoles et la santé humaine, avec certains risques de cancérogénicité et de tératogénicité.

Cet article fait référence à la méthode standard "Sol et sédiments—Détermination des hydrocarbures aromatiques volatils—Espace de tête/Chromatographie en phase gazeuse" (HJ 742-2015) et utilise le chromatographe en phase gazeuse GC6100 de Wayeal, équipé d'un détecteur FID et d'un passeur d'échantillons d'espace de tête, pour la détection des hydrocarbures aromatiques volatils dans le sol.

Mots-clés : Hydrocarbures aromatiques volatils ; Espace de tête ; Chromatographie en phase gazeuse ; Détecteur FID ; Sol

1. Méthode expérimentale

1.1 Configuration de l'instrument

Tableau 1 Liste de configuration du système de chromatographie en phase gazeuse

1.2 Matériels expérimentaux et équipements auxiliaires

Solution mère standard (1000μg/mL) de 12 hydrocarbures aromatiques volatils : Matériau de référence certifié acheté à l'extérieur, conservé dans des conditions à l'abri de la lumière et hermétiques à des températures inférieures à 4°C pour la réfrigération.

Méthanol : Qualité chromatographique.

Chlorure de sodium : Qualité réactif garanti (cuit à 400°C dans un four à moufle pendant 4 heures avant utilisation, refroidi à température ambiante dans un dessiccateur, puis conservé dans une bouteille en verre rodé pour une utilisation ultérieure).

Acide phosphorique : Qualité GR

Sable de quartz : Qualité réactif analytique, 20–50 mesh

Agitateur oscillant : Fréquence d'oscillation 150 coups/min ;

Balance analytique.

Gaz vecteur : Azote de haute pureté ;

Générateur d'hydrogène ;

Générateur d'air ;

Passeur d'échantillons d'espace de tête entièrement automatisé : Précision du contrôle de la température de ±1°C ;

Flacons d'espace de tête : Flacons d'espace de tête en verre (20 mL).

1.3 Conditions d'essai

1.3.1 Conditions de référence pour le passeur d'échantillons d'espace de tête

Température de chauffage et d'équilibre : 85°C

Temps de chauffage et d'équilibre : 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 d'échantillon).

1.3.2 Conditions de référence pour le chromatographe en phase gazeuse

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

Programme de température : Température initiale de la colonne de 35°C maintenue pendant 6 minutes ; chauffée à 150°C à une vitesse de 5°C/min et maintenue pendant 5 minutes ; puis chauffée à 200°C à 20°C/min et maintenue pendant 5 minutes.

Débit de la colonne : 1 mL/min

Température du port d'injection : 250°C

Température du détecteur : 250°C

Débit d'air : 300 mL/min

Débit d'hydrogène : 40 mL/min

Débit de gaz d'appoint : 10 mL/min

Injection avec partage de flux : Rapport de partage 5:1

1.4 Préparation de la solution

1.4.1 Solution saturée de chlorure de sodium

Mesurer 500 mL d'eau ultrapure, ajuster le pH à ≤2 à l'aide d'acide phosphorique, ajouter 180 g de chlorure de sodium, dissoudre et mélanger soigneusement. Conserver dans un environnement protégé de la lumière à 4°C.

1.4.2 Solutions de travail standard linéaires

Mesurer séparément 25μL, 50μL, 100μL, 250μL et 500μL de la solution mère standard d'hydrocarbures aromatiques volatils (1000μg/mL) dans des fioles jaugées de 5 mL pré-remplies d'une petite quantité de méthanol. Ensuite, diluer jusqu'au volume avec du méthanol pour obtenir des solutions standard avec des concentrations de 5μg/mL, 10μg/mL, 20μg/mL, 50μg/mL et 100μg/mL, respectivement. Ajouter séquentiellement 2 g de sable de quartz, 10 mL de solution saturée de chlorure de sodium et 10μL de chacune des solutions de travail standard linéaires susmentionnées dans cinq flacons d'espace de tête. Cette préparation donne une série de courbes d'étalonnage à cinq points avec des masses de composés cibles de 50 ng, 100 ng, 200 ng, 500 ng et 1000 ng, respectivement.

2. Résultats et discussion

2.1 Analyse qualitative des étalons de référence

Fig 1 Chromatogramme du blanc

Fig 2 Chromatogramme de la solution standard d'hydrocarbures aromatiques volatils (500 ng)

Tableau 2 Paramètres chromatographiques de la solution standard d'hydrocarbures aromatiques volatils (500 ng)

Remarque : Comme le montre le chromatogramme ci-dessus, la résolution entre les pics chromatographiques de tous les composés hydrocarbures aromatiques volatils dépasse 1,5, ce qui répond aux exigences de l'analyse expérimentale.

2.2 Linéarité

Fig 3 Courbes étalons et coefficients de corrélation des hydrocarbures aromatiques volatils

Remarque : La courbe de travail standard pour les hydrocarbures aromatiques volatils testés dans cette analyse a été construite à des niveaux de masse de 50 ng, 100 ng, 200 ng, 500 ng et 1000 ng. Tous les composants ont montré une excellente linéarité avec des coefficients de corrélation supérieurs à 0,999, ce qui répond aux exigences de l'analyse expérimentale.

2.3 Précision

Fig 4 Chromatogramme de la solution standard d'hydrocarbures aromatiques volatils (50 ng)

Fig 5 Chromatogramme de la solution standard d'hydrocarbures aromatiques volatils (200 ng)

Fig 6 Chromatogramme de la solution standard d'hydrocarbures aromatiques volatils (1000 ng)

Tableau 3 Paramètres chromatographiques de précision

Remarque : Six analyses en répliques ont été effectuées pour des échantillons d'hydrocarbures aromatiques volatils à des niveaux de masse de 50 ng, 200 ng et 1000 ng. Les écarts types relatifs (RSD) étaient respectivement compris entre 0,6 et 3,2 %, 1,6 et 3,1 % et 1,4 et 3,2 %. Les écarts relatifs des pics chromatographiques pour tous les composés étaient conformes aux exigences standard.

2.4 Limite de détection

Fig 7 Chromatogramme de la solution de limite de détection (50 ng)

Tableau 4 LOD de la méthode et limite inférieure de détermination pour chaque composant des hydrocarbures aromatiques volatils.

La solution standard d'hydrocarbures aromatiques volatils (50 ng) a été injectée à plusieurs reprises huit fois. Sur la base des calculs, lorsque la quantité d'échantillon de sol est de 2 g, les limites de détection de la méthode pour les 12 hydrocarbures aromatiques volatils varient de 0,7μg/kg à 3,0μg/kg, et les limites inférieures de détermination varient de 2,8μg/kg à 12,0μg/kg, ce qui répond à toutes les exigences standard.

2.5 Essai d'échantillon

Fig 8 Chromatogramme de l'échantillon de sol

Peser 2 g de l'échantillon dans un flacon d'espace de tête, ajouter rapidement 10,0 mL de solution saturée de chlorure de sodium et sceller immédiatement. Agiter le flacon sur un agitateur oscillant à 150 coups/min pendant 10 minutes. L'analyse a indiqué qu'aucun composé de la série benzénique n'a été détecté dans l'échantillon de sol.

2.6 Essai de récupération avec ajout

Fig 9 Chromatogramme de l'échantillon de sol avec ajout (Niveau d'ajout : 100μg/kg).

Tableau 5-1 Récupération avec ajout d'échantillon de sol (Niveau d'ajout : 25μg/kg).

Tableau 5-2 Récupération avec ajout d'échantillon de sol (Niveau d'ajout : 100μg/kg)

Tableau 5-3 Récupération avec ajout d'échantillon de sol (Niveau d'ajout : 500μg/kg)

Des analyses ont été effectuées sur des échantillons de sol avec ajout à des niveaux de 25μg/kg, 100μg/kg et 500μg/kg. Les plages de récupération avec ajout pour les 12 composés cibles étaient respectivement de 92,4 % à 99,8 %, de 87,7 % à 103,7 % et de 94,9 % à 101,6 %.

3. Conclusion

Cette méthode a utilisé la chromatographie en phase gazeuse avec espace de tête GC6100 de Wayeal, équipée d'un détecteur FID et d'un passeur d'échantillons d'espace de tête, pour la détection des hydrocarbures aromatiques volatils dans le sol. Les résultats expérimentaux indiquent que la résolution entre les pics chromatographiques de tous les composés hydrocarbures aromatiques volatils est supérieure à 1,5, ce qui répond aux exigences de l'analyse expérimentale. Lorsque la masse de la courbe de travail standard variait de 50 à 1000 ng, tous les composants de la solution standard ont présenté une excellente linéarité avec des coefficients de corrélation supérieurs à 0,999, ce qui répond aux exigences de l'analyse expérimentale. Les résultats des essais de précision, des limites de détection de la méthode, des limites inférieures de quantification et des expériences de récupération avec ajout sont tous conformes aux exigences standard. Cette méthode peut être utilisée pour la détection des hydrocarbures aromatiques volatils dans le sol.