高效液相色谱法同时测定地表水中四种醛类化合物_李海燕.pdf

2012 年 8 月 August 2012 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 31，No． 4 672 ～676 收稿日期 2012 －02 －23; 接受日期 2012 －05 －30 作者简介 李海燕， 工程师， 主要从事机动车尾气监控工作。E- mail lhyan qepb． gov． cn。 通讯作者 谭丕功， 研究员， 主要从事环境中有机污染物的监测和研究。E- mail tpg01163． com。 文章编号 0254 －5357 2012 04 －0672 －05 高效液相色谱法同时测定地表水中四种醛类化合物 李海燕1，谭丕功2*，房贤文2，张婷婷2，于彦彬3 1． 青岛市环保局市南分局，山东 青岛266003;2． 青岛市环境监测中心站，山东 青岛 266003; 3． 农业部农产品监督检验中心 青岛 ，山东 青岛266071 摘要 甲醛、 乙醛、 丙烯醛和三氯乙醛均为环境中常见的醛类化合物， 对人的皮肤和粘膜有刺激作用， 且有致 癌危险。在现行的国家标准 地表水环境质量标准 中， 测定甲醛采用分光光度法， 乙醛、 丙烯醛和三氯乙醛 则采用气相色谱法， 方法复杂且不统一。本研究建立了 2， 4 － 二硝基苯肼 DNPH 衍生， 高效液相色谱法同 时测定地表水中甲醛、 乙醛、 丙烯醛和三氯乙醛的分析方法。考察溶液温度、 酸度、 反应时间对 2， 4 － 二硝基 苯肼与水中醛类化合物反应的影响， 探讨高效液相色谱三元梯度法分离后测定 4 种腙类化合物的条件。在 温度为 40℃、 pH 3 的条件下， 水样与 2， 4 － 二硝基苯肼反应 1 h 后用二氯甲烷萃取， 采用高效液相色谱三 元梯度法分离后测定， 4 种化合物的回收率为 73． 1 ～ 115， 相对标准偏差为 0． 71 ～ 5． 3， 检出限为 3． 50 ～28． 6 μg/L。本方法能够同时测定地表水中甲醛、 乙醛、 丙烯醛和三氯乙醛。 关键词 地表水; 醛类化合物; 2， 4 － 二硝基苯肼; 高效液相色谱法 中图分类号 P641; O622． 4; O657． 72文献标识码 B Determination of Aldehydes in Surface Water by High Perance Liquid Chromatography LI Hai- yan1，TAN Pi- gong2*，FANG Xian- wen2，ZHANG Ting- ting2，YU Yan- bin3 1． Qingdao Environmental Protection Bureau Shinan Branch，Qingdao266003，China; 2． Qingdao Environmental Monitoring Center，Qingdao266003，China; 3． Agriculture Supervision and Test Center for Agriculture Products Quality Qingdao ， China Department of Agriculture，Qingdao266071，China Abstract aldehyde，acetaldehyde，acrolein and trichloroacetaldehyde have been a focus in the environment because of their toxicity and harmfulness as potential carcinogens． The four aldehydes were listed in the environmental quality standard for surface water in China and were monitored each month by the environmental monitoring department． According to the standard s for determination of the four aldehydes， aldehyde was determined by spectrophotometry and acetaldehyde，acrolein and trichloroacetaldehyde were detected by Gas Chromatography． A new analytical has been developed for the determination of the four aldehydes by High Perance Liquid Chromatography HPLC after the 2， 4- dinitrophenylhadrazine DNPH derivatization． The four aldehydes were separated by HPLC with a ternary gradient program，which mobile phase changed by linear gradient from pump A Φ water100 40，B Φmethanol100 50，C Φacetonitrile100 10 to pump A Φwater100 20， B Φmethanol 100 60，C Φacetonitrile 100 20 in 15 min． Effect factors of acidity，temperature and 276 ChaoXing reaction time on derivatization were studied，and the conditions for separation of four aldehydes were optimized． The water sample initially reacted with DNPH for one hour under the condition of pH 3 and 40℃，and then was extracted by dichloromethane． The recoveries of four compounds were in the range of 73．1 － 115，relative standard deviations were in the range of 0．71 －5．30，and the detection limits were in the range of 3．50 －28．6 μg/L． This is simple，rapid and sensitive for the determination of the four aldehydes in surface water． Key words surface water; aldehydes; 2， 4- dinitrophenylhydrazine; High Perance Liquid Chromatography 醛类化合物对人体健康具有潜在的危害 ［1 －6 ］， 水中醛类化合物的污染状况已得到环保部门的广泛 关 注。 我 国 地 表 水 环 境 质 量 标 准 GB 38382002 中列出了甲醛、 乙醛、 丙烯醛和三 氯乙醛等 4 种醛类化合物的水质标准， 并且要求每 个月均需对 4 种醛类化合物进行监测。有关环境中 醛类化合物的分析方法研究， 以高效液相色谱法 HPLC 和气相色谱法 GC 测定气体中醛类化合 物较多 ［7 －17 ］， 测定水中的醛类化合物较少［18 －24 ］ ， 尤 其未见有关三氯乙醛的 HPLC 测定方法。在地表 水环境质量标准 GB 38382002 中推荐的 4 种 醛类化合物的测定方法分别选用 4 种不同的比色法 和气相色谱法 ［25 ］， 给环境监测工作带来很大困难。 美国标准方法 EPA 554 建立了 2， 4 － 二硝基苯肼 DNPH 衍生高效液相色谱测定饮用水中 12 种醛 类化合物的分析方法 ［26 ］， 但方法中不包括丙烯醛和 三氯乙醛。本文研究了用 DNPH 与水中的醛类化 合物反应， HPLC 分离同时测定地表水中 4 种醛类 化合物， 建立的方法简单、 快速， 灵敏度高， 为地表水 中醛类化合物的测定提供了可靠的分析方法。 1实验部分 1． 1仪器与主要试剂 Agilent 1100 高效液相色谱仪 美国 Agilent 公 司 ， 配备二极管阵列检测器; 恒温水浴锅 黄骅市 综合电器厂 ; Milli － Q PLUS 超纯水装置 美国 Millipore 公司 ; RE 200 旋转蒸发仪 上海亚荣生化 仪器厂 ; BF 2000 氮气吹干仪 北京八方世纪科技 有限公司 ; pHS －3C 精密 pH 计 上海雷磁公司 。 甲醇、 乙腈、 二氯甲烷均为色谱纯 美国 Dima 公司 ; 柠檬酸 － 柠檬酸钠缓冲溶液 1 mol/L ; DNPH － 盐酸溶液 称取 0． 25 g 纯化后的 DNPH 至 500 mL 容量瓶中， 加入 90 mL 优级纯浓 HCl， 然后 用水稀释至 500 mL。 甲醛、 乙醛、 丙烯醛和三氯乙醛按文献［ 13］ 的方法 制成2， 4 －二硝基苯腙衍生物， 其方法为分别取4 种化 合物加入 DNPH －盐酸溶液中， 产生沉淀后， 用乙腈纯 化3 次， 然后分离沉淀， 将沉淀在 125℃干燥 2 h， 制成 4 种醛的2， 4 －二硝基苯腙标准。使用时， 取适量腙的 标准溶于甲醇配制标准溶液。 1． 2色谱条件 色谱柱为 Agilent Extend － C18柱， 150 mm 4． 6 mm i． d． ; 流速为 1． 0 mL/min， 流动相为甲醇 － 乙腈 － 水， 柱温 25℃， 检测波长 360 nm。 1． 3样品处理 移取 100 mL 水样， 加入 4 mL 柠檬酸 － 柠檬酸 钠缓冲溶液， 用 6 mol/L HCl 和 6 mol/L NaOH 调节 溶液酸度 pH 3， 加入 4 mL DNPH － 盐酸溶液， 在 40℃恒温水浴反应 1 h 后， 分别用 10 mL 二氯甲烷 萃取 3 次。萃取后， 用旋转蒸发仪浓缩， 氮吹仪吹 干， 再用甲醇定容至 1 mL。然后用 HPLC 分析， 以 保留时间进行定性， 峰面积定量。每批样品同时进 行空白样品、 空白加标和平行样品的测定。 2结果与讨论 2． 1色谱条件的建立 醛类化合物的分离常用二元等度或梯度洗脱分 离 ［7 －8 ］， 常用流动相为乙腈 － 水或甲醇 － 水。于彦 彬等 ［9 ］研究了液相色谱法用甲醇 － 乙腈 － 水三元 梯度在 C18短柱上分离 11 种醛酮的腙类化合物的最 佳分离条件， 结果令人满意。本文对甲醛腙、 乙醛 腙、 丙烯醛腙和三氯乙醛腙进行分离时发现， 采用甲 醇 － 乙腈 － 水三元梯度和甲醇 － 水二元梯度均能将 4 种物质基线分离。但如图 1 所示， 使用三元梯度 时， 乙醛只有 1 个峰， 而使用二元梯度时乙醛还有 1 个肩峰， 这可能是由于乙醛的腙类化合物具有 2 个 同分异构体 ［14 ］， 二元梯度能部分分离 2 个同分异构 体。由于地表水标准中测定的是乙醛总量， 故本文 选用三元梯度洗脱进行分离。图 1 a 为二元梯度 洗脱， A 泵 Φ水100 40、 B 泵 Φ甲醇100 60以线性梯度 15 min 变化到 A 泵 30、 B 泵 70。图 1 b 为三元梯度洗脱， A 泵 Φ水100 40、 B 泵 Φ甲醇 100 50、 C 泵 Φ乙腈 100 10以线性梯度 15 min 变化到 A 泵 Φ水 376 第 4 期李海燕， 等 高效液相色谱法同时测定地表水中四种醛类化合物第 31 卷 ChaoXing 100 20、 B 泵 Φ甲醇 100 60、 C 泵 Φ乙腈 100 20。 图 1醛类 － DNPH 在二元体系及三元体系分离的色谱图 Fig． 1Chromatograms of DNPH derivatives of aldehydes in binary a and ternary b system 1甲醛 － DNPH; 2乙醛 － DNPH; 3丙烯醛 － DNPH; 4三氯乙醛 － DNPH。 2． 2衍生条件的选择 2． 2． 1衍生试剂量的确定 向 5 份100 mL 水样中分别加入等量的甲醛、 乙 醛、 丙烯醛和三氯乙醛混合溶液， 再分别加 入 1、 2、 3、 4、 5、 7 mL 的 DNPH － 盐酸溶液， 衍生试剂的 用量对衍生效率的影响见图 2。甲醛、 乙醛、 丙烯醛 随着衍生试剂量的增加， 生成腙的量逐渐增加， 当衍 生试剂量增加到 4 mL 后， 其响应值基本保持不变， 而三氯乙醛腙随着衍生试剂量的增加始终保持不 变， 这说明三氯乙醛在 DNPH 量为1 mL 时已经反应 完全。随着 DNPH 量的增大， 在浓缩过程中， 浓缩 瓶壁上会有大量的黄色附着物， 给用甲醇定容造成 很大的困难。因此本文选用 DNPH 的量为 4 mL。 2． 2． 2反应温度和反应时间的选择 不同的反应温度和反应时间对 4 种醛类化合物 图 2衍生试剂的用量对峰面积的影响 Fig． 2The effect of DNPH dosage on peak area 与 DNPH 衍生反应的影响见表 1。由表 1 可知， 甲醛 与 DNPH 在40℃下反应1 h 时衍生效率最高; 乙醛在 40℃下反应30 min 的衍生效率最高， 反应 1 h 次之; 丙烯醛的衍生效率虽然在 50℃下反应 40 min 最高， 但40℃下反应 1 h 与之差别不大。而三氯乙醛的衍 生效率值则在 40℃下反应 2 h 最高， 反应 1 h 次之。 综合考虑， 本文选择条件为40℃下反应1 h。 表 1反应温度和时间对衍生效率的影响 Table 1Effect of temperature and time on derivative reaction 化合物 反应温度 θ/℃ 反应时间 30 min40 min1 h2 h 甲醛 4051．2647．4782．8343． 40 5048．0049．9055．1553． 84 6051．2150．4151．2849． 68 乙醛 4022．1220．4020．8318． 36 5010．4310．169．248． 70 609．719．5211．098． 24 丙烯醛 4057．7256．2058．9053． 70 5059．5560．4850．2550． 23 6055．8344．2357．4054． 25 三氯乙醛 409．899．4913．0314． 25 504．413．707． 975． 12 607．076．848． 026． 44 2． 2． 3溶液酸度的影响 取一定量的甲醛、 乙醛、 丙烯醛和三氯乙醛溶液 于100 mL 水样中， 加入 4 mL 缓冲溶液后， 分别调节 溶液 pH 值为2．0、 2．5、 3．0、 4．0、 5．0、 7．0， 溶液酸度对 衍生反应的影响见图 3。结果表明， 随着溶液酸度的 增加， 4 种腙类化合物的峰面积均出现先增大后减小 的趋势。当溶液 pH 3 时， 4 种腙类化合物的峰面积 最大， 这与文献［ 22］ 认为 pH 5 时， 醛类化合物的测 476 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 定值最高有差异， 本文确定的最佳酸度为 pH 3。 图 3溶液 pH 值对甲醛、 乙醛、 丙烯醛和三氯乙醛衍生反应 的影响 Fig． 3The effect of pH on the four aldehydes derivation reaction 2． 3环境条件对实验空白的影响 由于环境空气中常存在醛类化合物， 因此测定 时空白的检验非常重要。向 3 个装有 100 mL Mili － Q水的锥形瓶中， 加入 4 mL 柠檬酸钠， 调节 pH 3， 加入 3 mL DNPH， 40℃反应 60 min， 冷却至 室温后， 加入 1． 5 g NaCl， 用 10 mL 二氯甲烷萃取 3 次， 氮吹仪吹干后， 1 mL 甲醇溶解， HPLC 测定。 实验表明， 空白试验中有甲醛腙的色谱峰存在， 其他 3 种醛未检出。在 3 个不同实验室进行的空白测 定， 均能检出甲醛， 因此进行甲醛测定时， 控制环境 条件， 可以减少甲醛的空白值， 却不能避免甲醛存 在， 在测定样品时， 只能通过空白值来扣除。 2． 4方法检出限及线性范围 在优化的实验条件下， 4 种醛的 2， 4 － 二硝基苯 腙化合物的线性范围、 相关系数以及方法检出限 MDL 见表 2。检出限计算方法为 按实验全过程 连续分析 7 个接近于检出限浓度的实验室空白加标 样品， 计算其标准偏差 s， 则 MDL st n －1， 0． 99。其中 t n －1， 0． 99为置信度为99， 自由度为 n －1 时的 t 值。 n 为重复分析的样品数 本文 n 7， t6， 0． 993． 143 。 表 2醛类 － DNPH 衍生物分析性能参数 Table 2Analytical perance parameters for aldehyde- DNPH 化合物 保留时间 tR/min 线性范围 ρB/ μgL－1 线性回归 方程 相关 系数 检出限/ μgL－1 甲醛- DNPH4．1078 ～400 y 21．44x 3．35 0．99994．50 乙醛- DNPH5．55910 ～500 y 25．23x －6．10 0．99983．50 丙烯醛- DNPH7．31320 ～500y 9．42x －1．57 0．9999 14．7 三氯乙醛- DNPH9．78650 ～500y 6．54x －15．24 0．9988 28．6 2． 5实际样品测定 对青岛 3 个典型的饮用水源地采样调查。按照 样品的分析步骤， 测定了水中醛类化合物的含量， 并 同时进行实验室空白和实际样品加标回收实验。从 表 3 测定结果可以看出， 在站位 1、 站位 2、 站位 3 的 水样中， 甲醛的回收率在 79． 9 ～104 之间， 乙醛 回收率在 81． 9 ～ 109 之间， 丙烯醛的回收率在 97． 2 ～ 115 之间， 三氯乙醛的回收率在 73． 1 ～94． 0之间。本方法能够满足同时测定 4 种化合 物的要求。 表 3实际样品测定结果 Table 3Determination results of four aldehydes in drinking water 站位化合物 ρB/ μgL －1 空白 样品浓度 RSD/ n 3 ρB/ μgL －1 加入量 测得量 回收率 R/ 站位 1 甲醛2．011．925．310．09．9179．9 乙醛N． D．N． D．N． D．10．08．1981．9 丙烯醛N． D．N． D．N． D．10．09．7297．2 三氯乙醛 N． D．N． D．N． D．7．005．86 83．7 站位 2 甲醛1．921．413．010．010． 792．9 乙醛N． D．N． D．N． D．10．09．8698．6 丙烯醛N． D．N． D．N． D．10．011． 1111 三氯乙醛 N． D．N． D．N． D．7．005．12 73．1 站位 3 甲醛1．900．110．7110．010．5104 乙醛N． D．N． D．N． D．10．010． 9109 丙烯醛N． D．N． D．N． D．10．011． 5115 三氯乙醛 N． D．N． D．N． D．7．006．58 94．0 注 N． D． 表示未检出。 3结语 本文通过对 2， 4 － 二硝基苯肼与水中甲醛、 乙 醛、 丙烯醛和三氯乙醛衍生条件的选择和色谱分离 条件的优化， 建立了高效液相色谱同时测定地表水 中 4 种醛类化合物的方法， 该方法克服了地表水环 境质量标准中推荐的气相色谱法测定醛类化合物不 稳定和需要多种方法测定的缺点， 为地表水中醛类 化合物的测定提供了简单、 可靠、 快速的分析方法。 但该方法的不足之处在于三氯乙醛的灵敏度较低， 有待进一步改进。 4参考文献 ［ 1］吕玉琼， 林凯， 侯穗波． 香菇中甲醛含量的监测报告 ［ J］ ． 中国卫生检验杂志， 2002， 12 6 701． ［ 2］崔九思． 大气污染检测方法［ M］ ． 2 版． 北京 化学工 业出版社， 1996． ［ 3］单红． 地表水和海水中醛酮类化合物的测定［D］ ． 青岛 中国海洋大学， 2006． 576 第 4 期李海燕， 等 高效液相色谱法同时测定地表水中四种醛类化合物第 31 卷 ChaoXing ［ 4］杨进， 周世伟． 饮用水中卤代乙酸分析方法研究［J］ ． 中国卫生检验， 2001， 11 3 270． ［ 5］房贤文． 液相微萃取技术在监测水中部分有机污染物 的研究［ D］ ． 青岛 中国海洋大学， 2007． ［ 6］顾学萁． 毒理学［M］ ． 上海 上海科学技术出版社， 1982 128 －129． ［ 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