高效液相色譜法快速測(cè)定環(huán)境空氣中13 種醛酮類化合物

李少飛，姜麗麗，孫延康

（1.山東省煙臺(tái)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東煙臺(tái) 264000； 2.山東潤(rùn)平環(huán)境科技有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

醛酮類化合物是環(huán)境空氣中常見的含氧有機(jī)污染物，主要來源于化石燃料、生物質(zhì)燃燒、化工、建筑、木材加工及防腐、汽車尾氣等。此外，大氣中有機(jī)物經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生一定量的醛酮類化合物。醛酮類化合物既是光化學(xué)煙霧的主要成分，也是臭氧的重要前體物［1–2］，它們以不同濃度水平存在于環(huán)境空氣中，具有強(qiáng)烈的刺激性和毒性，對(duì)人眼睛、皮膚和呼吸道均有損害，并有致癌風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響人類健康［3］，因此建立快速測(cè)定環(huán)境空氣中醛酮類化合物的檢測(cè)方法具有重要的意義。

目前醛酮類化合物檢測(cè)方法有分光光度法［4］、氣相色譜法［5–6］、氣相色譜–質(zhì)譜法［7–9］，高效液相色譜法［10–13］，超高效液相色譜法［14–15］等。分光光度法、氣相色譜法和氣相色譜–質(zhì)譜法存在檢出限高、線性范圍窄、線性差等缺點(diǎn)，超高效液相色譜儀價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)室配置率低，應(yīng)用不廣泛。液相色譜法具有采樣和分析方法較為成熟、靈敏度高、準(zhǔn)確性好、檢測(cè)化合物全面等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)醛酮類化合物的檢測(cè)一般使用DNPH（2，4-二硝基苯肼）衍生化后用高效液相色譜法分離，并用紫外檢測(cè)器或DAD（二極管陣列）檢測(cè)器檢測(cè)?，F(xiàn)行國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣 醛、酮類化合物的測(cè)定 高效液相色譜法》（HJ 683—2014）［11］分析時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40 min，丙烯醛和丙酮沒有分離，檢出限和測(cè)定下限合并計(jì)量，不利于兩種化合物數(shù)據(jù)分析和上報(bào)。筆者選用Poroshell 120 SB–C18（250 mm×4.6 mm×4 μm）色譜柱，通過優(yōu)化流動(dòng)相比例、流量和柱溫等條件，建立了快速測(cè)定環(huán)境空氣中13 種醛酮類化合物的高效液相色譜法。該方法解決了丙烯醛和丙酮的分離問題，而且分析時(shí)間短，溶劑用量少，檢測(cè)成本低，可用于大批量樣品的分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

高效液相色譜儀：1260 型，配備紫外檢測(cè)器（VWD 檢測(cè)器），美國(guó)安捷倫科技有限公司。

恒流氣體采樣器：3072 型，青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所。

采樣管：DNPH-silica 型，德國(guó)CNW 公司。

除臭氧小柱：填充1 g 碘化鉀，德國(guó)CNW 公司。

注射器：10 mL，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

有機(jī)相針式濾器：孔徑為0.45 μm，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

乙腈、甲醇：均為色譜純，德國(guó)默克公司。

13 種醛酮類衍生物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 μg／mL，介質(zhì)為乙腈，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為3%（k=2），編號(hào)為80225GH，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司。

實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水：屈臣氏集團(tuán)（香港）有限公司。

1.2 樣品采集與處理

（1）樣品采集。選擇煙臺(tái)市兩處居民區(qū)和兩處工業(yè)園區(qū)進(jìn)行樣品采集。采樣時(shí)將DNPH 采樣管接到恒流采樣器進(jìn)氣端，并在采樣管前連接除臭氧小柱，采樣流量為0.5 L／min，采樣時(shí)間為100 min。環(huán)境空氣中的醛酮類化合物與采樣管內(nèi)的DNPH反應(yīng)生成衍生物而被吸附。采樣完成后，將采樣管用密封帽封閉并用鋁箔包嚴(yán)，于4 ℃以下冷藏，并于30 日內(nèi)測(cè)定。

（2）樣品處理。用乙腈洗脫采樣管，讓乙腈自然流過采樣管，流向應(yīng)與采樣時(shí)的氣流方向相反，收集洗脫液并用乙腈定容至5 mL 容量瓶中，用注射器吸取洗脫液，經(jīng)有機(jī)相針式濾器過濾，轉(zhuǎn)移至2 mL 棕色樣品瓶中，于4 ℃冷藏避光保存，待測(cè)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

13 種醛酮類衍生物系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：用乙腈對(duì)13 種醛酮類衍生物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋，得到13種醛酮類衍生物質(zhì)量濃度均分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg／mL 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.4 儀器條件

色譜柱：Poroshell 120 SB–C18柱（250 mm×4.6 mm，4 μm，美國(guó)安捷倫科技有限公司）；流動(dòng)相：A為水，B 為乙腈；洗脫方式：梯度洗脫，洗脫程序見表1；流量：1.5 mL／min；柱溫：50 ℃；進(jìn)樣體積：10 μL；檢測(cè)波長(zhǎng)：360 nm；檢測(cè)器：紫外檢測(cè)器。

表1 梯度洗脫程序

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱選擇

分別考察Dikma Diamonsil C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）、Agilent Eclipse Plus C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）、Agilent Poroshell 120 SB–C18柱（250 mm×4.6 mm，4 μm）3 種 色 譜 柱 對(duì)13種醛酮類化合物的分離效果。結(jié)果表明，Dikma Diamonsil C18柱 和Agilent Eclipse Plus C18柱 不 能將丙烯醛和丙酮分離，部分化合物色譜峰不夠尖銳，跨度較大，不利于定性和定量；Agilent Poroshell 120 SB–C18柱粒徑為4 μm 填料的多孔外層和實(shí)心內(nèi)核限制了化合物擴(kuò)散距離，提高了分離速度，而窄粒徑分布則提高了柱效和分離度，柱效是全多孔粒徑為5 μm 填料色譜柱的近兩倍，能夠?qū)⒈┤┖捅蛛x，其它難分離化合物也能較好分離，故選擇Agilent Poroshell 120 SB–C18柱。 用Poroshell 120 SB–C18色譜柱對(duì)質(zhì)量濃度為1.0 μg／mL 的13 種醛酮類衍生物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分離，色譜圖如圖1 所示。

圖1 13 種醛酮類衍生物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

2.2 柱溫選擇

柱溫是色譜分離的重要條件，選用Poroshell 120 SB–C18色譜柱，在柱溫為30 ℃條件下可以將丙烯醛和丙酮初步分離開，但是分離度不高。分別在35、40、50、60 ℃柱溫下，對(duì)丙烯醛和丙酮進(jìn)行分離，結(jié)果表明，升高柱溫有利于提高丙烯醛和丙酮的分離度。柱溫為60 ℃時(shí)，部分化合物峰形較寬并有拖尾現(xiàn)象，不利于定量分析，柱溫為50 ℃時(shí)，13 種醛酮類化合物分離效果最好，故選擇柱溫為50 ℃。

2.3 流動(dòng)相選擇

分別比較了水–甲醇溶液和水–乙腈溶液兩種流動(dòng)相體系對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以水–甲醇溶液為流動(dòng)相時(shí)，基線波動(dòng)較大，不利于微量組分定量；而以水–乙腈溶液為流動(dòng)相時(shí)，基線比較平穩(wěn)，色譜峰尖銳，有助于化合物定量。乙腈粘度較甲醇小，流動(dòng)相傳質(zhì)阻力小，流量提高后柱壓升高幅度相對(duì)較低，有利于提高柱效，峰寬較窄，峰形較好，因此選擇水–乙腈溶液為流動(dòng)相。通過優(yōu)化水和乙腈的比例可以將13 種醛酮類化合物全部分離，優(yōu)化的梯度洗脫程序見表1。

2.4 流量選擇

為了提高醛酮類化合物的分離效果，分別在1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7 mL／min 流量下對(duì)13 種醛酮類化合物進(jìn)行分離。結(jié)果表明，流量為1.2、1.3、1.4 mL／min 時(shí)，化合物保留時(shí)間延長(zhǎng)，不能縮短分析時(shí)間；流量為1.6、1.7 mL／min 時(shí)，化合物分離度不高。流量為1.5 mL／min 時(shí)，各化合物分離效果最佳，分析時(shí)間為16 min，比HJ 683–2014 方法縮短一半多，故選擇流量為1.5 mL／min。

2.5 線性方程與檢出限

在1.4 儀器工作條件下，分別對(duì)1.3 中的13 種醛酮類衍生物系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，以13 種醛酮類衍生物的質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的色譜峰面積（y）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算線性方程和相關(guān)系數(shù)。按照HJ 168—2010［16］要求，并參考HJ 683—2014 中說明，在1.4 儀器工作條件下，對(duì)質(zhì)量濃度為0.025 μg／mL 的空白管加標(biāo)洗脫液平行測(cè)定7 次，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按照MDL ＝t（n-1，0.99）s（置信度為99%時(shí)t為3.143）計(jì)算方法檢出限，以4 倍檢出限作為定量限，采樣體積以0.05 m3計(jì)算。13 種醛酮類衍生物的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限見表2。由表2 可知，13 種醛酮類衍生物的質(zhì)量濃度在0.05～2.0 μg／mL的范圍內(nèi)與色譜峰面積具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均不小于0.999 8，方法檢出限為0.16～0.47 μg／m3，定量限為0.64～1.88 μg／m3。

表2 13 種醛酮類衍生物的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限

2.6 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

在空白采樣管中加入一定量的13 種醛酮類衍生物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入量分別為0.5、2.5、5.0 μg，按照1.2 方法平行處理6 份樣品，收集洗脫液并用乙腈定容至5 mL 容量瓶中，加標(biāo)后待測(cè)溶液中13 種醛酮類衍生物的質(zhì)量濃度均分別為0.1、0.5、1.0 μg／mL，在1.4 儀器工作條件下進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。由表3 可知，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差為0.5%～4.3%，加標(biāo)回收率為97.2%～101.1%，表明該方法精密度和準(zhǔn)確度較高，滿足醛酮類化合物測(cè)定要求。

表3 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.7 實(shí)際樣品測(cè)定

按照所建立的方法，分別選擇煙臺(tái)市兩處居民區(qū)和兩處工業(yè)園區(qū)環(huán)境空氣樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表4。由表4 可知，居民區(qū)僅有甲醛、乙醛和丙酮檢出，且含量較低，其余化合物均未檢出；工業(yè)園區(qū)甲醛、乙醛和丙酮均有檢出，且含量比居民區(qū)高，其它特征性組分如丁酮和間甲基苯甲醛也有檢出。多次測(cè)定結(jié)果證明，居民區(qū)環(huán)境空氣中甲醛、乙醛和丙酮是常見檢出組分，工業(yè)園區(qū)由于生產(chǎn)企業(yè)物料和生產(chǎn)工藝不同，環(huán)境空氣中檢出組分也不相同，故該方法既適用于相對(duì)清潔的居住區(qū)環(huán)境空氣的測(cè)定，也適用于成分復(fù)雜的工業(yè)園區(qū)環(huán)境空氣的測(cè)定。

3 結(jié)語

建立了高效液相色譜法快速測(cè)定環(huán)境空氣中13 種醛酮類化合物的分析方法。該方法選用Poroshell 120 SB–C18色譜柱能夠?qū)?3 種醛酮類化合物全部分離，分析時(shí)間為16 min，與HJ 683–2014方法（40 min）相比，大幅度縮短了分析時(shí)間，提高了工作效率。同時(shí)該方法試劑用量少，精密度和準(zhǔn)確度高，滿足日常檢測(cè)分析要求，可用于環(huán)境空氣中13 中醛酮類化合物的快速分析。

表4 環(huán)境空氣樣品中13 種醛酮類化合物質(zhì)量濃度測(cè)定結(jié)果 μg／m3