高效液相色谱法测定水性涂料中碘丙炔醇丁基氨甲酸酯

2022-06-28甘合智韦东张海殷

化学分析计量 2022年6期

甘合智，韦东，张海殷

(广西壮族自治区产品质量检验研究院，南宁 530000)

由于涂料中含有有机物质，为微生物和藻类的滋生和繁殖提供了丰富的物质基础，而微生物和藻类在新陈代谢过程中产生的酶和有机酸等代谢物质可使涂料中的有机物质、涂膜受到破坏。当涂膜受到微生物和藻类侵害后，成膜物质溶解，直到变色、起泡、粉化、脱落，致使被保护的材料失去保护层，失去对环境的抵御能力。为改善普通涂料的上述缺陷，涂料制造商在生产涂料过程中都会加入合适的防霉剂、抗菌剂或抗藻剂，以保护涂料产品从生产、贮存到成膜后均免受微生物侵蚀[1]。碘丙炔醇丁基氨甲酸酯(IPBC)作为一种环保、高效的有机防霉剂，主要通过缓慢释放碘离子，与蛋白质—SH 基发生反应而杀死微生物，具有广谱抗菌活性，对霉菌、变色菌和藻类均具有良好的防治效果，已广泛应用于木材、油漆、涂料、建筑材料、化妆品等领域。特别在涂料及相关原材料领域的干膜防霉防藻方面，IPBC 作为主流的生物杀伤剂品种得到广泛应用[2]。

涂料配方中引入的生物杀伤剂在保护涂料免受微生物侵蚀的同时，也会对水生环境及人类健康造成危害。为加快并促进我国涂料产品的绿色化进程，2018 年7 月1 日正式实施的国家标准GB/T 35602—2017 《绿色产品评价涂料》将IPBC、异噻唑啉酮、吡啶硫酮锌(ZPT)等对人体健康和环境产生危害的生物杀伤剂品种列入水性涂料品质指标项目，并规定了其使用限量[3]。在GB/T 35602—2017 规定的有限量要求的生物杀伤剂品种中，目前已有相关测定方法报道，如林日平等[4]采用高效液相色谱(HPLC)法测定水性建筑涂料乳液中异噻唑啉酮类杀菌剂；陶琳等[5]采用高效液相色谱法测定海洋涂料中吡啶硫酮锌；蒋莹等[6]采用高效液相色谱法测定水性涂料中多菌灵、敌草隆、百菌清和三氯生；薛秋红等[7]采用气相色谱-质谱法同时检测海洋涂料中百菌清、苯氟磺胺、Sea-Nine 211和Irgarol 1051；蒋莹等[8]采用气相色谱法测定水性涂料中N，N-二(3-氨基丙基)十二烷基胺等，但尚未见测定水性涂料中生物杀伤剂IPBC 的报道，因此建立水性涂料中IPBC 测定方法显得尤为迫切。目前针对IPBC 的检测主要集中在化妆品及木材行业，测定方法主要有气相色谱法[9]、气相色谱-质谱法[10]、高效液相色谱法[11-13]、液相色谱-质谱法[14]、高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法[15]等。氨基甲酸酯类物质具有热不稳定性，不适用于气相色谱法分析，而液相色谱-质谱法、高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法设备费用高昂，难以普及应用。笔者采用高效液相色谱法测定水性涂料中IPBC 的含量，实现了水性涂料中IPBC 的准确、快速测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

高效液相色谱仪：SHIMADZU LC-2030C 3D Plus 型，配有二极管阵列检测器(DAD)，日本岛津科技有限公司。

电子分析天平：ME 204 型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多公司。

酸度计：PHS-3C 型，分辨率为0.01，上海仪电科学仪器股份有限公司。

高速离心机：TGL-20B 型，上海安亭科学仪器厂。

超声波清洗器：KQ-300ES 型，昆山市超声仪器有限公司。

IPBC：纯度不小于98%(质量分数)，北京百灵威科技有限公司。

甲醇：色谱纯，国药集团化学试剂有限公司。

磷酸二氢钾、磷酸：分析纯，广州新建精细化工厂。

实验所用其它试剂均为分析纯。

实验用水为超纯水。

1.2 色谱条件

色谱柱：Shim-pack GIST C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm，日本岛津科技有限公司)；柱温：30 ℃；进样体积：10 μL ；检测波长：230 nm；流动相：甲醇-0.05 mol/L磷酸二氢钾溶液(体积比为60∶40)，流量为1.0 mL/min。

1.3 溶液配制

磷酸二氢钾溶液：0.05 mol/L，pH 值为4.0±0.05，称取磷酸二氢钾6.80 g 于100 mL 烧杯中，加水溶解，溶液移至1 000 mL 容量瓶中，用水定容至标线，混匀，用磷酸调节pH 值至4.0。

大气降水对内蒙古草原天然牧草产量影响的研究…………………………………………… 李夏子，王宇宸，朝鲁，苏立娟（130）

IPBC 标准储备溶液：10.0 mg/mL，准确称取适量IPBC，用甲醇溶解，溶液移至25 mL 容量瓶中，用甲醇定容至标线，混匀，于2～8 ℃避光保存，有效期为3 个月。

IPBC 系列标准工作溶液：依次移取0.020、0.040、0.125、0.250、0.500 mL 的IPBC 标准储备液，分别置于5 只25 mL 容量瓶中，用甲醇稀释并定容至标线，配制成IPBC 的质量浓度分别为8.0、16.0、50.0、100.0、200.0 μg/mL 的系列标准工作溶液。

1.4 样品处理

称取涂料试样1.00 g，置于10 mL 具塞比色管中，加入甲醇约8 mL，超声提取10 min，冷却至室温后，用甲醇稀释并定容至10.0 mL。摇匀后取上述样品溶液，以20 000 r/min 转速离心5 min，取上清液作为样品溶液。如果样品中IPBC 的响应值超过标准工作曲线的线性范围，则减少称样质量，保证响应值在线性范围内。

称取空白水性涂料样品1.00 g，置于10 mL 具塞比色管中，向其中加入一定量的IPBC 标准溶液，混匀，同法制备加标样品溶液。

1.5 实验方法

移取IPBC 标准工作溶液、样品溶液、样品加标溶液各2 mL，经0.22 μm 有机相滤膜过滤，取滤液按1.2 色谱条件进行测定，以色谱峰面积标准曲线外标法定量。

2 结果与讨论

2.1 流动相选择

通过文献检索和前期预试验，以C18色谱柱为分离柱，分别考察乙腈-水、甲醇-水、甲醇-乙酸钠溶液、甲醇-磷酸二氢钾溶液4 种流动相体系对IPBC 的分离情况。结果表明，流动相的组成和配比不同，IPBC 呈现出不同的分离选择性和洗脱强度的差异。以甲醇-磷酸二氢钾溶液作为流动相时，IPBC 色谱峰形良好、重复性较好，故选择甲醇-磷酸二氢钾溶液作为流动相。

以甲醇-磷酸二氢钾溶液为流动相，考察甲醇与磷酸二氢钾溶液的体积配比分别为60∶40、50∶50、40∶60 时IPBC 的色谱行为。结果表明，当甲醇的体积分数增加时，保留时间缩短；甲醇的体积分数减少时，保留时间延长。以体积比为60∶40的甲醇-磷酸二氢钾溶液作为流动相体系时，IPBC标准溶液、空白样品溶液、加标样品溶液色谱图如图1～图3 所示。结果表明，IPBC 色谱峰的理论塔板数均大于7 000，分离度大于2.0。结合分离效果和分析效率因素，选择甲醇-磷酸二氢钾溶液(体积比为60∶40)作为流动相体系。

图1 IPBC 标准溶液色谱图

图2 空白样品溶液色谱图

图3 加标样品溶液色谱图

2.2 检测波长选择

表1 不同波长条件下IPBC 系列标准溶液的信噪比试验结果

图4 IPBC 的全波长吸收光谱图

图5 不同波长条件下IPBC 标准溶液的色谱图

结果表明，IPBC 系列标准工作溶液的信噪比最大、检出限(DL)最低的波长均为230 nm。这是由于流动相组分中的甲醇有紫外吸收，噪音增大，不适用于低波长(小于210 nm)条件下的检测[12]。综合考虑，选择信噪比最大且有较强吸收的230 nm 为检测波长。

2.3 柱温及流动相流量选择

分别比较了25～35 ℃柱温下IPBC 的保留时间和分离效率。结果表明，柱温在25～35 ℃范围内时分离效果均较为理想。综合考虑，选择柱温为30 ℃。

兼顾分析时间、柱压和分离效果，流动相流量选择1.0 mL/min。

2.4 超声萃取时间选择

IPBC 是氨基酸类衍生物，易溶于低级醇类，用甲醇作为溶剂进行超声萃取，甲醇的用量、超声波萃取温度对测定结果影响不大[10]。为了确定合适的超声萃取时间，以未检出IPBC 的水性涂料作为阴性样品，向其中添加1 250 mg/kg 的IPBC，制备4 份加标样品，分别超声萃取5、10、15、20 min，考察不同超声萃取时间对IPBC 回收率的影响，结果如图6 所示。由图6 可以看出，在超声波萃取5 min 后，IPBC 回收率不再随着萃取时间的增加而增加，基本稳定在90%以上，因此以甲醇为萃取溶剂，选择超声萃时间为10 min 可以满足测定要求。

图6 不同萃取时间IPBC 的回收率

2.5 线性方程与检出限

在1.2 色谱条件下，对IPBC 系列标准工作溶液进行测定。以IPBC 的质量浓度为横坐标、对应的色谱峰面积为纵坐标进行线性回归，计算线性方程和相关系数。结果表明，IPBC 的质量浓度在8.0～200.0 μg/mL 范围内与色谱峰面积线性良好，线性方程为y=927.47x-509.7，相关系数为0.999 9。

在1.2色谱条件下，测定IPBC的质量浓度为4.0 μg/mL 的标准工作溶液，以3 倍信噪比对应的质量浓度作为方法检出限，得检出限为4.3 μg/mL。根据样品称样量为1.00 g，定容体积为10.0 mL，换算成样品中IPBC 的质量分数，检出限为43 mg/kg，低于GB/T 35602—2017 规定的水性涂料中IPBC 限量(1 500 mg/kg)[3]，满足绿色涂料中IPBC评价性检测要求[16]。

2.6 加标回收与精密度试验

取未检出IPBC 的水性涂料作为阴性样品，参照国家标准GB/T 35602—2017 规定的IPBC 限量要求，在阴性样品中分别按照低、中、高3 种质量浓度水平添加IPBC 标准溶液进行加标回收试验，按实验方法对每种加标水平的样品平行测定6 次，计算平均加标回收率和测定结果的相对标准偏差，结果见表2。