三種常見的戊二醛含量測定方法的比較

孫 淦，韋 婧，楊嘉燕，邊賀東

(1 廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530006；2 廣西高校光電化學(xué)生物傳感與分子識別重點實驗室，廣西 南寧 530006)

2020年初，新型冠狀病毒在全球范圍流行，突如其來的疫情讓人猝不及防，在現(xiàn)代防疫手段中，消毒液是人們抗擊病毒的最得力的工具之一。戊二醛是一種5碳飽和直鏈脂肪族雙縮醛化合物，分子式為C5H8O2，相對分子質(zhì)量為100.12，是一種略帶刺激性氣味的無色或微黃色的透明油狀液體，屬廣譜、高效消毒劑，可以殺滅一切微生物，因此常被用來做消毒液。但是，戊二醛也具有一定毒性，長期使用濃度過大的戊二醛可能會對人的身體健康造成損害，接觸戊二醛的人員可出現(xiàn)不同程度的噴嚏、頭痛、流淚、皮疹和慢性咳嗽[1]。根據(jù)pH值的不同，戊二醛大致可以分為3類：(1)pH值為3.2～4.6的單方酸性戊二醛；(2)pH值為7.0的復(fù)合中性戊二醛；(3)pH值為7.5～8.5的復(fù)合堿性戊二醛。近年來市面上售賣較多的是酸性戊二醛和復(fù)合堿性戊二醛兩種[2]。而戊二醛的使用量直接決定著殺菌的效果，戊二醛含量測定是十分必要的。張冉[3]運用液相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)法測定生活飲用水中的戊二醛含量；萬紅才等[4]建立了設(shè)定pH值法測定醫(yī)院消毒試劑戊二醛含量，都達(dá)到了良好的效果。隨著檢測方法的改善以及儀器精密性的提高，對于戊二醛的含量測定，也有了一些新方法，例如萬正楊等[5]利用氣相色譜改善了實驗方案，取得了相對滿意的效果，韓志宇等[6]提出的正交試驗優(yōu)化-頂空固相微萃取-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定水中戊二醛的方法，也提供了更加先進(jìn)的實驗理念。平付軍[7]用電位滴定法測定戊二醛時，分別用高、中、低濃度分組測定，加標(biāo)回收率均值都在98%以上，結(jié)果符合預(yù)期。滴定法、紫外分光光度法和高效液相色譜法這三種方法較為經(jīng)濟(jì)常用。本文對這三種方法進(jìn)行實驗，研究的樣品為酸性戊二醛，并將對這三種方法的準(zhǔn)確度進(jìn)行比較。

1 實 驗

1.1 實驗材料

主要儀器有：AL204型分析天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；arium Pro型超純水系統(tǒng)，德國賽多利斯集團(tuán)；50 mL滴定管；Cary100型紫外-可見分光光度計，安捷倫Agilent(美國)公司；Agilent1260型高效液相色譜儀，美國安捷倫公司；Agilent EC-C18色譜柱(4.6 mm×150 mm)。

主要試劑有：50%戊二醛溶液(A.R.)，安耐吉試劑公司；6.5%三乙醇胺溶液；碳酸鈉(純度99%)；0.25 mol/L NaHSO3溶液；鹽酸羥胺中性溶液；0.25 mol/L硫酸溶液；甲醇(色譜純)；乙腈(色譜純)等。

1.2 實驗方法

1.2.1 碘滴定法

(1)原理：在戊二醛試液中，加入過量的NaHSO3溶液，二者以物質(zhì)的量比為1∶2進(jìn)行加成反應(yīng)，未反應(yīng)的NaHSO3，用I2標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定，在此過程中NaHSO3與I2以物質(zhì)的量比為1∶1進(jìn)行反應(yīng)。滴定過程可以用淀粉溶液作指示劑，以藍(lán)色出現(xiàn)為終點[8]。

(2)試液配制：①2%戊二醛溶液：吸取1 mL 50%戊二醛試液(A.R.)加入25 mL的容量瓶中稀釋到2%(質(zhì)量濃度為44.8 g/L)。②NaHSO3溶液(0.25 mol/L)：稱取2.6 g NaHSO3溶于少許水中，定溶至100 mL貯于棕色瓶中。③碘標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mol/L)：稱取5.16 g碘和8.8 g碘化鉀，混勻，溶解于水中，然后再定溶至200 mL。用0.2 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定3次，標(biāo)定結(jié)果為c=0.101 7 mol/L)。

(3)操作過程：吸取1 mL質(zhì)量濃度為44.8 g/L的戊二醛溶液于碘量瓶中，用移液管準(zhǔn)確加入10 mL 0.25 mol/L NaHSO3溶液，反應(yīng)5～10 min，用I2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點。平行測定5次，以1 mL蒸餾水作空白平行測定。

(4)結(jié)果計算

X=c(v2-v1)×0.020 36×1 000÷v

(1)

式中：X為戊二醛的含量，g/L；c為硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V1和V2分別為樣品與空白滴定中消耗硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；V為取樣品的體積，mL；0.020 36為1.00 mL 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于戊二醛的質(zhì)量，g。

1.2.2 鹽酸羥胺法定量分析戊二醛

(1)原理：戊二醛與三乙醇胺反應(yīng)，未反應(yīng)的三乙醇胺用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，以溴酚藍(lán)在pH=3～4之間的無色突變?yōu)榻K點指示(溴酚藍(lán)在該區(qū)域的變色情況為藍(lán)紫→無色→黃色)，通過空白的精確測定來計算戊二醛的有效含量。而較早的方法則是在中性環(huán)境下測定，終點判定以溴酚藍(lán)的藍(lán)綠色為指示色，該pH范圍并非溴酚藍(lán)的特殊變化區(qū)域，致使終點指示判定困難，有時滴定分析會出現(xiàn)無法確定終點(藍(lán)綠色)的情況[9]。

(2)溶液配制：①溴酚藍(lán)指示液：稱取0.05 g溴酚藍(lán)，用50%的乙醇溶液溶解，過濾。②6.5%三乙醇胺溶液：按比例用高純水稀釋即可。③鹽酸羥胺溶液：準(zhǔn)確稱取17.5 g鹽酸羥胺，加適量純水溶解后，移入500 mL量瓶中，加異丙醇定容，混勻。④標(biāo)定0.25 mol/L硫酸溶液：準(zhǔn)確稱取無水碳酸鈉0.530 0 g，加20 mL蒸餾水溶解，加2滴甲基橙指示劑，用待標(biāo)定的硫酸滴定至溶液由黃色變?yōu)槌壬?。⑤鹽酸羥胺中性溶液：吸取鹽酸羥胺溶液40 mL，加入0.04%溴酚藍(lán)乙醇溶液2 mL，在用6.5%三乙醇胺溶液邊調(diào)邊搖勻，滴定至溶液顯黃藍(lán)綠色(原法為藍(lán)綠色)。

(3)操作步驟：按照2002年版本的《消毒技術(shù)規(guī)范》[10]和2020年6月發(fā)布的《戊二醛消毒劑衛(wèi)生要求》[11]制定方案，精確量取50%戊二醛溶液(A.R.)0.2 g，精確加入20 mL 6.5%三乙醇胺溶液與25 mL鹽酸羥胺中性溶液。搖勻，靜置反應(yīng)1 h，用0.25 mol/L硫酸溶液滴定。待溶液顯藍(lán)綠色，記錄硫酸溶液用量。以不含戊二醛的三乙醇胺、鹽酸羥胺中性溶液重復(fù)上述操作(空白對照)。按0.25 mol/L硫酸溶液滴定，計算戊二醛含量。

(4)方法改進(jìn)：徐芳等[12]提出以上方案存在藥品用量過大的問題，按照他們所給方案進(jìn)行改進(jìn)實驗，分別準(zhǔn)確吸取鹽酸羥胺的中性溶液10.0 mL六份，五份為平行樣，另一份作空白試驗校正，分別準(zhǔn)確加入6.5%三乙醇胺溶液8.0 mL。在準(zhǔn)確吸取樣品溶液0.2 g二份加入上液中，空白加純水0.2 mL，密塞后靜置，放置1 h，用0.25 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，至溶液顯藍(lán)綠色為終點。

(5)不同取樣量對測定的影響：運用上述改進(jìn)方案直接從50%戊二醛溶液(A.R.)中精密吸取實際含量為0.150 g、0.180 g、0.200 g、0.220 g、和0.250 g的戊二醛，三組平行，另做一組空白對照，分別測定其戊二醛含量，以此驗證改進(jìn)方案在戊二醛取樣量不同時改進(jìn)方案的可行度。

(6)回收率測定：精密吸取實際含量為0.180 g、0.200 g、0.220 g的戊二醛，測定其回收率。

(7)結(jié)果計算：按照賈薇等提供的計算方法，用公式(2)計算：

X=c(v2-v1)×0.025 425×1 000÷v

(2)

式中：X為戊二醛的含量，g/L；c為硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V1和V2分別為樣品與空白滴定中消耗硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；V為取樣品的體積，mL；0.025 425為1.00 mL 硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液[(1/2H2SO4)=1.000 0 mol/L]相當(dāng)于戊二醛的質(zhì)量，g[13]。

1.2.3 紫外分光光度法

戊二醛水溶液或戊二醛羥胺縮合物在特定波長處有最大吸收峰，在一定的濃度范圍內(nèi)，吸光度與戊二醛濃度呈線性關(guān)系。

方法與過程：(1)戊二醛測定波長選擇：精確吸取60 μL的50%戊二醛試液(A.R.)兩份于兩個25 mL的容量瓶中，其中一組直接定容，另一組用一定量的2 mol/L Na2CO3溶液調(diào)節(jié)至pH=7后定容，水和2 mol/L Na2CO3溶液為參比，在200～400 nm波長間掃描。測出最大吸收波長A。(2)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：準(zhǔn)確吸取50%的戊二醛溶液(A.R.)配制成濃度為0、0.448、0.896、1.344、1.792、2.240、2.688 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。以分光光度法在最大波長處測得吸光度A。(3)回收率試驗：精確配制濃度為0.60、1.10、1.50、2.00、2.50 mg/mL的戊二醛溶液，測定其吸光度值。

1.2.4 高效液相色譜法

高效液相色譜法在戊二醛檢測的使用上已頗為廣泛，張丹等[14]運用此法測定消毒劑中戊二醛和鄰苯二甲醛的含量，以及國家化妝品市場標(biāo)準(zhǔn)中戊二醛含量的測定[15]都運用了此法。

方法與條件選擇：(1)色譜條件∶從甲醇∶水=50∶50(V/V)；乙腈∶水=50∶50(V/V)，乙腈∶水=70∶30(V/V)三個流動相中選擇最佳流動相，波長為紫外測定的最大波長；在20 ℃，25 ℃，30 ℃三個溫度中選擇合適柱溫。根據(jù)色譜峰形狀以及保留時間，確定最合適的流動相比例。(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：準(zhǔn)確吸取50%的戊二醛溶液(A.R.)0、5、10、15、20、40 μL置于6個25 mL容量瓶中，定容，制成濃度為0、0.224、0.448、0.672、0.896、1.792 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。在上述色譜條件下各取20 μL進(jìn)樣，以峰面積為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，作標(biāo)準(zhǔn)曲線。(3)回收率測定：精確配制濃度為0.2、0.224、0.3、0.4、0.6 mg/mL的戊二醛溶液，測定其吸光度值。(4)樣品前處理：將配好的標(biāo)準(zhǔn)溶液以及待測樣品用過濾膜過濾提純，過濾雜質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 碘滴定法測定戊二醛濃度測定結(jié)果

表1 碘滴定法戊二醛濃度測定結(jié)果

碘滴定法測定戊二醛，是一種比較方便并且使用時間相對較短的檢測方法(5～10 min即可)，也可以在操作誤差較小的情況下誤差接近5%，保證相對精準(zhǔn)的測定，但是要注意碘液易揮發(fā)和NaHSO3在空氣中容易被氧化的問題，且存在著一滴或半滴之差，就有著較大誤差的問題。

2.2 鹽酸羥胺法測定戊二醛濃度結(jié)果

按照指定的方案以及計算公式，得到了表2～表5的測定結(jié)果。

表2 鹽酸羥胺法戊二醛含量測定結(jié)果

表3 鹽酸羥胺法戊二醛含量測定結(jié)果(改進(jìn)組)

表4 鹽酸羥胺法在取樣量不同時戊二醛含量測定結(jié)果

表5 鹽酸羥胺法回收率的測定

由表2和表3得出的數(shù)值可知，在檢測0.20 g的戊二醛的情況下原始方案和改進(jìn)方案結(jié)果相差不大，并且準(zhǔn)確度較好，能夠解決藥品用量過大的問題。在測定不同取樣量的影響時，采用了改進(jìn)組的方案。最終探究取樣量不同時，在0.18～0.22 g時，效果較好，誤差皆在5%以下。0.15 g和0.25 g時已經(jīng)有了明顯的誤差?；厥章实臏y定在改進(jìn)方案下，戊二醛含量的測定范圍大致在0.18～0.22 g。綜上所述，滴定法不但誤差受人為操作影響大，細(xì)小的誤差會導(dǎo)致結(jié)果有較大差距，而且對于檢測范圍也比較苛刻。

2.3 紫外分光光度法結(jié)果與討論

2.3.1 戊二醛測定波長選擇結(jié)果

由于50%戊二醛溶液(A.R.)的pH=3.9，所以測得的最大波長為221 nm，用一定量的2 mol/L Na2CO3溶液調(diào)節(jié)至pH=7，也可以得到很好的線性效果，最大波長為233 nm本文不同pH下的實驗所得的最大波長均為K吸收帶范圍內(nèi)(220～240 nm)，所以測定結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 2.240 mg/mL戊二醛在不同pH環(huán)境下紫外掃描圖

2.3.2 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果

由表6和圖2可知，戊二醛溶液在0.448～2.688 mg/mL之間有著良好的線性關(guān)系，得到線性方程：A=0.001 34+0.331 71C(R2=0.999 8)。

圖2 戊二醛溶液紫外標(biāo)準(zhǔn)曲線

表6 戊二醛濃度和吸光度的關(guān)系

2.3.3 回收率試驗結(jié)果

由表7數(shù)據(jù)以及計算結(jié)果可知，戊二醛的加樣回收率在98.1%～101.2%之間。準(zhǔn)確度相對較高。符合t檢驗和Q檢驗?？梢赃_(dá)到檢測要求。

表7 戊二醛回收率測定的結(jié)果(紫外)

2.4 高效液相色譜法結(jié)果與討論

2.4.1 條件的探索結(jié)果

由于碳酸鈉調(diào)節(jié)pH會對圖像產(chǎn)生一定影響，本文直接采用pH=3.9的50%戊二醛溶液(A.R.)進(jìn)行分析[16]，采用的最大波長為220 nm。經(jīng)過掃描，發(fā)現(xiàn)流動相為乙腈：水=70∶30(V/V)的條件下峰型無分叉，峰型較完美，保留時間為3.49 min，柱溫為25 ℃。

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線以及回歸方程

標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3所示，在本實驗條件下，戊二醛在濃度為0.224 mg/mL至1.792 mg/mL區(qū)間線性良好，得到回歸方程：A=98.341 24C-3.205 34(R2=0.998 2)。

圖3 戊二醛溶液液相色譜的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4.3 回收率測定結(jié)果

按照一定比例稀釋五組樣品得到如表8的測定結(jié)果。

表8 稀戊二醛溶液加樣回收率結(jié)果(液相色譜)

結(jié)果顯示，戊二醛的加樣回收率在98.25%～100.6%之間。準(zhǔn)確度相對較高。符合t檢驗和Q檢驗，可以達(dá)到檢測要求。

3 結(jié) 論

目前為止，戊二醛含量的檢測方法已有很多，本文主要討論了三種檢驗法，滴定法的誤差較大，反應(yīng)時間長，指示終點不明顯，步驟復(fù)雜等缺點，雖然后人通過改進(jìn)指示劑，調(diào)節(jié)pH等多種方法逐步減少了誤差，但是人為操作的不可避免誤差仍然存在。紫外分光光度法和高效液相色譜法都具有較高的準(zhǔn)確度，R2都達(dá)到了0.990 0以上，這說明隨著儀器精密度的提高，人工操作的一些不可控誤差以及指示劑終點誤差判斷不明顯的問題是可以克服的，紫外分光光度法的RSD大于1%小于1.5%，液相色譜法的RSD小于1%，且液相色譜法的檢出限要低于紫外分光光度法，綜合來看液相色譜法檢測范圍更大，檢測限低，準(zhǔn)確度高。三種方法相比較，如果只粗略測定戊二醛含量，酸堿滴定法便可實現(xiàn)；如果需要十分精密的測量，則需要紫外分光光度法、高效液相色譜法。戊二醛是新一代醛類消毒劑。它不僅克服了甲醛消毒劑的諸多缺點，也具有很強(qiáng)的廣譜殺菌能力，是當(dāng)前醛類消毒劑中應(yīng)用較廣的一種消毒劑[17]，作為被世界衛(wèi)生組織推薦為無毒速效殺菌消毒劑，戊二醛將來一定有著更好的發(fā)展空間，并且檢測方法也一定會隨著科技的發(fā)展能夠更高效更經(jīng)濟(jì)更簡潔。