毕业设计(论文)HPLC测定PAM降解产物实验条件优化.doc
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1、哈尔滨学院本科毕业论文(设计)题目: HPLC测定PAM降解产物实验条件优化院 (系) 理学院专 业 化 学年 级 2007级姓 名 学 号07052123指导教师 职 称高级实验师 2011年 6月 10 日目 录摘 要1Abstract2第一章 绪 论31.1引 言31.1.1聚丙烯酰胺和丙烯酰胺简介31.1.2常用检测方法31.2 高效液相色谱法简介51.2.1高效液相色谱法的发展51.2.2 HPLC的特点51.2.3高效液相色谱法的分类6第二章 实验部分72.1 仪器和试剂72.1.1仪器72.1.2试剂72.2 实验内容82.2.1波长的选择82.2.2标准曲线的绘制82.2.3
2、HPAM的降解82.2.4不同流动相对降解产物的测定8第三章 结果与讨论93.1 波长的选择93.2 以生理盐水为流动相测定HPAM降解产物113.2.1标准曲线相关系数比较113.2.2分离效果的比较123.2.3 pH的影响123.2.4检测效果的比较143.3 以甲醇为流动相测定HPAM降解产物163.3.1标准曲线相关系数比较163.3.2分离效果的比较173.3.3不同酸对测定的影响183.3.4检测效果的比较193.4 以乙腈为流动相测定HPAM降解产物213.4.1标准曲线相关系数比较213.4.1分离效果的比较223.4.3不同酸对测定的影响223.4.4检测效果的比较243.
3、5 不同流动相对检测丙烯酰胺和丙烯酸含量的影响26结 论28参考文献29致 谢30摘 要本文采用高效液相色谱(HPLC)法测定聚丙烯酰胺(HPAM)降解产物中丙烯酰胺和丙烯酸的含量。首先用紫外分光光度计确定最大吸收波长,在以Atlantis C18色谱柱为固定相,色谱柱温度为25、流速为1mL/ min、波长为195nm的色谱条件下,分别以pH=3.8的0.9% NaCl溶液、 pH=7.0的 NaCl溶液、0.1% 乙酸的甲醇-水(10:90)溶液、0.1% 磷酸的甲醇-水(10:90)的溶液、0.1% 乙酸的乙腈-水(20:80)溶液和0.1% 磷酸的乙腈-水(20:80)溶液为流动相,对
4、降解不同时间的样品进行定性定量分析,得出测定样品中丙烯酰胺和丙烯酸含量的最佳色谱条件。 关键词:高效液相色谱法;聚丙烯酰胺;丙烯酰胺;丙烯酸AbstractIn this paper, The content of degradation products, acrylamide and acrylic acid, from polyacrylamide (HPAM) is determined by high performance liquid chromatography (HPLC) method. The maximum absorption wavelength is determ
5、ined by ultraviolet spectroscopy. The best chromatographic conditions to determine concentration of acrylamide and acrylic acid is concluded with diffrent mobile phase ,pH = 3.8 to 0.9% NaCl solution, pH = 7.0 in NaCl solution, 0.1% acetic acid in methanol - water (10:90) solution, 0.1% phosphoric a
6、cid in methanol - water (10:90) solution, 0.1% acetic acid in acetonitrile - water (20:80 ) 0.1% phosphoric acid solution and acetonitrile - water (20:80) solution , and Atlantis C18 column as the stationary phase.The experiment temperature was 25 , the flow rate was 1mL/min, a wavelength of 195nm o
7、f the chromatographic conditions, respectively.Key words:PHLC;PAM;acrylamide;acrylicacid 第一章 绪 论 1.1引 言1.1.1聚丙烯酰胺和丙烯酰胺简介聚丙烯酰胺简称HPAM,由丙烯酰胺单体聚合而成,是一种水溶性线型高分子物质。主要用作絮凝剂,增稠剂,钻井泥浆处理剂,用于石油工业、纺织工业、造纸工业等1-2 。在石油化工生产中主要用作驱油剂。丙烯酰胺是一种白色透明片状晶体,分子式CH2CHCONH2,无臭,有毒,比重1.122(20/4),熔点84.5,沸点125,易溶于水、乙醇、丙酮等有机溶剂。是一种中等
8、毒性的亲神经毒物,可通过未破损的皮肤、粘膜、肺和消化道进入人体,分布于人体液中。神经毒性作用主要为周围神经退行性变化和脑中涉及学习、记忆和其他认知功能部位的退行性变化3。生殖毒性作用表现为雄性大鼠精子数目和活力下降及形态改变和生育能力下降3。此外还有一些职业暴露人群出现盗汗、周围血管扩张、排尿困难等自主神经功能紊乱的症状。丙烯酰胺还是一种急性的眼、皮肤、呼吸道刺激物,可以通过多种途径被人体吸收,包括静脉、腹膜、皮下、肌内、口腔、皮肤等。丙烯酰胺的毒性已经过充分的研究,记载于多篇文献中4-6。聚丙烯酰胺中含有丙烯酰胺单体,尤其是在降解后的石油废水中。石油废水中丙烯酰胺的含量必须在一定量的范围内才
9、排放,所以降解后丙烯酰胺浓度的测定显得及为重要。1.1.2常用检测方法(1)浊度法 常用Hyamine 1622(季铵盐)或次氯酸钠溶液与HPAM反应,生成不溶于水、悬浮在溶液中的化合物,然后用浊度计或分光光度计测量。由于HPAM与次氯酸钠、醋酸的比例不同,标准曲线也不同,在测量未知样品时难以保证试液的加入量与所用标准曲线的要求一致。而且所需样品量大,重金属离子和阴离子表面活性剂干扰测量结果,在一定程度上影响了该方法的应用。(2)粘度法7 利用已知的一定剪切速率下的粘度和浓度关系,测出样品的粘读法插值求出浓度。该方法要求粘度的变化正比于HPAM浓度变化,仅能用于已知组份的体系。温度、离子强度、
10、剪切速率、HPAM的分子量、水解度和分子量分布的变化都影响HPAM溶液的粘度。该方法的应用受到严重限制。(3)荧光分光光度法 利用霍夫曼重排反应使HPAM转化成酰胺衍生物,在邻苯二醛和巯基乙醇的存在下,酰胺衍生物转化成发强光的化合物。由于重排反应进行较慢,该方法测定费时。(4)放射性同位素标记法8 在合成HPAM的反应中把氚和14C两种射线体定量地引入HPAM分子链,使聚合物具有放射性,然后用放射性测量方法测定HPAM的含量。该方法的测量范围为1-100 mg/L,样品用量为100L。应用于室内实验如HPAM吸附研究中,该方法具有独特的用途,但不能用于常规样品分析。(5)UV/可见光光谱法9
11、HPAM在191.5nm处有强的吸收,在010 mg/L范围内浓度和吸光度之间呈线性关系。样品中任何对UV有吸收的物质都产生干扰。(6)沉淀法10 用甲醇、丙酮或异丙醇等HPAM的非溶剂缓慢地使HPAM从溶液中沉淀,经过滤分离、真空干燥、称量后,测出HPAM的含量。该方法相当费时。(7) 量热法11 量热法有两种:一种是利用0.4mol/L HCl滴定,测量反应热,测出羧基含量,称为测温滴定法;另一种是利用碱性溴水滴定HPAM的酰胺基团,称为直接注入量热法。量热法的测量范围7400 mg/L。该方法的突出特点是能同时测出HPAM的浓度和水解度。(8) 离子色谱法(IC)12 利用离子色谱测量N
12、a+含量从而求出水溶液中HPAM的浓度。该方法仅在Na+含量和羧基含量相等时才能应用。1.2 高效液相色谱法简介1.2.1高效液相色谱法的发展最早是由俄国植物学家茨维特(Tswett)在1906年研究用碳酸钙分离植物色素时发现的,色谱法(ChromatograpHy)因之得名。后来在此基础上发展出纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法。液相色谱法开始阶段是用大直径的玻璃管柱在室温和常压下用液位差输送流动相,称为经典液相色谱法,此方法柱效低、时间长(常有几个小时)。高效液相色谱法是在经典液相色谱法的基础上,于60年代后期引入了气相色谱理论而迅速发展起来的。它与经典液相色谱法的区别是填料颗粒
13、小而均匀,小颗粒具有高柱效,但会引起高阻力,需用高压输送流动相,故又称高压液相色谱法(High Pressure Liquid ChromatograpHy,HPLC)。又因分析速度快而称为高速液相色谱法(High Speed Liquid ChromatograpHy,HSLP)。也称现代液相色谱13-14。 高效液相色谱法的原理是溶于流动相(mobile pHase)中的各组分经过固定相时,由于与固定相(stationary pHase)发生作用(吸附、分配、离子吸引、排阻、亲和)的大小、强弱不同,在固定相中滞留时间不同,从而先后从固定相中流出。又称为色层法、层析法。 1.2.2 HPLC
14、的特点14 (1)HPLC的特点1、高压压力可达150300Kg/cm2。色谱柱每米降压为75Kg/cm2以上 。2、高速流速为0.110.0 mL/min。 3、高效可达5000塔板每米。在一根柱中同时分离成份可达100种。 4、高灵敏度紫外检测器灵敏度可达0.01ng。同时消耗样品少。 (2)HPLC 与经典液相色谱相比有以下优点: 1、速度快通常分析一个样品在1530 min,有些样品甚至在5 min内即可完成。 2、分辨率高可选择固定相和流动相以达到最佳分离效果。 3、灵敏度高紫外检测器可达0.01ng,荧光和电化学检测器可达0.1pg 。4、柱子可反复使用用一根色谱柱可分离不同的化合
15、物。 样品量少,容易回收,样品经过色谱柱后不被破坏,可以收集单一组分或做制备。1.2.3高效液相色谱法的分类高效液相色谱法按分离机制的不同分为液固吸附色谱法、液液分配色谱法(正相与反相)、离子交换色谱法、离子对色谱法及分子排阻色谱法15。 (1)液固色谱法是使用固体吸附剂,被分离组分在色谱法上分离原理是根据固定相对组分吸附力大小不同而分离。(2)液液色谱法按固定相和流动相的极性不同可分为正相色谱法和反相色谱法。(3)离子交换色谱法由于流动相的盐浓度大,则离子强度高,不利于样品的解离,导致样品较快流出。离子交换色谱法主要用于分析有机酸、氨基酸、多肽及核酸。 (4)离子对色谱法又称偶离子色谱法,是
16、液液色谱法的分支。它是根据被组分离子与离子对试剂离子形成中性的离子对化合物后,在非极性固定相中溶解度增大,从而使其分离效果改善。主要用于分析离子强度大的酸碱物质。 (5)排阻色谱法常用于分离高分子化合物,如组织提取物、多肽、蛋白质、核酸等。本实验主要用高效液相色谱法中的液液色谱法的反相色谱法,以C18柱为色谱柱,温度为25,测定石油废水中聚丙烯酰胺降解后产物的含量,通过更换不同的流动相找出测定降解产物中丙烯酰胺和丙烯酸的含量的最佳条件。第二章 实验部分 2.1 仪器和试剂2.1.1仪器表2-1 实验仪器仪器名称 生产厂家 CS501型超级恒温槽中华人民共和国重庆试验设备厂制造真空泵天津奥特赛恩
17、斯仪器有限公司PH计赛多利斯科学仪器(北京)有限公司紫外分光光度计日本岛津公司高效液相色谱仪日本岛津公司2.1.2试剂表2-2 实验试剂试剂名称分子式产品级生产厂家甲醇CH3OH色谱纯manufactured by SK chemicals乙腈CH3CN色谱纯山东禹王实业有限公司禹城化工厂硫酸钾K2SO4分析纯天津市塘沽新华化工厂丙烯酸CH2CHCOOH分析纯天津市光复精细化工研究所氯化钠NaCl分析纯天津开发区海光化学制药厂冰乙酸CH3COOH分析纯天津市永大化学试剂有限公司丙烯酰胺CH2CHCONH2分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司聚丙烯酰胺500万分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司 2
18、.2 实验内容2.2.1波长的选择通过紫外分光光度计在190300nm的波长范围内扫描聚丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰胺的最大吸收波长。2.2.2标准曲线的绘制分别准确移取1.010-4g/mL的丙烯酰胺和1.0510-4g/mL的丙烯酸储备液0.5mL、1mL、2mL、3mL、4mL置于5个不同的10mL的容量瓶中,稀释至刻度。分别得到 510-64510-6g/mL范围的标准溶液。通过0. 45m微孔过滤和超声波脱气。经HPLC测定后,以浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,分别绘制丙烯酰胺和丙烯酸标准品的工作曲线。2.2.3 HPAM的降解以Ti板为阴极,PbO2为阳极,饱和氯化钾甘汞电极为参比电极,
19、阴阳极表观面积均为12 cm2。电解液在无隔膜的电解槽中(配制模拟废水,加入电解质K2SO4)、水浴温度为60、磁力搅拌器的搅拌速度为中速、电流密度为200 mAcm-2的条件下,对已配置好的聚丙烯酰胺的模拟废水进行电解。2.2.4不同流动相对降解产物的测定在柱温为25、流速为1mL/min和检测波长为195nm为色谱条件下,分别以不同的流动相绘制丙烯酰胺和丙烯酸的工作曲线,并对对标准样品中丙烯酸和丙烯酰胺的含量进行测定。(1)pH=3.8的0.9% 的NaCl溶液为流动相(2)pH=7.0的0.9% 的NaCl溶液为流动相(3)甲醇水(10:90)的溶液加入0.1% 的乙酸为流动相(4)甲醇
20、水(10:90)的溶液加入0.1% 的磷酸为流动相(5)乙腈水(20:80)的溶液加入0.1% 的乙酸为流动相(6)乙腈水(10:90)的溶液加入0.1% 的乙酸为流动相第三章 结果与讨论3.1 波长的选择利用紫外分光度计对聚丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰胺在190nm300nm波长范围内扫描,吸光度于波长的关系如图3-1,图3-2,图3-3所示,得出最大吸收波长。图3-1 聚丙烯酰胺波长扫描 图3-2 丙烯酸的波长扫描图3-3 丙烯酰胺的波长扫描由图3-1可知聚丙烯酰胺在206nm处有最大吸收;由图3-2可知丙烯酸在195m处有最大吸收;由图3-3可知丙烯酰胺在195nm处有最大吸收。由于本实验主
21、要用高效液相色谱法研究聚丙烯酰胺降解产物中丙烯酰胺和丙烯酸的含量的测定条件,所以采用195nm为检测波长。3.2 以生理盐水为流动相测定HPAM降解产物3.2.1标准曲线相关系数比较在色谱条件下,分别以pH=3.8和pH=7.0的生理盐水做流动相测定HPAM的降解产物。(1) 丙烯酰胺的工作曲线相关系数比较,如图3-4和图3-5所示。 图3-4 pH=3.8工作曲线 图3-5 pH=7.0工作曲线(2) 丙烯酸的工作曲线相关系数比较,如图3-6和图3-7所示 图 3-6 pH=3.8工作曲线 图 3-7 pH=7.0工作曲线由图3-4和图3-5可知,流动相为pH=7.0生理盐水的溶液,对丙烯酰
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