吸收液采樣-高效液相色譜法測定室內空氣中甲醛的含量

李開森,劉 峰,胡仲禹,陳柯霖,努爾頓?努爾買買提

(江西科技師范大學 化學化工學院,南昌 330013)

甲醛是一種無色有刺激性氣味的氣體,被世界衛生組織(WHO)定為致畸和致癌的物質之一[1]。我國規定室內空氣甲醛的限值為0.10 mg?m－3[2]。目前監測環境中甲醛的國家標準測定方法很多[3],常用的有4-氨基-3-聯氨-5-巰基-1,2,4-三氮雜茂(Ⅰ)(AHMT)分光光度法[4]、3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙鹽酸鹽水合物(MBTH)酚試劑分光光度法[5]、乙酰丙酮分光光度法[6]、氣相色譜法(GC)[7]、高效液相色譜法(HPLC)[8-9]等。按采樣體積50 L 計算,上述標準方法中甲醛的檢出限依次為1.0,0.5,1.3,1.0,0.28μg?m－3,可見HPLC 檢出限最低。但標準HJ 683－2014?環境空氣 醛、酮類化合物的測定 高效液相色譜法?用填充了涂漬2,4-二硝基苯肼(DNPH)的采樣管進行甲醛的衍生,這種商用采樣管價格昂貴,且標準方法中沒有具體說明衍生方法。因此,研究用吸收液采樣的柱前衍生法,以HPLC測定室內空氣中甲醛的含量很有必要。

本工作以水為吸收液,檸檬酸-檸檬酸鈉溶液為緩沖液,用甲醛和DNPH 反應生成苯腙衍生物進行柱前衍生,以乙腈和水為流動相,經C18反相色譜柱分離,采用HPLC 測定室內空氣中甲醛的含量,外標法峰面積定量。通過質控樣的柱前衍生進行準確度判斷,測定室內空氣中甲醛,取得了滿意效果。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1260型高效液相色譜儀,配二極管陣列檢測器(DAD);KB-6120型綜合大氣采樣器。

甲醛標準溶液:1 000 mg?L－1。

檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3):稱取84.0 g檸檬酸和29.4 g 檸檬酸鈉,用水溶解并定容至500 mL。

衍生劑2 g?L－1DNPH-乙腈溶液:取1.00 g DNPH,用乙腈溶解并定容至500 mL。

衍生液:將檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)與衍生劑2 g?L－1DNPH-乙腈溶液按體積比1∶1混合,現配現用。

甲醛標準儲備溶液:100 mg?L－1,用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)將甲醛標準溶液稀釋成100 mg?L－1的甲醛標準儲備溶液,在冰箱中于4 ℃保存備用。

甲醛標準溶液系列:取適量的甲醛標準儲備溶液,用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)稀釋成10 mg?L－1的甲醛標準使用溶液;取適量的甲醛標準使用溶液置于25 mL 具塞比色管中,用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)逐級稀釋,配制成質量濃度為0,0.02,0.05,0.10,0.20,0.50,1.00 mg?L－1的甲醛標準溶液系列。

不含有機物的蒸餾水[5]:在水中加入少量1%(質量分數)高錳酸鉀溶液和1%(質量分數)氫氧化鉀溶液,再進行蒸餾即得(整個蒸餾過程中水應始終保持紅色,否則應隨時補加高錳酸鉀)。

甲醛質控樣(0.794±0.039)mg?L－1,BY 400160;DNPH,用乙腈重結晶;乙腈為色譜純;試驗用水為超純水(電阻率18 MΩ?cm)。

1.2 儀器工作條件

C18反相色譜柱(250 mm×4.6 mm,3.5μm);柱溫25 ℃;流動相60%(體積分數)乙腈溶液;流量1.0 mL?min－1;進樣量10μL;檢測器DAD,檢測波長360 nm。

1.3 試驗方法

1.3.1 采樣

采樣前在通風櫥中放置一定量甲醛,密閉12 h以上,放入大氣采樣器。儀器應避開通風口,放置高度為0.5～1.6 m,棕色多孔篩板吸收管中加入不含有機物的蒸餾水5 mL(室溫下,最多吸收1 850 mg的甲醛),以1 L?min－1的流量采樣50 min,采樣結束后,將吸收管進出氣管口密封,放入專用采樣箱中。采集好的樣品在運輸和存放中于室溫避光保存,2 d內分析完畢[10]。采樣時,要做全程序空白檢驗。

1.3.2 樣品的衍生

在甲醛吸收液樣品、甲醛質控樣中加入衍生液0.3 mL,密封,于30 ℃的恒溫水浴鍋中反應17 min。用接了有機過濾頭(0.22μm 濾膜)的微型過濾器過濾后注入液相色譜專用進樣管,按照儀器工作條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 色譜行為

甲醛質控樣經衍生后的色譜圖見圖1。

2.2 衍生溫度和衍生時間的選擇

選取10,15,20,25,30,35,40℃為衍生溫度,對同一質量濃度(0.5 mg?L－1)的甲醛吸收液樣品進行衍生,衍生時間為17 min,考察了衍生溫度對甲醛衍生物峰面積的影響。結果表明:隨著衍生溫度的升高,甲醛衍生物峰面積呈增大的趨勢;但衍生溫度到了30 ℃以后甲醛衍生物峰面積出現降低。因此,試驗選擇的衍生溫度為30 ℃。

選取15,16,17,18,19,20 min為衍生時間,對同一質量濃度(0.5 mg?L－1)的甲醛吸收液樣品進行衍生,衍生溫度為30 ℃,考察了衍生時間對甲醛衍生物峰面積的影響。結果表明:衍生時間對甲醛衍生化有一定影響。隨著衍生時間的延長,甲醛衍生物峰面積逐漸增大,最大值出現在17 min,再延長衍生時間,甲醛衍生物峰面積呈下降趨勢。因此,試驗選擇的衍生時間為17 min。

2.3 衍生液酸度及用量的選擇

試驗選取乙酸-乙酸銨緩沖溶液(pH 6)[5]、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)、50%(體積分數)鹽酸溶液、50%(體積分數)磷酸溶液為緩沖溶液體系,在上述體系下對同一質量濃度(0.5 mg?L－1)的甲醛吸收液樣品進行衍生,考察了衍生液酸度對甲醛衍生物峰面積的影響。結果表明,在上述體系下甲醛衍生物峰面積依次為20.231,26.142,13.232,19.233 mAU,發現在檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)中衍生得到的甲醛衍生物的峰面積最大,說明檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)對甲醛衍生物的生成促進作用最大。因此,試驗選擇在檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 3)中衍生。

將1.0 mg?L－1甲醛標準使用溶液5 mL 于30 ℃衍生17 min,考察了衍生液用量(0.05,0.1,0.2,0.3,0.4 mL)對甲醛衍生物峰面積的影響。結果表明,在上述衍生液用量下甲醛衍生物峰面積依次為7.521,14.231,26.201,26.210,26.205 mAU,當衍生液用量不小于0.3 mL 時,甲醛衍生物峰面積較大且趨于穩定。因此,試驗選擇的衍生液用量為0.3 mL。

2.4 標準曲線和檢出限

按照1.3.2節衍生條件對甲醛標準溶液系列進行衍生,并按照儀器工作條件進行測定,以甲醛的質量濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。結果表明,甲醛的質量濃度在1.00 mg?L－1內與對應的峰面積呈線性關系,所得線性回歸方程為y＝5.199×10x＋2.000×10－1,相關系數為0.999 8。

按照1.3.2節衍生條件對0.01 mg?L－1甲醛標準溶液進行衍生,并按照儀器工作條件平行測定7次,依據公式(1)～(3)[11-12]計算7次測定結果及標準偏差(s)。

式中:V為采樣體積,mL;L為采樣流量,mL?min－1;t為采樣時間,min;VS為標準狀況下采樣體積,mL;P0為101.3 kPa;T0為273 K;T為實驗室溫度,K;P為大氣壓,kPa;X為標準曲線法測得甲醛的質量濃度,mg?L－1;V定為定容體積,mL;ρ為空氣中甲醛的質量濃度,mg?m－3。

按照3.143×s計算方法的檢出限[13],結果顯示,甲醛的方法檢出限為0.275μg?m－3,遠遠低于國家標準GB/T 18883－2002[2]中甲醛限值0.10 mg?m－3。

2.5 精密度和準確度試驗

對甲醛本底值為0.20 mg?L－1的樣品進行0.20 mg?L－1濃度水平加標,經衍生后平行測定6次,結果表明,甲醛的回收率為97.5%～103%,符合標準方法要求[14]。

分別對高(1.00 mg?L－1)、中(0.50 mg?L－1)、低(0.10 mg?L－1)等3個濃度水平的甲醛樣品進行測定,每個樣品平行測定7次。結果表明,甲醛測定值的相對標準偏差分別為2.9%,1.4%,1.3%,說明該方法精密度良好。

對甲醛質控樣進行分析,甲醛的實測質量濃度為0.773 mg?L－1,在質控樣要求的可信區間之內,說明本方法準確度高,符合標準要求[15]。

2.6 樣品分析及方法比對

按照試驗方法分析實際樣品,并用本試驗建立的吸收液采樣方法和標準HJ 683－2014的商用采樣管測定方法進行比對,結果見表1。

表1 樣品分析及方法比對結果Tab.1 Results of sample analysis and method comparison

由表1可知,本方法和標準方法的測定結果基本一致,商用采樣管測定結果偏低[16]。

本工作以水為吸收液,檸檬酸-檸檬酸鈉溶液為緩沖液,用甲醛和DNPH 反應生成苯腙衍生物進行柱前衍生,采用HPLC 測定室內空氣中甲醛的含量。方法精密度好、檢出限低、準確度高,適合于標準HJ 683－2014的補充應用。