吸收液采样-高效液相色谱法测定室内空气中甲醛的含量

李开森,刘 峰,胡仲禹,陈柯霖,努尔顿•努尔买买提

(江西科技师范大学 化学化工学院,南昌 330013)

甲醛是一种无色有刺激性气味的气体,被世界卫生组织(WHO)定为致畸和致癌的物质之一[1]。我国规定室内空气甲醛的限值为0.10 mg•m－3[2]。目前监测环境中甲醛的国家标准测定方法很多[3],常用的有4-氨基-3-联氨-5-巯基-1,2,4-三氮杂茂(Ⅰ)(AHMT)分光光度法[4]、3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙盐酸盐水合物(MBTH)酚试剂分光光度法[5]、乙酰丙酮分光光度法[6]、气相色谱法(GC)[7]、高效液相色谱法(HPLC)[8-9]等。按采样体积50 L 计算,上述标准方法中甲醛的检出限依次为1.0,0.5,1.3,1.0,0.28μg•m－3,可见HPLC 检出限最低。但标准HJ 683－2014«环境空气 醛、酮类化合物的测定 高效液相色谱法»用填充了涂渍2,4-二硝基苯肼(DNPH)的采样管进行甲醛的衍生,这种商用采样管价格昂贵,且标准方法中没有具体说明衍生方法。因此,研究用吸收液采样的柱前衍生法,以HPLC测定室内空气中甲醛的含量很有必要。

本工作以水为吸收液,柠檬酸-柠檬酸钠溶液为缓冲液,用甲醛和DNPH 反应生成苯腙衍生物进行柱前衍生,以乙腈和水为流动相,经C18反相色谱柱分离,采用HPLC 测定室内空气中甲醛的含量,外标法峰面积定量。通过质控样的柱前衍生进行准确度判断,测定室内空气中甲醛,取得了满意效果。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1260型高效液相色谱仪,配二极管阵列检测器(DAD);KB-6120型综合大气采样器。

甲醛标准溶液:1 000 mg•L－1。

柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3):称取84.0 g柠檬酸和29.4 g 柠檬酸钠,用水溶解并定容至500 mL。

衍生剂2 g•L－1DNPH-乙腈溶液:取1.00 g DNPH,用乙腈溶解并定容至500 mL。

衍生液:将柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)与衍生剂2 g•L－1DNPH-乙腈溶液按体积比1∶1混合,现配现用。

甲醛标准储备溶液:100 mg•L－1,用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)将甲醛标准溶液稀释成100 mg•L－1的甲醛标准储备溶液,在冰箱中于4 ℃保存备用。

甲醛标准溶液系列:取适量的甲醛标准储备溶液,用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)稀释成10 mg•L－1的甲醛标准使用溶液;取适量的甲醛标准使用溶液置于25 mL 具塞比色管中,用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)逐级稀释,配制成质量浓度为0,0.02,0.05,0.10,0.20,0.50,1.00 mg•L－1的甲醛标准溶液系列。

不含有机物的蒸馏水[5]:在水中加入少量1%(质量分数)高锰酸钾溶液和1%(质量分数)氢氧化钾溶液,再进行蒸馏即得(整个蒸馏过程中水应始终保持红色,否则应随时补加高锰酸钾)。

甲醛质控样(0.794±0.039)mg•L－1,BY 400160;DNPH,用乙腈重结晶;乙腈为色谱纯;试验用水为超纯水(电阻率18 MΩ•cm)。

1.2 仪器工作条件

C18反相色谱柱(250 mm×4.6 mm,3.5μm);柱温25 ℃;流动相60%(体积分数)乙腈溶液;流量1.0 mL•min－1;进样量10μL;检测器DAD,检测波长360 nm。

1.3 试验方法

1.3.1 采样

采样前在通风橱中放置一定量甲醛,密闭12 h以上,放入大气采样器。仪器应避开通风口,放置高度为0.5～1.6 m,棕色多孔筛板吸收管中加入不含有机物的蒸馏水5 mL(室温下,最多吸收1 850 mg的甲醛),以1 L•min－1的流量采样50 min,采样结束后,将吸收管进出气管口密封,放入专用采样箱中。采集好的样品在运输和存放中于室温避光保存,2 d内分析完毕[10]。采样时,要做全程序空白检验。

1.3.2 样品的衍生

在甲醛吸收液样品、甲醛质控样中加入衍生液0.3 mL,密封,于30 ℃的恒温水浴锅中反应17 min。用接了有机过滤头(0.22μm 滤膜)的微型过滤器过滤后注入液相色谱专用进样管,按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

甲醛质控样经衍生后的色谱图见图1。

2.2 衍生温度和衍生时间的选择

选取10,15,20,25,30,35,40℃为衍生温度,对同一质量浓度(0.5 mg•L－1)的甲醛吸收液样品进行衍生,衍生时间为17 min,考察了衍生温度对甲醛衍生物峰面积的影响。结果表明:随着衍生温度的升高,甲醛衍生物峰面积呈增大的趋势;但衍生温度到了30 ℃以后甲醛衍生物峰面积出现降低。因此,试验选择的衍生温度为30 ℃。

选取15,16,17,18,19,20 min为衍生时间,对同一质量浓度(0.5 mg•L－1)的甲醛吸收液样品进行衍生,衍生温度为30 ℃,考察了衍生时间对甲醛衍生物峰面积的影响。结果表明:衍生时间对甲醛衍生化有一定影响。随着衍生时间的延长,甲醛衍生物峰面积逐渐增大,最大值出现在17 min,再延长衍生时间,甲醛衍生物峰面积呈下降趋势。因此,试验选择的衍生时间为17 min。

2.3 衍生液酸度及用量的选择

试验选取乙酸-乙酸铵缓冲溶液(pH 6)[5]、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)、50%(体积分数)盐酸溶液、50%(体积分数)磷酸溶液为缓冲溶液体系,在上述体系下对同一质量浓度(0.5 mg•L－1)的甲醛吸收液样品进行衍生,考察了衍生液酸度对甲醛衍生物峰面积的影响。结果表明,在上述体系下甲醛衍生物峰面积依次为20.231,26.142,13.232,19.233 mAU,发现在柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)中衍生得到的甲醛衍生物的峰面积最大,说明柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)对甲醛衍生物的生成促进作用最大。因此,试验选择在柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 3)中衍生。

将1.0 mg•L－1甲醛标准使用溶液5 mL 于30 ℃衍生17 min,考察了衍生液用量(0.05,0.1,0.2,0.3,0.4 mL)对甲醛衍生物峰面积的影响。结果表明,在上述衍生液用量下甲醛衍生物峰面积依次为7.521,14.231,26.201,26.210,26.205 mAU,当衍生液用量不小于0.3 mL 时,甲醛衍生物峰面积较大且趋于稳定。因此,试验选择的衍生液用量为0.3 mL。

2.4 标准曲线和检出限

按照1.3.2节衍生条件对甲醛标准溶液系列进行衍生,并按照仪器工作条件进行测定,以甲醛的质量浓度为横坐标,对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果表明,甲醛的质量浓度在1.00 mg•L－1内与对应的峰面积呈线性关系,所得线性回归方程为y＝5.199×10x＋2.000×10－1,相关系数为0.999 8。

按照1.3.2节衍生条件对0.01 mg•L－1甲醛标准溶液进行衍生,并按照仪器工作条件平行测定7次,依据公式(1)～(3)[11-12]计算7次测定结果及标准偏差(s)。

式中:V为采样体积,mL;L为采样流量,mL•min－1;t为采样时间,min;VS为标准状况下采样体积,mL;P0为101.3 kPa;T0为273 K;T为实验室温度,K;P为大气压,kPa;X为标准曲线法测得甲醛的质量浓度,mg•L－1;V定为定容体积,mL;ρ为空气中甲醛的质量浓度,mg•m－3。

按照3.143×s计算方法的检出限[13],结果显示,甲醛的方法检出限为0.275μg•m－3,远远低于国家标准GB/T 18883－2002[2]中甲醛限值0.10 mg•m－3。

2.5 精密度和准确度试验

对甲醛本底值为0.20 mg•L－1的样品进行0.20 mg•L－1浓度水平加标,经衍生后平行测定6次,结果表明,甲醛的回收率为97.5%～103%,符合标准方法要求[14]。

分别对高(1.00 mg•L－1)、中(0.50 mg•L－1)、低(0.10 mg•L－1)等3个浓度水平的甲醛样品进行测定,每个样品平行测定7次。结果表明,甲醛测定值的相对标准偏差分别为2.9%,1.4%,1.3%,说明该方法精密度良好。

对甲醛质控样进行分析,甲醛的实测质量浓度为0.773 mg•L－1,在质控样要求的可信区间之内,说明本方法准确度高,符合标准要求[15]。

2.6 样品分析及方法比对

按照试验方法分析实际样品,并用本试验建立的吸收液采样方法和标准HJ 683－2014的商用采样管测定方法进行比对,结果见表1。

表1 样品分析及方法比对结果Tab.1 Results of sample analysis and method comparison

由表1可知,本方法和标准方法的测定结果基本一致,商用采样管测定结果偏低[16]。

本工作以水为吸收液,柠檬酸-柠檬酸钠溶液为缓冲液,用甲醛和DNPH 反应生成苯腙衍生物进行柱前衍生,采用HPLC 测定室内空气中甲醛的含量。方法精密度好、检出限低、准确度高,适合于标准HJ 683－2014的补充应用。