溫度/溶劑雙梯度高效液相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中的羰基化合物

王斐+王婷+范智超+吳衛(wèi)東+馬文鵬+白昭

摘 要：該文建立了環(huán)境空氣中13種碳數(shù)在1～8范圍內(nèi)的羰基化合物（6種脂肪醛、2種芳香醛、3種不飽和醛和2種酮）的溫度/溶劑雙梯度2，4-二硝基苯肼衍生/高效液相色譜分析方法。通過(guò)選擇合適的色譜柱，優(yōu)化柱溫，用水和乙腈兩元溶劑梯度基線分離了13種羰基化合物的衍生物。利用溫度梯度解決了13種羰基化合物中C3組分（丙烯醛、丙酮和丙醛）和C4組分（丁烯醛、甲基丙烯醛、丁酮和正丁醛）難以分離的問(wèn)題。優(yōu)化的方法在各自的濃度范圍內(nèi)線性相關(guān)系數(shù)良好（r≥0.999 9）；對(duì)于50.0L的空氣樣品檢出限在0.04～0.19μg/m3（以羰基化合物計(jì)）；該方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.6%；加標(biāo)回收率在95%～106%，適用于環(huán)境空氣中羰基化合物的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：羰基化合物；環(huán)境空氣；2，4-二硝基苯肼；溫度/溶劑雙梯度；液相色譜

中圖分類號(hào) X131.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）17-23-03

Determination of Carbonyl Compounds in Ambient Air by Temperature/Solvent Double-Gradient High Performance Liquid Chromatography

Wang Fei et al.

（Shaanxi Environmental Monitoring Center，Xi′an 710054，China）

Abstract：A sensitive method based on derivatization with 2，4-dinitrophenylhydrazine（DNPH）followed by temperature/organic solvent double-gradient high performance liquid chromatography analysis of 13 carbonyl compounds（6 aliphatic，2 aromatic and 3 unsaturated aldehydes and 2 ketones）in ambient air was developed.Chromatographic conditions including chromatographic column，column temperature，and detection wavelength were investigated so that the separation was carried out on gradient elution using two solvents（water and acetonitrile）. The problem that the C3 series（acrolein-DNPH，acetone-DNPH and propionaldehyde-DNPH）and C3 series（crotonaldehyde-DNPH，methacrolein-DNPH，2-butanone-DNPH and butyraldehyde-DNPH）in 13 carbonyl compounds were difficlut to separate were solved using temperature gradient.The optimized method has been validated when rectilinear relationship was obtained between the concentrations of analytes and peak area，and the correlation coefficients were ≥0.999 9. The limits of detection for air samples of 50.0 L varied between 0.04～0.19μg/m3 expressed as carbonyl.The method relative standard deviations（%RSD）of all applied carbonyls were lower than 3.6%，and spiked recoveries were in the range of 95%～106%. The method was applied to monitor the concentration of carbonyl compounds in ambient air.

Key words：Carbonyl compounds；Ambient air；2，4-dinitrophenylhydrazine；Temperature/solvent double-gradient；Liquid chromatography

羰基化合物是一類危害環(huán)境和人體健康的有機(jī)化合物，具有潛在致癌性，其中甲醛具有致癌性[1]，在環(huán)境空氣[2]和大氣顆粒物[3]中都檢出了該化合物。目前，可以用配備氫火焰離子化檢測(cè)器[4]或質(zhì)譜檢測(cè)器[5]的氣相色譜或配備二極管陣列檢測(cè)器[6]檢測(cè)羰基化合物。

羰基化合物和2，4-二硝基苯肼反應(yīng)后生成的腙類衍生物經(jīng)富集后，可以用反相色譜分析。在美國(guó)環(huán)保局制定的環(huán)境空氣中羰基化合物的分析方法中，用水/乙腈二元梯度不能基線分離13種羰基化合物中C3組分中的丙烯醛和丙酮[7]。Prieto-Blanco等[8]也發(fā)現(xiàn)丙烯醛和丙酮難以分離。另外，Possanzini小組發(fā)現(xiàn)，對(duì)于C4組分中的甲基丙烯醛、丁酮也難以分離[9]。為了改善分離效果，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定性和定量，Prieto-Blanco等[10]引入第3種溶劑四氫呋喃來(lái)改善含有3個(gè)碳原子的羰基化合物（丙烯醛、丙酮和丙醛）的分離效果，也改善了含有4個(gè)碳原子的羰基化合物（丁烯醛、甲基丙烯醛、丁酮和正丁醛）的分離效果。張洪飛[11]等在水和乙腈二元梯度的基礎(chǔ)上引入和四氫呋喃和異丙醇這2種溶劑改善丙烯醛、丙酮和丙醛的分離效果。

在反相色譜中，柱溫可以影響溶質(zhì)保留時(shí)間的變化，從而用來(lái)改善分離效果[12]。本文建立了溫度梯度結(jié)合溶劑梯度的2，4-二硝基苯肼衍生/高效液相色譜法分析方法，優(yōu)化了包括色譜柱、柱溫這些色譜條件，利用溫度梯度解決了13種羰基化合物中C3組分（丙烯醛、丙酮和丙醛）和C4組分（丁烯醛、甲基丙烯醛、丁酮和正丁醛）難以分離的問(wèn)題，使13種衍生物可以在35min完成良好的分離。并且對(duì)方法的線性范圍、精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行了考察。該方法用于環(huán)境空氣實(shí)際樣品中羰基化合物的測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 試劑和材料 2，4-二硝基苯肼（DNPH）衍生化的羰基化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液，購(gòu)自AccuStandard公司（New Haven，CT，USA），包括：甲醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C1）、乙醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C2）、丙烯醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C3a）、丙酮-DNPH（C3b）、丙醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C3c）、丁烯醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C4a）、甲基丙烯醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C4b）、丁酮-DNPH（C4c）、正丁醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C4d）、苯甲醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C5）、戊醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C6）、間甲基苯甲醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C7）和己醛-DNPH（簡(jiǎn)稱C8）。臭氧去除柱（WAKO公司，Presep（R）-C），DNPH采樣管（WAKO公司，Presep（R）-C DNPH（short））。色譜純乙腈（Fisher Scientific，Geel，Belgium），去離子水用Millipore Milli-Q system（Bedford，MA，USA）制備。

1.2 儀器及色譜條件 島津LC-20A型高效液相色譜儀。色譜柱：Akzonobel Kromasil 100-5C18（250mm×4.6mm，5μm）。流動(dòng)相：水/乙腈。梯度洗脫：流動(dòng)相的初始濃度是60%乙腈，保持20min，20～30min內(nèi)乙腈從60%線性增至100%，100%保持到40min。檢測(cè)波長(zhǎng)：360nm。流動(dòng)相流速：1.00mL/min。進(jìn)樣量：20μL。柱溫：50℃到30℃非線性溫度梯度。

1.3 樣品的采集 在臭氧去除柱后接DNPH采樣管，再連接空氣采樣器，采樣速度為1.0L/min，采樣體積為50.0L。采樣結(jié)束后，采樣管兩端密封，并用鋁箔將采樣管包嚴(yán)，低溫（<4℃）保存與運(yùn)輸。

1.4 樣品的前處理 加入10mL乙腈洗脫DNPH采樣管，讓乙腈自然流過(guò)采樣管，流向應(yīng)與采樣時(shí)氣流方向相反。將洗脫液收集于10mL容量瓶中用乙腈定容，待測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)化色譜分離

2.1.1 選擇適合的色譜柱 首先比較了13種羰基化合物（6種脂肪醛，2種芳香醛，3種不飽和醛和2種酮）衍生物在4種反相色譜柱Agilent ZORBAX SB-C18（150mm×4.6mm，5μm）、Shimadzu VP-ODS（150mm×4.6mm，5μm）和Phenomenex Gemini C18（250mm×4.6mm，5μm）和Akzonobel Kromasil 100-5C18（250mm×4.6mm，5μm）上的分離情況，結(jié)果如圖1所示。4種色譜柱都能有效分離C1到C8的8組組分，其原因是羰基化合物的保留主要由碳原子數(shù)決定，碳原子數(shù)越大保留時(shí)間越長(zhǎng)；但是在分離具有相同碳原子數(shù)的組分時(shí)，羰基化合物的保留還與官能團(tuán)的種類有關(guān)，在分離C3組分（丙烯醛、丙酮和丙醛）和C4組分（丁烯醛、甲基丙烯醛、丁酮和正丁醛）時(shí)，4種色譜柱的分離效果存在差異。Agilent ZORBAX SB-C18（150mm×4.6mm，5μm）、Shimadzu VP-ODS（150mm×4.6mm，5μm）和Phenomenex Gemini C18（250mm×4.6mm，5μm）3種色譜柱都不能基線分離C3組分中的丙烯醛和丙酮，也不能基線分離C4組分中的甲基丙烯醛、丁酮和正丁醛。而Akzonobel Kromasil 100-5C18雖然不能基線C3組分，但是能基線分離C4組分。

[t（min）]

圖1 不同色譜柱分離13種羰基化合物的效果

注：柱溫：30℃；其它色譜條件和色譜峰名稱列在1.2節(jié)。

2.1.2 優(yōu)化色譜柱柱溫 給二元流動(dòng)相中添加第3種溶劑，可以改變分離的選擇性和分離度，而通過(guò)改變色譜柱的溫度也可以改善分離的選擇性和分離度[8]。Kromasil色譜柱的最高使用溫度為60℃，因此考察了柱溫為20℃、30℃、40℃和50℃時(shí)的C3組分和C4組分的分離效果，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，溫度越高，C3組分在50℃時(shí)分離效果最好；C4組分在30℃時(shí)分離效果最好。

[t（min）]

圖2 不同柱溫條件下分離13種羰基化合物的效果

注：色譜柱：Akzonobel Kromasil 100-5C18（250mm×4.6mm，5μm）；其它色譜條件和色譜峰名稱列在1.2節(jié)。

為了使C3組分和C4組分都可以達(dá)到較好分離，嘗試使用溫度梯度的方法。在分離前色譜柱在50℃下平衡，一旦開(kāi)始色譜分析，設(shè)置色譜柱柱溫箱的溫度為30℃，產(chǎn)生了如圖3所示的非線性溫度梯度。由圖3可知，C3組分在高溫時(shí)達(dá)到了較好的分離，C4組分在低溫時(shí)達(dá)到了較好的分離，13種羰基化合物達(dá)到了較好分離。

[t（min）][T（℃）]

圖3 溫度/溶劑雙梯度分離13種羰基化合物色譜

注：色譜柱：Akzonobel Kromasil 100-5C18（250mm×4.6mm，5μm）；其它色譜條件和色譜峰名稱列在1.2節(jié)。

2.2 方法性能 用乙腈將標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成濃度范圍為0.01～1.00μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用優(yōu)化后色譜條件進(jìn)行分析。方法檢出限為加入低濃度的羰基化合物衍生物，采集50.0L空氣后進(jìn)行前處理和分析，按照3倍信噪比計(jì)算得到。所有13種羰基化合物在0.01～1.00μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)大于0.999 5，方法的檢出限為0.04～0.19μg/m3。分別在空白采樣采樣管中加入低、中、高含量（0.60μg、3.00μg和6.00μg）的羰基化合物，按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，各重復(fù)7次。結(jié)果是在低中高加標(biāo)水平下，13種羰基化合物的加標(biāo)回收率分別為95%～108%、96%～106%、95%～104%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%～3.6%、1.9%～2.7%、1.8%～2.9%。

2.3 實(shí)際樣品分析 用本文方法采集并分析了某小區(qū)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的環(huán)境空氣樣品，檢出該小區(qū)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)環(huán)境空氣中含有微量的甲醛，濃度為0.91μg/m3。

3 結(jié)論

用2，4-二硝基苯肼衍生/高效液相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中的羰基類化合物，同時(shí)使用溫度梯度和二元溶劑梯度在Kromasil色譜柱上可以基線分離13種羰基化合物的衍生物，利用溫度梯度解決了13種羰基化合物中C3組分（丙烯醛、丙酮和丙醛）和C4組分（丁烯醛、甲基丙烯醛、丁酮和正丁醛）難以分離的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確定性和定量。該方法檢出限低，精密度和準(zhǔn)確度高，適合環(huán)境空氣中羰基類化合物的測(cè)定。

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（責(zé)編：張宏民）