CN109856068B

CN109856068B - 一种基于Mannich反应的甲醛检测试剂及检测方法

Info

Publication number: CN109856068B
Application number: CN201910044604.9A
Authority: CN
Inventors: 陈维国; 高普; 崔志华; 江华
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: CN109856068A

Abstract

本发明公开了一种基于Mannich反应的甲醛检测试剂，为含有结构通式为通式1～通式4任一所述的邻苯胺类偶氮有机化合物。本发明还同时提供了利用上述甲醛检测试剂进行的基于Mannich反应的甲醛检测方法，包括：配制含有甲醛检测试剂的指示剂，将指示剂加入至甲醛标准溶液中，得起始标准混合液；测定反应后标准混合液的吸光度，从而获得标准混合液吸光度的下降值；以甲醛浓度为横坐标，以吸光度下降值为纵坐标，绘制标准工作曲线；从而最终获得待测样品中甲醛的含量。本发明的方法具有检出限低、现象明显、操作便捷、成本低、产物稳定、重现性高等优点。可以用于食品、纺织品、水体、空气等甲醛含量中的检测。

Description

一种基于Mannich反应的甲醛检测试剂及检测方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种新的甲醛检测试剂，同时还涉及利用该试剂进行甲醛检测的方法。

背景技术

甲醛(HCHO)，又称蚁醛，一种无色，有特殊的刺激性气味的气体。通常以水溶液形式存在，具有较高的稳定性。甲醛是一种破坏生物细胞蛋白质的原生质毒物，会对人的皮肤、呼吸道及内脏造成损害，麻醉人的中枢神经，可引起肺水肿、肝昏迷、肾衰竭等。世界卫生组织确认甲醛为致畸、致癌物质，是变态反应源，长期接触将导致基因突变。作为一种重要的化工原料，甲醛被广泛用于制造农药、消毒剂、酚醛树脂、脲醛树脂、药品、染料和皮革化学品等。甲醛在其应用行业中都有明确的限定要求。

目前，水溶液中甲醛含量的测定方法有分光光度法、气相色谱法和高效液相色谱法。气相色谱法和高效液相色谱法设备昂贵，检测过程复杂，因此分光光度法得到了更广泛的应用。现有的分光光度法检测甲醛是基于不同分子结构的物质对光在特定波长或一定波长范围的选择性吸收而建立的一种定性、定量分析方法，常用的有乙酰丙酮法、酚试剂法、AHMT法、品红-亚硫酸、变色酸法、间苯三酚法、催化光度法等，每种检测方法所偏重的应用领域不同，并各有其优点和一定的局限性，不能完全满足在各种复杂环境中检测的要求。例如，乙酰丙酮法测定甲醛的原理是甲醛与乙酰丙酮及铵离子反应生成黄色化合物3、5-乙酰基-1、4二氢吡啶二碳酸，其在412nm波长下有最大吸收。但是，该方法操作繁琐、反应时间长(60min)、灵敏度较低、SO₂对测定存在干扰。

邻苯胺类偶氮有机化合物包括1,2-二氨基苯，1,2-苯二胺，1,2-苯二胺(精制)，OPDA，精制邻苯二胺，苯二乙胺(农药中间体)，邻苯胺基苯甲酸(测定锰、铬、钒等常用的氧化还原指示剂)等；其目前已知的用途仅仅是：用作农药中间体和氧化还原反应指示剂。

至目前为止，尚未得知邻苯胺类偶氮有机化合物是否会与甲醛会发生反应，也不得知反应现象和反应结果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于邻苯胺染料及甲醛进行的Mannich反应的甲醛检测试剂及应用该试剂进行的甲醛检测方法。

Mannich反应通式为：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于Mannich反应的甲醛检测试剂，为含有结构通式为通式1～通式4任一所述的邻苯胺类偶氮有机化合物；

通式1～通式4中，R1-R9均为小分子取代基。

作为本发明的甲醛检测试剂的改进：小分子取代基为-H、-COOH、-SO₃H、-OH、脂肪链取代基。

作为本发明的甲醛检测试剂的进一步改进：结构式为

作为本发明的甲醛检测试剂的进一步改进：将邻苯胺类偶氮有机化合物直接配制成溶液作为甲醛检测试剂，或者将邻苯胺类偶氮有机化合物负载到固体载体上作为甲醛检测试剂。

作为本发明的甲醛检测试剂的进一步改进：所述载体为纸、纺织品、无纺布、皮革、木材、塑料、海绵、活性炭。

本发明还同时提供了利用上述甲醛检测试剂进行的基于Mannich反应的甲醛检测方法，包括以下步骤：

1)、获取甲醛检测试剂(即，如上所述的邻苯胺类偶氮有机化合物)；

2)、在0.0001g～0.01g的甲醛检测试剂中加入100ml溶剂，得指示剂(即，配制指定浓度的甲醛检测试剂)；

所述溶剂为水，或者能溶解甲醛检测试剂且能与水混溶的有机溶剂；

3)、配制梯度(不同浓度)甲醛标准溶液(包含甲醛为浓度为0时的溶液)；

梯度甲醛标准溶液中，以水作为溶剂，甲醛的浓度0.01～10μg/mL；

4)、对每种梯度的甲醛标准溶液分别进行以下操作：

将步骤2)制备获得的指示剂加入至步骤3)所得的甲醛标准溶液中，得起始标准混合液；控制起始标准混合液的吸光度为0.001～1.2；

再将起始标准混合液于5～90℃的温度下反应3～10分钟，然后测定反应后标准混合液的吸光度，从而获得标准混合液吸光度的下降值；

吸光度利用紫外-可见光谱仪进行测定，光谱扫描的范围为200～700nm；

5)、以甲醛浓度为横坐标，以吸光度下降值为纵坐标，绘制标准工作曲线；

6)、将步骤2)制备获得的指示剂加入至待测甲醛溶液中；得起始待测混合液；

指示剂的用量如步骤4)中指示剂的体积量，待测甲醛溶液的用量如步骤4)中甲醛标准溶液的体积量；

再将起始待测混合液于5～90℃的温度下反应3～10分钟，然后测定反应后待测混合液的吸光度，从而获得待测混合液吸光度的下降值；吸光度利用紫外-可见光谱仪进行测定；光谱扫描的范围为200～700nm；

说明：

吸光度读取时应选取最大吸收波长下的读数；邻苯胺类偶氮有机化合物(甲醛检测试剂)结构不同，最大吸收波长也不同，本发明的邻苯胺类偶氮有机化合物的最大吸收波长包括在上述范围中；

将上述待测甲醛溶液改成水，体积不变，从而获得其所对应的吸光度下降值，获得标准空白液吸光度下降值的目的是作为计算吸光度下降值的初始值；

7)、计算：

将步骤6)所得的待测混合液吸光度的下降值代入步骤5)所得标准工作曲线中，从而获得待测样品中甲醛的含量。

作为本发明的甲醛检测方法的改进：所述步骤6)中的反应时间、温度、光谱扫描的范围同步骤4)。

作为本发明的甲醛检测方法的进一步改进：所述步骤2)中的有机溶剂为乙醇。

作为本发明的甲醛检测方法的进一步改进：步骤3)的梯度甲醛标准溶液中，甲醛的浓度分别为10μg/mL、5μg/mL、1μg/mL、0.5μg/mL、0.1μg/mL、0.05μg/mL、0.01μg/mL。

作为本发明的甲醛检测方法的进一步改进：所述步骤5)中，根据甲醛标准曲线获得拟合方程(浓度范围为0.01～10mg/L)。

在本发明中，利用了邻苯胺类偶氮有机化合物通过重氮化偶合反应进行合成，即，邻苯胺类偶氮有机化合物遇甲醛可以消色；从而可以通过人眼观察颜色或测试吸光度变化来评价甲醛的浓度。本发明的反应属于甲醛和邻苯胺基发生的富电子取代-消去反应。

与现有技术相比，本发明具有检出限低、现象明显、操作便捷、取样量少、成本低、产物稳定、重现性高等特点。应用范围广，可以用于检测水样或其它环境样品溶于水形成的溶液，如纺织品、室内空气中的甲醛、大气悬浮颗粒物上吸附的甲醛等，特别适用于饮用水的甲醛含量检测、发酵酒类饮品的甲醛检测、地表和地下水的水质调查和污水排水口的水质检测等。

本发明可同时用于定量和定性测量甲醛的浓度，可通过分光光度计精确测量甲醛含量。也可以用用肉眼观察混合液的褪色情况来定性和半定量指示甲醛的浓度。

采用本发明的方法最低检出限为0.001μg/ml。

本发明的方法具有检出限低、现象明显、操作便捷、成本低、产物稳定、重现性高等优点。可以用于食品、纺织品、水体、空气等甲醛含量中的检测。

即，为了进一步提升甲醛检测的灵敏度和便捷性，本发明利用一类简单的化合物的消色现象建立了一套更为灵敏便捷的甲醛检测方法。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是实施例1的甲醛标准曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1、一种甲醛检测方法，依次进行以下步骤：

1)、获取甲醛检测指示剂：

邻苯胺类偶氮有机化合物

命名为：ortho-position amino-azo-4-(3-methyl-5-oxo-4,5-dihydropyrazol-1-yl)benzenesulfonic acid)；为橙红色；

2)、配制指定浓度的指示剂；

取0.001g的甲醛检测指示剂，溶解到100ml的水中；得指示剂。

3)、配制不同浓度(梯度)甲醛标准溶液(包含甲醛为浓度为0时的溶液)；

梯度甲醛标准溶液中，甲醛的浓度分别为10μg/mL、5μg/mL、1μg/mL、0.5μg/mL、0.1μg/mL、0.05μg/mL、0.01μg/mL；该标准溶液中，以水作为溶剂。

4)、对每种梯度的甲醛标准溶液分别进行以下操作：

将0.02ml的步骤2)制备获得的指示剂加入至10ml的步骤3)所得的甲醛标准溶液中，所得的混合液先利用紫外-可见光谱仪上测定其吸光度；

再将混合液于40℃的温度下反应5分钟，再测定反应后混合液的吸光度，从而获得混合液吸光度的下降值；光谱扫描的范围为200～700nm；

上述反应结束后，所得结果如下表1所述：

表1

备注说明：反应前(未褪色前)混合液呈现黄色，反应5分钟后，反应后混合液颜色变浅。

5)、绘制标准工作曲线，以甲醛浓度为横坐标，以吸光度下降值为纵坐标进行绘图，在一定浓度范围(即，浓度范围为0.01-10μg/mL)内经线性拟合得甲醛标准曲线(图1)和拟合方程。

拟合方程为：y＝0.58433-0.04657x(R²＝0.97924)，X代表-lnC，Y代表吸光度下降值，C代表甲醛溶液浓度(μg/mL)。

6)、配制甲醛浓度为0.4μg/mL的甲醛水溶液作为待测甲醛溶液；

将0.02ml的步骤2)制备获得的指示剂加入至10ml的待测甲醛溶液中；所得的混合液先利用紫外-可见光谱仪上测定其吸光度；

再将混合液于同步骤5)设定的反应温度下反应相同时间，再测定反应后混合液的吸光度，从而获得混合液吸光度的下降值；光谱扫描的范围同步骤4)。

另：将上述待测甲醛溶液改成水，体积不变，即，将0.02ml的步骤2)制备获得的指示剂加入至10ml的水，作为标准空白液，从而获得其所对应的吸光度下降值，获得标准空白液吸光度下降值，作为计算吸光度下降值的初始值。具体如下表2所示。

表2

7)、计算：

将步骤6)所得的待测混合液吸光度的下降值代入步骤(5)所得拟合方程中，从而计算出待测甲醛溶液中甲醛的含量。

具体计算方式为：C＝e^{-(0.58433-y)/0.04657}

因此，e^{-(0.58433-0.542)/0.04657}＝0.403

C代表甲醛溶液浓度，y代表吸光度下降值，相应的数据单位为μg/mL。

实施例2～3、将实施例1中的邻苯胺类偶氮有机化合物改成如下表所示，其余等同于实施例1；所得的检测结果与实施例1的对比如下表3所示。

表3

对比例1、将实施例1中的“40℃反应5分钟”改成“5℃反应10分钟”、或者改成“90℃反应3分钟”，其余等同于实施例1；所得结果与实施例1的对比如下表6所述。

表6

	步骤7)所得的检测结果
		40℃反应5分钟(实施例1)	0.403
5℃反应10分钟	0.32
		90℃反应3分钟	0.55

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.基于Mannich反应的甲醛检测试剂，其特征是：含有结构通式为通式1～通式3任一所述的邻苯胺类偶氮有机化合物；

通式1～通式3中，R1-R9均为小分子取代基。

2.根据权利要求1所述的甲醛检测试剂，其特征是：小分子取代基为以下任一：-H、-COOH、-SO₃H、-OH、脂肪链取代基。

3.根据权利要求2所述的甲醛检测试剂，其特征是结构式为：

4.根据权利要求1～3任一所述的甲醛检测试剂，其特征是：将邻苯胺类偶氮有机化合物直接配制成溶液作为甲醛检测试剂，或者将邻苯胺类偶氮有机化合物负载到固体载体上作为甲醛检测试剂。

5.根据权利要求4所述的甲醛检测试剂，其特征是：所述载体为纸、无纺布、皮革、木材、塑料、海绵、活性炭。

6.利用如权利要求1～5任一所述的甲醛检测试剂进行的基于Mannich反应的甲醛检测方法，其特征是包括以下步骤：

1)、获取甲醛检测试剂；

2)、在0.0001g～0.01g的甲醛检测试剂中加入100ml溶剂，得指示剂；

3)、配制梯度甲醛标准溶液；

4)、对每种梯度的甲醛标准溶液分别进行以下操作：

7)、计算：

7.根据权利要求6所述的甲醛检测方法，其特征是：所述步骤6)中的反应时间、温度、光谱扫描的范围同步骤4)。

8.根据权利要求7所述的甲醛检测方法，其特征是：

所述步骤2)中的有机溶剂为乙醇。

9.根据权利要求6～8任一所述的甲醛检测方法，其特征是：

步骤3)的梯度甲醛标准溶液中，甲醛的浓度分别为10μg/mL、5μg/mL、1μg/mL、0.5μg/mL、0.1μg/mL、0.05μg/mL、0.01μg/mL。

10.根据权利要求9所述的甲醛检测方法，其特征是：

所述步骤5)中，根据甲醛标准曲线获得拟合方程。