SH-AP-2型阴离子交换柱分析应用研究Ⅰ
—离子色谱法测定微量硫代巴比妥酸
十月
摘要：【目的】建立以SH-AP-2型阴离子交换柱为分离柱，离子色谱-抑制电导检测法测定硫代巴比妥酸的新方法。【方法】试验研究了测定硫代巴比妥酸的色谱条件和可行性，优化确定色谱条件。【结果】以SH-AP-2型阴离子交换柱为分离柱，以20%丙酮-25.0mmol/LNa2CO3溶液为淋洗液，流量为0.80mL/min，采用等度洗脱的方式可将硫代巴比妥酸与硫酸盐等常见阴离子和巴比妥酸完全分离，通过抑制电导检测，硫代巴比妥酸的峰面积及峰高与其质量浓度均在0.05～40.0mg/L范围内呈良好的线性关系，相关系数均为0.9999，方法应用于自来水、实验室废水和巴比妥酸样品中微量硫代巴比妥酸的测定，加标回收率为95.2%～100.6%， 5次平行测定的相对标准偏差（RSD）小于4%，方法可在22min以内完成硫代巴比妥酸的测定，简便快速。【结论】本方法可用于自来水、实验室废水和巴比妥酸中微量硫代巴比妥酸的定量分析。
关键词：离子色谱法；水；硫代巴比妥酸；巴比妥酸；
中图分类号：O652.63 文献标识码： 文章编号：
硫代巴比妥酸（TBA）又称为4,6-二羟基-2-巯基嘧啶或丙二酰缩硫脲，在实验室和制药企业应用广泛。曾作为嘧啶类[1-3]等化合物合成的中间体，作为化学分析或生化试剂用于氰化物[4]、山梨酸[5]、丙二醛、糠醛、香草醛及戊二醛等醛类物质[6-10]、热老化物质[11]、血清脂质过氧化物[12-13]、唾液酸[14]和铁[15]的测定，也用于修饰金纳米探针高灵敏检测三聚氰胺[16]。TBA具有特殊气味，对眼睛、呼吸系统及皮肤有刺激作用，对环境可能有危害，尤其是对水体的影响。由于TBA与巴比妥酸（BA）制备的原理相同，分别用硫脲、尿素与丙二酸二乙酯反应制备，所以在BA产品中可能存在微量TBA而影响品质，因此，监测实验室及工厂废水、BA等样品中微量TBA具有重要意义。目前，似未见有测定微量TBA的方法报道。本试验研究用离子色谱法测定微量TBA。通过试验优化确立了相关色谱条件，建立了以SH-AP-2型阴离子交换柱为分离柱，以20.0%丙酮-25.0mmol/LNa2CO3溶液为淋洗液，流量为0.80mL/min等度洗脱，抑制电导检测-离子色谱法测定微量TBA的新方法，TBA的峰面积及峰高与其质量浓度均在0.05～40.0mg/L范围内呈良好的线性关系，相关系数均为0.9999，方法应用于自来水、实验室废水和BA样品中微量TBA的测定，加标回收率为95.2%～100.6%,5次平行测定的RSD为1.20%～3.43%，方法的检出限为0.025mg/L 。
1、试验部分
1.1主要仪器
CIC-100型离子色谱仪（青岛盛瀚色谱公司，编号15601），抑制器：自再生抑制器，检测器：电导检测器，定量环体积为25μL；SHA—15自动进样器（青岛盛瀚色谱公司，编号AS1518050）；SH-AP-2型阴离子交换柱（250×4.0mm i.d,青岛盛瀚色谱公司，批号：2004005）；SH-AP-2型保护柱（50×4.0mm i.d,青岛盛瀚色谱公司，批号：G200023）。
1.2 仪器工作条件及参数设置
色谱仪：柱箱温度35℃，电流：75mA，量程：1档。
自动进样器：全定量环取样，取样后清洗（每针之间），置换量70μL，取样量25μL，扎针深度4mm。
1.3主要试剂
NO3-、F-、Cl-、SO42-标准溶液：质量浓度均为1000 mg/L，编号分别为GBW(E)080264、GBW(E)080549、GBW(E)080268、GBW(E)080266，北京中国计量科学研究院。
TBA，分析纯（含量≥98.5%），国药集团化学试剂有限公司。
TBA标准溶液：1000 mg/L，称取硫代巴比妥酸（硅胶干燥器中干燥24h）0.1016g用高纯水溶解后，定容至100ml容量瓶，混匀避光保存。
临用前将TBA标准溶液用纯水逐级稀释成5.0mg/L（A液）和100.0mg/L（B液）标准应用液。
无水碳酸钠、碳酸氢钠、丙酮、甲醇、甘氨酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。
试验所用试剂均为AR及以上级，试验用水为超纯水（18.2ΜΩ·cm）。
1.4 试验方法
1.4.1 标准曲线的绘制 取TBA标准应用液（A液）0.10、0.50、1.00、2.00mL及B液0.50、1.00、2.00、3.00、4.00mL于9只10mL容量瓶中加纯水至刻度，混匀，配制成TBA质量浓度为0.05、0.25、0.50、1.00、5.00、10.0、20.0、30.0和40.0mg/L的系列，各管取1.5mL于样品瓶中，启动自动进样器进样测定TBA的峰面积（S）及峰高（H），以S、H对质量浓度绘制工作曲线。
1.4.2 样品测定 取自来水、实验室废水经0.45μm滤膜过滤后供测试。称取BA样品1.00g溶解后定容至100ml取样液经0.45μm滤膜过滤后供测试（该测试液中BA的质量浓度为10.0g/L）。各取1.5mL过滤后的样液于样品瓶中，启动自动进样器进样测定TBA的峰面积（S）及峰高（H），以标准曲线法定量，同时进行加标回收试验。
2、结果与讨论
2.1 色谱条件的选择
2.1.1 淋洗液的选择 试验结果表明，在SH-AP-2型分离柱上TBA是强保留组分，因此选用洗脱能力较强的Na2CO3溶液进行淋洗试验，结果显示当Na2CO3溶液浓度分别为15.0、20.0、25.0和30.0 mmol/L时，TBA的保留时间（T）分别为49、39、31和28min多钟，峰面积及半峰宽逐渐降低，峰高基本保持不变，见表1。Na2CO3溶液浓度太高，不利于抑制器的使用[17]，为了有较短的保留时间和较低的抑制电流，本试验以25.0mmol/L的Na2CO3溶液为淋洗液，齐剑英等[18]曾以25.0mmol/L的Na2CO3溶液为淋洗液成功测定了二氯乙酸和三氯乙酸。
表1 Na2CO3溶液浓度选试验结果（流量0.80 ml/min，柱温35℃）
Na2CO3溶液浓度 （ mmol/L） | T/min | S | H | 半峰宽 |
15.0 | 49.633 | 907129 | 8175 | 104.207 |
20.0 | 39.179 | 570446 | 8085 | 73.155 |
25.0 | 31.414 | 531245 | 8074 | 61.719 |
30.0 | 28.207 | 479141 | 8070 | 55.758 |
2.1.2淋洗液流量的选择 分别对0.70mL/min、0.80mL/min和0.90mL/min淋洗液流量进行了考察，结果见表2，从表2可知，随着淋洗液流量的升高TBA的T逐渐缩短，S和H逐渐降低，系统压力逐渐升高，分别达11.1、12.5和14.0MPa，为使TBA有适宜的保留时间、较高的检测灵敏度、系统有较低的压力，本试验淋洗液流量选定为0.80mL/min。
表2 淋洗液流量选择试验结果（25.0mmol/LNa2CO3，柱温35℃）
组分 | 0.70ml/min | 0.80ml/min | 0.90ml/min |
T/min | S | H | T/min | S | H | T/min | S | H |
TBA | 36.855 | 633439 | 9963 | 32.307 | 539407 | 9458 | 28.959 | 470623 | 9071 |
2.1.3 柱箱温度的确定 考察了30℃、35℃和40℃时TBA的分离效果，结果见表3，从表3可见，在30℃～40℃范围内，TBA随着柱温的升高T逐渐缩短，峰面积基本保持不变，峰高明显上升，半峰宽逐渐降低，峰型明显改善，这也从TBA的峰面积基本保持不变，而峰高明显上升得以体现。在保证TBA有适宜的T和良好的峰型的前提下尽量使用较低的柱温，故本试验确定柱箱温度为35℃。
表3 柱箱温度选择试验结果（25.0mmol/LNa2CO3，流量0.80 ml/min）
柱箱温度 | T/min | S | H | 半峰宽 |
30℃ | 34.233 | 542225 | 8749 | 58.202 |
35℃ | 32.224 | 544711 | 9534 | 53.661 |
40℃ | 30.398 | 544542 | 10137 | 50.077 |
2.2 有机改性剂的影响及使用浓度
试验考察了甲醇、丙酮和甘氨酸等有机改性剂对TBA分离情况的影响，结果表明，甘氨酸对TBA的分离效果基本无影响，甲醇和丙酮的试验结果见表4，从表4可知，甲醇和丙酮可以使TBA的保留时间明显缩短，TBA的峰高及峰面积分别增加7.65%、17.9%和12.0%、63.4%，检测灵敏度也有所提高，半峰宽显著降低，峰型明显改善，这也从峰高增加率显著高于峰面积的增加率得到应证。且丙酮在缩短保留时间、改善峰型及提高检测灵敏度等方面的效果明显优于甲醇，本试验选用丙酮为有机改性剂。丙酮浓度配比试验结果见表5，从表5可见，当淋洗液中丙酮的体积份数（V/V,%，下同）在18.0%～22.0%时，TBA的峰面积和峰高均达稳定最大值，分别增加了94.4%～97.4%和206.6%～215.5%（相对于不加有机改性剂），本试验丙酮的体积份数选定为20.0%。通过试验发现，若将25.0mmol/LNa2CO3溶液（A）的电平值调节到0，则在其中分别添加5.0%(B)、10.0%(C)、15.0%(D)、18.0%(E)、20.0%(F)、22.0%(G)和25.0%(H)的丙酮时的电平值分别为-36、-101、-140、-171、-203、-217和-228mv，可见丙酮可显著降低淋洗液的背景电导，所以大大提高了TBA检测灵敏度，见图1。
表4有机改性剂对TBA色谱峰参数的影响（流量0.80 ml/min，柱温35℃）
淋洗液组成 | T/min | 峰面积比 | 峰高比 | 半峰宽 |
25.0mmol/LNa2CO3溶液 | 31.414 | 1.000 | 1.000 | 61.791 |
10.0%甲醇-25.0mmol/LNa2CO3溶液 | 27.727 | 1.076 | 1.120 | 59.631 |
10.0%丙酮-25.0mmol/LNa2CO3溶液 | 23.691 | 1.179 | 1.634 | 44.561 |
表5丙酮浓度配比试验结果（柱温35℃，流量0.80 ml/min）
25.0mmol/LNa2CO3溶液中丙酮浓度（V/V） | T/min | 峰面积比 | 峰高比 | 半峰宽 |
0 | 31.414 | 1.000 | 1.000 | 61.791 |
5.0 | 26.313 | 1.120 | 1.488 | 46.516 |
10.0 | 23.678 | 1.175 | 1.632 | 44.474 |
15.0 | 21.080 | 1.480 | 2.198 | 41.623 |
18.0 | 19.728 | 1.974 | 3.066 | 39.793 |
20.0 | 18.762 | 1.968 | 3.135 | 38.799 |
22.0 | 18.326 | 1.944 | 3.155 | 38.080 |
25.0 | 17.446 | 1.853 | 3.032 | 37.763 |
图1 丙酮降低淋洗液背景电导试验结果（图中平台从上到下依次为A-H）
2.3线性方程、线性范围与检出限
按照1.4.1配制标准系列，测定TBA的峰面积（S）和峰高（H），以S、H为纵坐标，以其质量浓度(C)为横坐标绘制标准曲线，进行线性回归。测定仪器30min的基线噪声，以3倍基线噪声除以标准曲线的斜率（3N/b）计算TBA的最低检出限。其标准曲线的线性范围、回归方程、相关系数r（回归方程的截距、斜率和r均由仪器软件自动生成）、检出限列于表6。从表6可见，TBA的峰面积及峰高与其质量浓度均在0.05～40.0mg/L范围内呈良好的线性关系，相关系数r均为0.9999，TBA的检出限（以峰面积计）为0.025mg/L。其中，20.0mg/L的TBA标准溶液色谱图见图2。
表6 标准曲线试验结果
组分 | 线性范围/mg/L | 回归方程 | 相关系数/r | 检出限/mg/L |
TBA | 0.05～40.0 | S=58660C-2647 | 0.9999 | 0.025 |
H=1410C+51.16 | 0.9999 |
|
图2 TBA标准色谱图
2.4 共存物质的影响
考察了F-、Cl-、NO3-、H2PO4-、SO42-等5种常见阴离子及BA对TBA测定结果的影响，结果见图3，从图3可知，在本试验条件下，5种阴离子及BA均在TBA前出峰，保留时间远小于TBA，且NO3-、H2PO4-、SO42-和BA四者合并为一个峰，可见F-、Cl-、NO3-、H2PO4-、SO42-和BA均不干扰TBA的测定。
图3 TBA与常见阴离子及BA分离色谱图
2.5 样品测定及回收率试验结果
按照1.4.2的方法测定自来水、实验室废水和BA样品中TBA的含量，同时分别添加50.0mg/L的TBA标准溶液0.10、0.20、1.60、0.10和0.40mL配制成10.0mL加标样品，各平行测定5次，计算平均加标回收率及测定结果的相对标准偏差（RSD），结果见表7。由表7可知，TBA的加标回收率为：95.2%～100.6%,5次平行测定结果的RSD为1.20%～3.43%。其中，实验室废水加1.0mg/L（A）和BA加0.50mg/LTBA标准液(B)加标样品色谱图见图4，从图4可知，TBA与F-、Cl-、NO3-、H2PO4-、SO42-（图4-A）和10.0g/L的BA（20000倍，图4-B）等组分均能完全分离。
（B）
图4 废水（A）及BA（B）加标样品色谱图
表7样品测定及回收率试验结果
样品名称 |
本底值/mg/L
| 加入量/mg/L | 测得量/mg/L | 回收率/% | RSD/% |
自来水 | <0.025 | 0.50 |
0.477，0.481，0.498，0.499，0.515
| 98.8 | 3.10 |
实验室废水 | 0.198 | 1.00 | 1.10，1.12，1.15，1.18，1.18 | 95.2 | 3.12 |
8.00 | 8.06，8.10，8.11，8.26，8.27 | 99.9 | 1.20 |
巴比妥酸 | 0.030 | 0.50 | 0.491，0.502，0.516，0.517，0.524 | 96.1 | 2.60 |
2.00 | 1.97，1.99，2.01，2.11，2.12 | 100.6 | 3.43 |
3 小结
本工作建立了以SH-AP-2型阴离子交换柱为分离柱，以20.0%丙酮-25.0mmol/LNa2CO3溶液为淋洗液，流量为0.80mL/min等度洗脱，抑制电导检测-离子色谱法测定TBA的新方法。方法重现性良好，操作简便快速，测定结果准确可靠，适用于自来水、实验室废水、巴比妥酸等样品中微量TBA的测定。
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