氣相萃取法測(cè)定皮革中乙醛含量的研究

任露萍，羅建勛，馬賀偉

（嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

室內(nèi)空氣中小分子醛酮類物質(zhì)日益引起國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的關(guān)注[1，2]，其中甲醛、乙醛、丙烯醛等氣味明顯、毒性較高的成分尤其受到重視[3-5]。我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27630-2011對(duì)車內(nèi)空氣中三種醛類的濃度進(jìn)行了明確規(guī)定，已有的汽車廠商均制定與揮發(fā)性有害物質(zhì)相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如長(zhǎng)安、北汽、吉利等），明確對(duì)車用材料中多種醛酮類物質(zhì)的釋放量進(jìn)行限制。相對(duì)于甲醛，已有的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)乙醛、丙烯醛的限量要求更為嚴(yán)格，這對(duì)裝飾用皮革的生產(chǎn)及質(zhì)量控制提出了新的要求。

日常的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及已有的文獻(xiàn)已經(jīng)證實(shí)了皮革可能會(huì)釋放出乙醛[6]?？刂破じ镏幸胰┑尼尫帕?，首先應(yīng)建立一套簡(jiǎn)便的測(cè)試方法。已有的文獻(xiàn)中針對(duì)皮革中醛類的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)可分為：（1）袋子法[7]，該方法是將整張皮革放入袋子（TedlarBag）中，充入氮?dú)夂竺芊猓⒂?5℃下加熱2 h，然后抽出袋子中的空氣并使之通過(guò)2’4-二硝基苯肼（DNPH）管，醛類物質(zhì)被吸收及衍生化，最后經(jīng)HPLC測(cè)定后進(jìn)行定量。由于該方法對(duì)整張皮革樣品測(cè)試，測(cè)試結(jié)果相對(duì)具有代表性，所以也是汽車行業(yè)較普遍采用的方法；然而該方法對(duì)設(shè)施要求高、檢測(cè)過(guò)程成本高、操作不便性，而且可重復(fù)性差。（2）真空抽吸法，該方法見(jiàn)于文獻(xiàn)[6]中的報(bào)道，其采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，在80℃下將皮革加熱處理30 min，然后利用真空泵抽出體系中的空氣并使之通過(guò)DNPH管，最后經(jīng)HPLC測(cè)定后定量；但該方法中樣品處理溫度及時(shí)間等參數(shù)未見(jiàn)優(yōu)化，而且旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀因其內(nèi)部空間的復(fù)雜性，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的重現(xiàn)性不高。（3）水溶液萃取法[8]，其采用0.1%十二烷基硫酸鈉（SDS）于40℃下對(duì)皮革樣品進(jìn)行萃取，萃取液經(jīng)DNPH衍生化后采用HPLC測(cè)定，該方法是目前皮革中游離甲醛測(cè)定的通用方法（見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19941.1-2019）。（4）氣相萃取法[9]，該方法將樣品懸置于裝有50 mL蒸餾水的樣品瓶中，并于60℃下加熱3 h，該過(guò)程中樣品內(nèi)散發(fā)出的小分子醛的氣體會(huì)被水吸收，然后將水溶液分離、衍生化后進(jìn)行測(cè)定，目前主要用于甲醛釋放量的測(cè)定。

操作的簡(jiǎn)便性是檢測(cè)方法能否被普及推廣的關(guān)鍵。比較而言，水溶液萃取法及氣相萃取法是檢測(cè)皮革中醛類最簡(jiǎn)便的方法，但該兩種方法應(yīng)用于皮革中乙醛含量的測(cè)定未見(jiàn)研究報(bào)道?；诖?，本實(shí)驗(yàn)采用兩種方法，對(duì)皮革中乙醛含量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)方法的可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 主要儀器及材料

液相色譜儀HPLC（Agilent 1260），帶二極管陣列檢測(cè)器（DAD），美國(guó)安捷倫公司；色譜柱類型為XDB C18，美國(guó)安捷倫公司；水浴振蕩器、烘箱均為常規(guī)設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)中的樣品均為牛皮沙發(fā)革，來(lái)自國(guó)內(nèi)不同的制革企業(yè)。先按照QB/T 2725-2005對(duì)樣品氣味進(jìn)行評(píng)定，篩選出氣味級(jí)別大于3級(jí)（氣味明顯）的皮革樣品，共10塊（編號(hào)為1#~10#），用于乙醛含量的分析。

實(shí)驗(yàn)中所用的0.3%的DNPH溶液由85%磷酸配制，乙醛-DNPH標(biāo)準(zhǔn)品（濃度100 mg/L）購(gòu)自上海阿拉丁試劑公司，乙腈為色譜純。

1.2 樣品檢測(cè)過(guò)程

1.2.1 樣品的預(yù)處理

樣品的預(yù)處理按照方法標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2716-2018進(jìn)行。采用水溶液萃取時(shí)，樣品用剪刀剪碎至顆粒大小2~3 mm，密封后保存待用；采用氣相萃取時(shí)，樣品切取100 mm×40 mm的長(zhǎng)方形樣品，密封后保存待測(cè)。

1.2.2 水溶液萃取法

該方法按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19941.1-2019進(jìn)行。準(zhǔn)確稱取2 g剪碎后的樣品，置于具塞錐形瓶中，準(zhǔn)確加入50 mL預(yù)熱至40℃的0.1% SDS溶液，然后于40℃水浴中緩慢振搖60 min；分離出萃取液，然后采用DNPH進(jìn)行衍生化（50℃下3 h）；衍生化后的溶液經(jīng)濾膜過(guò)濾后，進(jìn)行HPLC測(cè)定；平行試驗(yàn)，一式三份取平均值。

1.2.3 氣相萃取法

該方法按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19941.3-2019中的規(guī)定進(jìn)行。待測(cè)樣品（約5 g）準(zhǔn)確稱量后，懸掛于已預(yù)先加入50 mL蒸餾水、容積為1 L的可密封樣品瓶中；樣品瓶密封后置于60密烘箱中3 h，取出樣品瓶、冷卻至室溫；分離出樣品瓶中的水溶液，采用DNPH進(jìn)行衍生化（50℃下3 h），衍生化后的溶液再經(jīng)濾膜過(guò)濾后，進(jìn)行HPLC測(cè)定；平行試驗(yàn)，一式三份取平均值。

1.3 HPLC分析條件

色譜柱為XDB-C18（5μm，250 mm×4.6 mm），柱溫35℃，進(jìn)樣體積10μL，檢測(cè)器波長(zhǎng)364 nm，等梯度洗脫，流動(dòng)相為乙腈/水（60/40，v/v），流速1.0 mL/min?；谝胰?DNPH衍生物標(biāo)準(zhǔn)品色譜峰保留時(shí)間及光譜圖進(jìn)行定性，根據(jù)峰面積進(jìn)行定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醛的HPLC色譜圖及光譜圖

實(shí)驗(yàn)中首先對(duì)乙醛的色譜圖及光譜圖進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如圖1。從圖1A中光譜圖可知，乙醛-DNPH的最大吸收波長(zhǎng)為364 nm，因此實(shí)驗(yàn)中選擇364 nm作為檢測(cè)波長(zhǎng)；同時(shí)從圖1B中可看出，實(shí)驗(yàn)條件下乙醛-DNPH衍生物的保留時(shí)間為7.298 min，峰形對(duì)稱，證實(shí)基于HPLC易于實(shí)現(xiàn)乙醛的定性及定量測(cè)定。

圖1 乙醛-DNPH衍生物的HPLC光譜圖及色譜圖（濃度4 mg/L）Fig.1 The HPLC chromatograph and spectrum of acetaldehyde-DNPH derivatization at 4 mg/L(A)Spectrum,(B)Chromatograph

2.2 儀器檢測(cè)限及線性范圍

實(shí)驗(yàn)中對(duì)測(cè)定乙醛所用儀器的靈敏度進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，在信噪比S/N信噪比時(shí)所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)濃度約為0.04 mg/L（進(jìn)樣量10μL），實(shí)驗(yàn)中將該濃度確定為儀器定量檢測(cè)限濃度。基于該儀器檢測(cè)限，結(jié)合水溶液萃取法和氣相萃取法的計(jì)算公式中樣品質(zhì)量及定容體積，可計(jì)算出本實(shí)驗(yàn)中水溶液萃取法的檢測(cè)限為2.0 mg/kg，氣相萃取法的檢測(cè)限為0.8 mg/kg。

同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中考察了乙醛濃度在0.2~20 mg/L范圍內(nèi)濃度與峰面積的線性關(guān)系。結(jié)果表明，在該濃度范圍內(nèi)，濃度與峰面積的線性關(guān)系良好，R2=0.999，得到的線性擬合公式為Ai=136×Ci+11.81（Ai為峰面積，Ci為濃度）。

2.3 水溶液萃取法和氣相萃取法的測(cè)定結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中按照水溶液萃取法及氣相萃取法，分別對(duì)篩選出的10塊皮革樣品（氣味＞3級(jí)）乙醛含量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明，針對(duì)10塊樣品，采用水溶液萃取法進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所有樣品中均未檢測(cè)出乙醛（＜2.0 mg/kg）；而采用氣相萃取法時(shí)，有5塊樣品被檢出含有乙醛，含量范圍為0.8~1.8 mg/kg，實(shí)際樣品的色譜圖如圖2。該結(jié)果反映了水溶液萃取法不能順利萃取出皮革中的乙醛，這與文獻(xiàn)中的結(jié)論基本一致[10]。而氣相萃取法因使用了較高溫度（60℃）及環(huán)境（空氣），更有利于乙醛的釋放。同時(shí)該結(jié)果也表明皮革中乙醛的存在形式可能與甲醛不同，采用常用的水溶液萃取法不適合皮革中乙醛含量的測(cè)定。

圖2 實(shí)際樣品的HPLC色譜圖（乙醛含量1.8 mg/kg）Fig.2 The HPLC chromatograph of leather sample with acetaldehyde concentration of 1.8 mg/kg

2.4 氣相萃取法預(yù)處理?xiàng)l件的考察

基于氣相萃取法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中選擇了含有乙醛的3個(gè)皮革樣品（樣品1#、樣品2#、樣品3#）及未檢出乙醛的樣品4#，對(duì)氣相萃取過(guò)程中溫度及時(shí)間對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響進(jìn)一步考察。

2.4.1 溫度對(duì)乙醛萃取結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)中分別考察了40~80℃下溫度對(duì)乙醛測(cè)定結(jié)果的影響（加熱時(shí)間均為3 h），如圖3所示。從圖3中可知，隨著溫度升高，樣品1#、樣品2#、樣品3#三個(gè)樣品中所檢測(cè)出的乙醛含量逐漸增加，而且溫度越高、增加越明顯，這表明溫度增加能有效促進(jìn)樣品中乙醛的散發(fā)。另外，樣品4#即使在70℃下也無(wú)乙醛檢出。這表明不同的皮革樣品中乙醛的含量有明顯的差異，原因一方面可能在于不同的生皮中所殘留的乙醛含量的不同[6]，另外一方面可能在于皮革生產(chǎn)過(guò)程中所用的化學(xué)品材料的不同，因?yàn)橐胰┛赡軙?huì)來(lái)自糖類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化[11]。

圖3 溫度對(duì)乙醛釋放量的影響Fig.3 Influence of incubation temperature on the emission of acetaldehyde

2.4.2 時(shí)間對(duì)乙醛萃取效果的影響

實(shí)驗(yàn)中考察了溫度為60℃時(shí)，不同的處理時(shí)間下樣品1#、樣品2#及樣品3#中乙醛的檢測(cè)結(jié)果，結(jié)果如圖4所示。從圖中可見(jiàn)，在1~4 h的范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，三個(gè)樣品中乙醛的檢測(cè)結(jié)果逐漸增加，至3 h基本不再變化，表明60℃下處理3 h時(shí)乙醛的散發(fā)已經(jīng)達(dá)到平衡。若實(shí)驗(yàn)中確定樣品的處理溫度為60℃，那么3 h的處理時(shí)間足以能保證該溫度下乙醛的充分散發(fā)。

圖4 時(shí)間對(duì)乙醛釋放量的影響Fig.4 Influence of incubation time on the emission of acetaldehyde

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)中基于水溶液萃取法和氣相萃取法，對(duì)皮革中乙醛含量的測(cè)試方法進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，水溶液萃取法幾乎無(wú)法萃取出樣品中的乙醛，表明皮革中的乙醛應(yīng)以較強(qiáng)的化學(xué)鍵與皮革纖維結(jié)合；氣相萃取法能夠檢測(cè)出乙醛的散發(fā)量，但檢測(cè)值均較低。同時(shí)，氣相萃取法的測(cè)定結(jié)果隨預(yù)處理溫度的升高及處理時(shí)間的增加而明顯增加，其中溫度影響更顯著。因此適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方式及條件（溫度、時(shí)間）是實(shí)現(xiàn)乙醛有效檢測(cè)的關(guān)鍵，相關(guān)研究需要進(jìn)一步深入。