反相色谱和离子交换色谱测定三聚氰胺氰尿酸中三聚氰胺与硫脲的对比研究

叶明立 卢浈乐 Nesterenko Pavel N. 陈梅兰 崔海容

(1.浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州310015；2.武昌理工学院生命科学学院，武汉430000；3.ChemistryDepartment,PhysicalChemistryDivision,LomonosovMoscowStateUniversity,1-3LeninskieGory, Moscow 119991,RussianFederation)

三聚氰胺氰尿酸(MCA)是20世纪80年代由日本开发的一种含氮的无卤环保型阻燃剂，能使阻燃材料达到UL94V-0,可以通过升华及分解释放出惰性气体以达到阻燃的目的[1]。该产品具有使用经济、高效、低烟、低腐性，与环境相容性好的特点[2，3]，因此被广泛应用于高层建筑的橡胶配件、电梯、电缆、电器塑料、纤维织物和防火涂料中，是目前增长最快且用量最大的三聚氰胺系阻燃剂[4，5]。MCA是由三聚氰胺和三聚氰酸在水中合成，是通过氢键结合的加合物[6]。MCA的合成工艺按照初始原料的不同可分为氰尿酸法和尿素法[7，8]。其中，尿素法通常是在尿素热解生成氰尿酸的同时加入三聚氰胺进行反应，或将尿素和三聚氰胺一同加入进行热熔融，一步反应生成MCA粗品，再经酸煮，水洗，干燥等工序精制得到产品[9]。在酸(主要是硫酸洗涤)洗过程中会生成硫脲。因此，MCA在生产过程中，其中生成的三聚氰胺和硫脲会影响MCA的纯度，使阻燃性能变差，因此游离三聚氰胺和硫脲等是MCA产品中的重要杂质指标[7]。

目前三聚氰胺和硫脲的检测方法主要有反相色谱法(HPLC)[10，11]、液相色谱串联质谱法(LC/MS/MS)检测法[12，13]、气质联用法(GC-MS)[14]、酶联免疫吸附法(ELLSA)[15，16]、表面增强拉曼光谱法(SERS)[17]等。其中反相色谱法(RPC)是较常见的检测方法，因三聚氰胺和硫脲分子中含有氮，在酸性条件下会形成阳离子，因此我们尝试阳离子交换色谱进行分离和紫外检测，并对建立的方法所测定的结果与反相色谱测定的结果进行F检验和t检验，为检测三聚氰胺和硫脲的方法选择提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent1200型高效液相色谱仪配紫外检测器；SK2200H型超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司)。

乙腈(色谱纯，美国天地公司)，醋酸钠(优级纯，上海凌峰化学试剂有限公司)，三聚氰胺(工业三聚氰胺重结晶，含量99.5%)，硫脲(购自阿拉丁，含量99.5%)，甲基磺酸和冰醋酸(分析纯，杭州化学试剂有限公司)，实验用水为超纯水(Thermo, GenPure UV/UF，电阻率18.2 MΩ·cm)。样品三聚氰胺氰尿酸盐取自杭州一化工厂。

1.2 溶液的制备

称取三聚氰胺和硫脲各100 mg，以去离子水溶解并定容于0.1L容量瓶中，配制成浓度为1000 mg·L-1的贮备液，储存于4℃冰箱中备用。

1.3 色谱条件

1.3.1反相色谱条件

AgilentTC-C18色谱柱(5 μm，4.6×250 mm)；以5 mmol·L-1醋酸铵溶液和乙腈(V∶V，97∶3)为流动相；柱温为25 ℃；流速1 mL·min-1；进样体积为25 μL；检测波长为240 nm。色谱图见图1。

图1 AgilentTC-C18色谱柱分离标准色谱图

1.3.2离子交换色谱

SH-CC-4(7 μm,4×200 mm)分析柱，SH-G-1(6 μm,4×50 mm)保护柱；以5 mmol·L-1甲基磺酸溶液和甲醇(V∶V，90∶10)为流动相；柱温为35 ℃；流速1.0 mL·min-1；进样体积为25 μL；检测波长为240 nm。色谱图见图2。

图2 盛瀚SH-CC-4色谱柱标准色谱图

1.4 样品前处理

准确称取0.1g三聚氰胺氰尿酸样品，加入去离子水并定容于100mL容量瓶中，摇匀，过滤，收集滤液储存于冰箱备用。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择

AgilentTC-C18色谱柱：尝试了①0.01 mol·L-1醋酸铵∶乙腈= 75∶25②0.01 mol·L-1醋酸铵∶乙腈=90∶10③0.005 mol·L-1醋酸铵∶乙腈=90∶10④0.005 mol·L-1醋酸铵∶乙腈= 97∶3 4种色谱分离条件。结果显示，在①条件下，硫脲与三聚氰胺两者无法分离，在②，③条件下两者不能完全分离，在④条件下，两者物质完全分离，且分离度都在6左右。最终，选择④作为淋洗条件。

盛瀚SH-CC-4色谱柱：尝试①0.01 mol·L-1甲基磺酸②0.005 mol·L-1甲基磺酸③0.005 mol·L-1甲基磺酸∶甲醇= 90∶10 3种淋洗液。在①，②条件下色谱峰分离状况不佳。最优的色谱条件为③。

2.2 方法学考察

分别取储备液硫脲适量配制成浓度为0.05、0.1、0.2、0.4、0.8mg·L-1的标准溶液和三聚氰胺适量配制成0.5、1.0、2.0、4.0、8.0mg·L-1的标准溶液，在1.3.1条件下进样分析，每个浓度样品分别测定3次，取3次所得峰面积的平均值，以峰面积(Y)为纵坐标，物质浓度(X)为横坐标建立目标分析物的标准曲线。

为考察方法精密度，另取浓度为4.0mg·L-1的标准溶液，分别在两种分离条件重复进样7次，测定峰面积，计算方法的相对标准偏差(RSD)。以3倍基线噪声(S/N=3)计算最低检出限，以10倍信噪比计算定量限，计算结果见表1。

表1 线性方程、检测限及相关系数

2.3 样品分析及加标回收率

将样品按1.4处理后分别在两个色谱条件下进行分析，发现样品含三聚氰胺不含硫脲，每个样品进3针，得到的峰面积取平均值，将峰面积带入线性方程中得到样品中三聚氰胺的含量。各个样品含量及其加标回收率见表2。色谱图见图3、图4。

图3 Agilent TC-C18柱分离MC-15样品色谱图

图4 SH-CC-4柱分离MC-15样品色谱图

表2 MC样品中三聚氰胺测得值及其加标回收率

2.4 F检验

为比较两种检测方法的精密度是否有差异，实验选Mc-产品分别用两种方法同时测定11次，具体数据见表3。同时对表3数据进行F双侧检验，显著性水平为α=0.05，df1=10，df2=10及F分布表，见表4。

表3 Mc-产品中三聚氰胺的测定值

表4 F检验

由检验结果知，按照α=0.05水准，F0.975

2.5 t检验

为比较使用AgilentTC-C18和使用SH-CC-4两种试验方法的结果有无系统误差，对实验数据采用“t检验：双样本等方差假设”。对实验数据采用“t检验：双样本等方差假设”。根据显著性水平α=0.05，df1=9，df2=9及单侧t分布表，结果见表5。

表5 t 检验

由检验结果知，因为|t|>“t双尾临界”，所以两个平均值有显著差异；单侧检验时，t<0，且|t|>“t单尾临界”，可判断AgilentTC-C18数据的平均值较SH-CC-4数据的平均值有显著减小。

3 结论

根据实验结果可知，两种方法的方法学考察结果表明，两种测定方法可靠。对样品的测定结果的 F 检验表明，精密度无差异，但 t 检验(系统误差检验)发现存在显著差异，从色谱图可看出，SH-CC-4色谱柱上，三聚氰胺峰型较宽。在微碱性条件下他们质子化的能力较弱，导致两种物质在SH-CC-4色谱柱离子保留较弱，因此色谱峰变宽。但SH-CC-4色谱柱使用的流动相甲基磺酸无毒，对检测人员和环境更友好，可考虑优先采用。