2，4-二硝基苯肼比色法快速测定餐饮企业油烟中醛酮类化合物含量的研究

张 琤，唐跃城，廖菽欢，向运荣，梁婉琪，朱映川，郑丽敏，党志，陈蓉

（1.华南理工大学 环境与能源学院，广东 广州 510640；2.广东省生态环境监测中心，广东 广州 510308；3.广东贝源检测技术有限公司，广东 广州 510700；4.广州市海珠区环境监测站，广东 广州 510250）

在中国的传统饮食结构中，高温热油爆炒是必不可少的烹饪技巧之一，随之而来的是一系列的餐饮油烟问题。餐饮油烟中含有大量的有毒有害物质，其中醛酮类化合物作为餐饮油烟的重要组成物质之一，也是挥发性有机物（VOCs）中化学反应活性较强的一类物质，有着种类多、毒性大等特点［1］。因此，快速准确测定餐饮油烟中的醛酮化合物含量，对其污染防治具有重要意义。

目前大气中醛酮类化合物的测定方法主要有气相色谱法、液相色谱法、热脱附/气相色谱－质谱法、液相色谱－质谱法等［2－7］。虽然我国于2014年颁布实施了《环境空气醛、酮类化合物的测定高效液相色谱法》（HJ 683－2014）［8］，将衍生液相色谱法作为醛酮类化合物分析的首要方法，但该方法仅适用于醛酮类化合物含量相对较低的环境空气。相比于环境空气，由餐饮油烟产生的环境废气中醛酮类化合物含量相对较高，直接提取分析容易造成仪器污染，提取稀释后分析则降低了分析效率，且易引入新的污染［1］。而基于2，4-二硝基苯肼与醛酮反应的2，4-二硝基苯肼比色法测定醛酮，具有操作简单、速度快、灵敏度高以及样品处理效率高等特点［9－10］，适用于餐饮企业油烟中醛酮类化合物的测定。

本文对单醛和混合醛于2，4-二硝基苯肼中的反应条件进行优化，建立了一种线性关系良好，线性范围宽，检出限低，准确度和精密度高的餐饮企业油烟中微量醛酮类化合物的测定方法，并应用于实际餐饮油烟分析。

1 实验部分

1.1 实验方法

在10 mL 具塞比色管中分别加入3 mL 无醛乙醇、20 µL 5 mmol/L 庚醛、1 000 µL 5 mmol/L 2，4-二硝基苯肼和45µL 浓盐酸，摇匀，水浴加热30 min 后冰浴2 min，加入2.0 mL 60 g/L KOH（使用体积比为3∶2的乙醇－水溶解，下同）溶液，显色约5 min后加入无醛乙醇定容至10 mL，摇匀，过滤，取滤液于1 cm的石英比色皿中，在200～800 nm范围内测定其紫外－可见吸收光谱。

1.2 混合醛的测定

1.2.1 各类单醛的测定在10 mL具塞比色管中加入3 mL无醛乙醇，然后分别加入20µL 5 mmol/L的13种不同醛类化合物（3-甲基丁烯醛、己醛、庚烯醛、庚二烯醛、辛醛、辛烯醛、壬醛、壬烯醛、壬二烯醛、葵醛、葵烯醛、十一烯醛、庚醛）、1 000µL 5 mmol/L的2，4-二硝基苯肼和45µL浓盐酸，摇匀，水浴加热30 min后，冰浴2 min，加入2.0 mL 60 g/L KOH溶液，显色约5 min后加入无醛乙醇定容至10 mL，其余步骤同“1.1”。

1.2.2 混合醛的测定等摩尔条件下：在6支10 mL具塞比色管中加入3 mL无醛乙醇，然后分别加入5.0、10、15、20、25、30µL 5 mmol/L 混合醛（不同醛等比例和不等比例混合），对应加入250、500、750、1 000、1 250、1 500 µL 5 mmol/L 2，4-二硝基苯肼和11.25、22.50、33.75、45.00、56.25、67.50µL 浓盐酸，摇匀，水浴60 ℃加热30 min 后，冰浴2 min，分别加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL 60 g/L KOH溶液，显色约5 min后加入无醛乙醇定容至10 mL，其余步骤同“1.1”。

非等摩尔条件下：在10 mL 具塞比色管中加入3 mL 无醛乙醇，然后分别加入5.0、10、15、20、25、30µL 5 mmol/L 混合醛（不同醛等比例和不等比例混合），1 000µL 5 mmol/L 的2，4-二硝基苯肼和45.00µL浓盐酸，摇匀，水浴60 ℃加热30 min后，冰浴2 min，加入2.0 mL 60g/L KOH 溶液，显色约5 min后加入无醛乙醇定容至10 mL，其余步骤同“1.1”。

2 结果与讨论

2.1 反应条件的优化

2.1.1 反应温度及与反应时间的影响

固定其他条件不变，考察了不同反应温度对体系吸光度的影响。结果显示，吸光度随着温度的升高而逐渐增大。考虑到部分醛酮类化合物的沸点较低，温度过高会造成挥发损失，本实验选用60 ℃为最佳反应温度。进一步考察了反应时间（0～50 min）对体系吸光度的影响。结果显示，随着时间增加，吸光度越来越大，40 min 时达到最大值。由于反应30 min 时的吸光度与40 min 时相差不大，故选用30 min为最佳反应时间。

2.1.2 酸的用量由图1 可知，固定其他反应条件不变，当浓盐酸的量由0增加到35µL时，随着浓盐酸量的增加，体系的吸光度逐渐增大，说明浓盐酸的加入对反应有着明显的促进作用。当浓盐酸的量为40 µL 时，吸光度达到最大值，继续增加酸量，吸光度保持平稳。为了保证混合醛的测定，选用45 µL 浓盐酸进行反应以达到最优效果。

图1 酸的用量对体系吸光度的影响Fig.1 Effect of acid amount on absorbance of the system

2.1.3 庚醛与2，4-二硝基苯肼的摩尔量配比本方法最核心的问题在于醛酮与2，4-二硝基苯肼的反应配比。本实验固定庚醛的摩尔量不变，只改变加入2，4-二硝基苯肼的摩尔量，由此得到庚醛与2，4-二硝基苯肼配比对2，4-二硝基苯肼比色法的影响（见图2）。从图中可以看到，随着2，4-二硝基苯肼的增加，体系吸光度值越来越大，这是由于此反应是一个可逆的反应，增加2，4-二硝基苯肼的物质的量会使反应正向移动。当2，4-二硝基苯肼与庚醛的摩尔比超过45 倍时，吸光度值基本平稳，本实验选用庚醛与2，4-二硝基苯肼的最佳摩尔比为1∶50。

图2 庚醛与2，4-二硝基苯肼的配比对体系吸光度的影响Fig.2 Effect of ratio of heptanal to 2，4-dinitrophenylhydrazine on absorbance of the system

2.1.4 碱的用量苯腙化合物只有在较强的碱性条件下才会产生红色或酒红色的显色物质，本实验在其他反应条件相同的情况下，考察了不同体积（0、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0 mL）的60 g/L KOH 溶液对体系吸光度的影响。结果显示，随着KOH 体积的增大，体系的吸光度也随之增大。当KOH溶液加入量超过1.5 mL后，吸光度值几乎保持平稳。本实验最终选用2.0 mL KOH溶液进行实验。

由于餐饮油烟中醛酮类化合物成分复杂，为了满足不同种类醛酮类化合物的分析要求，本实验将13 种醛类化合物混合进行分析，以判断2，4-二硝基苯肼比色法在餐饮油烟分析中的可行性。

2.2 混合醛的测定

2.2.1 不同种类单醛的检测

取13 种不同的醛(3-甲基丁烯醛、己醛、庚烯醛、庚二烯醛、辛醛、辛烯醛、壬醛、壬烯醛、壬二烯醛、葵醛、葵烯醛、十一烯醛、庚醛)，用优化后的条件分别测试其在200～800 nm 处的吸光度。由图3 可知不同醛的最大吸收波长均在405～430 nm 之间，吸光度在0.75～0.88之间，其中庚二烯醛的吸光度值最小。由此可推出混合醛在300～800 nm之间不会出现多个吸收峰，且等摩尔量的每种醛对混合醛的吸光度的贡献基本相同。

图3 13种不同的醛与2，4-二硝基苯肼显色反应后的吸收光谱Fig.3 Absorption spectra of 13 different aldehydes for chromogenic after reaction with 2，4-dinitrophenylhydrazine

为了验证上述13 种不同的醛自身是否对显色产生影响，在无肼条件下以同样的实验方法扫描体系的吸收光谱。结果显示，13 种醛在300～800 nm 之间无吸收峰，醛自身无干扰。

2.2.2 混合醛的检测

使用5 mmol/L 的13 种醛混合溶液通过两种检测方式分析，第一种为只改变混合醛的浓度，肼、浓盐酸和KOH 溶液的体积均不变；第二种以肼、浓盐酸和KOH溶液的体积均随着醛的摩尔量改变，但醛和肼的摩尔比保持为1∶50。

2.2.2.1 只改变混合醛的总浓度保持肼的浓度不变，分别取13 种醛以等比例和不等比例两种模式混合得到5.0、10、15、20、25、30µL 混合醛，进行吸收光谱扫描，结果如图4 所示。由图可知，无论是等比例还是不等比例的混合醛参与反应，吸光度值的变化均未随着浓度的变化而发生梯度变化，因此保持肼的浓度不变只改变醛浓度的方法很难得到较好的线性。

图4 不同浓度醛对应的吸收光谱Fig.4 Absorption spectra of different concentrations of aldehydes

2.2.2.2 混合醛与2，4-二硝基苯肼等摩尔变化将浓度均为5 mmol/L 的上述13 种混合醛（3-甲基丁烯醛、己醛、庚烯醛、庚二烯醛、辛醛、辛烯醛、壬醛、壬烯醛、壬二烯醛、葵醛、葵烯醛、十一烯醛、庚醛等比例混合和不等比例混合）和2，4-二硝基苯肼的体积比固定为1∶50，按表1的物料用量进行实验，结果如图5、6所示。选取有醛和无醛吸光度差异最大处（500、510、520 nm）计算混合醛的线性。由图5、6 可得，3 个波长均呈现较好的线性，不等比例混合醛在3 个波长处的线性系数均高于0.990，能满足快速检测的定量要求，且实际分析工作中油烟多为不等比例混合的状态，该性质为后续油烟中醛酮类的快速测量提供了可能。

表1 等比例变化实验物料用量Table 1 Equally proportional variation in the amount of material used for the experiment

从13 种等比例和不等比例混合醛的吸收光谱图中发现，两种混合方式下，随着醛浓度的增大其吸光度均随之增大，无醛的肼空白也在增大，且均呈梯度增加。两种反应在相同浓度下的吸光度有一定差异，但去除空白后的净吸光度相差不大，所以得到的线性斜率和截距相差均较小，故后续实验选用510 nm 为待测波长，此时两种混合醛均在2.5～15 µmol/L 之间有较好线性。

2.2.3 基准物质酮的测定

在同样实验条件下，改用实验室较常见的丙酮替代醛类。通过使用0、0.075、0.150、0.225、0.300、0.375、0.450 mg/L 的丙酮溶液建立曲线，结果显示，该方法对0～0.450 mg/L 丙酮的测定具有良好的线性关系，表明该方法同样可用于酮的测定。

2.3 实际油烟样品的检测

对广州市海珠区某烧烤店进行实际样品采集，采用75%的乙醇溶液，对烧烤废气以0.3 L/min采集30 min（3根50 mL吸收管串联）。在同一工作时段同时采集3组样品，常规分析后取10 mL吸收液加入29µL 100 mg/L 丙酮标准物质进行加标回收，结果如表2所示。样品经过6次重复性测试，得到平均加标回收率为80.0%～84.0%，RSD小于5.0%，结果满意。表明该方法可用于实际样品的分析。

图6 不等比例混合醛的吸收光谱（A）及其线性图（B）Fig.6 Absorption spectra（A）and linear plots（B）of aldehydes mixed in unequal proportions

表2 实际油烟样品中醛酮类含量及其加标回收率的测定Table 2 Determination of aldehyde&ketone content in actual fume sample and their spiked recoveries

3 结 论

本文通过对庚醛与2，4-二硝基苯肼的反应进行优化，得到最优的反应条件，并应用于13种不同醛的测试，得到最大吸收波长均在405～430 nm 之间，吸光度在0.75～0.88 之间。同时证明了其本身对显色反应并无影响。在建立曲线的线性实验中发现，酮类更适合用做基准物质。在模拟实际样品分析过程中，对等摩尔和不等摩尔混合的13种不同醛进行两种检测方式分析。混合醛和2，4-二硝基苯肼等比变化的情况下，等摩尔与不等摩尔混合的两种混合醛的线性范围均为2.5～15µmol/L。对3 个实际样品进行分析，得到加标回收率为80.0%～84.0%，RSD 均小于5.0%。说明此方法快捷、准确，可为油烟的快速检测提供重要参考。