反相色譜和離子交換色譜測(cè)定三聚氰胺氰尿酸中三聚氰胺與硫脲的對(duì)比研究

葉明立 盧湞樂(lè) Nesterenko Pavel N. 陳梅蘭 崔海容

(1.浙江樹(shù)人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，杭州310015；2.武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，武漢430000；3.ChemistryDepartment,PhysicalChemistryDivision,LomonosovMoscowStateUniversity,1-3LeninskieGory, Moscow 119991,RussianFederation)

三聚氰胺氰尿酸(MCA)是20世紀(jì)80年代由日本開(kāi)發(fā)的一種含氮的無(wú)鹵環(huán)保型阻燃劑，能使阻燃材料達(dá)到UL94V-0,可以通過(guò)升華及分解釋放出惰性氣體以達(dá)到阻燃的目的[1]。該產(chǎn)品具有使用經(jīng)濟(jì)、高效、低煙、低腐性，與環(huán)境相容性好的特點(diǎn)[2，3]，因此被廣泛應(yīng)用于高層建筑的橡膠配件、電梯、電纜、電器塑料、纖維織物和防火涂料中，是目前增長(zhǎng)最快且用量最大的三聚氰胺系阻燃劑[4，5]。MCA是由三聚氰胺和三聚氰酸在水中合成，是通過(guò)氫鍵結(jié)合的加合物[6]。MCA的合成工藝按照初始原料的不同可分為氰尿酸法和尿素法[7，8]。其中，尿素法通常是在尿素?zé)峤馍汕枘蛩岬耐瑫r(shí)加入三聚氰胺進(jìn)行反應(yīng)，或?qū)⒛蛩睾腿矍璋芬煌尤脒M(jìn)行熱熔融，一步反應(yīng)生成MCA粗品，再經(jīng)酸煮，水洗，干燥等工序精制得到產(chǎn)品[9]。在酸(主要是硫酸洗滌)洗過(guò)程中會(huì)生成硫脲。因此，MCA在生產(chǎn)過(guò)程中，其中生成的三聚氰胺和硫脲會(huì)影響MCA的純度，使阻燃性能變差，因此游離三聚氰胺和硫脲等是MCA產(chǎn)品中的重要雜質(zhì)指標(biāo)[7]。

目前三聚氰胺和硫脲的檢測(cè)方法主要有反相色譜法(HPLC)[10，11]、液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(LC/MS/MS)檢測(cè)法[12，13]、氣質(zhì)聯(lián)用法(GC-MS)[14]、酶聯(lián)免疫吸附法(ELLSA)[15，16]、表面增強(qiáng)拉曼光譜法(SERS)[17]等。其中反相色譜法(RPC)是較常見(jiàn)的檢測(cè)方法，因三聚氰胺和硫脲分子中含有氮，在酸性條件下會(huì)形成陽(yáng)離子，因此我們嘗試陽(yáng)離子交換色譜進(jìn)行分離和紫外檢測(cè)，并對(duì)建立的方法所測(cè)定的結(jié)果與反相色譜測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)，為檢測(cè)三聚氰胺和硫脲的方法選擇提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent1200型高效液相色譜儀配紫外檢測(cè)器；SK2200H型超聲波清洗器(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)。

乙腈(色譜純，美國(guó)天地公司)，醋酸鈉(優(yōu)級(jí)純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)，三聚氰胺(工業(yè)三聚氰胺重結(jié)晶，含量99.5%)，硫脲(購(gòu)自阿拉丁，含量99.5%)，甲基磺酸和冰醋酸(分析純，杭州化學(xué)試劑有限公司)，實(shí)驗(yàn)用水為超純水(Thermo, GenPure UV/UF，電阻率18.2 MΩ·cm)。樣品三聚氰胺氰尿酸鹽取自杭州一化工廠。

1.2 溶液的制備

稱取三聚氰胺和硫脲各100 mg，以去離子水溶解并定容于0.1L容量瓶中，配制成濃度為1000 mg·L-1的貯備液，儲(chǔ)存于4℃冰箱中備用。

1.3 色譜條件

1.3.1反相色譜條件

AgilentTC-C18色譜柱(5 μm，4.6×250 mm)；以5 mmol·L-1醋酸銨溶液和乙腈(V∶V，97∶3)為流動(dòng)相；柱溫為25 ℃；流速1 mL·min-1；進(jìn)樣體積為25 μL；檢測(cè)波長(zhǎng)為240 nm。色譜圖見(jiàn)圖1。

圖1 AgilentTC-C18色譜柱分離標(biāo)準(zhǔn)色譜圖

1.3.2離子交換色譜

SH-CC-4(7 μm,4×200 mm)分析柱，SH-G-1(6 μm,4×50 mm)保護(hù)柱；以5 mmol·L-1甲基磺酸溶液和甲醇(V∶V，90∶10)為流動(dòng)相；柱溫為35 ℃；流速1.0 mL·min-1；進(jìn)樣體積為25 μL；檢測(cè)波長(zhǎng)為240 nm。色譜圖見(jiàn)圖2。

圖2 盛瀚SH-CC-4色譜柱標(biāo)準(zhǔn)色譜圖

1.4 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取0.1g三聚氰胺氰尿酸樣品，加入去離子水并定容于100mL容量瓶中，搖勻，過(guò)濾，收集濾液儲(chǔ)存于冰箱備用。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)相的選擇

AgilentTC-C18色譜柱：嘗試了①0.01 mol·L-1醋酸銨∶乙腈= 75∶25②0.01 mol·L-1醋酸銨∶乙腈=90∶10③0.005 mol·L-1醋酸銨∶乙腈=90∶10④0.005 mol·L-1醋酸銨∶乙腈= 97∶3 4種色譜分離條件。結(jié)果顯示，在①條件下，硫脲與三聚氰胺兩者無(wú)法分離，在②，③條件下兩者不能完全分離，在④條件下，兩者物質(zhì)完全分離，且分離度都在6左右。最終，選擇④作為淋洗條件。

盛瀚SH-CC-4色譜柱：嘗試①0.01 mol·L-1甲基磺酸②0.005 mol·L-1甲基磺酸③0.005 mol·L-1甲基磺酸∶甲醇= 90∶10 3種淋洗液。在①，②條件下色譜峰分離狀況不佳。最優(yōu)的色譜條件為③。

2.2 方法學(xué)考察

分別取儲(chǔ)備液硫脲適量配制成濃度為0.05、0.1、0.2、0.4、0.8mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液和三聚氰胺適量配制成0.5、1.0、2.0、4.0、8.0mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在1.3.1條件下進(jìn)樣分析，每個(gè)濃度樣品分別測(cè)定3次，取3次所得峰面積的平均值，以峰面積(Y)為縱坐標(biāo)，物質(zhì)濃度(X)為橫坐標(biāo)建立目標(biāo)分析物的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

為考察方法精密度，另取濃度為4.0mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別在兩種分離條件重復(fù)進(jìn)樣7次，測(cè)定峰面積，計(jì)算方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。以3倍基線噪聲(S/N=3)計(jì)算最低檢出限，以10倍信噪比計(jì)算定量限，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 線性方程、檢測(cè)限及相關(guān)系數(shù)

2.3 樣品分析及加標(biāo)回收率

將樣品按1.4處理后分別在兩個(gè)色譜條件下進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樣品含三聚氰胺不含硫脲，每個(gè)樣品進(jìn)3針，得到的峰面積取平均值，將峰面積帶入線性方程中得到樣品中三聚氰胺的含量。各個(gè)樣品含量及其加標(biāo)回收率見(jiàn)表2。色譜圖見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 Agilent TC-C18柱分離MC-15樣品色譜圖

圖4 SH-CC-4柱分離MC-15樣品色譜圖

表2 MC樣品中三聚氰胺測(cè)得值及其加標(biāo)回收率

2.4 F檢驗(yàn)

為比較兩種檢測(cè)方法的精密度是否有差異，實(shí)驗(yàn)選Mc-產(chǎn)品分別用兩種方法同時(shí)測(cè)定11次，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。同時(shí)對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行F雙側(cè)檢驗(yàn)，顯著性水平為α=0.05，df1=10，df2=10及F分布表，見(jiàn)表4。

表3 Mc-產(chǎn)品中三聚氰胺的測(cè)定值

表4 F檢驗(yàn)

由檢驗(yàn)結(jié)果知，按照α=0.05水準(zhǔn)，F(xiàn)0.975

2.5 t檢驗(yàn)

為比較使用AgilentTC-C18和使用SH-CC-4兩種試驗(yàn)方法的結(jié)果有無(wú)系統(tǒng)誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用“t檢驗(yàn)：雙樣本等方差假設(shè)”。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用“t檢驗(yàn)：雙樣本等方差假設(shè)”。根據(jù)顯著性水平α=0.05，df1=9，df2=9及單側(cè)t分布表，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 t 檢驗(yàn)

由檢驗(yàn)結(jié)果知，因?yàn)閨t|>“t雙尾臨界”，所以兩個(gè)平均值有顯著差異；單側(cè)檢驗(yàn)時(shí)，t<0，且|t|>“t單尾臨界”，可判斷AgilentTC-C18數(shù)據(jù)的平均值較SH-CC-4數(shù)據(jù)的平均值有顯著減小。

3 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，兩種方法的方法學(xué)考察結(jié)果表明，兩種測(cè)定方法可靠。對(duì)樣品的測(cè)定結(jié)果的 F 檢驗(yàn)表明，精密度無(wú)差異，但 t 檢驗(yàn)(系統(tǒng)誤差檢驗(yàn))發(fā)現(xiàn)存在顯著差異，從色譜圖可看出，SH-CC-4色譜柱上，三聚氰胺峰型較寬。在微堿性條件下他們質(zhì)子化的能力較弱，導(dǎo)致兩種物質(zhì)在SH-CC-4色譜柱離子保留較弱，因此色譜峰變寬。但SH-CC-4色譜柱使用的流動(dòng)相甲基磺酸無(wú)毒，對(duì)檢測(cè)人員和環(huán)境更友好，可考慮優(yōu)先采用。