高效液相色譜法同時測定廢水中的二甲基甲酰胺和二甲胺

2022-08-27 06:03:12段文勝劉益紅

遼寧化工 2022年8期

段文勝，劉益紅

（瀘州東方農化有限公司，四川瀘州 646300）

二甲基甲酰胺（DMF）既是一種用途極廣的化工原料，也是一種用途很廣的優良的溶劑，能與水及多數有機溶劑任意混合，對多種有機化合物和無機化合物均有良好的溶解能力，在有機合成反應中應用廣泛，但其在酸、堿、紫外線作用下或加熱到350 ℃以上易分解成二甲胺，所以DMF 廢水中一般都含有二甲胺，二甲胺可以在亞硝酸鹽存在下生成具有強致癌性的N-亞硝胺類物質[1]，而且DMF 和二甲胺也是影響水質氨氮指標偏高的重要因素，有關水中DMF 含量檢測方法有分光光度法[2]、氣相色譜法[3-6]、高效液相色譜法[7-8]，有關水中二甲胺含量檢測方法有離子色譜法[9]、分光光度法[10]、氣相色譜法[11]、頂空-氣相色譜/質譜聯用法[12]，同時測定廢水中DMF 和二甲胺的高效液相色譜方法國內未見有文獻報道。有人采用柱前衍生高效液相色譜法測定藥品或空氣中的二甲胺[13-15]，使用2,4-二硝基氟苯或丹酰氯做衍生化試劑，一般需要保溫反應，反應時間長，操作麻煩，本文采用氯乙酰氯做衍生化試劑建立的高效液相色譜法無需保溫二甲胺可衍生化完全，且可同時測定廢水中的DMF 和二甲胺，操作簡便、分離效果好，結果理想。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

LC-20ADVP高效液相色譜儀（日本島津公司）；SPD-M20A 二極管陣列檢測器（日本島津公司）；LabSolution 色譜數據工作站（日本島津公司）。DMF對照品99.5%（成都金山化學試劑有限公司）；二甲胺對照品40.62%（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；氯乙酰氯99.0%（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；乙腈色譜純（Sigma-Aldrich）；甲醇色譜純（Sigma-Aldrich）；磷酸二氫鉀分析純（成都市科隆化學品有限公司）；氫氧化鈉分析純（成都金山化學試劑有限公司）；超純水（重慶阿修羅超純水機制造）。

1.2 色譜條件

色譜柱：CAPCELL PAK ADME S5 250 mm×4.6 mmid（SHISEIDO CO., LTD）；流動相：乙腈/水(14/86)；流速：1.0 mL·min-1；檢測波長：UV 210 nm；柱溫：40 ℃；進樣量：10 μL。

1.3 實驗方法

1.3.1 衍生化試劑的配制

取50 mL 容量瓶加入約5 mL 色譜純乙腈，蓋緊瓶塞稱重，去皮，然后準確稱取約100 mg（準確至0.1 mg）氯乙酰氯，加乙腈稀釋定容，搖勻備用。

1.3.2 標準溶液的配制

分別取50 mL 容量瓶各加入約5 mL 乙腈，蓋緊瓶塞稱重，去皮，然后分別準確稱取約20 mg（準確至0.01 mg）DMF 或二甲胺對照品，分別加超純水稀釋定容，搖勻。分別準確移取DMF 或二甲胺1 mL 于兩個不同的50 mL 容量瓶中，加乙腈稀釋定容，搖勻，再分別準確移取DMF 及二甲胺對照品稀釋液0、1、2、3、4、5 mL 于6 個50 mL 容量瓶中，加0.1 mol·L-1氫氧化鈉溶液約0.5 mL，加衍生化試劑約2 mL，搖勻并放置10 min，然后加入約2 mL甲醇，適當搖動使過量未水解的衍生化試劑酯化，加超純水稀釋，放置至室溫，加超純水定容，搖勻備用。

1.3.3 樣品溶液的配制

按照1.3.2 的稱樣方式，稱取廢水樣品約30 mg（準確至0.000 02 g），加0.1 mol·L-1氫氧化鈉溶液約0.5 mL，加衍生化試劑約2 mL，搖勻并放置10 min，然后加入約2 mL 甲醇，適當搖動使過量未水解的衍生化試劑酯化，加超純水稀釋，放置至室溫，加超純水定容，搖勻備用。

1.3.4 樣品的測定

在選定的色譜條件下，分別吸取標準（樣品）溶液10 μL，進樣（樣品色譜圖如圖1），重復操作，計算DMF 及二甲胺衍生物相對標準偏差分別小于0.5%，記錄DMF 及二甲胺衍生物的峰面積，并取其平均值。樣品中DMF 及二甲胺的質量分數X按下式計算。

式中：A1—樣品中DMF 或二甲胺衍生物峰面積平均值；

A2—標樣中DMF 或二甲胺衍生物峰面積平均值；

m1—稱取樣品的質量，mg；

m2—稀釋后對照品的質量，mg；

P—DMF 或二甲胺對照品的質量分數，%。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 色譜柱的選擇

本文對比了Hypersil BDS C18柱、CAPCELL PAK ADME S5 柱和Hedera ODS-2 柱，結果發現在同樣的流動相條件下，三種色譜柱對二甲胺衍生物的分離效果相當，但使用CAPCELL PAK ADME S5 色譜柱DMF 保留時間較長，可以避免雜質干擾，分離效果較好。

2.1.2 流動相的選擇

本文比較了甲醇和乙腈做有機相的分離情況，發現使用甲醇做有機相，基線在DMF 出峰位置有負峰，干擾不易去除，所以本文選用乙腈/水做流動相，并對其配比進行了選擇，最后確定為乙腈/水（14/86），其色譜圖如圖1 所示。

圖1 廢水試樣液相色譜圖

2.1.3 檢測波長的選擇

采用二極管陣列檢測器對DMF、二甲胺衍生物對照品溶液進行紫外光譜掃描，發現DMF 吸收峰從223 nm 開始上升，到194 nm 最大，二甲胺在210 nm及193 nm 有最大吸收峰，考慮到低波長基線干擾較大，所以本文選用210 nm 作為檢測波長。

2.2 衍生化試劑的選擇

有人采用2,4-二硝基氟苯或丹酰氯柱前衍生高效液相色譜法測定二甲胺，均需要60 ℃或90 ℃水浴保溫反應，操作麻煩，而且衍生物與DMF 出峰時間相差太大，需采用梯度洗膠完成，耗時較長，本文選用活性更強的氯乙酰氯進行實驗，反應速度快，可室溫短時間完成衍生化，且在該實驗條件下氯乙酰氯與DMF 不反應，二甲胺衍生物與DMF 出峰時間相差不大，可采用等度洗脫完成，所以本文選用氯乙酰氯做衍生化試劑。

2.3 衍生化試驗驗證

取1.3.2 實驗稀釋后的標準溶液DMF 及二甲胺各5 mL 于50 mL 容量瓶中（平行6 份），加0.1 mol·L-1氫氧化鈉溶液約0.5 mL，加衍生化試劑約2 mL，搖勻，取2 份室溫放置10 min，然后加甲醇酯化處理，加超純水稀釋并定容，搖勻備用；取四份放入50 ℃水浴中保溫，30 min 后取出2 份，冷卻，加甲醇酯化處理，加超純水稀釋并定容，搖勻備用；60 min后再取出2 份，冷卻，按加甲醇酯化處理，加超純水稀釋并定容，搖勻備用。在實驗選定色譜條件下檢測，記錄DMF 峰面積及二甲胺衍生物的峰面積，分別計算峰面積相對標準偏差（表1）。結果表明室溫放置10 min 二甲胺可衍生化完全。

表1 衍生化試驗驗證

2.4 衍生化試劑加入量

按1.3.1 實驗規定的方法，分別配制15 mg/50 mL、50 mg/50 mL、100 mg/50 mL 3 種質量濃度的衍生化試劑，按實驗規定的方法進行試驗，分別計算DMF峰面積及二甲胺衍生物的峰面積的相對標準偏差，結果無明顯差異，考慮到氯乙酰氯易揮發，所以本文衍生化試劑質量濃度選為100 mg/50 mL。

2.5 縛酸劑選擇及加入量

縛酸劑的加入有利于衍生化反應的快速完成，本文選用有機堿三乙胺及無機堿氫氧化鈉溶液（0.1 mol·L-1）進行比較試驗，發現使用氫氧化鈉溶液對DMF 及二甲胺衍生物檢測無干擾。分別加入0.1 mL、0.3 mL、0.5 mL、0.7 mL、0.9 mL、1.1 mL氫氧化鈉溶液進行試驗（測定供試液pH 為3.0～9.3），檢測結果無明顯差異，本文氫氧化鈉溶液加入量選為0.5 mL。

2.6 線性范圍與精密度

按1.3.2 實驗規定的方法，分別配制不同濃度梯度的DMF 及二甲胺對照樣各6 份，根據試驗規定的操作方法測定，分別記錄DMF、二甲胺衍生物色譜峰面積，以面積與濃度作圖，測得DMF 標準曲線為Y=43 997.72C-55.69，r=0.999 8；二甲胺標準曲線為Y=79 231.34C＋73.58，r=0.999 5。表明DMF 在0～0.79 mg·L-1、二甲胺在0～0.35 mg·L-1的質量濃度范圍內呈線性。準確稱取同一樣品，按試驗規定方法，配制6份溶液，測定其中DMF及二甲胺的質量分數，DMF、二甲胺的RSD 分別為1.69%、2.01%。

2.7 方法的檢出限

將1.3.2 配制的DMF 及二甲胺標準液稀釋到測量下限，進樣10.0 μL 測其信噪比，以信噪比為3時，計算得到DMF 及二甲胺最低檢出濃度分別為2.93 μg·L-1、3.16 μg·L-1。

2.8 加標回收率的測定

按1.3.3 規定的方法，先分別準確稱取6 份已知含量的廢水樣品約20 mg（準確至0.000 02 g），分別準確移入DMF 及二甲胺對照品各1 mL、2 mL、3 mL（各平行2 份），進行衍生化，然后加入甲醇酯化，加超純水稀釋，放置至室溫，加超純水定容，搖勻備用，在實驗規定的條件下測定，計算回收率（表2）。