探究厭氧體系中硫磺的提取及分析方法

摘要：硫磺（S0）是作為整個硫循環(huán)過程中的比較特殊的硫的存在形式。然而對于這種形式的硫的測定方法在國內(nèi)外的研究中并不多見，為了進一步去了解硫在地球化學過程中的轉化形式，尤其在厭氧體系底部沉積物中的物理化學過程。本文主要對硫磺的提取以及分析方法進行深入研究，研究發(fā)現(xiàn)硫磺在丙酮中具有良好的溶解性，并且其溶液可以通過高效液相色譜儀進行有效分析，并且具有分析時間較短，操作簡單，可信度高等優(yōu)點。

關鍵詞：硫磺；高效液相色譜法；丙酮

中圖分類號：F416.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0113-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.053

Abstract： Sulfur （S0） is a relatively special form of sulfur as a whole during the sulfur cycle. However， for this method of sulfur determination in domestic and foreign research is rare， in order to further understand the sulfur in the geochemical process of transformation， especially in the bottom of the anaerobic system of physical and chemical processes. In this paper， sulfur extraction and analysis methods are studied in detail. It is found that sulfur has good solubility in acetone， and its solution can be effectively analyzed by high performance liquid chromatography， and it has the advantages of short analysis time， simple operation and High reliability.

Key words： sulfur； high performance liquid chromatography； acetone

零價態(tài)的硫是整個硫循環(huán)中的一個重要的環(huán)節(jié)，而硫的形成途徑較多，例如厭氧條件下，硫酸鹽在硫酸鹽還原菌SRB的作用下，最終以硫化物或者硫化氫的形式釋放到環(huán)節(jié)中，部分被氧化成單質(zhì)硫，在微生物的參與下，為了更好地研究硫循環(huán)的途徑，對硫含量的準確測定必然是最重要的部分。而通過閱讀各種分析方法，發(fā)現(xiàn)液相色譜技術對于硫的測定提供了技術上的可行性。

1 實驗材料

美國液相色譜儀（U3000）、乙腈（德國默克，色譜純99.9%）、甲醇（德國默克，色譜純99.9%）、丙酮（AR）、超純水（Millipore）以及硫磺等。

2 高效液相色譜法測定硫磺實驗內(nèi)容

2.1 液相色譜的運行條件

由資料查閱發(fā)現(xiàn)硫磺溶解在丙酮在紫外波長200nm處有很強的吸收，所以在液相色譜操作條件波長可以選擇為200nm。流動相為乙腈和超純水，其比例為9：1；流速選擇為1.0mL/min，柱溫箱的溫度調(diào)節(jié)為30℃。進樣量一般都是微升級，50μL即可。

2.2 萃取劑的選擇

對于常用的有機溶劑進行了優(yōu)先考慮，比如在液相色譜分析過程中常用的有機淋洗液，甲醇和乙腈，雖然硫磺能夠溶液這些有機溶劑，但是溶解度不高[1]。實驗分析中三氯甲烷經(jīng)常被用作各種物質(zhì)的萃取，但是毒性大，最終發(fā)現(xiàn)丙酮可以作為硫磺的溶劑，因為不僅具有良好的溶解度，而且毒性較小[2]。

2.3 硫磺的保留時間

在高效液相色譜運行良好的條件下，設置好儀器的各個參數(shù)，實驗分為兩組，第一組為空白對照組，直接將過膜后的丙酮注射到儀器中[3]。第二組將丙酮萃取后的硫磺溶液（濃度為90mg/L），經(jīng)過預處理（0.22μm的有機濾膜）直接注射到液相色譜的進樣器中，研究發(fā)現(xiàn)硫磺的保留時間為9.67min，并且峰型良好，分離效果很好[4]。

2.4 超聲時間的影響

通常對于需要進行液相色譜分析的溶液，一般采用超聲脫氣，丙酮萃取硫磺之后也需要進行超聲，不僅加快硫磺在丙酮中的溶解速率，同時又可以完成脫氣的目的[5]。但是超聲的時間也會影響后續(xù)分析測試的含量，所以對于超聲時間需要進行確定。

將硫磺的丙酮溶液進行超聲處理，結果為圖2所示，發(fā)現(xiàn)當超聲的時間超過10min，濃度基本不會發(fā)現(xiàn)變化，萃取完全的時間為10min，最終超聲時間確定為10min。

2.5 硫磺標準曲線的制作

采用不同梯度濃度的硫磺的丙酮溶液進行標準曲線的制作，準確配置100mg/L的硫磺的丙酮溶液，進行逐級稀釋，一共得到了5組不同濃度的標準樣品，其中也包括空白樣品。將不同濃度的標準樣品從低濃度向高濃度進行分析測試，可進行多次重復性實驗。最終以峰面積作為Y軸，濃度作為X軸進行線性擬合，標準曲線為Y=1.4042X-0.3719（R2=0.999），結果如表2和圖3所示。

3 硫磺測試的準確性評估

一個分析方法的確定需要進行準確度的評估，而對于液相色譜分析準確度評估的方式 主要包括以下幾個方面：

3.1 加標回收率分析

實驗樣品來源于華潤雪花（合肥）啤酒廠污水處理中厭氧池的厭氧活性污泥，污泥里含有大量的微生物[6]。將取回的污泥進行培養(yǎng)，而培養(yǎng)基成分是按照硫酸鹽還原菌培養(yǎng)基。利用丙酮對混合物進行充分溶解，實驗發(fā)現(xiàn)有明顯單質(zhì)硫的存在，取多組萃取后的樣品進行回收率實驗。

如表3所示，通過添加標準物質(zhì)硫后經(jīng)過加標回收率的計算發(fā)現(xiàn)回收率結果滿意。

3.2 重復性分析

為了確保同一樣品測試的準確性，需要進行重復性實驗。利用液相色譜法將樣品進行10次重復測定，通過計算可得相對標準偏差為0.51%，重復性實驗的RSD都低于2%，重復性良好。

3.3 檢出限和檢測下限

檢出限是分析方法準確性很重要的評估指標之一，不同類型的分析方法的檢出限的確定方式也是不同的。因為液相色譜法具有獨特的測定條件，在環(huán)境監(jiān)測行業(yè)對于類似的色譜法檢出限的確定中外推法是可以進行比較準確的推算。液相色譜法分析硫磺的檢出限可以通過外推法進行計算。

如表5所示，表中空白樣品的標準偏差的計算是通過空白組丙酮直接注射到液相色譜儀中，觀察儀器基線的波動情況，計算儀器噪聲值最后進行標準偏差的計算。定量限的確定是為了進行分析方法可靠的確定，一般采用濃度或者ppb進行表示，而液相色譜法的定量限確定也和儀器噪聲有關。

3.4 高效液相色譜法測硫磺與國標法的對照

實驗采用的是國際標準方法ISO8332-2006對工業(yè)硫磺純度的測定，實驗的原理就是硫磺與過量的亞硫酸鹽反應，轉化為硫代硫酸鈉后進行碘量法操作。因為國內(nèi)對于單質(zhì)硫的測定方法研究內(nèi)容很少，而且局限性比較大，對于微量單質(zhì)硫的測試難度較大。國標法計算公式如下所示：

硫磺濃度的計算公式如1所示：

最后扣除空白組的計算結果就可得到實際值。

公式中V1、V2、V3 分別表示碘標液的體積、Na2S2O3標準溶液消耗的體積以及空白組其消耗的體積。其中C1（I2）=0.1moL/L，C2（Na2S2O3）=0.1moL/L，V1=10mL，m為樣品中的質(zhì)量。

取300mL的混合均勻的混合液進行冷凍干燥，稱其干燥后的固體質(zhì)量為0.28g，直接利用丙酮對其中的單質(zhì)硫進行萃取，萃取液進過預處理注射到高效液相色譜中，通過標準曲線計算得出測得硫磺的質(zhì)量約21.5mg。利用國際標準法計算出的硫磺質(zhì)量約為20.8mg。在由表6可知，高效液相色譜法與傳統(tǒng)的國際標準法的相對標準偏差為3.3%，這樣又可以說明液相色譜法對于硫磺的分析測試的可靠性。

4 結語

本文對于厭氧體系中硫磺的提取及測試方法進行了深入研究，利用丙酮作為萃取劑，并且通過HPLC法對硫磺進行了定性定量分析，結果顯示重復性好、加標回收率在100%左右，該方法優(yōu)點在于檢測時間短，操作簡單，能夠為硫磺的測試提供可靠的分析方法。

參考文獻

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[5]鄒洪濤，凌堯，于洋等.包膜肥料用改性聚乙烯醇膜材料降解性的研究[J].光譜學與光譜分析，2015，35（11）：3262-3267.

[6]國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）[M].北京：環(huán)境科學出版社，2002：132-142.

作者簡介：丁旺（1985-），男，碩士，環(huán)評工程師，研究方向為環(huán)境工程。