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空氣中甲醛的高效檢測

2020.3.04

室溫下,許多產品都會釋放出甲醛氣體。甲醛是一種有毒可致癌的物質。如果有甲醛污染的擔憂時,可以對室內有害材料釋放的空氣進行測定,判斷是否含有甲醛。

在適當條件下,甲醇可以被氧化形成甲醛,甲醛是一種很好的脂肪族醛載體。據統計,2007年時全球甲醛的年產量就已達達2100萬噸,當時歐洲的年產量約為400萬噸。甲醛有著高度反應性,生產起來也非常經濟,因此在許多產品中都會使用到這種化學品。例如,樹脂、塑料產品、在纖維板和膠合板的生產過程中,甲醛是很好的粘接劑,它在其中可充當殺菌劑的角色,也是紡織、皮革、裘皮和造紙工業中常用的輔助劑。被廣泛用于日用品和化妝品行業中的甲醛,基本都是按規定要求進行稀釋、后再添加一定的顏料使用。

因市場上對甲醛的需求量很大,所以甲醛多是化學合成的。但在自然界中,也有天然存在的甲醛化合物,是由迅速衰減的微量有機物質的光化學降解的中間產物,在光化學反應中,它能快速的分解、產生大量的有機微量元素,例如熏魚、熏肉的過程等不完全燃燒的過程中。細菌也會產生甲醛已經得到了驗證,發生在不同水果蔬菜和不同氨基酸之間的物質材料交換過程中。

科學家估計,普通民眾每人每天在室外空氣中接觸的甲醛約為0.02mg,在食品中接觸到的甲醛約為1.5~14mg。但這并不表示甲醛是無害的。事實上甲醛是非常有害的,劑量大小決定毒性大小。當濃度在0.1~1ppm的范圍時,甲醛會刺激眼睛和呼吸道,超過了10ml/m3的濃度就會嚴重的影響呼吸和肝臟代謝,濃度超過25ml/m3時就會有生命危險,表現為肺水腫。

除了毒性之外,在正常工作條件下長期接觸甲醛也可能會致癌,大家鼠(6ppm)和小白鼠(14ppm)的動物實驗也證明了這一事實。迄今為止,雖然還沒有關于因甲醛而使人類患癌風險增加的研究報告,但為了把可能的風險降低到最小程度,政策法規把室內甲醛含量的限量標準規定為不超過0.1ppm(12mg/m3)。

甲醛分析的HPLC解決方案

為了檢測室內的甲醛含量是否超標,人們通常采用含或不含甲醛衍生物的光化學檢測法以及色譜分析法進行檢測。而這一領域的檢測技術也像其他領域一樣:從技術的發展和應用的角度來講,人們不但追求方法更有效、更可靠,也追求更高效。把有效、可靠的檢測方法變為高效、可靠的檢測方法也正是Anatune公司應用技術專家Dan Carrier博士的目標。

Anatune公司總部建在英國,他們把使用高效液相色譜檢測甲醛視為自己的技術攻關重點,致力于成套HPLC系統的研發設計,以便能夠對甲醛和其他短鏈醛、短鏈酮進行可靠、高效的測定,且要保證此檢測系統具有易操作性。Dan Carrier博士說:“此開發工作的一個重要目標就是自動化空氣樣本的制備,尤其是衍生物材料的洗提加上提取物的過濾過程。”

Anatune系統解決方案的技術基礎是1260型高效液相色譜系統。這一系統集成了Agilent公司研發生產的紫外線探測儀、Gerstel公司的多目標取樣器(Dualhead MPS型)和兩臺用于處理不同液體容積的色譜柱以及Anatune公司研發的兩個利用有著特殊過濾系統、采集固相2,4 - 二硝基苯肼(DNPH)的渦流過濾器單元(Anatune 300自動化DNPH單元)。從此過濾單元中得到的就是檢測分析用的空氣樣本,DNPH單元的作用就是:當空氣流經這一單元時就會化學合成甲醛或甲醛的衍生物。

在手工操作的過程中,樣本準備工作費時費力,比如含乙腈化合物的萃取過程。此時的渦流過濾要安置在真空室中。要通過肉眼觀察判斷洗脫過程是否結束,然后要手動搖勻樣本,人工過濾,把不利于色譜分析的雜質與能夠HPLC量化分析的萃取物分離出來。

高效的自動化樣本制備

Dan Carrier先生說:“在使用了MPS自動進樣器之后,我們成功的實現了所有樣本制備工作的自動化。”在取樣和衍生過程中使用的渦流過濾器(可使用300次),會用專門的密封裝置密封起來,以保證不損失洗脫、提取的樣本物質。

剩下的自動化檢測過程可以分為下列幾個步驟:

在洗脫的分析物中含有5ml的乙腈,但實際使用5.6ml乙腈,其中0.6ml滯留在DNPH單元中。據Dan Carrier博士說:這會帶來最佳的檢測結果。隨后的萃取過程是全自動化的過濾和搖勻過程。

最后,將其均分為1ml的等分劑量,取出一份放入2ml的HPLC進樣瓶中,倒入冷卻到4℃的色譜分析/紫外線分析用的MPS樣本碟中。正如Dan Carrier博士所介紹的那樣,他們還對此法做了進一步的擴展。除了能夠對空氣中的甲醛含量進行檢測外還可對乙醛含量進行測定,包括對其他揮發性醛類和酮類成分的含量測定。

分離使用C18色譜柱(50×4.6mm內徑)和乙腈/水混合比范圍30:70~95:5(v/v)的溶劑梯度儀,在波長365nm處進行檢測,3.7min左右可清楚看到甲醛的色譜圖,5.3min左右可清楚看到乙腈的色譜圖。

由于采用了順序化的樣本預制備過程,完整的分析過程的平均時間為12.5min,包括洗提、過濾。自動化過程能夠保證結果的重復性良好,大大縮短了分析時間,同時也明顯提高了檢測效率。對甲醛含量的測定,便于把實驗員與有害試劑接觸風險降低到最小值,從而有效提高實驗環境的安全系數。

自動化和高效率

雖然日常生活中的很多產品都使用甲醛,但它是有毒的,并且可能會導致癌癥。如果擔心空氣中有甲醛污染時,應進行室內材料和空氣中甲醛類有害污染物含量的檢測。通過自動化程序對樣本進行預制備,HPLC分析可以明顯縮短樣本的檢測時間。自動化過程能夠保證結果的重復性良好,大大縮短了分析時間,同時也明顯提高了檢測效率。


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