高效液相色谱法同时测定废水中的二甲基甲酰胺和二甲胺

2022-08-27段文胜刘益红

辽宁化工 2022年8期

段文胜，刘益红

（泸州东方农化有限公司，四川泸州 646300）

二甲基甲酰胺（DMF）既是一种用途极广的化工原料，也是一种用途很广的优良的溶剂，能与水及多数有机溶剂任意混合，对多种有机化合物和无机化合物均有良好的溶解能力，在有机合成反应中应用广泛，但其在酸、碱、紫外线作用下或加热到350 ℃以上易分解成二甲胺，所以DMF 废水中一般都含有二甲胺，二甲胺可以在亚硝酸盐存在下生成具有强致癌性的N-亚硝胺类物质[1]，而且DMF 和二甲胺也是影响水质氨氮指标偏高的重要因素，有关水中DMF 含量检测方法有分光光度法[2]、气相色谱法[3-6]、高效液相色谱法[7-8]，有关水中二甲胺含量检测方法有离子色谱法[9]、分光光度法[10]、气相色谱法[11]、顶空-气相色谱/质谱联用法[12]，同时测定废水中DMF 和二甲胺的高效液相色谱方法国内未见有文献报道。有人采用柱前衍生高效液相色谱法测定药品或空气中的二甲胺[13-15]，使用2,4-二硝基氟苯或丹酰氯做衍生化试剂，一般需要保温反应，反应时间长，操作麻烦，本文采用氯乙酰氯做衍生化试剂建立的高效液相色谱法无需保温二甲胺可衍生化完全，且可同时测定废水中的DMF 和二甲胺，操作简便、分离效果好，结果理想。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

LC-20ADVP高效液相色谱仪（日本岛津公司）；SPD-M20A 二极管阵列检测器（日本岛津公司）；LabSolution 色谱数据工作站（日本岛津公司）。DMF对照品99.5%（成都金山化学试剂有限公司）；二甲胺对照品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）；乙腈色谱纯（Sigma-Aldrich）；甲醇色谱纯（Sigma-Aldrich）；磷酸二氢钾分析纯（成都市科隆化学品有限公司）；氢氧化钠分析纯（成都金山化学试剂有限公司）；超纯水（重庆阿修罗超纯水机制造）。

1.2 色谱条件

色谱柱：CAPCELL PAK ADME S5 250 mm×4.6 mmid（SHISEIDO CO., LTD）；流动相：乙腈/水(14/86)；流速：1.0 mL·min-1；检测波长：UV 210 nm；柱温：40 ℃；进样量：10 μL。

1.3 实验方法

1.3.1 衍生化试剂的配制

取50 mL 容量瓶加入约5 mL 色谱纯乙腈，盖紧瓶塞称重，去皮，然后准确称取约100 mg（准确至0.1 mg）氯乙酰氯，加乙腈稀释定容，摇匀备用。

1.3.2 标准溶液的配制

分别取50 mL 容量瓶各加入约5 mL 乙腈，盖紧瓶塞称重，去皮，然后分别准确称取约20 mg（准确至0.01 mg）DMF 或二甲胺对照品，分别加超纯水稀释定容，摇匀。分别准确移取DMF 或二甲胺1 mL 于两个不同的50 mL 容量瓶中，加乙腈稀释定容，摇匀，再分别准确移取DMF 及二甲胺对照品稀释液0、1、2、3、4、5 mL 于6 个50 mL 容量瓶中，加0.1 mol·L-1氢氧化钠溶液约0.5 mL，加衍生化试剂约2 mL，摇匀并放置10 min，然后加入约2 mL甲醇，适当摇动使过量未水解的衍生化试剂酯化，加超纯水稀释，放置至室温，加超纯水定容，摇匀备用。

1.3.3 样品溶液的配制

按照1.3.2 的称样方式，称取废水样品约30 mg（准确至0.000 02 g），加0.1 mol·L-1氢氧化钠溶液约0.5 mL，加衍生化试剂约2 mL，摇匀并放置10 min，然后加入约2 mL 甲醇，适当摇动使过量未水解的衍生化试剂酯化，加超纯水稀释，放置至室温，加超纯水定容，摇匀备用。

1.3.4 样品的测定

在选定的色谱条件下，分别吸取标准（样品）溶液10 μL，进样（样品色谱图如图1），重复操作，计算DMF 及二甲胺衍生物相对标准偏差分别小于0.5%，记录DMF 及二甲胺衍生物的峰面积，并取其平均值。样品中DMF 及二甲胺的质量分数X按下式计算。

式中：A1—样品中DMF 或二甲胺衍生物峰面积平均值；

A2—标样中DMF 或二甲胺衍生物峰面积平均值；

m1—称取样品的质量，mg；

m2—稀释后对照品的质量，mg；

P—DMF 或二甲胺对照品的质量分数，%。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

2.1.1 色谱柱的选择

本文对比了Hypersil BDS C18柱、CAPCELL PAK ADME S5 柱和Hedera ODS-2 柱，结果发现在同样的流动相条件下，三种色谱柱对二甲胺衍生物的分离效果相当，但使用CAPCELL PAK ADME S5 色谱柱DMF 保留时间较长，可以避免杂质干扰，分离效果较好。

2.1.2 流动相的选择

本文比较了甲醇和乙腈做有机相的分离情况，发现使用甲醇做有机相，基线在DMF 出峰位置有负峰，干扰不易去除，所以本文选用乙腈/水做流动相，并对其配比进行了选择，最后确定为乙腈/水（14/86），其色谱图如图1 所示。

图1 废水试样液相色谱图

2.1.3 检测波长的选择

采用二极管阵列检测器对DMF、二甲胺衍生物对照品溶液进行紫外光谱扫描，发现DMF 吸收峰从223 nm 开始上升，到194 nm 最大，二甲胺在210 nm及193 nm 有最大吸收峰，考虑到低波长基线干扰较大，所以本文选用210 nm 作为检测波长。

2.2 衍生化试剂的选择

有人采用2,4-二硝基氟苯或丹酰氯柱前衍生高效液相色谱法测定二甲胺，均需要60 ℃或90 ℃水浴保温反应，操作麻烦，而且衍生物与DMF 出峰时间相差太大，需采用梯度洗胶完成，耗时较长，本文选用活性更强的氯乙酰氯进行实验，反应速度快，可室温短时间完成衍生化，且在该实验条件下氯乙酰氯与DMF 不反应，二甲胺衍生物与DMF 出峰时间相差不大，可采用等度洗脱完成，所以本文选用氯乙酰氯做衍生化试剂。

2.3 衍生化试验验证

取1.3.2 实验稀释后的标准溶液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氢氧化钠溶液约0.5 mL，加衍生化试剂约2 mL，摇匀，取2 份室温放置10 min，然后加甲醇酯化处理，加超纯水稀释并定容，摇匀备用；取四份放入50 ℃水浴中保温，30 min 后取出2 份，冷却，加甲醇酯化处理，加超纯水稀释并定容，摇匀备用；60 min后再取出2 份，冷却，按加甲醇酯化处理，加超纯水稀释并定容，摇匀备用。在实验选定色谱条件下检测，记录DMF 峰面积及二甲胺衍生物的峰面积，分别计算峰面积相对标准偏差（表1）。结果表明室温放置10 min 二甲胺可衍生化完全。

表1 衍生化试验验证

2.4 衍生化试剂加入量

按1.3.1 实验规定的方法，分别配制15 mg/50 mL、50 mg/50 mL、100 mg/50 mL 3 种质量浓度的衍生化试剂，按实验规定的方法进行试验，分别计算DMF峰面积及二甲胺衍生物的峰面积的相对标准偏差，结果无明显差异，考虑到氯乙酰氯易挥发，所以本文衍生化试剂质量浓度选为100 mg/50 mL。

2.5 缚酸剂选择及加入量

缚酸剂的加入有利于衍生化反应的快速完成，本文选用有机碱三乙胺及无机碱氢氧化钠溶液（0.1 mol·L-1）进行比较试验，发现使用氢氧化钠溶液对DMF 及二甲胺衍生物检测无干扰。分别加入0.1 mL、0.3 mL、0.5 mL、0.7 mL、0.9 mL、1.1 mL氢氧化钠溶液进行试验（测定供试液pH 为3.0～9.3），检测结果无明显差异，本文氢氧化钠溶液加入量选为0.5 mL。

2.6 线性范围与精密度

按1.3.2 实验规定的方法，分别配制不同浓度梯度的DMF 及二甲胺对照样各6 份，根据试验规定的操作方法测定，分别记录DMF、二甲胺衍生物色谱峰面积，以面积与浓度作图，测得DMF 标准曲线为Y=43 997.72C-55.69，r=0.999 8；二甲胺标准曲线为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的质量浓度范围内呈线性。准确称取同一样品，按试验规定方法，配制6份溶液，测定其中DMF及二甲胺的质量分数，DMF、二甲胺的RSD 分别为1.69%、2.01%。

2.7 方法的检出限

将1.3.2 配制的DMF 及二甲胺标准液稀释到测量下限，进样10.0 μL 测其信噪比，以信噪比为3时，计算得到DMF 及二甲胺最低检出浓度分别为2.93 μg·L-1、3.16 μg·L-1。

2.8 加标回收率的测定

按1.3.3 规定的方法，先分别准确称取6 份已知含量的废水样品约20 mg（准确至0.000 02 g），分别准确移入DMF 及二甲胺对照品各1 mL、2 mL、3 mL（各平行2 份），进行衍生化，然后加入甲醇酯化，加超纯水稀释，放置至室温，加超纯水定容，摇匀备用，在实验规定的条件下测定，计算回收率（表2）。