一种改进的方法,基于铝碘化物介导的裂解技术,利用配备二极管阵列检测器的高效液相色谱法测定皮革脱脂剂中的烷基酚乙氧基化物

《Journal of Chromatography A》:An improved method based on aluminum iodide mediated cleavage technique for determining alkylphenol ethoxylates in leather degreasers using high-performance liquid chromatography equipped with diode array detector

【字体: 时间:2026年03月26日 来源:Journal of Chromatography A 4

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  选择性分析皮革脱脂剂中的烷基苯酚聚氧乙烯醚(APEOs)时,传统液相色谱-质谱法(LC-MS)因基质干扰和亲水性AP链导致检测困难。本研究通过优化三碘化铝(AlI3)裂解技术,实现APEOs快速高效转化:利用超声波室温生成AlI3,85℃密封反应30分钟完成完全裂解,结合丙酮共沸蒸发光学去除水分。经HPLC-DAD检测,OPEOs和NPEOs的检出限分别为6.0和8.0 mg/kg,回收率90.6%-103.5%,RSD 3.8%-12.9%。该技术突破基质干扰难题,为工业污染监测提供低成本解决方案。

马和伟|罗建勋|易玉丹|张彩丹
嘉兴大学材料与纺织工程学院,中国嘉兴314001

摘要

烷基酚聚氧乙烯醚(APEOs)在皮革化学品中存在显著的污染风险,但由于基质干扰和亲水性的聚合聚氧乙烯醚链的存在,对其进行定量分析颇具挑战性。本文开发了一种改进的碘化铝(AlI?)介导的裂解技术,用于选择性分析APEOs,通过将亲水性APEOs转化为疏水性烷基酚(AP)来消除分析限制。该方法的特点是在室温下通过超声处理快速生成AlI?,在85°C下进行密封瓶反应,30分钟内完成裂解,并利用丙酮共沸蒸发有效去除水分。系统优化了温度、水分含量和样品基质等关键参数,以确保方法的稳健性能。所开发的程序应用于配备二极管阵列检测器的高效液相色谱(HPLC)中,对OPEOs和NPEOs的检测限(LD)分别达到了6.0 mg/kg和8.0 mg/kg(以OPEO??和NPEO??为标准)。回收率在90.6%到103.5%之间,相对标准偏差(RSD)在3.8%到12.9%之间。重要的是,这种方法解决了传统液相色谱-质谱(LC-MS)因基质干扰而导致的分析失败问题,使得在复杂的工业基质中能够实现可靠的定量分析。通过将APEOs转化为疏水性AP,这种先进的AlI?裂解策略为APEOs的监测提供了一个简单且经济有效的平台。

引言

烷基酚聚氧乙烯醚(APEOs)是一类非离子表面活性剂,50多年来在工业、家庭和商业领域被广泛用作乳化剂、润湿剂、分散剂和增溶剂[1]。壬基酚聚氧乙烯醚(NPEOs)和辛基酚聚氧乙烯醚(OPEOs)分别占APEOs市场的约80%和20%,是最常见的形式[2]。这些物质在使用和处置后会被释放到环境中,并通过生物降解形成更难生物降解的代谢物:短链聚氧乙烯醚和烷基酚(AP),如壬基酚(NP)和辛基酚(OP)[[3], [4], [5]]。大量研究表明,APEOs及其降解产物具有内分泌干扰作用,这归因于它们与雌激素的结构相似性[2,[6], [7], [8]]。这些毒理学效应引发了公众对APEOs对人体健康和生态系统潜在负面影响的严重关切[[9], [10], [11]]。因此,全球范围内实施了包括欧盟法规(EU)2016/26、ZDHC-MRSL和Oeko-Tex标准100在内的监管框架,以限制APEOs在工业中的应用。尽管有这些监管措施,但由于APEOs出色的表面活性和成本效益,它们仍在工业配方中得到广泛应用[12]。例如,NPEOs仍被用于皮革加工化学品[13,14],皮革行业的消耗量约占NPEOs总市场份额的10%[12]。这种持久性要求开发准确、简单且经济有效的分析方法来监测工业化学品中的APEOs浓度,以减少污染源。
APEOs的分析面临方法学上的重大挑战,因为它们的化学组成非常复杂。工业级NPEOs含有超过200种烷基酚异构体,并且聚氧乙烯基(EO)链长度存在差异(最多可达40个环氧乙烷单元)[15,16],导致挥发性和极性特征多样。传统的分析技术,如反相液相色谱-质谱(RPLC-MS),在分离这些同系物时存在局限性[[17], [18], [19]]。在RPLC模式下,聚氧乙烯醚同系物常常合并为一个峰,导致质谱检测过程中出现竞争性电离效应和同位素干扰[[20], [21], [22]]。虽然正相液相色谱(NPLC)在质谱分析前能改善APEOs同系物的分离效果,但需要柱后分离和水相补充流,使操作过程复杂化[18,23,24]。还探索了其他方法,包括使用适用于正相和反相溶剂的凝胶过滤柱的混合模式液相色谱[[25], [26], [27]],以及采用二氧化碳和甲醇作为流动相的超临界流体色谱(SFC)[28,29]。然而,这些方法通常依赖于复杂的仪器,如串联质谱(MS/MS),成本较高且不易获得。此外,缺乏可商业获得的单个APEOs同系物的参考标准也限制了这些方法的应用[18]。
与直接LC-MS方法并行,还研究了基于分子裂解的间接分析方法,通过将APEOs分子分解为更小的片段来简化分析过程,从而绕过EO链长度的影响。已有报道使用两种主要的裂解试剂:氢碘酸(HI)和碘化铝(AlI?)[[30], [31], [32]]。HI能有效裂解聚氧乙烯醚表面活性剂中的所有醚键,释放出碘乙烷以用于NPEOs的定量[30]。然而,这种方法缺乏选择性,在复杂基质中会产生假阳性结果。相比之下,AlI?介导的裂解专门针对APEOs中的芳基-O-烷基醚键,将其高效转化为相应的AP[31]。这种方法在APEOs的准确分析方面显示出巨大潜力,并已被纳入ISO 18218-2标准[33],但目前其耗时较长(需在90°C下回流约2小时制备新鲜AlI?[31]),并且在高温反应过程中存在丙腈和碘蒸发的风险,限制了其在批量测试中的实用性。这些局限性凸显了需要一种快速、有效且安全的裂解方法。
在这项研究中,我们介绍了一种改进的AlI?裂解方案,用于皮革脱脂剂中APEOs的快速、批量兼容分析。该技术通过简化反应条件显著区别于以往的方案:在裂解处理后,碘和铝直接与样品提取物在密封容器中混合。这种方法消除了回流条件和湿度控制的需求,提高了操作效率,便于进行批量测试。我们将该方案应用于皮革脱脂剂,这些脱脂剂在皮革加工中起着关键作用,已知可能含有APEOs残留物[14]。该方案在实际样品中表现出良好的稳健性,展示了利用AlI?介导的裂解技术在工业配方中筛查APEOs的实用性,为LC-MS/MS等昂贵且技术要求高的方法提供了一种可行的替代方案。

部分内容

化学物质和材料

使用IGEPAL CO-630(NPEO??,平均EO数为约10,CAS编号68412-54-4)和Triton X-100(OPEO??,平均EO数为约10,CAS编号9036-19-5)作为替代标准,这些试剂来自Sigma-Aldrich(中国上海)。4-壬基酚(NP,CAS编号84852-15-3,异构体混合物)和4-叔辛基酚(OP,CAS编号140-66-9,异构体混合物)的分析标准购自Dr. Ehrenstorfer(德国)。铝粉(纯度99.5%,约325目)也用于实验。

AP的高效液相色谱分离

使用易于获得的设备进行可靠的分析方法对于常规监测至关重要。虽然气相色谱-质谱(GC-MS)和LC-MS具有高灵敏度,但由于成本较低和操作简便,HPLC-DAD在工业中应用更为广泛。因此,本研究建立了一种HPLC-DAD方法来定量NP(异构体混合物)和OP(异构体混合物)。尽管HPLC可以检测多种结构相关的烷基酚(例如线性4-壬基酚),

结论

本研究提出了一种先进的AlI?介导的裂解策略,用于复杂皮革脱脂剂中烷基酚聚氧乙烯醚(APEOs)的选择性定量。该方法通过三项关键创新实现了可靠的APEO分析:(1)利用丙酮共沸蒸发有效去除水分;(2)在室温下通过超声处理生成AlI?;(3)在85°C下30分钟内将APEOs完全转化为疏水性AP。优化后的方案表现出令人满意的结果

数据可用性

数据可应要求提供。

补充材料

与本文相关的补充材料可在在线版本中找到。

作者贡献声明

马和伟:撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法验证、实验设计、数据分析、概念构建。罗建勋:撰写——审稿与编辑、项目监督、资源管理、数据管理、概念构建。易玉丹:撰写——审稿与编辑、数据可视化、项目监督、实验设计、数据分析。张彩丹:撰写——审稿与编辑、数据验证、资源管理、实验设计、概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢浙江省科学技术局(LGC21B070002)提供的财政支持,以及嘉兴技术创新团队——皮革加工和织物染色及整理的清洁生产的部分资助。

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