簡介
體積排阻色譜法
(SEC，Size Exclusion Chromatography)
是將樣品分子按照尺寸大小來分開的分析方法。流動相以填充有多孔珠狀材料的色譜柱來承載樣品分子，樣品分子可以在孔和空隙(即填充物周圍的空間)之間自由移動1。小分子在孔空間中停留的時(shí)間較長，大分子在孔空間中停留的時(shí)間較短，因此能夠按照分子的大小將其分開1。
SEC系統(tǒng)可以方便地同其它監(jiān)測方法(如TOC、吸光度、熒光檢測等)搭配使用2-4，結(jié)果數(shù)據(jù)顯示分子量(MW，Molecular Weight)與強(qiáng)度(即TOC濃度、吸光度、熒光特征)的詳細(xì)比較色譜圖，可以用來表征有機(jī)物(OM，Organic Matter)，并幫助我們深度了解水處理工藝2-4。
有機(jī)物和分子尺寸
在批量水處理工藝中，需要測量TOC和吸光度來滿足法規(guī)要求，但這些技術(shù)只能將有機(jī)物的復(fù)雜性簡化成單一數(shù)據(jù)點(diǎn)，來代表批量水系統(tǒng)的成分5。而實(shí)際上水中的有機(jī)物由許多復(fù)雜分子組成，分子大小和分子量都差別很大，從小于500道爾頓到大于2萬道爾頓2-5。人們按照分子量來分類有機(jī)分子，例如最大分子量的分子為生物分子(分子量大于2萬道爾頓)2，中等分子量的分子為腐殖物分子(分子量為500-3000道爾頓)6。有機(jī)分子的大小決定了其某些性質(zhì)，例如能否反應(yīng)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，以及是否易于在水處理過程(即膜過濾、凝聚)中被去除2-4。
SEC搭配TOC和吸光度檢測
在過去的幾十年，有機(jī)物的SEC分析法越來越流行。如今SEC分析法已廣泛用于研究和工業(yè)領(lǐng)域。早期的SEC分析法用紫外吸光度作為主要檢測方法2-4。但吸光度僅適用于發(fā)色分子，而大量的非發(fā)色有機(jī)物無法被吸光度檢測到，從而導(dǎo)致人們對水質(zhì)的誤判3,4。
近年來，SEC分析法采用TOC作為檢測方法。SEC和TOC搭配使用，能夠檢測出給定樣品中的所有有機(jī)物3,4。就像批量水分析一樣，將SEC-TOC數(shù)據(jù)同SEC-吸光度數(shù)據(jù)一起使用，就能得出有機(jī)物性質(zhì)的信息(即有機(jī)物中的脂肪族與芳香族的比例)2-4。
SEC-TOC-吸光度的工業(yè)用途
有機(jī)物的SEC分析提供了有關(guān)有機(jī)物表征和水處理工藝效果的詳細(xì)數(shù)據(jù)。不同的水處理過程會對不同分子量和類型的有機(jī)分子產(chǎn)生不同的處理效果3,4，因此上述數(shù)據(jù)具實(shí)用價(jià)值。例如膜過濾只能去除大于特定分子量的有機(jī)分子，凝聚能從腐殖質(zhì)中去除芳香族分子(即發(fā)色分子)，臭氧氧化能將較大的芳香族分子分解為較小的脂肪族分子。
與批量水分析相比，在監(jiān)測水處理過程中的有機(jī)物變化方面，SEC分析具有明顯優(yōu)勢。有機(jī)物表征能夠幫助我們預(yù)測和確認(rèn)處理工藝對水中的特定有機(jī)物的處理效果，以及哪種處理工藝*3,4。下文“性能數(shù)據(jù)”部分中的示例顯示了用SEC分析來表征有機(jī)物并跟蹤水處理過程中有機(jī)物含量變化的能力。
解決方案
Sievers® M9 TOC分析儀有在線運(yùn)行模式，可以作為檢測器同HPLC-SEC系統(tǒng)搭配使用。
優(yōu)點(diǎn)
樣品制備和儀器操作便捷
SEC-TOC系統(tǒng)可以與其它類型的檢測器(如吸光度、熒光特征等)搭配使用，一次運(yùn)行即可獲得多組數(shù)據(jù)
結(jié)果數(shù)據(jù)顯示分子量與 TOC 的詳細(xì)色譜
性能數(shù)據(jù)
下面是用HPLC-SEC來表征有機(jī)樣品和水處理工藝效果的示例。用HPLC-SEC系統(tǒng)搭配吸光度(Agilent 1260 Infinity II多波長檢測器)和TOC(Sievers M9 TOC分析儀)來分析樣品。本文著重討論結(jié)果數(shù)據(jù)所顯示的幾個(gè)要點(diǎn)。
水處理工藝的效果
以下是來自水處理廠的示例數(shù)據(jù)。在示例中，水經(jīng)過凝聚，然后經(jīng)過膜過濾。表2中顯示了同一樣品的批量水分析數(shù)據(jù)。圖1a和b顯示了SEC分析的色譜數(shù)據(jù)。
討論
SEC-TOC和SEC-紫外色譜圖看上去不同，這是因?yàn)镾EC-TOC檢測所有有機(jī)分子中的總碳濃度，而SEC-UV只檢測吸收光的有機(jī)分子(即發(fā)色有機(jī)物，只占總有機(jī)物中的一部分)。
SEC色譜圖將一維的批量水?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)擴(kuò)展為分子量與 TOC 或紫外吸光強(qiáng)度的詳細(xì)顯示。我們無法從批量水分析中得到其它具體結(jié)論。
兩個(gè)主要的分子量峰值部分(見圖1a中的“峰值 1”和“峰值 2”)代表有機(jī)物。
峰值1位置的有機(jī)物吸光度較弱，基本上屬于脂肪族。峰值2位置的有機(jī)物吸光度較強(qiáng)，基本上屬于芳香族。
凝聚去除峰值1和峰值2的有機(jī)物。
凝聚只去除峰值2的發(fā)色有機(jī)物(即芳香族分子)。
膜過濾只去除峰值1的有機(jī)物，由此可知峰2的有機(jī)分子小于本研究中所采用的膜過濾分子量截止值。
臭氧處理的效果
本文還顯示了用臭氧在2個(gè)劑量下(從“劑量1”增加到“劑量2”)處理有機(jī)物的示例。我們用前面示例中所描述的SEC系統(tǒng)進(jìn)行分析。表3、圖2a和2b列出了結(jié)果數(shù)據(jù)。
討論
臭氧處理可以分解高分子量的有機(jī)物，產(chǎn)生低分子量的有機(jī)物。
隨著臭氧用量的增加，產(chǎn)生的處理效果增強(qiáng)。
新產(chǎn)生的分子位于約1000道爾頓的*峰值處。
臭氧處理破壞發(fā)色分子(即芳香族分子)。
不產(chǎn)生新的發(fā)色分子(即芳香族分子)。
新產(chǎn)生的低分子量分子(峰值在約1000道爾頓處)是脂肪族分子(不吸收紫外線)。
結(jié)論
SEC-TOC分析對分析有機(jī)物非常有用，能夠大大擴(kuò)展從批量水分析中得到的數(shù)據(jù)。分析結(jié)果提供了分子量與TOC的詳細(xì)比較色譜。此分析系統(tǒng)可以方便地與其它類型的檢測器(如紫外吸光度檢測器)搭配使用，結(jié)果數(shù)據(jù)可用于表征有機(jī)物，幫助我們深入了解水處理過程，優(yōu)化水處理工藝。Sievers M9 TOC分析儀可以以在線模式來進(jìn)行SEC檢測，實(shí)現(xiàn)更好的水處理工藝的表征和控制。
參考文獻(xiàn)
1. Striegel, A. M., Yau, W. W., Kirkland, J. J., & Bly, D. D. (2009). Modern size-exclusion liquid chromatography: Practice of gel permeation and gel filtration chromatography. Hoboken, NJ: Wiley.
2. Her, N., Amy, G., McKnight, D., Sohn, J., & Yoon, Y. (2003). Characterization of DOM as a function of MW by fluorescence EEM and HPLC-SEC using UVA, DOC, and fluorescence detection. Water Research, 37(17), 4295-4303. doi:10.1016/s0043-1354(03)00317-8
3. Her, N., Amy, G., Foss, D., Cho, J., Yoon, Y., & Kosenka, P. (2002). Optimization of Method for Detecting and Characterizing NOM by HPLC−Size Exclusion Chromatography with UV and On-Line DOC Detection. Environmental Science & Technology, 36(5), 1069-1076. doi:10.1021/es015505j
4. Allpike, B. P., Heitz, A., Joll, C. A., Kagi, R. I., Abbt-Braun, G., Frimmel, F. H., . . . Amy, G. (2005). Size Exclusion Chromatography To Characterize DOC Removal in Drinking Water Treatment. Environmental Science & Technology, 39(7), 2334-2342. doi:10.1021/es0496468
5. Chin, Y., Aiken, G., & O'loughlin, E. (1994). Molecular Weight, Polydispersity, and Spectroscopic Properties of Aquatic Humic Substances. Environmental Science & Technology,
28(11), 1853-1858. doi:10.1021/es00060a015
6. Perdue, E.M., Ritchie, J. D., (2003). Dissolved Organic Matter in Freshwaters. In H. D. Holland, K. K. Turekian, Treatise of Geochemistry (pp. 273-318). Elsevier Science.
7. Leenheer, J.A. (2009). Systematic Approaches to
Comprehensive Analysis of Natural Organic Matter, Annals of Environmental Science, 3, 1-130
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