DNPH小柱采样高效液相色谱法测定环境空气中醛酮类化合物

王 玲，李云飞

(江苏省盐城环境监测中心，江苏 盐城 224002)

1 引言

醛酮类化合物是环境空气中广泛存在的一类痕量有机物[1]，是挥发性有机物(Volatile organic compounds, VOCs)的重要组成部分[2]，其主要来源于化石燃料燃烧、机动车尾气排放以及大气VOCs的光化学作用转化[3]。醛酮类化合物不仅是光化学烟雾的主要成分，还是二次有机气溶胶以及过氧硝基化合物的重要前体物[4]，一些醛酮类化合物还是毒害性空气污染物具有很强的毒性和致癌性，对人体健康具有潜在威胁[5，6]，例如甲醛具有生殖毒性，能降低免疫力损害呼吸系统，引发呼吸道感染等疾病，已被世界卫生组织确定为致癌和致畸物质[7，8]。其他的醛酮类化合物，特别是内烯醛和丙醛，即使在很低的浓度下也可能会引起眼睛、皮肤及上呼吸道黏膜等的刺激[9～11]。因此对环境空气中的醛、酮类化合物进行分析和检测显得尤为重要[12]。

目前，环境空气中醛酮类化合物的测定方法主要包括分光光度法、气相色谱-质谱法和液相色谱法[13]。其中，使用2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生化物的高效液相色谱测定醛酮类化合物的方法是目前最广泛使用一种方法[14]。1984 年美国环保署(USEPA)选择使用装有酸性DNPH乙腈溶液的吸收瓶采样使用液相色谱法测定的方法作为醛酮类化合物的标准方法[15]，1999年USEPA对该方法进行了改进，使用吸附管采集进行采集环境空气中醛酮类化合物[16]。我国环目前在保领域广泛应用的测定醛酮类化合物监测的方法主要有《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》HJ/T 400-2007[17]、《环境空气醛、酮类化合物的测定高效液相色谱法》HJ 683-2014[18]和《环境空气醛、酮类化合物的测定》HJ 1154-2020[19]。

本文结合盐城监测工作实际情况，对《环境空气醛、酮类化合物的测定高效液相色谱法》HJ 683-2014进行优化，探索了环境空气中醛、酮类化合物监测条件，以期为环境空气中醛、酮类化合物的实际监测分析工作和浓度限值制定提供参考。

2 实验部分

2.1 实验原理

DNPH采样管内填充涂有 2,4-二硝基苯肼(DNPH)的硅胶，当采集的空气样品通过DNPH采样管时，样品中的醛酮类化合物在酸性条件下与 DNPH发生缩合反应，生成相应的稳定性更好的腙类衍生物，反应过程如图1所示[20]。采集到的样品经乙腈洗脱后，通过高效液相色谱仪检测，以保留时间定性，峰面积定量。

R1、R2代表氢原子、烷基或芳香基团

2.2 仪器与试剂

液相色谱质谱仪(Agilent 1200)；恒流气体采样器(山东崂应2020型)；DNPH采样管(德国CNW)；碘化钾臭氧去除柱(德国CNW)；5 mL注射器(上海安普)；0.45 μm针头过滤器(上海安普)。

乙腈中13种醛酮类-DNPH混标(100 mg/L)；乙腈(HPLC级)。

2.3 仪器工作条件

2.3.1 色谱条件

色谱柱：ZORBAX SB-C18 4.60×250 mm 5-Micron；流量：1.0 mL/min。

检测器：二极管阵列检测器；检测波长360 nm；柱温：35 ℃。

洗脱条件：60 %乙腈保持20 min，20～30 min内乙腈从60 %线性增至100 %，30～32 min内乙腈再减至60 %，保持8 min。

2.3.2 样品采集与保存

样品按照HJ/T 55和HJ/T 194的要求采集，将臭氧去除小柱安装于DNPH采样管前端(采样前DNPH采样管应在4℃冰箱避光保存)，将接好的DNPH采样管与恒流采样器进气口相连，装采样流量设为1.0L/min，采样30min。采样完成后，采样管用密封帽密封，装入铝箔袋在4℃以下冷藏保存，30天内分析完毕。

2.3.3 样品前处理

加入乙腈洗脱采样管，让乙腈自然流过采样管，流向与采样时气流方向相反。将洗脱液收集于5 mL容量瓶中用乙腈定容，用注射器吸取洗脱液经针头过滤器过滤，转移至2 mL棕色样品瓶中，待测。

3 结果与讨论

3.1 色谱柱选择

为消除13种醛酮类化合物各组分间的干扰，提高各组分的分离度，考察了ZORBAX SB-C18(4.60×250 mm 5-Micron)、ZORBAX Ecilpse PAH(4.60×250 mm 5-Micron)、InfinityLab poroshell 120 EC-C18(4.60×250 mm 4-Micron)3种色谱柱的分离效果。结果表明，使用ZORBAX Ecilpse PAH 与PAHInfinityLab poroshell 120 EC-C18柱丙烯醛与丙酮、丁醛与正丁酮无法分离，部分化合物峰形不够尖锐，ZORBAX SB-C18能够将丙烯醛和丙酮分离且其他组分峰形较好，故选择ZORBAX SB-C18柱。

3.2 柱温与柱流量选择

在选择好色谱柱后对柱温与柱流量进行了考察。分别在柱温为25、35、45 ℃时依次考察流量为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3 mL/min丙烯醛与丙酮、丁醛与正丁酮的分离效果以及其他组分的峰型，研究结果表明，在柱温为35 ℃流量为1.0 mL/min时丙烯醛与丙酮、丁醛与正丁酮的分离效果最好，优化条件下13种醛酮类化合物的腙标样标准色谱见图2。

图2 13种醛酮腙标样的标准色谱

3.3 标准曲线与方法检出限

取乙腈中13种醛酮类-DNPH标准贮备液100 μL，加入900 μL乙腈，混匀，配制成浓度为10.0 mg/L的标准使用液；分别量取适量的标准使用液，利用系列稀释法配制得到浓度为0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg/mL的系列标准工作溶液。以峰色谱响应值为纵坐标，浓度为横坐标，绘制校准曲线，校准曲线的相关系数≥0.995，否则重新绘制校准曲线。

在标准系列浓度范围内所得13种醛酮类化合物的相关系数为0.9992～0.9999，详见表1。一般认为标准曲线第一个点的浓度接近仪器检出限(MDL)，配制浓度为0.1 μg/mL的标样，连续测定7次，用公式(其中t=3.143)先计算得到各组分的含量检出限，再用含量检出限除以气体取样体积(30 L)得到13种醛酮类-DNPH的方法检出限。13种醛酮类化合物的方法检出限范围为：0.071～0.464 μg/m3，结果详见表1。

表1 标准曲线及方法检出限

3.4 方法精密度与准确度

取浓度为10.0 mg/L的标准使用液，配制得到浓度为0.6 mg/L(0.3C)和浓度为1.6 mg/L(0.8C)的两个标准样品(C代表标准曲线浓度最高点2.0 mg/L)，连续测定7次，计算相对标准偏差(RSD)，详见表2。由表2可知，浓度为0.6 mg/L(0.3C)时RSD范围为：0.02%～3.5%；浓度为0.6 mg/L(0.8C)时RSD范围为：0.1%～6.6%，结果表明不论是低浓度等级还是高浓度等级，RSD均小于7.0%，说明该方法精密度良好。

取浓度为10.0 mg/L的标准使用液，配制得到浓度为1.0 mg/L的空白加标样品，连续测定7次，计算加标回收率，详见表2。由表2可知,空白加标回收率范围为：94.6%～99.1%，结果表明该方法准确度良好。

表2 方法精密度与准确度实验结果

3.5 实际样品分析

用建立的方法分析了盐城环境空气醛酮类化合物，对盐城环境监测中心、盐城电厂、盐塘河公园自动站和自亭湖区政府自动站4个站点的环境空气醛酮类化合物进行监测，监测时间为2022年5月1～31日，结果见表3。

由表3可知，2022年5月份盐城4个监测点位共检出4种醛酮类化合物，依次为甲醛、乙醛、丙酮和己醛，其平均浓度为1.64、1.48、0.50和0.65 nmol/mol，其中甲醛平均浓度最高为1.64 nmol/mol。醛酮类化合物平均浓度为1.07 nmol/mol，其中亭湖区政府自动站的醛酮类化合物平均浓度为1.46 nmol/mol，高于其他3个站点的醛酮类化合物浓度水平，这是因为该站点处于工业区，受工业排放影响较大[21]。

表3 盐城监测站点醛酮类化合物检出情况 nmol/mol

4 结论

《环境空气醛、酮类化合物的测定高效液相色谱法》HJ 683-2014进行优化给出了环境空气中13种醛、酮类化合物的通用检测方法，本文在此基础上结合当地实际建立了一套适合本实验室的方法。当测定范围为0.1～2.0 μg/mL时，13种醛酮类化合物各组分的线性关系良好，相关系数为0.9992～0.9999，方法检出限低于0.5 mg/m3。精密度试验的加标样相对标准偏差(RSD)范围为0.02%～6.6%；准确度试验的加标回收率为94.6%～99.1%。用建立的方法分析了2022年5月份盐城环境空气醛酮类化合物含量，5月份盐城环境空气醛酮类化合物平均浓度为1.07 nmol/mol。结果表明，该方法简化了实验操作，提高了工作效率和实验准确性，适用于测定环境空气中13种醛酮类化合物。