液相色谱法测有机硅涂料中多环芳烃

     摘要:建立了一种采用液相色谱检测有机硅涂料中多环芳烃的方法,该方法所用色谱柱为多聚C18(LC-PAH)柱,流动相为乙腈/水,采用梯度淋洗方式,开始时为40%乙腈,28min后变为82%乙腈,48min后变成100%乙腈,保持8min。该方法的线性范围为0.10～200mg/L,线性相关系数为0.9993～1.0000,平均回收率为69.59%～100.31%,精密度实验RSD为1.34%～7.84%,检测限(S/N=5)为0.05～0.10mg/L。该方法*可以满足有机硅涂料中多环芳烃的检测要求。
    关键词:液相色谱;多环芳烃;有机硅涂料
    0引言
    多环芳烃具有生物难降解性和累积性,目前已经证实有16种多环芳烃是高致癌、致畸变、致突变的物质,而被EPA列为优先考虑的污染物[1]。
    多环芳烃广泛存在于石化产品中,自2005年起,我国出口到欧盟的电动工具多次因被检出多环芳烃总含量超过0.1%而遭查扣,仅德国海关就扣留了8000万美元的货物,同时已经上架销售的在我国生产的电动工具也纷纷被撤下柜台。德国政府还强制规定所有在德国销售的电动工具均须经过检验以证明其不含有过量多环芳烃。这一技术壁垒措施的事实,对我国电机产品出口欧盟带来严峻的挑战。
    有机硅涂料是以有机硅为主要成膜物质的一类涂料,能防水防潮,具有良好的耐高温性能和电气性能,因此广泛应用于涂覆耐高温的设备以及无线电元件、电机、电器变压器线圈浸渍等。目前国内外尚无检测有机硅涂料中多环芳烃含量的方法,为了应对欧盟的技术壁垒措施,建立一套可以准确测定有机硅涂料中多环芳烃含量的检测方法就具有十分重要的意义。
    目前国内外分离和检测多环芳烃的主要方法有薄层层析荧光光度法[2]、纸层析荧光光度法[3]、荧光分光光度法[4]、毛细管柱气相色谱法[5-8]、液相色谱法[9-12]和气相色谱-质谱联用法[13-15],其中液相色谱法具有不需要高温、对某些多环芳烃有较高的分辨率和灵敏度、柱后馏分便于收集进行光谱鉴定的优点,近年来在多环芳烃的检测方面得到了广泛的应用。本文建立了一个采用液相色谱法测定有机硅涂料中多环芳烃含量的方法,该方法线性范围广、灵敏度高,可满足检测工作的需要。
    1实验部分
    1.1仪器与试剂
    日本岛津公司ShimadzuLC-10Avp液相色谱仪,配LC-10Advp四元泵、紫外二极管阵列检测器、多聚C18(LC-PAH)色谱柱、SIL-HTC自动进样器和LCSolution工作站软件。标准品萘(纯度99.4%)、苊烯(纯度99.9%)、苊(纯度99.9%)、芴(纯度99.6%)、菲(纯度97.9%)、蒽(纯度99.9%)、荧蒽(纯度98.2%)、芘(纯度96.6%)、苯并[a]蒽(纯度98.3%)、屈(纯度99.2%)、苯并[b]荧蒽(纯度99.9%)、苯并[k]荧蒽(纯度99.5%)、苯并[a]芘(纯度99.1%)、二苯并[a,h]蒽(纯度99.1%)、苯并[g,h,i]苝(二萘嵌苯)(纯度99.1%)、茚苯[1,2,3-c,d]芘(纯度98.7%)以及内标perylene-D-12(纯度99.5%)均由美国Supelco公司提供。
 乙腈、正己烷:均为色谱纯,分别由Merk公司和TEDIA公司提供;氯化钠、环己烷、二氯甲烷、二甲基亚砜:均为分析纯,均由广州化学试剂厂提供;实验用水:为经过Millipore-QRG纯水系统过滤的二次水。
    1.2分析条件
    LC-PAH色谱柱,柱温35℃,检测波长210nm,采用梯度淋洗方式,开始时,流动相为乙腈:水=40∶60,28min后,变为乙腈∶水=82∶18,48min后,变成乙腈∶水=100∶0,保持8min。流速为1.5mL/min,进样量为20μL。
    1.3标准溶液的配制
    用色谱纯正己烷分别配制浓度约为1000mg/L的储备液,使用时再用正己烷稀释至所需要的浓度。
    1.4样品处理
    取1.0g左右有代表性的样品,用10mL环己烷溶解后转移到分液漏斗中,用10mL经环己烷饱和的二甲亚砜萃取两次,合并二甲亚砜相,加入4%氯化钠溶液后,充分振荡,再用10mL环己烷反萃取两次。环己烷萃取液用70℃的4%氯化钠溶液洗涤两次,用氮气吹干后,用正己烷定容至2mL,再用已活化的硅胶小柱净化。过柱后,先用2mL正己烷淋洗,弃去该淋洗液。然后用5mL正己烷∶二氯甲烷(1∶2)淋洗,收集该淋洗液,用氮气吹至近干,用与待测物浓度相近的内标溶液定容后,进行液相色谱分析。
    2结果与讨论
    2.1色谱柱的确定
    分别采用普通C18(DiamonsilC18)反相柱和经过特殊处理后的多聚C18(LC-PAH)柱进行了实验,实验表明,采用普通C18柱时,16种多环芳烃中苊烯和苊的色谱峰*重合,而苯并[a]芘和屈、苯并[b]荧蒽和苯并[k]荧蒽、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]苝(二萘嵌苯)这三对色谱峰没有*分离,而采用LC-PAH色谱柱时,16种多环芳烃能得到*有效的分离。因此本文选择LC-PAH柱。
    2.2流动相的确定
    分别采用水/乙腈、水/甲醇、水/甲醇/乙腈三种流动相梯度淋洗体系对EPA规定的16种PAHs进行分离,实验表明,以水/乙腈流动相梯度淋洗体系对这16种多环芳烃的分离效果*,均能达到基线分离,故本文采用水/乙腈流动相梯度淋洗体系,开始时为40%乙腈,28min后变为82%乙腈,48min后变为100%,保持8min后再回到40%乙腈。
    2.3检测波长的确定
    据文献报道[16],不同的多环芳烃具有不同的紫外吸收光谱,因而在同一波长下不同的多环芳烃化合物的响应值各不相同。采用二极管阵列检测器对16种多环芳烃扫描,确定其zui大吸收波长,结果表明不同的多环芳烃的zui大吸收波长相差较大,为220～307nm,而在检测波长为210nm时,各被测物灵敏度均较好。在本实验中根据各化合物的紫外吸收光谱选择每个化合物紫外吸收光谱吸收zui强处的波长来进行多波长检测,以优化各化合物的检测灵敏度。图1为选用210nm作为检测波长时得到的液相色谱图。从图1可以清楚地看出,16种多环芳烃分离得相当好。
1—萘;2—苊烯;3—苊;4—芴;5—菲;6—蒽;7—荧蒽;8—芘;9—苯并[a]蒽;10—屈;11—内标;12—苯并[b]荧蒽;13—苯并[k]荧蒽;14—苯并[a]芘;15—二苯并[a,h]蒽;16—苯并[g,h,i]苝(二萘嵌苯);17—茚苯[1,2,3-c,d]芘
    图116种多环芳烃标准样品典型液相色谱图
    2.4前处理条件的优化
    2.4.1萃取溶剂的选择
    据文献报道[17],常采用环己烷、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等作为液体样品中多环芳烃的提取溶剂,经过大量的实验,本文zui后确定采用环己烷溶解样品后用二甲基亚砜提取多环芳烃,提取液加入4%氯化钠溶液后,再用环己烷进行反萃取。
    2.4.2萃取用溶剂前处理的影响
    多环芳烃易溶于二甲基亚砜中,且溶解度远大于在烷烃中的溶解度,同时二甲基亚砜只微溶于烷烃,因此用环己烷溶解液体样品后,选择用二甲基亚砜将溶解在环己烷中的多环芳烃萃取出来。
    二甲基亚砜能微溶于烷烃,为了观察这一因素对实验结果的影响,分别采用经环己烷饱和以及未经环己烷饱和的二甲基亚砜作为提取剂,对浓度约为10mg/L的16种多环芳烃混合标样进行萃取,观察其萃取效果,结果表明,除芴、苯并[b]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽外,其余12种多环芳烃用未经环己烷饱和的二甲基亚砜提取时,提取率均稍低一些。因此在本实验中均采用经环己烷饱和的二甲基亚砜作为提取溶剂。
    2.4.3反萃取时氯化钠浓度的影响
    在用环己烷从二甲基亚砜中反萃取多环芳烃时,氯化钠的浓度对反萃取效率有一定的影响。为了定量分析氯化钠浓度的影响,取氯化钠浓度分别为0、2%、4%和6%的盐水进行实验。氯化钠浓度为0时,结果发现很难分层,萃取效果很差,因此不予以考虑,而其他氯化钠浓度的盐水均可较快实现分层。分别取氯化钠浓度为2%、4%和6%的盐水来产生盐效应,对浓度约为10mg/L的16种多环芳烃混合标样进行萃取,观察其萃取效果,结果表明,氯化钠浓度分别为4%和6%时基本上均能达到相同的反萃取效果,两者均高于氯化钠浓度为2%的效果。经综合考虑,选择使用氯化钠浓度为4%的盐水。
    2.4.4洗涤盐水温度的影响
    在反萃取后的环己烷中还含有少量二甲基亚砜,由于二甲基亚砜在液相色谱图中会抬高基线,因此必须除去环己烷中的二甲基亚砜。分别用常温(约25℃)、40℃和70℃的4%盐水10mL洗涤环己烷萃取液2次,观察洗涤效果,结果发现只有70℃的盐水能达到较好的洗涤效果,其他温度的盐水均不能*将二甲基亚砜脱除。因此,选择用70℃以上温度的盐水洗涤环己烷萃取液。但盐水温度不能过高,否则会导致部分沸点较低的多环芳烃的回收率明显下降。
    2.4.5氮气吹干的影响
    在本实验中,环己烷萃取液先用氮气吹干后再用正己烷定容,为了判断这一过程是否会导致多环芳烃的损失,取用环己烷配制的各多环芳烃浓度均约为10mg/L的混标1mL,用氮气吹干后,再用1mL正己烷定容,测定其峰面积,并与用正己烷配制的同样浓度的混标的峰面积进行比较,结果表明,这一过程的回收率相当好,除易挥发的萘的回收率稍低外,其余15种多环芳烃基本上均没有损失。
2.4.6净化
    样品经二甲基亚砜萃取和环己烷反萃取后,萃取液尚残留有少量杂质,GC/MS分析结果表明杂质主要是低相对分子质量的硅氧烷,它们对多环芳烃的测定有一定影响,因此必须采用固相萃取的方式进行净化。
    根据文献报道[18],净化多环芳烃大多采用硅胶柱、中性氧化铝柱、硅藻土柱以及C18柱进行净化,分别用上述净化柱进行对比实验,均使用正己烷、正戊烷等非极性溶剂和二氯甲烷、丙酮等极性溶剂进行淋洗,结果表明硅胶柱的净化效果*。淋洗实验结果表明,采用正己烷淋洗时,可将硅氧烷等杂
    质去除,而此时多环芳烃被留在固定相上,然后用5mL正己烷∶二氯甲烷(1∶2)淋洗,就可将多环芳烃*洗脱下来,从而有效地实现了目标化合物与杂质的分离,达到净化的目的。
    2.5线性关系和检测限
    在本方法确定的实验条件下,对多环芳烃标准溶液在一定浓度范围内测定,其浓度与响应值有良好的线性关系,各多环芳烃的线性关系见表1。
    表116种多环芳烃的线性关系及检测限
    
    从表1中可以看出,各化合物的线性范围广,至少达到3个数量级,方法的线性较好,其线性方程的相关系数均在0.999以上,能很好地满足测试工作的需要。
    图2为某种有机硅涂料的液相色谱图,从图2可以看出,该有机硅涂料中并不含有待测的16种多环芳烃。采用在空白样品中加入标样进行实测的方法来测定各化合物的检测限,在S/N=5的条件下,确定测定各化合物的检测低限。
    图3为在该有机硅涂料中加入浓度约为0.1mg/L的16种多环芳烃混标后的液相色谱图,从图3中可以计算出各多环芳烃的检测限,结果也列于表1中。
    
    图2有机硅涂料的液相色谱图
    
    1-萘;2-苊烯;3-苊;4-芴;5-菲;6-蒽;7-荧蒽;8-芘;9-苯并[a]蒽;10-屈;11-苯并[b]荧蒽;12-苯并[k]荧蒽;13-苯并[a]芘;14-二苯并[a,h]蒽;15-苯并[g,h,i]苝(二萘嵌苯);16-茚苯[1,2,3-c,d]芘
    图3有机硅涂料加入011mg/L的PAHs混标的液相色谱图
    2.6精密度实验
    采用在实际样品中加入不同添加水平的混标的方式进行精密度实验,添加水平分别为1mg、5mg、10mg,按114所述方法进行处理后进行分析,采用内标法进行定量,每个添加水平单独测定7次,实验结果表明,其RSD值为1134%～7184%。
    2.7回收率实验
    采用在实际样品中加入一定量的多环芳烃混标的方式进行回收率实验,按1.4所述方法进行处理后进行分析,采用内标法进行定量,每个添加水平单独测定7次,结果如表2所示。从表2可知,多环芳烃的平均回收率为69.59%～100.32%,其RSD值为2.18%～7.63%。除易挥发的萘、苊烯、苊的回收率较低外,其余的回收率均令人满意。
 表2回收率实验
    
    3结语
    建立了一种有机硅涂料中多环芳烃的液相色谱测定方法,该方法简便可靠,灵敏度高,可满足有机硅涂料中多环芳烃的检验要求。