丹磺酰肼衍生-高效液相色谱-荧光检测器法测定水中痕量3-羟基丙醛

王 芳,罗 敏,黄杰军,徐 林*

(1.扬州工业职业技术学院,扬州 225127;2.扬州大学 化学化工学院,扬州 225002;3.江苏扬农化工集团有限公司,扬州 225009)

3-羟基丙醛(3-HPA)性质活泼,易与巯基、羧基和氨基等发生反应[1],可作为丙烯醛[2]、丙烯酸[3]和1,3-丙二醇[4]等多种新兴化学品的前体,用于制备新型聚合物材料聚对苯二甲酸-1,3-丙二醇酯[5](PTT),也可用于生产防冻剂、增塑剂、洗涤剂、防腐剂和乳化剂等,在生物化工领域有着广泛的应用前景[6]。3-HPA在工业上一般通过丙烯醛水合制备,无论是丙烯醛水合产物还是所产生的废水,均需要定量检测其中的3-HPA。由于3-HPA的热稳定性差,直接测定难度较大,常参考醛类的检测方法,如化学滴定法[7]、气相色谱法[8-9]和液相色谱法[10-11]等进行测定。化学滴定法是通过检测醛基官能团来间接测定3-HPA的含量,因此要求样品中不含其他醛类组分,如果体系中含有3-HPA的多聚体或其他醛类化合物,则该方法无法反映3-HPA的真实含量;气相色谱法是通过将3-HPA加氢转化为稳定的1,3-丙二醇,通过建立1,3-丙二醇的工作曲线进而定量分析3-HPA,但该方法操作复杂,准确度和精密度不高;常规液相色谱法则是先将具有弱紫外吸收的醛类组分经2,4-二硝基苯肼衍生化,即衍生成具有紫外吸收的化合物,再利用附紫外检测器的液相色谱仪进行检测,但是受紫外检测器灵敏度的限制以及水样中复杂基体效应的影响,该方法难以实现较好的选择性和较低的检出限,无法满足水中痕量3-HPA的检测需求。

丹磺酰肼凭借其优异的荧光特性以及独特的D-π-A结构使其能与醛基官能团定量反应,生成相应的腙类衍生物[12],且该衍生物具有优良的荧光性能。因此,本工作提出了丹磺酰肼衍生-高效液相色谱-荧光检测器法测定水中痕量3-HPA的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1260II型高效液相色谱仪;XJ220A SCS型电子天平(感量0.1 mg);JP-060S型超声波清洗机。

3-HPA标准储备溶液：取3-HPA标准品(自制,纯度为95%[13])0.10 g(精确至0.000 1 g),用乙腈溶解并定容至50 mL,配制成3-HPA质量浓度为1 900 mg·L-1的标准储备溶液。

3-HPA标准中间液：取1.0 mL 3-HPA标准储备溶液,用乙腈稀释并定容至50 mL,配制成3-HPA质量浓度为38 mg·L-1的标准中间液。

3-HPA标准溶液系列：分别取10,25,50,100,250,500 μL 3-HPA标准中间液,各加入2.0 mL含200 mg·L-1丹磺酰肼的乙腈溶液和1.0 mL 3.0%(体积分数,下同)乙酸溶液,再用乙腈稀释并定容至50 mL,配制成3-HPA质量浓度为7.6,19.0,38.0,76.0,190.0,380.0 μg·L-1的标准溶液系列,备用。

七氟丁酸的纯度大于99.5%,丹磺酰肼的纯度大于97.0%;乙腈为色谱纯;乙酸、磷酸、盐酸、硫酸均为分析纯;试验用水为超纯水(电阻率不小于18.2 MΩ·cm)。

1.2 色谱条件

Agilent Eclipse Plus C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);柱温30 ℃;流动相A为乙腈,B为0.10%(质量分数,下同)七氟丁酸溶液;流量1.0 mL·min-1;荧光检测器,激发波长330 nm,发射波长484 nm;进样量5.0 μL。梯度洗脱程序：0～15.0 min,A为20%;15.0～20.0 min,A由20%升至80%,保持3.0 min;23.0～25.0 min,A由80%降至20%,保持5.0 min。

1.3 试验方法

取1.0 g水样,加入2.0 mL含200 mg·L-1丹磺酰肼的乙腈溶液和1.0 mL 3.0%乙酸溶液,再用乙腈稀释并定容至50 mL。所得溶液于40 ℃衍生反应30 min后,按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

3-HPA具有强极性,使衍生试剂丹磺酰肼和3-HPA衍生物在普通的乙腈-水流动相体系下的保留时间一致,难以实现色谱基线分离和定量检测。因此,试验采用七氟丁酸离子对试剂,在乙腈-0.10%七氟丁酸溶液流动相体系下,3-HPA衍生物和丹磺酰肼可实现分离。丹磺酰肼和3-HPA衍生物的质谱图和色谱图见图1。

图1 丹磺酰肼和3-HPA衍生物的质谱图和色谱图Fig.1 Mass spectra and chromatogram of dansulfonyl hydrazine and 3-HPA derivative

2.2 衍生条件的选择

2.2.1 酸催化剂

试验分别以乙酸、磷酸、盐酸、硫酸为衍生反应的酸催化剂,结果显示,3-HPA衍生物峰面积依次为587,542,416,429,其中乙酸对应的峰面积最大。

考虑到酸催化剂用量会影响衍生速率和衍生物的生成量,试验进一步考察了乙酸溶液体积分数分别为2.0%,3.0%,4.0%,5.0%,6.0%时对3-HPA衍生物峰面积的影响。结果表明：当乙酸溶液体积分数为2.0%～4.0%时,3-HPA衍生物峰面积先增大然后保持稳定;继续增加乙酸溶液体积分数,3-HPA衍生物峰面积稍有降低。因此,试验选择以3.0%乙酸溶液作为酸催化剂。

2.2.2 衍生时间

试验考察了衍生时间分别为10,20,30,40,60,90,120 min时对3-HPA衍生物峰面积的影响,结果见图2。

图2 衍生时间时3-HPA衍生物峰面积的影响Fig.2 Effect of derivative time on the peak area of 3-HPA derivative

结果表明：随着衍生时间的延长,3-HPA衍生物峰面积逐渐增大,30 min后基本保持稳定。因此,试验选择的衍生时间为30 min。

2.2.3 衍生温度

试验考察了衍生温度分别为20,30,40,50,60,70 ℃时对3-HPA衍生物峰面积的影响,结果见图3。

图3 衍生温度对3-HPA衍生物峰面积的影响Fig.3 Effect of derivative temperature on the peak area of 3-HPA derivative

结果表明：随着衍生温度的升高,3-HPA衍生物峰面积先增大后减小;当衍生温度为40 ℃时,峰面积达到最大。因此,试验选择的衍生温度为40 ℃。

2.3 标准曲线和检出限

按照试验方法对3-HPA标准溶液系列进行测定,以3-HPA的质量浓度为横坐标,衍生物对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果显示：3-HPA标准曲线的线性范围为7.6～380.0 μg·L-1,线性回归方程为y=3.334x-2.200,相关系数为0.999 9。

以3倍信噪比(S/N)计算检出限(3S/N),结果为1.1 μg·L-1。

2.4 精密度试验

分别取6份丙烯醛水合回收水,按照试验方法进行衍生和测定。结果显示,3-HPA测定值的相对标准偏差(RSD)为0.71%,符合精密度要求。

2.5 回收试验

在丙烯醛水合回收水中加入一定量的3-HPA标准溶液,按照试验方法进行衍生和测定,计算回收率,结果如表1所示。

表1 回收试验结果

由表1可知：3-HPA的回收率为98.0%～102%,表明该方法准确度较好。

本工作提出了丹磺酰肼衍生-高效液相色谱-荧光检测器法测定水中痕量3-羟基丙醛的方法,该方法衍生化反应条件温和、反应快速、副产物少,并且采用七氟丁酸离子对试剂作流动相,可实现衍生试剂丹磺酰肼与3-HPA衍生物的分离。该方法检出限低、精密度和准确度好,适用于丙烯醛水合反应过程监测以及3-HPA产品的质量控制。