水性涂料中14種醛酮類(lèi)化合物的測(cè)定
——柱前衍生高效液相色譜法

張芳，張正正，杜宇航，王志霞

（建研院檢測(cè)中心有限公司，北京 100013）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)的涂料市場(chǎng)得到了迅猛發(fā)展[1]。同時(shí)，隨著涂料產(chǎn)品的日新月異以及人們對(duì)于身體健康的高度關(guān)注，VOCs（Volatile Organic Compounds）含量低、對(duì)人體危害小的各種水性涂料產(chǎn)品被相繼研發(fā)并大量生產(chǎn)、應(yīng)用[2-6]。為促進(jìn)水性涂料的發(fā)展，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了VOCs的指標(biāo)，并規(guī)定了相應(yīng)的分析測(cè)試方法，但目前的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)涂料中的甲醛含量有明確的限值和測(cè)試方法[7-9]，對(duì)其他醛酮類(lèi)化合物并無(wú)具體測(cè)試方法和限量要求[10]。然而，隨著涂料產(chǎn)品的不斷升級(jí)，其內(nèi)含的其他醛酮類(lèi)化合物也越發(fā)受到關(guān)注[11-13]。為滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的檢測(cè)涂料中有毒有害物質(zhì)（醛酮類(lèi)化合物）的需求，本研究參考大量相關(guān)文獻(xiàn)[9，14-15]，以2，4-二硝基苯肼作為衍生劑，采用柱前衍生高效液相色譜建立了水性涂料中14種醛酮類(lèi)化合物同時(shí)測(cè)定的方法。本方法具有檢出限低、穩(wěn)定性好、可大大降低檢測(cè)成本、縮短檢測(cè)周期的特點(diǎn)?？蔀槿蘸笾贫ㄏ嚓P(guān)涂料中多種醛酮類(lèi)化合物的限量標(biāo)準(zhǔn)提供理論支持。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原理

含有羰基（—C=O）的醛酮類(lèi)化合物可以與含肼基（—HN—NH2）的2，4-二硝基苯肼（DNPH）發(fā)生縮合反應(yīng)，生成穩(wěn)定有顏色的腙類(lèi)衍生物，經(jīng)乙腈洗脫后，通過(guò)高效液相色譜儀的色譜部分對(duì)苯腙類(lèi)化合物進(jìn)行分離，分離后的醛酮類(lèi)化合物經(jīng)高效液相色譜儀的紫外（360 nm）或二極管陣列檢測(cè)器檢測(cè)[14-15]；經(jīng)計(jì)算獲得醛酮類(lèi)化合物的定性與定量數(shù)據(jù)。

圖1 醛酮類(lèi)化合物的衍生化過(guò)程

1.2 儀器和試劑、樣品

儀器：高效液相色譜，島津LC-2030，SPD-20A，日本Shimadzu，配有360 nm的紫外檢測(cè)器，所用色譜柱為C18反相色譜柱（5.0μm，4.6 mm×150 mm）。

試劑：醛酮化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液，安譜公司；乙腈，色譜純；超純水，采用超純水機(jī)制備；磷酸，分析純。

涂料樣品：隨機(jī)選取8種市售水性?xún)?nèi)墻涂料（樣品1～樣品8）進(jìn)行測(cè)試分析。

1.3 試劑配制

10 mg/L醛酮類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：量取100 mg/L的醛酮類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL于10 mL容量瓶中，用乙腈定容，混勻，4℃下避光保存。

醛酮類(lèi)化合物不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別量取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液200、500、1000、2000、5000μL于10 mL容量瓶中，用乙腈定容，混勻；配制成濃度分別為0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)液。

衍生化試劑：稱(chēng)取若干2，4-二硝基苯肼置于10 mL棕色容量瓶中，用磷酸稀釋至刻度，搖勻。此溶液需配制成0.05、0.10、0.20、2.00、8.00 mg/mL濃度，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.4 分析方法的評(píng)價(jià)和應(yīng)用

參考HJ 683—2014《環(huán)境空氣 醛、酮類(lèi)化合物的測(cè)定高效液相色譜法》對(duì)環(huán)境空氣中的醛酮類(lèi)化合物進(jìn)行高效液相色譜分析，采用乙腈和水（1%的磷酸，更容易衍生化[14]）二元梯度淋洗，60%乙腈保持20 min；20～30 min內(nèi)乙腈從60%線(xiàn)性增至100%；30～32 min內(nèi)乙腈再減至60%，并保持8 min（見(jiàn)表1）；柱溫箱恒溫40℃，流動(dòng)相流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣量20μL，檢測(cè)器的檢測(cè)波長(zhǎng)設(shè)置為360 nm。通過(guò)保留時(shí)間對(duì)目標(biāo)物種定性，通過(guò)峰面積對(duì)目標(biāo)物種定量。

表1 高效液相色譜流動(dòng)相的梯度變化

為考察分析方法的有效性，對(duì)14種醛酮類(lèi)化合物高效液相色譜分析方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照HJ168—2010《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》、GB/T 34683—2017《水性涂料中甲醛含量的測(cè)定 高效液相色譜法》[9]和HJ683—2014的要求，對(duì)分析方法的檢出限、精密度和準(zhǔn)確度等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

準(zhǔn)確稱(chēng)取1g（精確至0.0001 g）市售涂料樣品于10mL容量瓶中，加入乙腈至刻度線(xiàn)，然后分別在室溫不同超聲頻率下（40、60、80、100 Hz）分別超聲5、10、15、20 min，超聲完成后，將容量瓶上層溶液轉(zhuǎn)移至離心管內(nèi)，在離心機(jī)腔體溫度不超過(guò)40℃的條件下離心30 min。分別取4 mL上清液和4 mL水于10 mL比色管中，再加入0.4 mL不同濃度（0.05、0.10、0.20、2.00、8.00 mg/mL）的衍生化試劑，于室溫下避光分別衍生2、4、12 h。用0.22μm有機(jī)微孔濾膜過(guò)濾，取1 mL濾液上機(jī)分析。

2 結(jié)果與討論

將配制好的0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的醛酮類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)液按照上述分析方法，通過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣器量取20.0μL標(biāo)準(zhǔn)溶液注入，進(jìn)行液相色譜分析。圖2為1.0 mg/L的醛酮類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)液的C18柱分離14種醛酮化合物的苯腙衍生物標(biāo)準(zhǔn)樣品紫外可見(jiàn)吸收光譜。

圖2 C18柱分離1.0 mg/L的14種醛酮類(lèi)化合物的苯腙衍生物標(biāo)準(zhǔn)樣品的液相色譜

由圖2可見(jiàn)，14種醛酮化合物的分離度均大于1.5，均得到了較好的分離。

表2為醛酮化合物標(biāo)準(zhǔn)液經(jīng)高效液相色譜通過(guò)C18柱分析后所獲得的線(xiàn)性回歸方程、相關(guān)系數(shù)以及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，relative standard deviation）。

表2 14種醛酮類(lèi)化合物的線(xiàn)性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

由圖2和表2可知，14種醛酮類(lèi)化合物的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)在0.2～5.0 mg/L內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系良好，本研究中的醛酮類(lèi)化合物高效液相色譜法具有較好的分離度、靈敏度、重現(xiàn)性、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)線(xiàn)性關(guān)系較好，可用于測(cè)定樣品中的醛酮類(lèi)化合物。

2.1 空白值最低檢出限評(píng)價(jià)

按照HJ168—2020的要求對(duì)空白值和方法檢出限進(jìn)行了分析，即按照樣品分析的全部步驟，重復(fù)8次空白試驗(yàn)，將各測(cè)定結(jié)果換算為樣品中的濃度，計(jì)算8次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，所測(cè)14種醛酮類(lèi)化合物的檢出限為0.0020～0.0849 mg/L，準(zhǔn)確度為0.229%～5.736%，所有測(cè)試指標(biāo)均符合GB/T 27417—2017《合格評(píng)定 化學(xué)分析方法確認(rèn)和驗(yàn)證指南》的規(guī)定。

2.2 精密度評(píng)價(jià)

按照HJ168—2020和HJ683—2014的規(guī)定，取0.5 mg/L的醛酮類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行分析，重復(fù)測(cè)定8次，并計(jì)算8次平行測(cè)定的平均值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試樣測(cè)定結(jié)果

由表4可見(jiàn)，所測(cè)14種醛酮類(lèi)化合物的平均濃度為0.4900～1.0401 mg/L，精密度為0.000～6.878%，符合GB/T 27417—2017要求。

2.3 加標(biāo)回收率評(píng)價(jià)（見(jiàn)表5）

表5 加標(biāo)回收率計(jì)算結(jié)果

根據(jù)HJ168—2020和HJ683—2014的規(guī)定，本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的加標(biāo)回收率為98.88%～102.17%，平均值為99.8%，測(cè)試結(jié)果均在其不確定度范圍內(nèi)，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)條件是可行有效的。

2.4 分析方法的優(yōu)化

針對(duì)上述方法對(duì)水性涂料的測(cè)試分析結(jié)果，對(duì)樣品前處理過(guò)程中涉及到的超聲時(shí)間、超聲頻率、顯色劑濃度等因素進(jìn)行優(yōu)化分析。在8種水性?xún)?nèi)墻涂料的測(cè)試結(jié)果中，大部分內(nèi)墻涂料樣品中未檢出丙烯醛、丁酮、苯甲醛、環(huán)己酮、正戊醛、鄰-甲苯甲醛和間、對(duì)-甲苯甲醛外，但其余化合物均有檢出。圖3為不同超聲頻率和超聲時(shí)間對(duì)水性涂料（樣品3）中醛酮化合物檢出濃度的影響。

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)超聲頻率分別為4 0、6 0、8 0 H z，超聲時(shí)間為1 5 m i n時(shí)，試樣中大部分醛酮類(lèi)化合物的濃度最高；當(dāng)超聲頻率為1 0 0 H z時(shí)，大部分醛酮類(lèi)化合物的濃度在1 0 m i n時(shí)最高，僅有丁醛濃度在1 5 m i n時(shí)最高，甲基丙烯醛在5 m i n時(shí)濃度最高；而在超聲頻率為4 0、6 0、8 0 H z，超聲時(shí)間為1 5 m i n時(shí)，又以4 0 H z條件下所測(cè)得的醛酮類(lèi)化合物濃度最高。推測(cè)出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能與超聲時(shí)間較長(zhǎng)以及超聲頻率較高，造成待測(cè)樣品溶液溫度較高醛酮類(lèi)化合物衍生物不穩(wěn)定分解，最終導(dǎo)致所測(cè)濃度降低。

圖3 不同超聲頻率和超聲時(shí)間對(duì)醛酮化合物檢出濃度的影響

圖4為不同衍生化時(shí)間和衍生化試劑濃度對(duì)水性涂料（樣品4）中醛酮化合物檢出濃度的影響。

圖4 不同衍生化時(shí)間和衍生化試劑濃度對(duì)醛酮化合物檢出濃度的影響

由圖4（a）可見(jiàn)，當(dāng)衍生化時(shí)間為4 h時(shí)，大部分醛酮類(lèi)化合物的濃度最高，較長(zhǎng)的衍生化時(shí)間有利于醛酮類(lèi)化合物和衍生試劑充分接觸，但衍生化時(shí)間太長(zhǎng)容易造成樣品中醛酮類(lèi)化合物的分解和揮發(fā)，導(dǎo)致樣品中醛酮類(lèi)化合物濃度下降。由圖4（b）可見(jiàn)，當(dāng)顯色劑濃度為2.0 mg/mL時(shí)，測(cè)得的醛酮類(lèi)化合物的濃度較高，表明衍生化試劑濃度為在2.0 mg/mL更為適用本方法，且可獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）本研究著重分析醛酮類(lèi)化合物與2，4-二硝基苯肼在弱酸性條件下衍生化，建立了柱前衍生高效液相色譜法測(cè)定14種水性涂料中醛酮類(lèi)化合物的定量分析方法。

（2）經(jīng)過(guò)方法優(yōu)化，當(dāng)超聲時(shí)間為15 min、超聲頻率為40 Hz，衍生化時(shí)間為4 h，衍生化試劑濃度為2.0 mg/mL時(shí)，可以較為經(jīng)濟(jì)、高效地提取水性涂料中醛酮類(lèi)化合物。

（3）本方法在兼顧經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，具有操作簡(jiǎn)單、峰分離效果好、檢出限低、精密度和穩(wěn)定性高、檢測(cè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，適合用于同時(shí)測(cè)定水性涂料中14種醛酮類(lèi)化合物。