ガスクロマトグラフィーによる固形廃棄物中のBTEXの測定

固形廃棄物汚染は、環境保護分野における大きな課題となっています。BTEX（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼンなど）は、代表的な有機汚染物質として、高い毒性、強い移動性、発がん性のリスクにより、生態環境と人間の健康に深刻な脅威をもたらします。これらの汚染物質は、産業生産や都市ごみだけでなく、埋め立て処分、廃棄物の蓄積、不適切な取り扱いによって環境に侵入し、土壌、地下水、および周辺の生態系を汚染する可能性があります。したがって、固形廃棄物中のBTEXの正確な検出が不可欠です。

本論文は、「固形廃棄物—BTEXの測定—ヘッドスペース/ガスクロマトグラフィー法」（HJ 975-2018）を参照し、ウェイエール社のガスクロマトグラフGC6100にFID検出器とヘッドスペースサンプラーを搭載して、固形廃棄物中のBTEXの検出に利用しています。

キーワード：BTEX、ヘッドスペース、ガスクロマトグラフィー、FID検出器、固形廃棄物。

1. 実験方法

1.1 機器構成

表1 ガスクロマトグラフの構成リスト

1.2 実験材料と補助機器

メタノール中の8種類のBTEX成分の標準溶液（1000μg/mL）：市販の認証済み標準溶液で、4℃以下の暗所にて密閉容器に保管。

メタノール中の8種類のBTEX成分の標準作業溶液1（10μg/mL）：標準溶液100μLを正確にピペットで量り、水で10mLに希釈します。使用前に新鮮なものを調製してください。

メタノール中の8種類のBTEX成分の標準作業溶液2（100μg/mL）：標準溶液1000μLを正確にピペットで量り、水で10mLに希釈します。使用前に新鮮なものを調製してください。

メタノール：クロマトグラフィーグレード

リン酸：GRグレード

石英砂：0.30-0.85mm（50-20メッシュ）。マッフル炉で400℃4時間加熱後、冷却してからすり合わせ瓶に移して密閉保管。

塩化ナトリウム：GRグレード（使用前にマッフル炉で400℃4時間加熱後、すり合わせ瓶に移し、デシケーターに保管して使用）。

飽和塩化ナトリウム溶液：水500mLを量り、リン酸を滴下してpHを2以下に調整し、塩化ナトリウム180gを加え、溶解してよく混ぜます。4℃以下で保管。

キャリアガス：高純度窒素

水素発生器

空気発生器

全自動ヘッドスペースサンプラー：温度制御精度±1℃。

ヘッドスペースバイアル：ガラス製ヘッドスペースバイアル（20mL）。

1.3 試験条件

1.3.1 ヘッドスペースサンプラーの参照条件

加熱平衡温度：95℃

加熱平衡時間：50分

注入バルブ温度：100℃

トランスファーライン温度：110℃

注入量：1.0 mL（定量ループ）。

1.3.2 ガスクロマトグラフの参照条件

クロマトグラフィーカラム：ワックスキャピラリーカラム、30m*0.32mm*0.5μm。

温度プログラム：初期カラム温度40℃、5分保持。その後、5℃/minの速度で90℃まで上昇させ、5分保持。

カラム流量：2mL/min

注入口温度：200℃

検出器温度：250℃

空気流量：300mL/min

水素流量：40 mL/min。

メイクアップ流量：25 mL/min。

スプリット注入：スプリット比10:1。

1.4 溶液調製

BTEX線形標準作業溶液

石英砂2gと飽和塩化ナトリウム溶液10mLを順に7つのヘッドスペースバイアルに加えます。次に、標準作業溶液1（10μg/mL）を0μL、5μL、10μL、20μL、標準作業溶液2（100μg/mL）を5μL、10μL、40μLそれぞれ対応するバイアルに加えます。直ちに密閉し、標的化合物の質量がそれぞれ0μg、0.05μg、0.10μg、0.20μg、0.50μg、1.00μg、4.00μgの標準系列を調製します。

2. 結果と実験

2.1 標準試料の定性分析

図1 BTEX標準溶液のクロマトグラム（1.00μg）

表2 BTEX標準溶液のクロマトグラフィーパラメータ（1.00μg）

注：上記のクロマトグラムに示すように、すべてのBTEX成分ピーク間の分離度は1.5を超えており、分析用途の要件を満たしています。

2.2 線形性

図2 BTEX標準曲線と相関係数

注：本試験におけるBTEX標準作業曲線の濃度レベルは、0μg、0.05μg、0.10μg、0.20μg、0.50μg、1.00μg、4.00μgでした。すべてのBTEX成分は、相関係数>0.999で優れた線形性を示し、分析用途の要件を満たしています。

2.3 精密性

図3 固形廃棄物サンプル中のBTEXの再現性クロマトグラム（0.025mg/kg）

図4 固形廃棄物サンプル中のBTEXの再現性クロマトグラム（0.100mg/kg）

図5 固形廃棄物サンプル中のBTEXの再現性クロマトグラム（0.500mg/kg）

表3 固形廃棄物サンプル中のBTEXのクロマトグラフィーパラメータ

注：0.025mg/kg、0.100mg/kg、0.500mg/kgの濃度レベルで、BTEX混合標準試料について6回の繰り返し測定を行いました。相対標準偏差（RSD）はそれぞれ1.1〜2.4％、1.2〜2.4％、0.8〜1.6％でした。すべてのクロマトグラフィーピークは、標準要件に準拠した相対偏差を示しました。

2.4 LOD

図6 固形廃棄物サンプル中のBTEXの検出限界のクロマトグラム（0.025mg/kg）

表4 BTEX成分の検出限界と定量下限

固形廃棄物サンプル中のベンゼン化合物溶液（0.025 mg/kg）について8回の繰り返し注入を行いました。計算によると、固形廃棄物サンプルのサイズが2 gの場合、この方法の検出限界は0.001〜0.004 mg/kg、定量下限は0.004〜0.016 mg/kgであり、標準要件を満たしています。

2.5 サンプルテスト

サンプル前処理：固形廃棄物サンプル2gと飽和塩化ナトリウム溶液10mLをヘッドスペースバイアルに加えます。バイアルを直ちに密閉し、往復振盪機を使用して150サイクル/分で10分間振動させます。その後、ヘッドスペースサンプラーを使用して分析を行います。

図7 固形廃棄物サンプル分析のクロマトグラム

注：標準的な前処理手順に従い、サンプリング後に固形廃棄物サンプルを分析しました。固形廃棄物サンプルからはBTEX化合物は検出されませんでした。

2.6 回収率試験

表5 固形廃棄物中のBTEXのクロマトグラフィーパラメータ

注：低、中、高濃度のBTEXを添加した固形廃棄物サンプルについて8回の繰り返し試験を実施しました。すべてのBTEX成分の回収率は標準要件を満たしました。

3. 結論

この方法は、FID検出器とヘッドスペースサンプラーを搭載したウェイエールガスクロマトグラフGC6100を使用して、固形廃棄物中のBTEXを測定しました。実験結果から、すべてのBTEX成分ピーク間の分離度は1.5を超えており、分析要件を満たしていることが示されました。標準作業曲線の濃度が0.05〜4.0μgの場合、すべてのBTEX成分は相関係数>0.999で優れた線形性を示し、分析要求を満たしました。この方法の精密性、検出限界、および回収率はすべて標準仕様に準拠していました。前処理後、試験サンプルからはBTEX化合物は検出されず、正常な結果を示しました。これは、ウェイエールGC6100装置を利用したこの方法が、固形廃棄物中のBTEX測定の要件を満たしていることを示しています。

4. 注意

実験で使用する溶媒と標準物質は、有害化学物質に分類されます。すべての溶液調製とサンプル前処理手順は、ドラフトチャンバー内で行う必要があります。オペレーターは、必要に応じて適切な実験用個人用保護具を着用し、皮膚や衣服との接触を避けてください。