高效液相色谱法快速测定环境空气中13 种醛酮类化合物

李少飞，姜丽丽，孙延康

（1.山东省烟台生态环境监测中心，山东烟台 264000； 2.山东润平环境科技有限公司，山东烟台 264000）

醛酮类化合物是环境空气中常见的含氧有机污染物，主要来源于化石燃料、生物质燃烧、化工、建筑、木材加工及防腐、汽车尾气等。此外，大气中有机物经过光化学反应也会产生一定量的醛酮类化合物。醛酮类化合物既是光化学烟雾的主要成分，也是臭氧的重要前体物［1–2］，它们以不同浓度水平存在于环境空气中，具有强烈的刺激性和毒性，对人眼睛、皮肤和呼吸道均有损害，并有致癌风险，严重影响人类健康［3］，因此建立快速测定环境空气中醛酮类化合物的检测方法具有重要的意义。

目前醛酮类化合物检测方法有分光光度法［4］、气相色谱法［5–6］、气相色谱–质谱法［7–9］，高效液相色谱法［10–13］，超高效液相色谱法［14–15］等。分光光度法、气相色谱法和气相色谱–质谱法存在检出限高、线性范围窄、线性差等缺点，超高效液相色谱仪价格昂贵，实验室配置率低，应用不广泛。液相色谱法具有采样和分析方法较为成熟、灵敏度高、准确性好、检测化合物全面等优点。目前国内外对醛酮类化合物的检测一般使用DNPH（2，4-二硝基苯肼）衍生化后用高效液相色谱法分离，并用紫外检测器或DAD（二极管阵列）检测器检测。现行国家环境保护标准《环境空气 醛、酮类化合物的测定 高效液相色谱法》（HJ 683—2014）［11］分析时间长达40 min，丙烯醛和丙酮没有分离，检出限和测定下限合并计量，不利于两种化合物数据分析和上报。笔者选用Poroshell 120 SB–C18（250 mm×4.6 mm×4 μm）色谱柱，通过优化流动相比例、流量和柱温等条件，建立了快速测定环境空气中13 种醛酮类化合物的高效液相色谱法。该方法解决了丙烯醛和丙酮的分离问题，而且分析时间短，溶剂用量少，检测成本低，可用于大批量样品的分析。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

高效液相色谱仪：1260 型，配备紫外检测器（VWD 检测器），美国安捷伦科技有限公司。

恒流气体采样器：3072 型，青岛崂山应用技术研究所。

采样管：DNPH-silica 型，德国CNW 公司。

除臭氧小柱：填充1 g 碘化钾，德国CNW 公司。

注射器：10 mL，上海安谱实验科技股份有限公司。

有机相针式滤器：孔径为0.45 μm，上海安谱实验科技股份有限公司。

乙腈、甲醇：均为色谱纯，德国默克公司。

13 种醛酮类衍生物混合标准溶液：100 μg／mL，介质为乙腈，相对扩展不确定度为3%（k=2），编号为80225GH，北京坛墨质检科技有限公司。

实验用水为蒸馏水：屈臣氏集团（香港）有限公司。

1.2 样品采集与处理

（1）样品采集。选择烟台市两处居民区和两处工业园区进行样品采集。采样时将DNPH 采样管接到恒流采样器进气端，并在采样管前连接除臭氧小柱，采样流量为0.5 L／min，采样时间为100 min。环境空气中的醛酮类化合物与采样管内的DNPH反应生成衍生物而被吸附。采样完成后，将采样管用密封帽封闭并用铝箔包严，于4 ℃以下冷藏，并于30 日内测定。

（2）样品处理。用乙腈洗脱采样管，让乙腈自然流过采样管，流向应与采样时的气流方向相反，收集洗脱液并用乙腈定容至5 mL 容量瓶中，用注射器吸取洗脱液，经有机相针式滤器过滤，转移至2 mL 棕色样品瓶中，于4 ℃冷藏避光保存，待测。

1.3 标准溶液配制

13 种醛酮类衍生物系列混合标准工作溶液：用乙腈对13 种醛酮类衍生物混合标准溶液稀释，得到13种醛酮类衍生物质量浓度均分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg／mL 的系列标准工作溶液。

1.4 仪器条件

色谱柱：Poroshell 120 SB–C18柱（250 mm×4.6 mm，4 μm，美国安捷伦科技有限公司）；流动相：A为水，B 为乙腈；洗脱方式：梯度洗脱，洗脱程序见表1；流量：1.5 mL／min；柱温：50 ℃；进样体积：10 μL；检测波长：360 nm；检测器：紫外检测器。

表1 梯度洗脱程序

2 结果与讨论

2.1 色谱柱选择

分别考察Dikma Diamonsil C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）、Agilent Eclipse Plus C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）、Agilent Poroshell 120 SB–C18柱（250 mm×4.6 mm，4 μm）3 种 色 谱 柱 对13种醛酮类化合物的分离效果。结果表明，Dikma Diamonsil C18柱 和Agilent Eclipse Plus C18柱 不 能将丙烯醛和丙酮分离，部分化合物色谱峰不够尖锐，跨度较大，不利于定性和定量；Agilent Poroshell 120 SB–C18柱粒径为4 μm 填料的多孔外层和实心内核限制了化合物扩散距离，提高了分离速度，而窄粒径分布则提高了柱效和分离度，柱效是全多孔粒径为5 μm 填料色谱柱的近两倍，能够将丙烯醛和丙酮分离，其它难分离化合物也能较好分离，故选择Agilent Poroshell 120 SB–C18柱。 用Poroshell 120 SB–C18色谱柱对质量浓度为1.0 μg／mL 的13 种醛酮类衍生物混合标准溶液进行分离，色谱图如图1 所示。

图1 13 种醛酮类衍生物混合标准溶液色谱图

2.2 柱温选择

柱温是色谱分离的重要条件，选用Poroshell 120 SB–C18色谱柱，在柱温为30 ℃条件下可以将丙烯醛和丙酮初步分离开，但是分离度不高。分别在35、40、50、60 ℃柱温下，对丙烯醛和丙酮进行分离，结果表明，升高柱温有利于提高丙烯醛和丙酮的分离度。柱温为60 ℃时，部分化合物峰形较宽并有拖尾现象，不利于定量分析，柱温为50 ℃时，13 种醛酮类化合物分离效果最好，故选择柱温为50 ℃。

2.3 流动相选择

分别比较了水–甲醇溶液和水–乙腈溶液两种流动相体系对测定结果的影响，结果发现以水–甲醇溶液为流动相时，基线波动较大，不利于微量组分定量；而以水–乙腈溶液为流动相时，基线比较平稳，色谱峰尖锐，有助于化合物定量。乙腈粘度较甲醇小，流动相传质阻力小，流量提高后柱压升高幅度相对较低，有利于提高柱效，峰宽较窄，峰形较好，因此选择水–乙腈溶液为流动相。通过优化水和乙腈的比例可以将13 种醛酮类化合物全部分离，优化的梯度洗脱程序见表1。

2.4 流量选择

为了提高醛酮类化合物的分离效果，分别在1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7 mL／min 流量下对13 种醛酮类化合物进行分离。结果表明，流量为1.2、1.3、1.4 mL／min 时，化合物保留时间延长，不能缩短分析时间；流量为1.6、1.7 mL／min 时，化合物分离度不高。流量为1.5 mL／min 时，各化合物分离效果最佳，分析时间为16 min，比HJ 683–2014 方法缩短一半多，故选择流量为1.5 mL／min。

2.5 线性方程与检出限

在1.4 仪器工作条件下，分别对1.3 中的13 种醛酮类衍生物系列混合标准溶液进行测定，以13 种醛酮类衍生物的质量浓度（x）为横坐标，对应的色谱峰面积（y）为纵坐标，绘制标准曲线，计算线性方程和相关系数。按照HJ 168—2010［16］要求，并参考HJ 683—2014 中说明，在1.4 仪器工作条件下，对质量浓度为0.025 μg／mL 的空白管加标洗脱液平行测定7 次，计算测定结果的标准偏差，按照MDL ＝t（n-1，0.99）s（置信度为99%时t为3.143）计算方法检出限，以4 倍检出限作为定量限，采样体积以0.05 m3计算。13 种醛酮类衍生物的线性范围、线性方程、相关系数、检出限及定量限见表2。由表2 可知，13 种醛酮类衍生物的质量浓度在0.05～2.0 μg／mL的范围内与色谱峰面积具有良好的线性关系，相关系数均不小于0.999 8，方法检出限为0.16～0.47 μg／m3，定量限为0.64～1.88 μg／m3。

表2 13 种醛酮类衍生物的线性范围、线性方程、相关系数、检出限及定量限

2.6 加标回收与精密度试验

在空白采样管中加入一定量的13 种醛酮类衍生物混合标准溶液，加入量分别为0.5、2.5、5.0 μg，按照1.2 方法平行处理6 份样品，收集洗脱液并用乙腈定容至5 mL 容量瓶中，加标后待测溶液中13 种醛酮类衍生物的质量浓度均分别为0.1、0.5、1.0 μg／mL，在1.4 仪器工作条件下进行测定，结果见表3。由表3 可知，测定结果的相对偏差为0.5%～4.3%，加标回收率为97.2%～101.1%，表明该方法精密度和准确度较高，满足醛酮类化合物测定要求。

表3 加标回收与精密度试验结果

2.7 实际样品测定

按照所建立的方法，分别选择烟台市两处居民区和两处工业园区环境空气样品进行测定，结果见表4。由表4 可知，居民区仅有甲醛、乙醛和丙酮检出，且含量较低，其余化合物均未检出；工业园区甲醛、乙醛和丙酮均有检出，且含量比居民区高，其它特征性组分如丁酮和间甲基苯甲醛也有检出。多次测定结果证明，居民区环境空气中甲醛、乙醛和丙酮是常见检出组分，工业园区由于生产企业物料和生产工艺不同，环境空气中检出组分也不相同，故该方法既适用于相对清洁的居住区环境空气的测定，也适用于成分复杂的工业园区环境空气的测定。

3 结语

建立了高效液相色谱法快速测定环境空气中13 种醛酮类化合物的分析方法。该方法选用Poroshell 120 SB–C18色谱柱能够将13 种醛酮类化合物全部分离，分析时间为16 min，与HJ 683–2014方法（40 min）相比，大幅度缩短了分析时间，提高了工作效率。同时该方法试剂用量少，精密度和准确度高，满足日常检测分析要求，可用于环境空气中13 中醛酮类化合物的快速分析。

表4 环境空气样品中13 种醛酮类化合物质量浓度测定结果 μg／m3