CN102042977B

CN102042977B - 毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法

Info

Publication number: CN102042977B
Application number: CN201010515468A
Authority: CN
Inventors: 邓必阳; 刘洋; 叶丽
Original assignee: Guangxi Normal University
Current assignee: Guangxi Normal University
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: CN102042977A

Abstract

本发明公开了一种毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，首先，采集空气样品或水样品，将采集的样品用铵盐溶液进行铵离子衍生化，或者在采集样品的同时进行铵离子衍生化；然后，用毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光测定经铵盐衍生后的溶液中的六次甲基四胺的含量；最后，通过换算六次甲基四胺的含量，即可得到空气或水中甲醛的含量。与现有技术相比，本发明的优点在于：操作简便，快速；灵敏度高，选择性好，而且不产生新的污染物，检测成本低，是检测空气或水中甲醛浓度的可行方法。

Description

毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法

技术领域

本发明涉及甲醛测定技术领域，具体涉及毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法。

背景技术

甲醛是一种无色易挥发的有机化工原料，也是一种潜在的致癌物质，对人体的健康有较大的危害，表现在刺激眼睛和呼吸道，造成肝、肺、免疫功能的异常等。主要来源于工业制造树脂、人造纤维、胶合板等，因此甲醛是室内空气污染的主要因素，也是环境、卫生、食品和纺织等行业中的重要检测项目之一。目前测定甲醛的方法主要有光度法、电化学法、色谱法、化学发光法、荧光光度法,催化动力学光度法等，但这些方法存在灵敏度低、选择性差、操作复杂、分析时间长、不能现场检测等不足。

毛细管电泳（capillary electrophoresi s，CE）以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离分析技术。是经典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物，与传统电泳相比，毛细管电泳技术的重要进展在于采用了高的散热效能、内径细的毛细管，引入高的分离电场，达到非常高的分离效率，全面改善了分离的质量，从而推动分析科学从微升水平进入纳升水平。它具有易实现自动化、分离效率高、分析速度快、样品消耗量少、装置简单、环境污染小等优点。目前，毛细管电泳已广泛应用于分子医学、生物学、药学等多个领域。

电化学发光法（electrochemi luminescence ECL）是在电极上施加一定的电压使电极反应产物之间或电极反应产物与溶液中某组分进行化学反应而产生的一种光辐射。是在化学发光基础上发展起来的的一种新的分析方法，它保留了化学发光分析的灵敏度高、线性范围宽、观察方便和仪器简单等优点，还具有电化学分析控制性强、选择性好、试剂稳定、控制容易等优点，扩大了可检测物质的范围，易于与其他技术，如流动注射，高效液相色谱，毛细管电泳等联用。在电化学发光体系中，联吡啶类或邻菲咯啉类的钌(Ⅱ)和锇(Ⅱ)配合物，具有水溶性好、性质稳定、发光量子产率较高，且发光后不被破坏，有着较好的应用前景。

将毛细管电泳-电致化学发光检测联用是一种新的高效分离技术。该技术兼有毛细管电泳的快速、高效分离、样品用量少及电化学发光的灵敏、原位、高选择性等优点。把毛细管电泳与电化学发光结合起来，是一种高效、快速、微量和便于自动化的检测新方法，但至今为止未见有用该方法测定空气或水中甲醛的文献报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种选择性好、灵敏度高且操作简便，不产生新的污染物的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其步骤如下：

首先，采集空气样品或水样品，将采集的样品用铵盐溶液进行铵离子衍生化，或者在采集样品的同时进行铵离子衍生化；

然后，用毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光测定经铵盐衍生后的溶液中的六次甲基四胺的含量；

最后，通过换算六次甲基四胺的含量，即可得到空气或水中甲醛的含量。

申请人发现，六次甲基四胺对三联吡啶钌(Ru(bpy)₃ ²⁺)在铂电极上的电化学发光有增强作用，利用空气样品或水样品中的甲醛与铵离子反应生成六次甲基四胺，从而建立毛细管电泳-电化学发光间接测定空气及水中甲醛含量的新方法。其中甲醛与铵离子进行如下衍生反应：

4NH₄ ⁺+6HCHO＝＝＝(CH₂)₆N₄H⁺+3H⁺+6H₂O。

为说明六次甲基四胺对三联吡啶钌在铂电极上的电化学发光有增强作用，申请人分别对含有5mmol·L^-1三联吡啶钌的50mmol·L^-1磷酸盐缓冲溶液(pH7.5)和含有5mmol·L^-1三联吡啶钌+1.0μg·mL^-1六次甲基四胺的50mmol·L^-1磷酸盐缓冲溶液(pH 7.5)进行循环伏安和正向线性电位扫描，扫描速度均为100mV·s^-1，记录电化学发光曲线，所得结果如图1所示。从图1中可以看出，三联吡啶钌（曲线a）只有较弱的电化学发光信号；而加入六次甲基四胺后（曲线b）电化学发光信号得到显著增强。

上述技术方案中，电化学发光检测采用铂盘电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为辅助电极；铂盘电极的检测电位为1.20～1.40V，检测池中为pH 7.5～9.5缓冲溶液,毛细管电泳分离缓冲液为pH6.5～8.0缓冲溶液，分离电压为12～17kV，进样电压为10～15kV，进样时间为8～12s。

优选的检测条件为：所述铂盘电极的检测电位为1.25V，检测池中含5mmol·L^-1Ru(bpy)₃ ²⁺及50mmol·L^-1 pH 8.5磷酸盐缓冲溶液，分离缓冲液为10mmol·L^-1 pH 7.5磷酸盐缓冲溶液，分离电压为15kV；进样电压为12kV，进样时间为10s。

在上述检测条件下，空气中甲醛浓度线性范围为0.48μg·m^-3～96mg·m^-3，水中甲醛浓度线性范围为0.000032～6.4μg·mL^-1。

所述铵盐溶液为选自硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、醋酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的任一种或两种以上铵盐的水溶液。

所述铵离子的加入量不应少于依据上述甲醛与铵离子的衍生反应式计算得出的量，至少加入的物质的量为2.1×10^-12mol，更进一步至少加入的物质的量为4.3×10^-7mol。

测定空气中甲醛含量时，在取样的同时进行铵离子衍生化，其方法是将空气通入置有铵离子溶液的容器中进行铵离子衍生化。具体是利用与容器管路连通的玻璃转子流量计、再通过与玻璃转子流量计管路连通的气泵将空气通入。一般控制空气的通入流速为0.1～1.0L·min^-1，通入时间为0.2～2min，优选通入流速为0.1L·min^-1，通入时间为2min。当然也可以是其它任何的流速和通入时间，但这种操作有可能使得采集的样品中甲醛含量已超出本申请方法的测定上限，因此此时则需要将采集的已进行铵离子衍生化的溶液进行稀释一定倍数后(大概稀释至其中甲醛浓度在0.48μg·m^-3～96mg·m^-3范围内)再依据本申请所述方法进行操作，使用这种方法时，在后续计算空气中甲醛浓度需要考虑稀释倍数(即计算时的采样体积已不是原来的采样体积，而是原来采样体积除以稀释倍数)；如果经稀释后测得结果仍超出本申请方法的测定上限，则需进一步稀释，直至检测结果在本申请的检出范围内。另外一种方法是，重新采样，减小采样时的流速或者减少采样时间，或者同时减少采样流速和采样时间。如果甲醛测定结果小于测定下限，这时需要重新采样，增加采样时的流速或者增加采样时间，或者同时增加采样流速和采样时间。

测定水中甲醛含量时，在取样后进行铵离子衍生化，其方法是取样后先调节其pH值至中性，然后加入铵盐溶液，摇匀，即完成铵离子衍生化。如果所取样品中甲醛含量超过本申请方法所能测定的范围，则对其进行稀释后再按本方法操作。在调节样品的pH值时，如果样品偏酸则用氢氧化钠溶液调节，如果样品偏碱，则用盐酸调节。

当用毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光测得六次甲基四胺的浓度时，再按下述公式计算空气样品或水样品中甲醛的浓度：

C₁=(6M₁C₂V₂)/(M₂V₁)

其中：M₁为甲醛分子量；M₂为六甲基四胺的分子量，C₁为甲醛浓度，C₂为六次甲基四胺的浓度，V₂为检测溶液的体积，V₁为水样体积或者是空气的采样体积；当计算水样中甲醛浓度时，V₁为直接采集的水样体积，当计算空气中的甲醛浓度时，V₁为采样流速F（m³/min）和采样时间t(min)的乘积，则上述公式变为：C₁＝(6M₁C₂V₂)/(M₂Ft)。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、操作简便，快速；

2、灵敏度高，本发明所述方法的检出限为0.15μg·m^-3（空气中）、0.01ng·mL^-1(水中)。对1.0ng·mL^-1的甲醛标准液连续6次测定，峰高的RSD为1.2%，迁移时间的RSD为1.5%；

3、选择性好，空气中或水中含有甲醛含量1000倍的乙醛、丙酮、甲醇及乙醇，100倍的二氧化硫及硫化氢对毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定甲醛没有干扰；水中苯甲醛含量为甲醛含量1000倍时没有干扰。

4、本发明所述方法不产生新的污染物，检测成本低，是检测空气中甲醛浓度的可行方法。

附图说明

图1为含有5mmol·L^-1三联吡啶钌的50mmol·L^-1磷酸盐缓冲溶液(pH7.5)和含有5mmol·L^-1三联吡啶钌+1.0μg·mL^-1六次甲基四胺的50mmol·L^-1磷酸盐缓冲溶液(pH 7.5)进行循环伏安和正向线性电位扫描(扫描速度均为100mV·s^-1)，所得的电化学发光曲线图，其中a为5mmol·L^-1三联吡啶钌+50mmol·L^-1 pH 7.5磷酸盐缓冲溶液的电化学发光曲线；b为5mmol·L^-1三联吡啶钌+50mmol·L^-1 pH 7.5磷酸盐缓冲溶液+1.0μg·mL^-1六次甲基四胺的电化学发光曲线。

图2为实施例1中的空气采样装置；其中，1气泵；2玻璃转子流量计；3吸收瓶；4衍生后的样品溶液出口；5空气出口；6硫酸铵溶液；7塑料管；8溶液出口阀；

图3对0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液、0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液+0.1ng·mL^-1六次甲基四胺和实施例1采集的经铵离子衍生化的空气样品进行毛细管电泳三联吡啶钌电化学发光检测，得到的电泳图，其中a表示0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液的电泳图，b表示0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液+0.1ng·mL^-1六次甲基四胺的电泳图，c表示本实施例采集的经铵离子衍生化的空气样品的电泳图；

图4为实施例1中样品1的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光曲线；

图5为实施例1中样品2的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光曲线；

图6为实施例1中样品3的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光曲线；

图7为实施例2采集的漓江水样的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光图。

具体实施方式

以下实施例中用到试剂及溶液的配制：

六次甲基四胺标准溶液（100μg·mL^-1）：称取0.0100g分析纯六次甲基四胺，用少量水溶解，转移至100mL容量瓶中，定容，置4℃冰箱中保存，使用时用水稀释至所需浓度。

硫酸铵溶液（1mg·mL^-1）：称取0.1000g分析纯硫酸铵，用少量水溶解，转移至100mL容量瓶中，定容，置4℃冰箱中保存，使用时用水稀释至所需浓度。

六水合三联吡啶氯化钌(美国Alfa公司)；磷酸二氢钠(上海新华化工厂)；磷酸氢二钠(湖南试剂厂)；磷酸钠（汕头市化学试剂厂）。实验所用试剂均为分析纯，水为双蒸馏水。

实施例1：测定空气中的甲醛浓度

1、采样地点：广西桂林市育才路15号，广西师范大学化学实验楼。

2、采样用的实验装置

本实施例中进行空气采样的装置如图2所示，主要由一吸收瓶3、玻璃转子流量计2和气泵1组成，所述的吸收瓶3和玻璃转子流量计2之间、玻璃转子流量计2和气泵1之间以塑料管7连通，吸收瓶3内装有3mL浓度为0.5mg·mL^-1的硫酸铵溶液6，在吸收瓶3的顶部还开有一个空气出口5，底端开有另一衍生后溶液出口4，该出口4连接有管道，管道上设有出口阀8，完成铵离子衍生化的溶液通过此出口阀8排出。

3、采样

向空气采样装置中的吸收瓶3注入3mL浓度为0.5mg·mL^-1的硫酸铵溶液6，调节气泵1的流速为0.1L·min^-1，控制采样时间为2min。然后将吸收瓶3中的完成铵离子衍生化的溶液通过出口阀8进入收集瓶中，从收集瓶中取1mL经过0.45μm醋酸纤维素膜过滤后于毛细管电泳进样管中，之后进行测定程序。

4、测定

(1)工作电极每两星期取出用0.3μm Al₂O₃粉末抛光，再用双蒸馏水超声清洗10min后置于毛细管出口末端处，调试两者距离为200μm，毛细管每次实验前分别用0.1mol·L^-1 NaOH溶液冲洗10min，水冲洗5min，10mmol·L^-1磷酸盐缓冲液（pH 7.5）平衡10min。检测条件：直径300μm铂盘电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为辅助电极。未涂层弹性石英毛细管75μm i.d.×40cm。检测电位1.25V，电驱动进样为12kV×10s，分离电压为15kV，ECL池中充满5mmol·L^-1 Ru(bpy)₃ ²⁺和50mmol·L^-1磷酸盐缓冲液(pH 8.5)300μL，实验20次后更换新鲜溶液，所有溶液在进入毛细管前须用0.45μm醋酸纤维素膜过滤，光电倍增管的电压设置为-800V。

以0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液为空白样品、0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液+0.1ng·mL^-1六次甲基四胺为对照样品、本实施例采集的经铵离子衍生化的空气样品为实验样品，将上述待测物进行检测(检测仪器：MPI-B型多参数化学分析测试系统，西安瑞迈电子科技有限公司)，记录其毛细管电泳电化学发光图，如图3所示，其中曲线a表示0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液的电泳图，曲线b表示0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液+0.1ng·mL^-1六次甲基四胺的电泳图，曲线c表示本实施例采集的经铵离子衍生化的空气样品的电泳图。由该图可见，曲线c中的峰是六甲基四胺的峰。

(2)计算所测样品的毛细管电泳电化学发光峰面积。

(3)根据所得峰面积和得到的工作曲线，求出所测溶液中六次甲基四胺的浓度（C₂）。

其中测定六次甲基四胺浓度的步骤如下：

①配置一系列六次甲基四胺的标准溶液（2.5×10^-5,20×10^-5，100×10^-5,1000×10^-5,10000×10^-5,100000×10^-5及5μg·mL^-1）。

②采用毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光分析方法，使用MPI-B型多参数化学分析测试系统（西安瑞迈电子科技有限公司）在下述检测条件下:检测电位为1.25V(铂盘电极)；检测池中含5mmol·L^-1 Ru(bpy)₃ ²⁺及50mmol·L^-1 pH 8.5磷酸盐缓冲溶液300μL；分离缓冲液为10mmol·L^-1 pH7.5磷酸盐缓冲溶液；分离电压为15kV；进样高压为12kV，进样时间为10s。光电倍增管的电压设置为-800。进行标准溶液测定，得到峰面积与六次甲基四胺标准溶液浓度工作曲线。

③根据样品溶液的峰面积与工作曲线法相比，得到样品溶液中六次甲基四胺的浓度为19.2μg·L^-1

(4)根据如下公式计算空气中甲醛含量。

C₁=(6M₁C₂V₂)/(M₂Ft)=(6×30×19.2×3×10^-3)/(140×0.1×2)=0.37μg·L^-1=0.37mg·m^-3

M₁为甲醛分子量；M₂为六次甲基四胺的分子量，C₁为空气中甲醛浓度，C₂为六次甲基四胺的浓度，V₂为检测溶液的体积，F为空气采样流速F（m³/min）和t为采样时间(min)。

5、回收率测定

配制含0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液以及含有13μg·L^-1甲醛的0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液、15μg·L^-1甲醛的0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液、20μg·L^-1甲醛的0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液，然后分别取上述四溶液3mL于吸收瓶中，以0.1L·min^-1通入空气2min，再按照本发明所述方法进行分析(测定条件为：检测电位为1.25V(铂盘电极)；检测池中含5mmol·L^-1 Ru(bpy)₃ ²⁺及50mmol·L^-1 pH 8.5磷酸盐缓冲溶液300μL；分离缓冲液为10mmol·L^-1pH 7.5磷酸盐缓冲溶液；分离电压为15kV；进样高压为12kV，进样时间为10s。光电倍增管的电压设置为-800V)，得到没有加入甲醛和加入甲醛后的电化学发光峰面积，根据工作曲线求得所测溶液中六次甲基四胺含量，再根据六次甲基四胺的含量(浓度)换算成甲醛含量，然后用加入后测得的甲醛量减去没有加入甲醛的测得量除以加入的量，再乘以100%就得到回收率。

测得回收率为99.3%～101%。

6、检出限和精密度

根据国际纯粹应用化学联合会对检出限的定义，本发明方法的检出限为0.15μg·m^-3（空气中）、0.01ng·mL^-1(水中)。对1.0ng·mL^-1的甲醛标准液连续6次测定，峰高的RSD为1.2%，迁移时间的RSD为1.5%。

7、方法的选择性

空气中1000倍的乙醛、丙酮、甲醇及乙醇，100倍的二氧化硫及硫化氢对毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定甲醛没有干扰。

以0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液+200μg·mL^-1乙醛为样品1，0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液+0.2μg·mL^-1甲醛+200μg·mL^-1乙醛为样品2，0.5mg·mL^-1硫酸铵溶液+0.2μg·mL^-1甲醛为样品3，用MPI-B型多参数化学分析测试系统（西安瑞迈电子科技有限公司）仪器按本申请中水中甲醛测定方法进行检测，得到的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光曲线分别如图4、5、6所示，对比图4、5和6，可以看出空气中1000倍的乙醛对毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定甲醛没有干扰(当发光强度超过甲醛峰高的5%视为有干扰)。

以同样方法进行测定，得出空气中1000倍的丙酮、甲醇及乙醇，100倍的二氧化硫及硫化氢对毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定甲醛没有干扰。

实施例2：测定水中的甲醛浓度

1、采样地点：广西桂林市虞山桥下的漓江水，直接用容器取样后，再用移液管采样3mL。用0.1mol·L^-1氢氧化钠溶液调节其pH至中性，然后加入3mL 0.5mg·mL^-1氯化铵溶液，充分摇匀，备用。

2、测定：方法步骤同实施例1，测得经铵离子衍生反应后的样品溶液中六甲基四胺的浓度为3.89×10^-3mg·L^-1。

本实施测得的水样中甲醛浓度为：

C₁＝(6M₁C₂V₂)/(M₂V₁)=(6×30×3.89×10^-3×6)/(140×3)=0.01mg·L^-1

注：由于本实施例中，加入0.1mol·L^-1氢氧化钠溶液体积小于0.1mL，所以混合后总体积按6mL计算。如果混合后体积相差比较大，按实际体积计算。

3、对采集的水样用毛细管电泳三联吡啶钌电化学发光仪器进行检测，得到的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光图如图7所示。

Claims

1.毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：

最后，通过换算六次甲基四胺的含量，即可得到空气或水中甲醛的含量；

其中，空气中甲醛浓度线性范围为0.48μg·m^-3～96mg·m^-3，水中甲醛浓度线性范围为0.000032～6.4μg·mL^-1。

2.根据权利要求1所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：电化学发光检测采用铂盘电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为辅助电极；铂盘电极的检测电位为1.20～1.40V，检测池中为pH 7.5～9.5缓冲溶液,毛细管电泳分离缓冲液为pH 6.5～8.0缓冲溶液，分离电压为12～17kV，进样电压为10～15kV，进样时间为8～12s。

3.根据权利要求2所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：所述铂盘电极的检测电位为1.25V，检测池中含5mmol·L^-1Ru(bpy)₃ ²⁺及50mmol·L^-1pH 8.5磷酸盐缓冲溶液，分离缓冲液为10mmol·L^-1 pH 7.5磷酸盐缓冲溶液，分离电压为15kV；进样电压为12kV，进样时间为10s。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：所述铵盐溶液为选自硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、醋酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的任一种或两种以上铵盐的水溶液。

5.根据权利要求4所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：所述铵离子加入的物质的量不应少于依据下述甲醛与铵离子的衍生反应式的量，反应式为：

4NH₄ ⁺+6HCHO＝＝＝(CH₂)₆N₄H⁺+3H⁺+6H₂O。

6.根据权利要求5所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：所述铵离子加入的物质的量至少为2.1×10^-12mol。

7.根据权利要求1所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：测定空气中甲醛含量时，在取样的同时进行铵离子衍生化，其方法是将空气通入置有铵离子溶液的容器中进行铵离子衍生化。

8.根据权利要求1所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：测定水中甲醛含量时，在取样后进行铵离子衍生化，其方法是取样后调节其pH值至中性，然后加入铵盐溶液，摇匀，即完成铵离子衍生化。

9.根据权利要求7所述的毛细管电泳-三联吡啶钌电化学发光间接测定空气或水中甲醛含量的方法，其特征在于：所述空气利用与容器管路连通的玻璃转子流量计(2)、再通过与玻璃转子流量计(2)管路连通的气泵(1)通入；空气通入的流速为0.1～1.0L/min，通入时间为0.2～2min。