高效液相色譜法測定車內(nèi)空氣中14 種醛酮類化合物

馬淵，李妍靜，王惠麗，喬陽

（天津華測檢測認(rèn)證有限公司，天津 300300）

醛酮類化合物是揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的重要組成部分，大多具有強(qiáng)刺激性氣味，長期接觸會危害身體健康［1–2］。相較于室內(nèi)和大氣環(huán)境，車內(nèi)空間更加狹小密閉，大量使用的內(nèi)飾材料和膠黏劑都是醛酮類化合物的主要來源［3］，因此對車內(nèi)空氣質(zhì)量的管控意義重大。

高效液相色譜（HPLC）法是測定空氣中醛酮類化合物的方法之一，利用羰基化合物在酸性條件下與2，4-二硝基苯肼（DNPH）反應(yīng)生成穩(wěn)定且具有強(qiáng)紫外吸收的苯腙類化合物，使用光電二級陣列管檢測器檢測，便可對空氣中的醛酮類化合物定性﹑定量分析［4］。分離度用于評估相鄰組分的分離程度，用R表示，R等于相鄰色譜峰保留時(shí)間之差與兩色譜峰峰寬均值之比。分離度既考慮了色譜分離過程中各組分的分配系數(shù)，又考慮了分子在色譜柱中運(yùn)動時(shí)的動力學(xué)因素，因此R越大表明相鄰兩組分的分離效果越好。當(dāng)R不小于1.5 時(shí)，裸露峰面積不小于99.7%，才可稱為完全分離［5］。

HJ/T 400—2007 《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》附錄C 醛酮組分測定方法（固相吸附/高效液相色譜法）［6］﹑HJ 683—2014 《環(huán)境空氣 醛﹑酮類化合物的測定 高效液相色譜法》［7］中使用水–乙腈的體系進(jìn)行均相和梯度洗脫，但無法將丙酮和丙烯醛分離，并且多種物質(zhì)分離效果不佳。在隨后的方法研究中，部分研究人員通過優(yōu)化色譜條件，在水–乙腈體系下進(jìn)行梯度洗脫，可將丙酮和丙烯醛分開，但兩個(gè)色譜峰仍大部分重疊［8–11］；另一部分研究人員，使用水–四氫呋喃–乙腈［12–14］或者水–甲醇–乙腈［15］的三元梯度洗脫體系將丙酮和丙烯醛完全分離，仍有多種物質(zhì)分離度不理想。因此無論檢測標(biāo)準(zhǔn)還是國內(nèi)外同行所做工作，目前為止無法使車內(nèi)空氣中14 種醛酮類化合物完全分離。

當(dāng)相鄰組分無法完全分離時(shí)，定量分析只能在兩組分相交點(diǎn)進(jìn)行手動分割，但醛酮–DNPH 化合物因吸光度不同導(dǎo)致響應(yīng)值有高有低，手動積分必將導(dǎo)致相鄰組分的含量與實(shí)際含量相偏離，進(jìn)而導(dǎo)致測試時(shí)回收率的偏離；在樣品含量較低或僅含一種物質(zhì)時(shí)，因相鄰組分保留時(shí)間過于接近，也會對定性工作產(chǎn)生困擾。因此建立可使車內(nèi)空氣中14 種醛酮類化合物完全分離的高效液相色譜法具有重要意義。筆者使用水–四氫呋喃–乙腈三元洗脫體系，通過優(yōu)化色譜條件，能夠使HJ/T 400—007 附錄C中列出的甲醛﹑乙醛﹑丙酮﹑丙烯醛﹑丙醛﹑丁烯醛﹑丁酮﹑甲基丙烯醛﹑正丁醛﹑苯甲醛﹑環(huán)己酮﹑戊醛﹑對甲基苯甲醛﹑己醛完全分離。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

高效液相色譜儀：LC–20A 型，配自動進(jìn)樣器﹑二極管陣列檢測器（PDA），日本島津公司。

超純水儀：1805V–UP 型，重慶摩爾水處理設(shè)備有限公司。

14 種醛酮類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：甲醛–DNPH﹑乙醛–DNPH﹑丙酮–DNPH﹑丙烯醛–DNPH﹑丙醛–DNPH﹑丁烯醛–DNPH﹑丁酮–DNPH﹑甲基丙烯醛–DNPH﹑正丁醛–DNPH﹑苯甲醛–DNPH﹑環(huán)己酮–DNPH﹑戊醛–DNPH﹑對甲基苯甲醛–DNPH﹑己醛–DNPH 衍生前的質(zhì)量濃度均為15 mg/L，編號為Custom Pesticide Mix，14–2548，美國o2 si 公司。

14 種醛酮類質(zhì)控溶液：衍生后甲醛–DNPH﹑環(huán)己酮–DNPH 的質(zhì)量濃度分別為4.0﹑5.0 mg/L﹑其它均為2.0 mg/L，編號為Air Monitoring Aldehyde-DNPH Mix 2，美國AccuStandard 公司。

丙酮-DNPH：分析純，美國色譜科公司。

甲基丙烯醛-DNPH：分析純，美國色譜科公司。

13 種醛酮類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：與14 種醛酮類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液相比不含環(huán)己酮-DNPH，各物質(zhì)濃度為衍生后20.0 mg/L（其中甲醛-DNPH 為40.0 mg/L），編號為Carbonyl-DNPH Mix 1, 美國西格瑪奧德里奇公司。

四氫呋喃：色譜純，上海星可高純?nèi)軇┯邢薰尽Ｒ译妫荷V純，美國霍尼韋爾公司。實(shí)驗(yàn)用水為超純水，現(xiàn)用現(xiàn)制。

1.2 色譜條件

色譜柱：Ultra C18柱（150 mm×4.6 mm，5 μm，美國RESTEK 公司）；檢測波長：360 nm；柱溫：45℃；進(jìn)樣體積：20 μL；流動相：A 為水–四氫呋喃（體積比為4∶1），B 為乙腈，流量為1.5 mL/min；梯度洗脫程序：0～15 min，流動相B 從20%線性增至45%；15～21 min，流動相B 從45%線性增至64%；21～27 min，流動相B 從64%線性減至20%；27～30 min，流動相B 維持20%。

1.3 樣品采集與洗脫

樣品采集及洗脫方式參照HJ/T 400—2007 附錄C。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱選擇

對長度不同的色譜柱Ultra C18（150 mm×4.6 mm，5 μm，美國RESTEK 公司）和InertSustain C18（250 mm×4.6 mm，5 μm，日本GL Sciences 公司）進(jìn)行篩選，優(yōu)化條件后以上色譜柱均可實(shí)現(xiàn)14 種醛酮的完全分離，但Ultra C18色譜柱較短﹑分離效率高，可在30 min 內(nèi)完成分離，因此色譜柱選擇Ultra C18。

2.2 流動相選擇

水–甲醇﹑水–乙腈的兩元洗脫體系總會存在部分化合物色譜峰大面積重疊；水–甲醇–乙腈三元洗脫體系基線漂移嚴(yán)重；水–四氫呋喃–乙腈三元洗脫體系分離效果最好且基線平穩(wěn)。為降低四氫呋喃對于PEEK 樹脂及密封墊的損傷，將水–四氫呋喃混勻后作為流動相A 使用。水–四氫呋喃（體積比為4∶1）有利于丁烯醛﹑丁酮﹑甲基丙烯醛﹑正丁醛4 種性質(zhì)最接近醛酮化合物的完全分離，因此流動相選擇水–四氫呋喃（體積比為4∶1）和乙腈的洗脫體系。

2.3 流量選擇

在選定色譜柱和流動相的條件下，進(jìn)行流量為0.8﹑1.0﹑1.2﹑1.5﹑1.7 mL/min 的篩選。低流量時(shí)色譜峰高較高，有助于提高檢出限，但峰寬明顯展寬，不利于提高分離度；流量提高后保留時(shí)間提前﹑峰高降低﹑峰寬收窄，但過高的流量會使柱效降低，故綜合考慮選擇流量為1.5 mL/min。

2.4 柱溫選擇

提高柱溫可縮短出峰時(shí)間，但過高的使用溫度會縮短色譜柱壽命，分別比較柱溫為30﹑35﹑40﹑45﹑50 ℃的分離效果，結(jié)果表明，在45 ℃柱溫下綜合分離度最佳，因此選擇柱溫為45 ℃。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜圖

圖1 為HJ/T 400—2007 附錄C 中醛酮組分典型色譜圖。

圖1 HJ/T 400–2007 中醛酮組分典型色譜圖

從圖1 可知，丙烯醛與丙酮色譜峰重合；丁酮與丁醛色譜峰重疊；丁醛與甲基丙烯醛﹑戊醛與甲基苯甲醛的分離度均不理想。圖2 為再優(yōu)化后的1.2色譜條件下，使用質(zhì)控溶液獲得的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖。由圖2 可知，14 種醛酮類化合物完全分離（R≥1.5），在定量分析14 種醛酮類化合物時(shí)可避免相鄰組分干擾，彌補(bǔ)了HJ/T 400—2007 標(biāo)準(zhǔn)中醛酮組分測定方法存在的缺陷。

圖2 在1.2 色譜條件下14 種醛酮標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

2.6 醛酮類物質(zhì)定性分析

因流動相加入四氫呋喃引起體系極性改變﹑梯度洗脫導(dǎo)致各醛酮類物質(zhì)保留時(shí)間改變程度不同﹑各品牌C18色譜柱硅膠基體的特性及鍵合官能團(tuán)覆蓋量等參數(shù)差異，都可能導(dǎo)致出峰順序不一致。因此結(jié)合文獻(xiàn)［8–15］對出峰順序存在風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證：丙酮和丙烯醛出峰順序﹑甲基丙烯醛和環(huán)己酮的出峰位置。其它物質(zhì)因化學(xué)性質(zhì)差異較大，出峰順序基本固定。

在1.2 色譜條件下測定編號為Carbonyl-DNPH Mix 1 的不含環(huán)己酮-DNPH 的13 種醛酮混合標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖，并與圖2 進(jìn)行對比，可以判斷出環(huán)己酮的保留時(shí)間為18 min。丙酮﹑丙烯醛和甲基丙烯醛則采用將丙酮–DNPH﹑甲基丙烯醛–DNPH 單標(biāo)溶液分別加入到質(zhì)控溶液中進(jìn)行驗(yàn)證，色譜圖分別見圖3﹑圖4。

圖3 質(zhì)控溶液中加入丙酮–DNPH 單標(biāo)后色譜圖

圖4 質(zhì)控溶液中加入甲基丙烯醛–DNPH 單標(biāo)后色譜圖

由圖3 可知，將丙酮–DNPH 單標(biāo)加入質(zhì)控溶液后，編號為3 的色譜峰與圖2 比顯著增大；由圖4可知，將甲基丙烯醛–DNPH 單標(biāo)加入質(zhì)控溶液后，編號為8 的色譜峰與圖2 比顯著增大。通過與圖2對比，可直觀判斷出丙酮和甲基丙烯醛的出峰位置。綜上，圖2 所示14 種醛酮的出峰順序無誤。

2.7 分離度﹑線性關(guān)系與檢出限

采用編號為Air Monitoring Aldehyde-DNPH Mix 2 的質(zhì)控溶液作為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，因濃度接近實(shí)際樣品，常被用作質(zhì)控樣品監(jiān)控分析進(jìn)程，故文中所提分離度均由此標(biāo)準(zhǔn)溶液產(chǎn)生，數(shù)據(jù)由島津工作站Lab Solutions 導(dǎo)出。

將14 種醛酮類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用乙腈稀釋質(zhì)量濃度分別為0.006﹑0.06﹑0.3﹑0.6﹑1.5﹑3.0﹑6.0 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，在1.2 色譜條件下測定。設(shè)置校準(zhǔn)曲線強(qiáng)制過零點(diǎn)，線性方程﹑相關(guān)系數(shù)均由LabSolutions 導(dǎo)出。檢出限根據(jù)HJ 168–2020 《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)導(dǎo)則》附錄A《方法特性指標(biāo)確定方法》中的一般確認(rèn)方法計(jì)算（采樣體積按照標(biāo)況下12 L，DNPH 管洗脫體積5 mL）。線性方程﹑線性相關(guān)系數(shù)﹑分離度與檢出限結(jié)果見表1。

表1 14 種醛酮化合物的分離度、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限

續(xù)表1

2.8 準(zhǔn)確度與精密度試驗(yàn)

在空白采樣管中填充100 μL 的校準(zhǔn)曲線母液（1.5 μg），用乙腈反向洗脫并通過0.45 μm 濾膜后收集于5 mL 容量瓶內(nèi)，用超聲波清洗器超聲3 min，最后用乙腈定容至標(biāo)線，制得理論值為0.3 mg/L的加標(biāo)回收液6 份，在1.2 色譜條件下測定，計(jì)算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。

表2 精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，14 種醛酮空白的加標(biāo)回收率為96.56%～105.06%，表明該方法具有較高的準(zhǔn)確度；14 種醛酮6 次重復(fù)測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.34%～1.95%，表明該方法具有良好的精密度。

3 結(jié)語

經(jīng)過對高效液相色譜分析條件進(jìn)行優(yōu)化，一次進(jìn)樣便可使HJ/T 400–2007 附錄C 中所有醛酮類物質(zhì)的分離度大于1.5，填補(bǔ)了車內(nèi)空氣中14 種醛酮類化合物完全分離方法的空白，對提高車內(nèi)空氣質(zhì)量的檢測水平具有重要意義。該分離體系經(jīng)實(shí)驗(yàn)室長期使用，對儀器管路﹑色譜柱不造成損害。運(yùn)行時(shí)柱壓﹑基線穩(wěn)定性良好，滿足準(zhǔn)確定量要求。