高效液相色谱法测定防锈纸中苯三唑和苯甲酸(盐)的含量

包 宁,徐欣轶,闫宏飞,姜 锐,于建娟,赵禹霖

(1.沈阳宝金金属防护技术有限公司,沈阳 110033;2.沈阳防锈包装材料有限责任公司,沈阳 110033;3. 烟台龙源电力技术股份有限公司,烟台 264006;4.上汽通用东岳汽车有限公司,烟台 264006)

防锈纸是一种能够防止金属材料发生锈蚀的功能防护用纸。防锈纸有接触型防锈纸和气相防锈纸两种。目前国内外生产和使用得最多的防锈纸是气相防锈纸,气相防锈纸的核心成分为气相缓蚀剂,由于单独使用一种气相缓蚀剂往往不能满足气相防锈纸的某种要求,因此气相缓蚀剂一般采用多种联用的方式来弥补这一不足[1-5],苯三唑、苯甲酸(盐)是最常用的两种缓蚀剂。苯三唑属于有机杂环化合物,对铜、银、钢、锌、锡等金属均有缓蚀效果,复配使用时具有更高的缓蚀效率,尤其是对铜及其合金制品的缓蚀作用十分优异[6-8]。苯甲酸(盐)是一种广泛应用的黑色金属缓蚀剂,尤其对于碳钢,其是一种非氧化型的阳极型缓蚀剂,具有较好的缓蚀性能[9-10]。

目前,对苯三唑以及苯甲酸单独测定的报道较多[11-14],但关于防锈纸中苯三唑和苯甲酸(盐)的检测方法很少,只有一种分光光度法测定防锈纸中苯甲酸钠的分析方法[15],未见对防锈纸中苯三唑和苯甲酸(盐)同时进行含量测定的方法。本工作采用高效液相色谱法同时测定防锈纸中苯三唑和苯甲酸(盐)的含量,该方法简单、高效、准确,能为防锈纸中苯三唑、苯甲酸(盐)的定量分析提供方法参考。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

LC-20AT型高效液相色谱仪,配SPD-M20A紫外可见全波长检测器、LabSolutions色谱工作站;AL204型电子天平;UPR-Ⅱ-10T型超纯水仪;DZKW-S-6型电热恒温水浴锅;0.45 μm滤膜。

混合对照品母液:称取0.1 g(精确至0.000 1 g)苯三唑对照品、0.4 g(精确至0.000 1 g)苯甲酸对照品,加入40 mL 60%(体积分数,下同)甲醇溶液超声溶解,冷却至室温,用60%甲醇溶液定容至50 mL,摇匀。

混合对照品溶液:准确移取混合对照品母液2 mL至50 mL容量瓶中,用60%甲醇溶液定容,摇匀。按上述方法配制两份,分别记为混合对照品溶液1和混合对照品溶液2。

苯甲酸对照品的纯度为99.5%;1,2,3-苯并三氮唑(即苯三唑)对照品的纯度为98.0%;甲醇为色谱纯;磷酸为分析纯;试验用水为超纯水。

防锈纸样品由沈阳防锈包装材料有限责任公司提供。

1.2 仪器工作条件

Inertsil ODS-3色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相 体积比55…45的甲醇-0.05%(体积分数,下同)磷酸溶液混合液;流量1.0 mL·min-1;光电二极管阵列检测器(PDA),检测波长245 nm;柱温 25 ℃;进样体积10 μL;苯三唑的保留时间约为5.2 min;苯甲酸的保留时间约为9.1 min。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

取防锈纸样品100 mm×100 mm,使用干净的剪刀将样品剪成约10 mm×10 mm大小,置于250 mL具塞锥形瓶中,加入50 mL水,盖上塞子,在(60±2)℃水浴中浸泡提取20 min后取出,冷却至室温,过滤。精密量取滤液2 mL至10 mL容量瓶中,用60%甲醇溶液定容,摇匀,经0.45 μm滤膜过滤。按上述方法制备两份,分别记为样品溶液1和样品溶液2。

1.3.2 测定

参照农药的相关国家标准、行业标准测定,每次测定时均需要采用对照品进行仪器校正,以避免因长期测定导致的氘灯能量衰减、峰面积不稳定的现象,待仪器基线稳定后,在仪器工作条件下连续注入数针混合对照品溶液,计算各针的响应值,待相邻两针的响应值变化小于1.5%时,按照混合对照品溶液1、样品溶液1、样品溶液1、混合对照品溶液1、混合对照品溶液2、样品溶液2、样品溶液2、混合对照品溶液2的顺序进行测定。

1.3.3 计算

计算测得的两针样品溶液以及前后两针混合对照品溶液的峰面积的平均值。通过对照品中目标物的峰面积和质量、样品中目标物的峰面积来计算样品中苯三唑和苯甲酸的含量(以g·m-2表示)。若防锈纸中是苯甲酸盐,则其含量以苯甲酸计。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

混合对照品溶液的色谱图见图1。

图1 混合对照品溶液的色谱图

2.2 提取时间的选择

固定其他条件不变,试验考察了不同提取时间(10,20,30,40,50 min)下苯三唑和苯甲酸的峰面积,每个提取时间下所得样品溶液平行测定6次,并计算峰面积的相对标准偏差(RSD),结果见表1。

表1 不同提取时间下苯三唑和苯甲酸的峰面积(n=6)

由表1可知,提取时间为20 min时,苯三唑和苯甲酸的峰面积最大,重复性较好。因此,试验选择的提取时间为20 min。

2.3 检测波长的选择

试验采用PDA对苯三唑及苯甲酸在190～400 nm处进行全波长扫描,其紫外吸收谱图见图2。

图2 紫外吸收谱图

结果表明:在较低波长处(如200 nm附近),两种化合物均具有较强的紫外吸收,但在较低波长下对样品分析,发现杂峰较大,干扰较多;除较低波长处, 苯三唑的最大紫外吸收在255 nm处,苯甲酸的最大紫外吸收在227 nm处,而防锈纸样品中苯甲酸的含量远大于苯三唑,227 nm处苯甲酸的峰面积过大,重现性差,255 nm处苯甲酸的峰面积又太小。综合考虑,选择245 nm作为检测波长,信号强度符合要求,杂峰较小,重复性好。

2.4 流动相的选择

试验考察了甲醇-水、乙腈-水、甲醇-磷酸盐溶液、乙腈-磷酸盐溶液、甲醇-磷酸溶液等流动相体系对苯三唑和苯甲酸色谱分离效果的影响。结果表明:在甲醇-水、乙腈-水流动相体系下,苯甲酸色谱峰的对称性较差,如图3(a)和图3(b)所示;在乙腈-磷酸盐溶液流动相体系下,苯三唑色谱峰的对称性较差,如图3(c)所示;在甲醇-磷酸盐溶液、甲醇-磷酸溶液流动相体系下,苯三唑和苯甲酸的分离度和色谱峰对称性均较好,但磷酸盐溶液对色谱柱的损耗比磷酸溶液更大。因此,试验选择甲醇-磷酸溶液为流动相体系。通过不断的优化与调整流动相的比例,综合考虑保留时间、色谱峰的对称性、分离度等,试验最终选择体积比55…45 的甲醇-0.05%磷酸溶液混合液为流动相,在此条件下,两种目标物均能得到良好的分离,且色谱峰对称性好,保留时间适中。

图3 不同流动相体系下苯三唑和苯甲酸的分离效果

2.5 色谱柱的选择

试验考察了InertSustain C18(150 mm×4.6 mm,5 μm)、Inertsil ODS-3(250 mm×4.6 mm,5 μm)、Shim-pack VP-ODS(150 mm×4.6 mm,5 μm)、Inertsil CN-3(250 mm×4.6 mm,5 μm)同类型的色谱柱对苯三唑和苯甲酸色谱分离效果的影响。结果表明:采用Inertsil ODS-3色谱柱时,苯三唑和苯甲酸的分离效果好,出峰时间在20 min以内,基线比较平稳;采用InertSustain C18和Shim-pack VP-ODS色谱柱时,苯三唑和苯甲酸的分离效果差;采用Inertsil CN-3色谱柱时,苯三唑和苯甲酸的色谱峰对称性差、保留时间过长。因此,试验最终选择Inertsil ODS-3(250 mm×4.6 mm,5 μm)色谱柱进行分离。

2.6 标准曲线、检出限和测定下限

分别精密吸取混合对照品母液0.1,0.3,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,6.0 mL至50 mL容量瓶中,用60%甲醇溶液定容,摇匀,取10 μL,按仪器工作条件测定,记录色谱图,以目标物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。所得目标物的线性范围、线性回归方程和相关系数见表2。

表2 线性参数、检出限和测定下限

取混合对照品母液逐级稀释后,按照仪器工作条件进样测定。以3倍信噪比(S/N)计算检出限(3S/N),以10倍信噪比计算测定下限(10S/N),结果见表2。

2.7 精密度试验

取同一样品溶液,连续3 d进样10 μL,按照试验方法每日进样时平行测定6次,计算苯三唑和苯甲酸峰面积的RSD,结果分别为0.52%和0.53%。

取同一批次防锈纸样品共6份,按照试验方法每份样品平行测定6次,通过对照品中目标物的峰面积和质量、样品中目标物的峰面积来计算样品中苯三唑和苯甲酸的含量,并计算测定值的RSD。结果表明:苯三唑的测定值为1.539 g·m-2,测定值的RSD为0.57%;苯甲酸的测定值为7.388 g·m-2,测定值的RSD为0.78%。

2.8 回收试验

取同一批次防锈纸样品,按试验方法制备。移取样品溶液0.5 mL,加入0.1 mL混合对照品母液,制备3份;移取样品溶液5 mL,分别加入混合对照品母液0.5,1.0,1.5,5.0 mL,各制备3份,共计15份,均定容至50 mL,按照仪器工作条件进行测定,计算苯三唑和苯甲酸的回收率,结果见表3。

表3 回收试验结果

由表3可知,苯三唑的回收率为95.4%～105%,苯甲酸的回收率为96.7%～103%,说明方法的准确度良好。

本工作选择水浴加热的提取方式,采用高效液相色谱法,以甲醇-磷酸溶液作为流动相体系,在245 nm的波长下对防锈纸中苯三唑和苯甲酸(盐)进行定量分析。方法操作简单、定量准确,线性关系良好,有较好的精密度和准确度,可为防锈纸中苯三唑和苯甲酸(盐)含量的测定提供参考。