探究厌氧体系中硫磺的提取及分析方法
摘要：硫磺（S0）是作为整个硫循环过程中的比较特殊的硫的存在形式。然而对于这种形式的硫的测定方法在国内外的研究中并不多见，为了进一步去了解硫在地球化学过程中的转化形式，尤其在厌氧体系底部沉积物中的物理化学过程。本文主要对硫磺的提取以及分析方法进行深入研究，研究发现硫磺在丙酮中具有良好的溶解性，并且其溶液可以通过高效液相色谱仪进行有效分析，并且具有分析时间较短，操作简单，可信度高等优点。
关键词：硫磺；高效液相色谱法；丙酮
中图分类号：F416.7 文献标识码：A 文章编号：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
零价态的硫是整个硫循环中的一个重要的环节，而硫的形成途径较多，例如厌氧条件下，硫酸盐在硫酸盐还原菌SRB的作用下，最终以硫化物或者硫化氢的形式释放到环节中，部分被氧化成单质硫，在微生物的参与下，为了更好地研究硫循环的途径，对硫含量的准确测定必然是最重要的部分。而通过阅读各种分析方法，发现液相色谱技术对于硫的测定提供了技术上的可行性。
1 实验材料
美国液相色谱仪（U3000）、乙腈（德国默克，色谱纯99.9%）、甲醇（德国默克，色谱纯99.9%）、丙酮（AR）、超纯水（Millipore）以及硫磺等。
2 高效液相色谱法测定硫磺实验内容
2.1 液相色谱的运行条件
由资料查阅发现硫磺溶解在丙酮在紫外波长200nm处有很强的吸收，所以在液相色谱操作条件波长可以选择为200nm。流动相为乙腈和超纯水，其比例为9：1；流速选择为1.0mL/min，柱温箱的温度调节为30℃。进样量一般都是微升级，50μL即可。
2.2 萃取剂的选择
对于常用的有机溶剂进行了优先考虑，比如在液相色谱分析过程中常用的有机淋洗液，甲醇和乙腈，虽然硫磺能够溶液这些有机溶剂，但是溶解度不高[1]。实验分析中三氯甲烷经常被用作各种物质的萃取，但是毒性大，最终发现丙酮可以作为硫磺的溶剂，因为不仅具有良好的溶解度，而且毒性较小[2]。
2.3 硫磺的保留时间
在高效液相色谱运行良好的条件下，设置好仪器的各个参数，实验分为两组，第一组为空白对照组，直接将过膜后的丙酮注射到仪器中[3]。第二组将丙酮萃取后的硫磺溶液（浓度为90mg/L），经过预处理（0.22μm的有机滤膜）直接注射到液相色谱的进样器中，研究发现硫磺的保留时间为9.67min，并且峰型良好，分离效果很好[4]。
2.4 超声时间的影响
通常对于需要进行液相色谱分析的溶液，一般采用超声脱气，丙酮萃取硫磺之后也需要進行超声，不仅加快硫磺在丙酮中的溶解速率，同时又可以完成脱气的目的[5]。但是超声的时间也会影响后续分析测试的含量，所以对于超声时间需要进行确定。
将硫磺的丙酮溶液进行超声处理，结果为图2所示，发现当超声的时间超过10min，浓度基本不会发现变化，萃取完全的时间为10min，最终超声时间确定为10min。
2.5 硫磺标准曲线的制作
采用不同梯度浓度的硫磺的丙酮溶液进行标准曲线的制作，准确配置100mg/L的硫磺的丙酮溶液，进行逐级稀释，一共得到了5组不同浓度的标准样品，其中也包括空白样品。将不同浓度的标准样品从低浓度向高浓度进行分析测试，可进行多次重复性实验。最终以峰面积作为Y轴，浓度作为X轴进行线性拟合，标准曲线为Y=1.4042X-0.3719（R2=0.999），结果如表2和图3所示。
3 硫磺测试的准确性评估
一个分析方法的确定需要进行准确度的评估，而对于液相色谱分析准确度评估的方式 主要包括以下几个方面：
3.1 加标回收率分析
实验样品来源于华润雪花（合肥）啤酒厂污水处理中厌氧池的厌氧活性污泥，污泥里含有大量的微生物[6]。将取回的污泥进行培养，而培养基成分是按照硫酸盐还原菌培养基。利用丙酮对混合物进行充分溶解，实验发现有明显单质硫的存在，取多组萃取后的样品进行回收率实验。
如表3所示，通过添加标准物质硫后经过加标回收率的计算发现回收率结果满意。
3.2 重复性分析
为了确保同一样品测试的准确性，需要进行重复性实验。利用液相色谱法将样品进行10次重复测定，通过计算可得相对标准偏差为0.51%，重复性实验的RSD都低于2%，重复性良好。
3.3 检出限和检测下限
检出限是分析方法準确性很重要的评估指标之一，不同类型的分析方法的检出限的确定方式也是不同的。因为液相色谱法具有独特的测定条件，在环境监测行业对于类似的色谱法检出限的确定中外推法是可以进行比较准确的推算。液相色谱法分析硫磺的检出限可以通过外推法进行计算。
如表5所示，表中空白样品的标准偏差的计算是通过空白组丙酮直接注射到液相色谱仪中，观察仪器基线的波动情况，计算仪器噪声值最后进行标准偏差的计算。定量限的确定是为了进行分析方法可靠的确定，一般采用浓度或者ppb进行表示，而液相色谱法的定量限确定也和仪器噪声有关。
3.4 高效液相色谱法测硫磺与国标法的对照
实验采用的是国际标准方法ISO8332-2006对工业硫磺纯度的测定，实验的原理就是硫磺与过量的亚硫酸盐反应，转化为硫代硫酸钠后进行碘量法操作。因为国内对于单质硫的测定方法研究内容很少，而且局限性比较大，对于微量单质硫的测试难度较大。国标法计算公式如下所示：
硫磺浓度的计算公式如1所示：
最后扣除空白组的计算结果就可得到实际值。
公式中V1、V2、V3 分别表示碘标液的体积、Na2S2O3标准溶液消耗的体积以及空白组其消耗的体积。其中C1（I2）=0.1moL/L，C2（Na2S2O3）=0.1moL/L，V1=10mL，m为样品中的质量。
取300mL的混合均匀的混合液进行冷冻干燥，称其干燥后的固体质量为0.28g，直接利用丙酮对其中的单质硫进行萃取，萃取液进过预处理注射到高效液相色谱中，通过标准曲线计算得出测得硫磺的质量约21.5mg。利用国际标准法计算出的硫磺质量约为20.8mg。在由表6可知，高效液相色谱法与传统的国际标准法的相对标准偏差为3.3%，这样又可以说明液相色谱法对于硫磺的分析测试的可靠性。
4 结语
本文对于厌氧体系中硫磺的提取及测试方法进行了深入研究，利用丙酮作为萃取剂，并且通过HPLC法对硫磺进行了定性定量分析，结果显示重复性好、加标回收率在100%左右，该方法优点在于检测时间短，操作简单，能够为硫磺的测试提供可靠的分析方法。
参考文献
[1]邹洪涛，凌尧，于洋等.包膜肥料用改性聚乙烯醇膜材料降解性的研究[J].光谱学与光谱分析，2015，35（11）：3262-3267.
[2]吴根福，高海春.兼性厌氧细菌硫化氢的产生机理及其生理功能[J].微生物学报，2017，57（2）：170-178.
[3]孙明山.检出限的分类与计算方法[J].现代化农业，2012，（3）：33-34.
[4]张光建.Excel在校准曲线估算方法检出限及测定下限中的应用[J].中国卫生检验杂志，2016，26（7）：1059-1060.
[5]邹洪涛，凌尧，于洋等.包膜肥料用改性聚乙烯醇膜材料降解性的研究[J].光谱学与光谱分析，2015，35（11）：3262-3267.
[6]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法（第四版）[M].北京：环境科学出版社，2002：132-142.
作者简介：丁旺（1985-），男，硕士，环评工程师，研究方向为环境工程。
关键词：硫磺；高效液相色谱法；丙酮
中图分类号：F416.7 文献标识码：A 文章编号：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
零价态的硫是整个硫循环中的一个重要的环节，而硫的形成途径较多，例如厌氧条件下，硫酸盐在硫酸盐还原菌SRB的作用下，最终以硫化物或者硫化氢的形式释放到环节中，部分被氧化成单质硫，在微生物的参与下，为了更好地研究硫循环的途径，对硫含量的准确测定必然是最重要的部分。而通过阅读各种分析方法，发现液相色谱技术对于硫的测定提供了技术上的可行性。
1 实验材料
美国液相色谱仪（U3000）、乙腈（德国默克，色谱纯99.9%）、甲醇（德国默克，色谱纯99.9%）、丙酮（AR）、超纯水（Millipore）以及硫磺等。
2 高效液相色谱法测定硫磺实验内容
2.1 液相色谱的运行条件
由资料查阅发现硫磺溶解在丙酮在紫外波长200nm处有很强的吸收，所以在液相色谱操作条件波长可以选择为200nm。流动相为乙腈和超纯水，其比例为9：1；流速选择为1.0mL/min，柱温箱的温度调节为30℃。进样量一般都是微升级，50μL即可。
2.2 萃取剂的选择
对于常用的有机溶剂进行了优先考虑，比如在液相色谱分析过程中常用的有机淋洗液，甲醇和乙腈，虽然硫磺能够溶液这些有机溶剂，但是溶解度不高[1]。实验分析中三氯甲烷经常被用作各种物质的萃取，但是毒性大，最终发现丙酮可以作为硫磺的溶剂，因为不仅具有良好的溶解度，而且毒性较小[2]。
2.3 硫磺的保留时间
在高效液相色谱运行良好的条件下，设置好仪器的各个参数，实验分为两组，第一组为空白对照组，直接将过膜后的丙酮注射到仪器中[3]。第二组将丙酮萃取后的硫磺溶液（浓度为90mg/L），经过预处理（0.22μm的有机滤膜）直接注射到液相色谱的进样器中，研究发现硫磺的保留时间为9.67min，并且峰型良好，分离效果很好[4]。
2.4 超声时间的影响
通常对于需要进行液相色谱分析的溶液，一般采用超声脱气，丙酮萃取硫磺之后也需要進行超声，不仅加快硫磺在丙酮中的溶解速率，同时又可以完成脱气的目的[5]。但是超声的时间也会影响后续分析测试的含量，所以对于超声时间需要进行确定。
将硫磺的丙酮溶液进行超声处理，结果为图2所示，发现当超声的时间超过10min，浓度基本不会发现变化，萃取完全的时间为10min，最终超声时间确定为10min。
2.5 硫磺标准曲线的制作
采用不同梯度浓度的硫磺的丙酮溶液进行标准曲线的制作，准确配置100mg/L的硫磺的丙酮溶液，进行逐级稀释，一共得到了5组不同浓度的标准样品，其中也包括空白样品。将不同浓度的标准样品从低浓度向高浓度进行分析测试，可进行多次重复性实验。最终以峰面积作为Y轴，浓度作为X轴进行线性拟合，标准曲线为Y=1.4042X-0.3719（R2=0.999），结果如表2和图3所示。
3 硫磺测试的准确性评估
一个分析方法的确定需要进行准确度的评估，而对于液相色谱分析准确度评估的方式 主要包括以下几个方面：
3.1 加标回收率分析
实验样品来源于华润雪花（合肥）啤酒厂污水处理中厌氧池的厌氧活性污泥，污泥里含有大量的微生物[6]。将取回的污泥进行培养，而培养基成分是按照硫酸盐还原菌培养基。利用丙酮对混合物进行充分溶解，实验发现有明显单质硫的存在，取多组萃取后的样品进行回收率实验。
如表3所示，通过添加标准物质硫后经过加标回收率的计算发现回收率结果满意。
3.2 重复性分析
为了确保同一样品测试的准确性，需要进行重复性实验。利用液相色谱法将样品进行10次重复测定，通过计算可得相对标准偏差为0.51%，重复性实验的RSD都低于2%，重复性良好。
3.3 检出限和检测下限
检出限是分析方法準确性很重要的评估指标之一，不同类型的分析方法的检出限的确定方式也是不同的。因为液相色谱法具有独特的测定条件，在环境监测行业对于类似的色谱法检出限的确定中外推法是可以进行比较准确的推算。液相色谱法分析硫磺的检出限可以通过外推法进行计算。
如表5所示，表中空白样品的标准偏差的计算是通过空白组丙酮直接注射到液相色谱仪中，观察仪器基线的波动情况，计算仪器噪声值最后进行标准偏差的计算。定量限的确定是为了进行分析方法可靠的确定，一般采用浓度或者ppb进行表示，而液相色谱法的定量限确定也和仪器噪声有关。
3.4 高效液相色谱法测硫磺与国标法的对照
实验采用的是国际标准方法ISO8332-2006对工业硫磺纯度的测定，实验的原理就是硫磺与过量的亚硫酸盐反应，转化为硫代硫酸钠后进行碘量法操作。因为国内对于单质硫的测定方法研究内容很少，而且局限性比较大，对于微量单质硫的测试难度较大。国标法计算公式如下所示：
硫磺浓度的计算公式如1所示：
最后扣除空白组的计算结果就可得到实际值。
公式中V1、V2、V3 分别表示碘标液的体积、Na2S2O3标准溶液消耗的体积以及空白组其消耗的体积。其中C1（I2）=0.1moL/L，C2（Na2S2O3）=0.1moL/L，V1=10mL，m为样品中的质量。
取300mL的混合均匀的混合液进行冷冻干燥，称其干燥后的固体质量为0.28g，直接利用丙酮对其中的单质硫进行萃取，萃取液进过预处理注射到高效液相色谱中，通过标准曲线计算得出测得硫磺的质量约21.5mg。利用国际标准法计算出的硫磺质量约为20.8mg。在由表6可知，高效液相色谱法与传统的国际标准法的相对标准偏差为3.3%，这样又可以说明液相色谱法对于硫磺的分析测试的可靠性。
4 结语
本文对于厌氧体系中硫磺的提取及测试方法进行了深入研究，利用丙酮作为萃取剂，并且通过HPLC法对硫磺进行了定性定量分析，结果显示重复性好、加标回收率在100%左右，该方法优点在于检测时间短，操作简单，能够为硫磺的测试提供可靠的分析方法。
参考文献
[1]邹洪涛，凌尧，于洋等.包膜肥料用改性聚乙烯醇膜材料降解性的研究[J].光谱学与光谱分析，2015，35（11）：3262-3267.
[2]吴根福，高海春.兼性厌氧细菌硫化氢的产生机理及其生理功能[J].微生物学报，2017，57（2）：170-178.
[3]孙明山.检出限的分类与计算方法[J].现代化农业，2012，（3）：33-34.
[4]张光建.Excel在校准曲线估算方法检出限及测定下限中的应用[J].中国卫生检验杂志，2016，26（7）：1059-1060.
[5]邹洪涛，凌尧，于洋等.包膜肥料用改性聚乙烯醇膜材料降解性的研究[J].光谱学与光谱分析，2015，35（11）：3262-3267.
[6]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法（第四版）[M].北京：环境科学出版社，2002：132-142.
作者简介：丁旺（1985-），男，硕士，环评工程师，研究方向为环境工程。
