8種芳香胺分配系數(shù)的測定和萃取相體積的討論

1、8 種芳香胺分配系數(shù)的測定和萃取相體積的討論摘要本文測定了 8 種典型芳香胺的分配系數(shù)，建立并討論了 分配系數(shù)和萃取相體積、方法回收率的函數(shù)關系，基于當前 芳香胺測定方法的一些已知的通用參數(shù)如回收率、水相體積 等計算了最低的有機萃取試劑的用量，為方法的制定和在滿 足方法基本性能的前提下提升方法的環(huán)保性提供了指導。關鍵詞：芳香胺；分配系數(shù)；萃取相體積 化學分析步驟中的萃取是制約檢測效率和檢測質量的 關鍵步驟，目標物被萃取的程度決定了方法的檢出限，萃取 的穩(wěn)定性決定了方法的重現(xiàn)性，萃取需要試劑的多少決定了 方法的環(huán)保性，萃取的快慢決定了檢測的效率。縱觀萃取技 術的發(fā)展歷程，液相萃取作為最早出現(xiàn)的萃

2、取技術發(fā)展到現(xiàn) 在，其在有害物質的分析中仍然具有相當旺盛的生命力。這 是因為，疏水性較強、油水分配系數(shù)高的目標物往往需要利 用傳統(tǒng)液相萃取技術來達到較高萃取程度。芳香胺作為國外 法規(guī)或國內強制性標準中禁止使用的致癌性物質1 ，在當前國內外通行的標準檢測方法仍然采用傳統(tǒng)液相萃取技術，無 論是 GB/T 17592 還是 EN 14362 系列測試標準，一次萃取消 耗的有機萃取試劑都達到 80 mL2-3 。實際上，根據(jù)分配定 律，在已知的目標物分配系數(shù)的情況下，萃取率和萃取相體 積以及水相體積有定量的數(shù)學關系，超過一定體積的萃取試 劑并不增加萃取率。因此，測定芳香胺的分配系數(shù)和建立萃 取試劑的最

3、低使用量對指導方法的建立、兼顧方法的環(huán)保性 和萃取率具有理論和實際應用價值。本文以 8 種典型的芳香 胺為例，測定其分配系數(shù)和推算方法中有機萃取試劑的最低 使用量。1 芳香胺分配系數(shù)的測定原理 分析物在反相液相色譜柱中進行的分離過程，實際就是 分析物在流動相和烴類固定相之間的分配過程。而分析物在 柱子中的保留時間與其烴一水分配系數(shù)成比例，親水性越強， 越先流出，親油性越強，越靠后流出 4 。因此，芳香胺的分 配系數(shù)可以通過液相色譜保留時間的測定來推算。保留時間 以容量因子來表示，即公式（ 1）：（1）其中 tr 為分析物的保留時間， to 為死時間， 即溶劑分子 通過柱子的平均時間，單位為分（

4、 min）。由于分析物的正辛醇水分配系數(shù)的對數(shù)和容量因子 有正比函數(shù)關系，即公式（ 2）：logkow =a+b lgk （ 2）式中， a、b 線性回歸系數(shù)?？梢酝ㄟ^相應的液相色譜條件來測定已知正辛醇水分配系數(shù)的參比物的保留時間來計算其容量因子并作線性回歸求得a和b，然后通過相同的液相色譜條件來測定分析 物的保留時間，通過求得的函數(shù)關系來推算芳香胺的正辛 醇水分配系數(shù)。2 試驗部分2.1 標樣和試劑8 種芳香胺標樣： 2， 4， 5- 三甲基苯胺（ TMA ）， 3， 3 -二甲基 -4， 4二氨基二苯甲烷（ DMDAB）， 3， 3 -二甲基 聯(lián)苯胺（ DMB）， 3， 3-二氯聯(lián)苯胺（

5、DCB）， 4-氯 -鄰甲苯胺 （CT）， 4-氨基偶氮苯 （AAB）， 4， 4-亞甲基 -二 -（ 2-氯苯胺）（MBCA），3，3-二甲氧基聯(lián)苯胺（DCB）。以上標準品購 自德國 Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司。 8 種參比物試劑分別為： 苯甲醇、 4-氯苯胺、苯、氯苯、 1， 2， 4-三氯苯、菲、熒蒽。 配制使用的水為 Milli-Q （德國默克集團生產）系統(tǒng)制備的超 純水，甲醇為色譜純，購自美國 Sigma-Aldrich 公司。2.2 儀器和色譜條件Agilent 1260 高效液相色譜儀，配二極管陣列檢測器（Agilent ）。AB204-S型精密天平（梅特勒-

6、托利多儀器有限公 司）。 50 ?L、100 ?L 微量進樣針（美國 Agilent 公司）。 Eclipse Plus C18液相色譜柱（250 mm X 4.6 mm , 5.0 ?m, Agilent 公 司）。柱溫：35?C,進樣量1?L,以超純水（A）和甲醇（B） 為流動相，流速為 0.2mL/min。梯度洗脫：0.004.50min , 76%A, 24% B; 4.50min 5.00min , 60%A, 40%B; 5.00 min 5.50min， 58%A， 42% B；5.50min 6.00min， 57% A， 43%B； 6.00min 12.00min ， 55

7、%A， 45%B; 12.00min 16.00min ， 35%A， 65%B; 16.00min 18.00min， 60%A， 40%B; 18.00min 28.00min ，76%A， 24%B;28.00min 42.00min ， 0% A， 100%B; 42.00min 44.00min , 76%A, 24%B;檢測波長：240nm、254 nm、 280 nm、 305 nm。2.3 標準溶液的配制準確稱取一定量的菲、 熒蒽標準品， 用甲醇溶解并定容， 配制成濃度分別為10000卩g/L、300卩g/L的標準儲備液。用 進樣針分別準確吸取一定量的甲酰胺、苯甲醇等剩余 5

8、種參 比物標樣，用甲醇溶解并定量，配制成濃度為15000卩g/L的標準儲備液。參比物標樣放在冰箱（-4 ?C）中遮光保存。測試的時候根據(jù)預試驗時各參比物的響應值、用標準儲備液 稀釋成高低兩種濃度的標準工作溶液。3 測定結果3.1 死時間 to 的測定 將甲酰胺的儲備液稀釋成 60mg/kg 和 110mg/kg 高低兩 個濃度梯度的工作溶液，將兩個濃度的工作溶液分別進樣， 以保留時間相同、峰高發(fā)生變化的色譜峰進行確認，作為甲 酰胺的保留時間。3.2 參比物保留時間的測定 將參比物標樣分別稀釋成高低兩個濃度梯度（濃度約為 兩倍）的單標樣品，首先以高低兩個濃度梯度的參比物的單 標進樣，以保留時間相

9、同、峰高發(fā)生變化來確認各個單標的 保留時間，然后以混標進樣，再次確認各個參比物的保留時 間并和各單標的保留時間進行比較。 根據(jù)各物質的 保留時間和公式（ 1）和公式（ 2）求各參比物的容量因子 k 并計算 lg k 的值，查詢經濟合作與發(fā)展組織化學品測試導則 No.117 （2004）文獻中推薦的各物質的分配系數(shù)和其對數(shù)值， 列于表 1 中。3.3 回歸方程根據(jù)表 1 中測定和計算獲得的各參比物的容量因子和分 配系數(shù)的對數(shù)值， 根據(jù)第 1 節(jié)中的回歸函數(shù)， 以 lgkow 對 lgk 作圖（見圖 1），線性回歸得到相關方程。圖 1 回歸方程線性方程為：lgkow=4.4551lgk-1.880

10、1相關系數(shù)為： R2=0.9464， R=0.972。根據(jù)經濟合作與發(fā)展組織化學品測試導則中對分配系 數(shù)測試結果可靠性的驗證規(guī)定，一組樣品的測試，線性回歸 方程的相關系數(shù)為 0.9 左右測試結果才可靠 4 。本次測試獲 得相關系數(shù)為 0.972，因此測試結果是可信的。3.4 芳香胺保留時間的測定和分配系數(shù)的計算將芳香胺的標準儲備液稀釋成15卩g/L的工作溶液并進樣，獲得各芳香胺的色譜圖并得到相應的保留時間（見圖 2）。將各芳香胺的保留時間代入線性回歸方式，得到各芳香 胺的分配系數(shù)，見表 2。圖2芳香胺的 HPLC/DAD圖譜從圖 2 中可以看出，各芳香胺的保留時間介于參比物的 保留時間之間，

11、因此各芳香胺的正辛醇 /水的分配系數(shù)不需要 通過外推法計算。將經確認后各芳香胺的保留時間、容量因 子 k 及其對數(shù)值以及根據(jù)回歸方程計算獲得的各芳香胺的 lg kow，列于表2中。表 2 各芳香胺的保留時間、容量因子以及分配系數(shù)3.5 分配系數(shù)和萃取試劑體積的關系 當溶液的濃度很低時，假設芳香胺在水相和有機相中分 子形態(tài)完全相同，相平衡時分析物在兩相中的濃度之比符合 能斯特（ Nernst ）定律，見公式（ 3）。（3）式中， Co 為分析物在萃取相中的濃度，mg/L；Cw 為分析物在水相中的濃度，mg/L；kow 為分配系數(shù)。則回收率 E 為：（4）式中，為 Vo 萃取相的體積， L；Vw

12、為水相的體積， L。引入分配系數(shù) kow ，則回收率為：（5）根據(jù) GB/T 17592 或者 EN 14362 標準中的萃取程序，水 相體積 V 通常為20mL，回收率E不低于70%,在已知各目 標物的分配系數(shù) kow 情況下，可以根據(jù)公式（ 6）計算出在 滿足回收率的前提下最低的萃取試劑的用量，即（6）Vo22.6 mL,即萃取試劑的使用最低不能低于22.6 mL4 結論 在痕量有害物質的分析過程中,傳統(tǒng)液相微萃取技術使 用較多的有機萃取試劑一直廣受詬病。如何在保證方法的基 本性能如較滿意的萃取率的前提條件下使用最少的有機萃 取試劑,其實可以利用成熟的分配定律來進行推算,然而, 前提需要知

13、道目標物芳香胺的分配系數(shù)這一基本物理化學 性質,通過測定芳香胺的分配系數(shù),再利用理論推導,可以 計算出最低的萃取試劑的使用量,這個為標準方法的制定和 后續(xù)改進提供了重要的指導。參考文獻：1 Directive ,2002/61/EC of 19 J?Ly 2002J. OfficialJournal of the European Communities ,2002, 243：15.2 DIN EN 14362-1：2012 , Textiles - Methods fordetermination of certain aromatic amines derived from azo colorants - Part 1 ： Detection of the use of certain azo colorants accessible with and without extracting the fibresS.3 ISO 17234-1： 2015， Leather - Chemical tests for the determination of certain azo colorants in dyed leathers - Part 1 ： Determination of certain aromatic