水性涂料中14种醛酮类化合物的测定——柱前衍生高效液相色谱法

张芳，张正正，杜宇航，王志霞

（建研院检测中心有限公司，北京 100013）

0 引言

随着经济的快速发展和科技的不断进步，我国的涂料市场得到了迅猛发展[1]。同时，随着涂料产品的日新月异以及人们对于身体健康的高度关注，VOCs（Volatile Organic Compounds）含量低、对人体危害小的各种水性涂料产品被相继研发并大量生产、应用[2-6]。为促进水性涂料的发展，相关标准规定了VOCs的指标，并规定了相应的分析测试方法，但目前的检测标准中仅对涂料中的甲醛含量有明确的限值和测试方法[7-9]，对其他醛酮类化合物并无具体测试方法和限量要求[10]。然而，随着涂料产品的不断升级，其内含的其他醛酮类化合物也越发受到关注[11-13]。为满足日益增长的检测涂料中有毒有害物质（醛酮类化合物）的需求，本研究参考大量相关文献[9，14-15]，以2，4-二硝基苯肼作为衍生剂，采用柱前衍生高效液相色谱建立了水性涂料中14种醛酮类化合物同时测定的方法。本方法具有检出限低、稳定性好、可大大降低检测成本、缩短检测周期的特点。可为日后制定相关涂料中多种醛酮类化合物的限量标准提供理论支持。

1 试验

1.1 试验原理

含有羰基（—C=O）的醛酮类化合物可以与含肼基（—HN—NH2）的2，4-二硝基苯肼（DNPH）发生缩合反应，生成稳定有颜色的腙类衍生物，经乙腈洗脱后，通过高效液相色谱仪的色谱部分对苯腙类化合物进行分离，分离后的醛酮类化合物经高效液相色谱仪的紫外（360 nm）或二极管阵列检测器检测[14-15]；经计算获得醛酮类化合物的定性与定量数据。

图1 醛酮类化合物的衍生化过程

1.2 仪器和试剂、样品

仪器：高效液相色谱，岛津LC-2030，SPD-20A，日本Shimadzu，配有360 nm的紫外检测器，所用色谱柱为C18反相色谱柱（5.0μm，4.6 mm×150 mm）。

试剂：醛酮化合物标准溶液，安谱公司；乙腈，色谱纯；超纯水，采用超纯水机制备；磷酸，分析纯。

涂料样品：随机选取8种市售水性内墙涂料（样品1～样品8）进行测试分析。

1.3 试剂配制

10 mg/L醛酮类化合物标准储备液：量取100 mg/L的醛酮类化合物标准溶液1 mL于10 mL容量瓶中，用乙腈定容，混匀，4℃下避光保存。

醛酮类化合物不同浓度标准溶液：分别量取标准储备液200、500、1000、2000、5000μL于10 mL容量瓶中，用乙腈定容，混匀；配制成浓度分别为0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的标准液。

衍生化试剂：称取若干2，4-二硝基苯肼置于10 mL棕色容量瓶中，用磷酸稀释至刻度，摇匀。此溶液需配制成0.05、0.10、0.20、2.00、8.00 mg/mL浓度，现配现用。

1.4 分析方法的评价和应用

参考HJ 683—2014《环境空气 醛、酮类化合物的测定高效液相色谱法》对环境空气中的醛酮类化合物进行高效液相色谱分析，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内乙腈从60%线性增至100%；30～32 min内乙腈再减至60%，并保持8 min（见表1）；柱温箱恒温40℃，流动相流速为1.0 mL/min，进样量20μL，检测器的检测波长设置为360 nm。通过保留时间对目标物种定性，通过峰面积对目标物种定量。

表1 高效液相色谱流动相的梯度变化

为考察分析方法的有效性，对14种醛酮类化合物高效液相色谱分析方法进行评价，按照HJ168—2010《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》、GB/T 34683—2017《水性涂料中甲醛含量的测定 高效液相色谱法》[9]和HJ683—2014的要求，对分析方法的检出限、精密度和准确度等进行评价。

准确称取1g（精确至0.0001 g）市售涂料样品于10mL容量瓶中，加入乙腈至刻度线，然后分别在室温不同超声频率下（40、60、80、100 Hz）分别超声5、10、15、20 min，超声完成后，将容量瓶上层溶液转移至离心管内，在离心机腔体温度不超过40℃的条件下离心30 min。分别取4 mL上清液和4 mL水于10 mL比色管中，再加入0.4 mL不同浓度（0.05、0.10、0.20、2.00、8.00 mg/mL）的衍生化试剂，于室温下避光分别衍生2、4、12 h。用0.22μm有机微孔滤膜过滤，取1 mL滤液上机分析。

2 结果与讨论

将配制好的0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的醛酮类化合物标准液按照上述分析方法，通过自动进样器量取20.0μL标准溶液注入，进行液相色谱分析。图2为1.0 mg/L的醛酮类化合物标准液的C18柱分离14种醛酮化合物的苯腙衍生物标准样品紫外可见吸收光谱。

图2 C18柱分离1.0 mg/L的14种醛酮类化合物的苯腙衍生物标准样品的液相色谱

由图2可见，14种醛酮化合物的分离度均大于1.5，均得到了较好的分离。

表2为醛酮化合物标准液经高效液相色谱通过C18柱分析后所获得的线性回归方程、相关系数以及相对标准偏差（RSD，relative standard deviation）。

表2 14种醛酮类化合物的线性回归方程、相关系数和相对标准偏差

由图2和表2可知，14种醛酮类化合物的标准曲线在0.2～5.0 mg/L内线性关系良好，本研究中的醛酮类化合物高效液相色谱法具有较好的分离度、灵敏度、重现性、标准曲线线性关系较好，可用于测定样品中的醛酮类化合物。

2.1 空白值最低检出限评价

按照HJ168—2020的要求对空白值和方法检出限进行了分析，即按照样品分析的全部步骤，重复8次空白试验，将各测定结果换算为样品中的浓度，计算8次平行测定的标准偏差，结果见表3。

由表3可见，所测14种醛酮类化合物的检出限为0.0020～0.0849 mg/L，准确度为0.229%～5.736%，所有测试指标均符合GB/T 27417—2017《合格评定 化学分析方法确认和验证指南》的规定。

2.2 精密度评价

按照HJ168—2020和HJ683—2014的规定，取0.5 mg/L的醛酮类化合物标准液进行分析，重复测定8次，并计算8次平行测定的平均值，结果见表4。

表4 试样测定结果

由表4可见，所测14种醛酮类化合物的平均浓度为0.4900～1.0401 mg/L，精密度为0.000～6.878%，符合GB/T 27417—2017要求。

2.3 加标回收率评价（见表5）

表5 加标回收率计算结果

根据HJ168—2020和HJ683—2014的规定，本实验测定的加标回收率为98.88%～102.17%，平均值为99.8%，测试结果均在其不确定度范围内，说明本实验条件是可行有效的。

2.4 分析方法的优化

针对上述方法对水性涂料的测试分析结果，对样品前处理过程中涉及到的超声时间、超声频率、显色剂浓度等因素进行优化分析。在8种水性内墙涂料的测试结果中，大部分内墙涂料样品中未检出丙烯醛、丁酮、苯甲醛、环己酮、正戊醛、邻-甲苯甲醛和间、对-甲苯甲醛外，但其余化合物均有检出。图3为不同超声频率和超声时间对水性涂料（样品3）中醛酮化合物检出浓度的影响。

由图3可见，当超声频率分别为4 0、6 0、8 0 H z，超声时间为1 5 m i n时，试样中大部分醛酮类化合物的浓度最高；当超声频率为1 0 0 H z时，大部分醛酮类化合物的浓度在1 0 m i n时最高，仅有丁醛浓度在1 5 m i n时最高，甲基丙烯醛在5 m i n时浓度最高；而在超声频率为4 0、6 0、8 0 H z，超声时间为1 5 m i n时，又以4 0 H z条件下所测得的醛酮类化合物浓度最高。推测出现上述现象的原因可能与超声时间较长以及超声频率较高，造成待测样品溶液温度较高醛酮类化合物衍生物不稳定分解，最终导致所测浓度降低。

图3 不同超声频率和超声时间对醛酮化合物检出浓度的影响

图4为不同衍生化时间和衍生化试剂浓度对水性涂料（样品4）中醛酮化合物检出浓度的影响。

图4 不同衍生化时间和衍生化试剂浓度对醛酮化合物检出浓度的影响

由图4（a）可见，当衍生化时间为4 h时，大部分醛酮类化合物的浓度最高，较长的衍生化时间有利于醛酮类化合物和衍生试剂充分接触，但衍生化时间太长容易造成样品中醛酮类化合物的分解和挥发，导致样品中醛酮类化合物浓度下降。由图4（b）可见，当显色剂浓度为2.0 mg/mL时，测得的醛酮类化合物的浓度较高，表明衍生化试剂浓度为在2.0 mg/mL更为适用本方法，且可获得较好的经济性。

3 结语

（1）本研究着重分析醛酮类化合物与2，4-二硝基苯肼在弱酸性条件下衍生化，建立了柱前衍生高效液相色谱法测定14种水性涂料中醛酮类化合物的定量分析方法。

（2）经过方法优化，当超声时间为15 min、超声频率为40 Hz，衍生化时间为4 h，衍生化试剂浓度为2.0 mg/mL时，可以较为经济、高效地提取水性涂料中醛酮类化合物。

（3）本方法在兼顾经济性的基础上，具有操作简单、峰分离效果好、检出限低、精密度和稳定性高、检测周期短等优点，适合用于同时测定水性涂料中14种醛酮类化合物。