空氣中一乙醇胺硅烷化衍生物氣相色譜-質譜檢測技術

安建華，韋紅映，頡琴琴

（杭州普洛賽斯檢測科技有限公司，浙江 杭州 310000）

一乙醇胺以及其同系物二乙醇胺、三乙醇胺一樣都是無色黏性液體，有吸濕性和氨的氣味。其中，一乙醇胺被廣泛用于表面活性劑、醫藥、機械加工、紡織等域。然而，一乙醇胺具有一定的毒性，長期接觸會引起皮炎和濕疹，對肝和腎有不良影響。人體乙醇胺的攝入除了通過消化道、皮膚接觸外，呼吸系統也是非常關鍵一環，特別是有些工廠企業大量使用一乙醇胺，對車間空氣和環境空氣污染很難避免。因此，建立一種靈敏、實用的檢測車間空氣和環境空氣中一乙醇胺的方法，對保護乙醇胺接觸人群的健康和安全很有必要。

目前，空氣一乙醇胺的檢測方法中，環境空氣暫未見國家標準，車間空氣有國家職業衛生標準GBZ/T 300.139—2017《工作場所空氣有毒物質測定第139部分：乙醇胺》，該標準采樣方式為2 支各裝5 mL 吸收液的大泡吸收管串聯采樣，吸收液為0.01 mol/L 的硫酸-水溶液，采樣后吸收液直接進氣相色譜（配備氮磷檢測器）進行分析，檢出限為0.003 μg/mL，采樣7.5 L 空氣計，最低檢出質量濃度0.002 mg/m3；線性范圍為0.01～0.1 μg/mL。該方法靈敏度很高，但有一個比較大的問題就是吸收液直接進樣，水和硫酸這兩種物質均對氣相色譜系統不友好，重復進樣后，會對色譜襯管、色譜柱、檢測器造成一定損傷。對此國內外不同的學者和機構對空氣中的乙醇胺檢測有一些不同的方法，如美國國家職業安全衛生研究所[1]，采用硅膠管采集乙醇胺，2 mL 水和甲醇解析硅膠管，氣相（配FID 檢測器）進行檢測，檢出限為5 μg/支，按照采集空氣4～24L計算，最低檢出質量濃度0.41～2.5mg/m3。國內如孟成名等[2]采用酸性硅膠管采集車間空氣中一乙醇胺，丙酮解析硅膠管，再進氣相進行分析，避免了GBZ/T 300.139—2017 吸收液直接進樣的弊端，方法檢出限為0.13 μg/mL。朱海豹等[3]采樣甲基磺酸-水溶液作為吸收液采集乙醇胺類樣品，離子色譜法（陽離子）分析工作場空氣中的一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺，比較便捷，一樣可以避免GBZ/T 300.139—2017 的吸收液對氣相色譜系統不利的影響，離子色譜法的一乙醇胺檢測限為0.024 μg/mL。其他一乙醇胺檢測方法，有顧海芳[4]使用芴甲氧羰酰氯（Fmoc-cl）同步衍生一乙醇胺和氨基甘油殘留，用高效液相色譜法進行檢測，一乙醇胺的檢測限為4 μg/L。李慧勇等[5]使用液相色譜-串聯質譜法測定食品接觸材料中5 種乙醇胺化合物，一乙醇胺線性范圍15～750 μg/L，檢出限5.0 μg/kg。以上這些方法都有各自優點，也都存在一些問題，為了開發靈敏度滿足國家標準并且弊端更少的方法，經過實驗，本研究推出了一乙醇胺硅烷化衍生，氣質檢測的方法。

1 實驗部分

1.1 儀器和裝置

7890A-5975C 氣相色譜-質譜聯用儀器，配備EI 離子源，安捷倫公司；烘箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；水浴氮吹儀，上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.2 材料與試劑

一乙醇胺，標準品，純度99.5%，德國Dr.Ehrenstorfer 公司；乙腈，色譜純試劑，純度≥99.8%，默克試劑；硅烷化試劑BSTFA+TMCS，99%+1%，1mL/支，Regis 公司；吡啶，分析純試劑，純度≥99.5%，國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸試劑，優級純，質量分數32%，國藥集團化學試劑有限公司。

1.3 樣品的采樣、運輸和保存

1.3.1 吸收液配置

量取體積分數為32%的鹽酸水溶液57～1 000 mL加入容量瓶內，加入純水定容至刻度，配置成0.5 mol/L的鹽酸水溶液。

1.3.2 短時間采樣和長時間采樣

工作場所空氣的一乙醇胺采樣方式一般為短時間采樣，串聯兩支各裝入5 mL 摩爾濃度為0.5 mol/L的鹽酸水溶液的大泡吸收管，以500 mL/min 流量采集15 min。如需檢測環境空氣中乙醇胺，則需要長時間采樣，串聯2 支各裝0.5 mol/L 的鹽酸水溶液的大泡吸收管，以500 mL/min 流量采集60 min。無論短時間和長時間采樣均需要同步采集空白樣品。

1.3.3 樣品運輸和保存

樣品采集完畢，立即封閉采樣進氣口和出氣口，然后置于清潔包裝容器中進行運輸，盡快送回實驗室，如樣品不能及時分析，應該于4 ℃下保存，3 d 內應完成分析工作。

1.4 樣品前處理和衍生

1）將前后兩支大泡管中吸收液分別轉入2 個5 mL容量瓶內，用少量吸收液潤洗采樣管內部，一并倒入容量瓶內，定容至刻度。

2）容量瓶內用移液管移取1 mL，放入10 mL 的頂空瓶內，45 ℃水浴氮吹干，加2 mL 甲醇潤洗頂空瓶內壁，再次氮吹干。

3）吹干后，將頂空瓶放置于烘箱內，90 ℃開口繼續干燥40 min。由于此時一乙醇胺和鹽酸結合，以鹽酸鹽的形式存在，所以可以在氮吹干、一定溫度的加熱烘烤條件下保持穩定，損失很小。

4）將頂空瓶從烘箱內拿出冷卻至室溫，加入乙腈200 μL，吡啶30 μL，硅烷化試劑N，O-雙(三甲基硅烷基) 三氟乙酰胺（BSTFA）+三甲基氯硅烷（TMCS）（99%+1%）200 μL，加完試劑后頂空瓶迅速加蓋密封，渦旋振蕩30 s，放入烘箱內，80 ℃衍生30 min。（反應公式見圖1）

圖1 一乙醇胺硅烷化反應

5）反應結束后，頂空瓶從烘箱拿出冷卻，45 ℃水浴氮吹近干，加入0.50 mL 乙酸乙酯復溶，旋渦振蕩30 s，裝入進樣小瓶上機分析。

1.5 標準溶液的制作

稱取一乙醇胺標準品25 mg 到25 mL 容量瓶內，加入0.5 mol/L 鹽酸-水溶液定容至刻度，配成質量濃度為1 000 μg/mL 的一乙醇胺標準溶液，逐步稀釋至1 μg/mL 的工作液，用移液槍移取工作液5、10、20、40、80、160 μL，另外，加入0.5 mol/L 鹽酸-水溶液995、990、980、960、920、840 μL，混合后，同樣品一樣處理衍生。最終用0.5 mL 乙酸乙酯定容，得到標準曲線點為10、20、40、80、160、320 ng/mL 這6 個質量濃度，線性相關系數可以達到0.997。

1.6 氣相色譜-質譜分析條件

汽化室溫度設置：260 ℃；輔助溫度：300 ℃；離子源溫度：230 ℃；色譜柱：DB-5MS 毛細管色譜柱，30 m×0.25 mm×0.25 μm；柱溫：65 ℃保持2 min，以25 ℃/min 速度上升到280 ℃，保持2 min；進樣方式：不分流進樣，40 s 后分流開啟；進樣量：1 μL；定量方式：外標法。

質譜掃描方式：采樣選擇離子掃描，溶劑延遲5.0 min，掃描離子100、147、174 m/z，定量離子174 m/z，定性離子100、147 m/z。圖2 為一乙醇胺硅烷化產物氣質全掃描TIC 圖和質譜圖。

圖2 一乙醇胺硅烷化產物氣質全掃描TIC 圖和質譜圖

1.7 方法檢出限

本方法采用離子掃描方法（SIM），檢出限為0.005 μg/mL（5ng/mL），上機樣品體積0.5 mL，以采集7.5 L 空氣樣品計算，最低檢出質量濃度0.00 2 mg/m3，可以滿足GBZ/T300.139—2017 的要求。環境空氣采樣以30 L空氣計算，最低檢出質量濃度為0.000 4 mg/m3。

2 結論

2.1 本方法的優點

一乙醇胺既帶有羥基又帶有氨基，因此在不衍生的情況下，進色譜柱后出峰容易形成拖尾峰。由于一乙醇胺揮發度低，相對分子質量較小，因此在氣相-質譜上的響應不高，檢出限和最低檢出濃度不能滿足GBZ/T 300.139—2017 的要求。在硅烷化衍生后，一乙醇胺的羥基和氨基均被鈍化，分子極性降低，揮發度提高，色譜峰形對稱，并且相對分子質量也顯著增大，有用質譜碎片增加，靈敏度也大為提高，可以滿足國家GBZ/T 300.139—2017 的最低檢出濃度的要求。本方法避免了直接進硫酸水溶液，有利于保護色譜系統，此外由于是氣相-質譜聯用分析，跟GBZ/T 300.139—2017 相比，其定性準確性也大大提高。

2.2 討論

1）由于本方法為硅烷化衍生，因此對樣品中水分控制要求是很高的，在氮氣吹干樣品后，樣品中可能還存在少量的水分，這也會導致硅烷化失敗，為此還需將樣品放入烘箱繼續干燥，干燥溫度在80～110 ℃，干燥時間30～60 min，都有良好的回收率，回收率可以達到95%～105%。本方法采用90 ℃干燥40 min。

2）硅烷化衍生溫度的影響，本方法最佳衍生條件是80 ℃衍生30 min。在60 ℃條件下衍生30 min，同樣的質量濃度標準溶液（40 ng/mL）是80 ℃衍生條件下的峰面積的83%。90～110 ℃衍生30 min，與80 ℃相比，峰面積并未有提高。而更高的溫度如130 ℃，衍生峰面積開始略微下降，是80 ℃衍生條件下的92%。

3）硅烷化衍生時間的影響。本方法為80 ℃衍生30 min。乙醇胺的硅烷化反應比較快，即使80 ℃條件下15 min，跟80 ℃衍生30 min 看起來峰面積也沒有差異。而更長的衍生時間，如60 min 和120 min 均沒有提高衍生峰面積。考慮到衍生反應的充分性和工作效率，本方法采用80 ℃衍生30 min。

4）試劑的使用。吡啶的使用是必須的，本方法樣品中一乙醇胺是以鹽酸鹽的形式存在，需要吡啶中和，將其釋放出來，吡啶用量在10～50 μL 都是合適的，在此范圍內衍生峰面積沒有區別。硅烷化試劑BSTFA+TMCS（99%+1%）用量對衍生效果影響較大，少于50 μL，標準曲線的線性不佳，樣品的精密度差；50 μL 開始有較好的精密度和線性，100～200μL 精密度和線性均非常穩定，更大的衍生試劑用量沒有收到更好的效果。考慮到衍生的充分性和經濟性，本次方法使用硅烷化試劑為200 μL。