三种常见的戊二醛含量测定方法的比较

孙 淦，韦 婧，杨嘉燕，边贺东

(1 广西民族大学化学化工学院，广西 南宁 530006；2 广西高校光电化学生物传感与分子识别重点实验室，广西 南宁 530006)

2020年初，新型冠状病毒在全球范围流行，突如其来的疫情让人猝不及防，在现代防疫手段中，消毒液是人们抗击病毒的最得力的工具之一。戊二醛是一种5碳饱和直链脂肪族双缩醛化合物，分子式为C5H8O2，相对分子质量为100.12，是一种略带刺激性气味的无色或微黄色的透明油状液体，属广谱、高效消毒剂，可以杀灭一切微生物，因此常被用来做消毒液。但是，戊二醛也具有一定毒性，长期使用浓度过大的戊二醛可能会对人的身体健康造成损害，接触戊二醛的人员可出现不同程度的喷嚏、头痛、流泪、皮疹和慢性咳嗽[1]。根据pH值的不同，戊二醛大致可以分为3类：(1)pH值为3.2～4.6的单方酸性戊二醛；(2)pH值为7.0的复合中性戊二醛；(3)pH值为7.5～8.5的复合碱性戊二醛。近年来市面上售卖较多的是酸性戊二醛和复合碱性戊二醛两种[2]。而戊二醛的使用量直接决定着杀菌的效果，戊二醛含量测定是十分必要的。张冉[3]运用液相色谱-质谱串联法测定生活饮用水中的戊二醛含量；万红才等[4]建立了设定pH值法测定医院消毒试剂戊二醛含量，都达到了良好的效果。随着检测方法的改善以及仪器精密性的提高，对于戊二醛的含量测定，也有了一些新方法，例如万正杨等[5]利用气相色谱改善了实验方案，取得了相对满意的效果，韩志宇等[6]提出的正交试验优化-顶空固相微萃取-气相色谱-串联质谱法测定水中戊二醛的方法，也提供了更加先进的实验理念。平付军[7]用电位滴定法测定戊二醛时，分别用高、中、低浓度分组测定，加标回收率均值都在98%以上，结果符合预期。滴定法、紫外分光光度法和高效液相色谱法这三种方法较为经济常用。本文对这三种方法进行实验，研究的样品为酸性戊二醛，并将对这三种方法的准确度进行比较。

1 实 验

1.1 实验材料

主要仪器有：AL204型分析天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；arium Pro型超纯水系统，德国赛多利斯集团；50 mL滴定管；Cary100型紫外-可见分光光度计，安捷伦Agilent(美国)公司；Agilent1260型高效液相色谱仪，美国安捷伦公司；Agilent EC-C18色谱柱(4.6 mm×150 mm)。

主要试剂有：50%戊二醛溶液(A.R.)，安耐吉试剂公司；6.5%三乙醇胺溶液；碳酸钠(纯度99%)；0.25 mol/L NaHSO3溶液；盐酸羟胺中性溶液；0.25 mol/L硫酸溶液；甲醇(色谱纯)；乙腈(色谱纯)等。

1.2 实验方法

1.2.1 碘滴定法

(1)原理：在戊二醛试液中，加入过量的NaHSO3溶液，二者以物质的量比为1∶2进行加成反应，未反应的NaHSO3，用I2标准溶液返滴定，在此过程中NaHSO3与I2以物质的量比为1∶1进行反应。滴定过程可以用淀粉溶液作指示剂，以蓝色出现为终点[8]。

(2)试液配制：①2%戊二醛溶液：吸取1 mL 50%戊二醛试液(A.R.)加入25 mL的容量瓶中稀释到2%(质量浓度为44.8 g/L)。②NaHSO3溶液(0.25 mol/L)：称取2.6 g NaHSO3溶于少许水中，定溶至100 mL贮于棕色瓶中。③碘标准溶液(0.1 mol/L)：称取5.16 g碘和8.8 g碘化钾，混匀，溶解于水中，然后再定溶至200 mL。用0.2 mol/L Na2S2O3标准溶液标定3次，标定结果为c=0.101 7 mol/L)。

(3)操作过程：吸取1 mL质量浓度为44.8 g/L的戊二醛溶液于碘量瓶中，用移液管准确加入10 mL 0.25 mol/L NaHSO3溶液，反应5～10 min，用I2标准溶液滴定至终点。平行测定5次，以1 mL蒸馏水作空白平行测定。

(4)结果计算

X=c(v2-v1)×0.020 36×1 000÷v

(1)

式中：X为戊二醛的含量，g/L；c为硫酸标准溶液的浓度，mol/L；V1和V2分别为样品与空白滴定中消耗硫酸标准溶液的体积，mL；V为取样品的体积，mL；0.020 36为1.00 mL 碘标准溶液相当于戊二醛的质量，g。

1.2.2 盐酸羟胺法定量分析戊二醛

(1)原理：戊二醛与三乙醇胺反应，未反应的三乙醇胺用硫酸标准溶液滴定，以溴酚蓝在pH=3～4之间的无色突变为终点指示(溴酚蓝在该区域的变色情况为蓝紫→无色→黄色)，通过空白的精确测定来计算戊二醛的有效含量。而较早的方法则是在中性环境下测定，终点判定以溴酚蓝的蓝绿色为指示色，该pH范围并非溴酚蓝的特殊变化区域，致使终点指示判定困难，有时滴定分析会出现无法确定终点(蓝绿色)的情况[9]。

(2)溶液配制：①溴酚蓝指示液：称取0.05 g溴酚蓝，用50%的乙醇溶液溶解，过滤。②6.5%三乙醇胺溶液：按比例用高纯水稀释即可。③盐酸羟胺溶液：准确称取17.5 g盐酸羟胺，加适量纯水溶解后，移入500 mL量瓶中，加异丙醇定容，混匀。④标定0.25 mol/L硫酸溶液：准确称取无水碳酸钠0.530 0 g，加20 mL蒸馏水溶解，加2滴甲基橙指示剂，用待标定的硫酸滴定至溶液由黄色变为橙色。⑤盐酸羟胺中性溶液：吸取盐酸羟胺溶液40 mL，加入0.04%溴酚蓝乙醇溶液2 mL，在用6.5%三乙醇胺溶液边调边摇匀，滴定至溶液显黄蓝绿色(原法为蓝绿色)。

(3)操作步骤：按照2002年版本的《消毒技术规范》[10]和2020年6月发布的《戊二醛消毒剂卫生要求》[11]制定方案，精确量取50%戊二醛溶液(A.R.)0.2 g，精确加入20 mL 6.5%三乙醇胺溶液与25 mL盐酸羟胺中性溶液。摇匀，静置反应1 h，用0.25 mol/L硫酸溶液滴定。待溶液显蓝绿色，记录硫酸溶液用量。以不含戊二醛的三乙醇胺、盐酸羟胺中性溶液重复上述操作(空白对照)。按0.25 mol/L硫酸溶液滴定，计算戊二醛含量。

(4)方法改进：徐芳等[12]提出以上方案存在药品用量过大的问题，按照他们所给方案进行改进实验，分别准确吸取盐酸羟胺的中性溶液10.0 mL六份，五份为平行样，另一份作空白试验校正，分别准确加入6.5%三乙醇胺溶液8.0 mL。在准确吸取样品溶液0.2 g二份加入上液中，空白加纯水0.2 mL，密塞后静置，放置1 h，用0.25 mol/L硫酸标准溶液滴定，至溶液显蓝绿色为终点。

(5)不同取样量对测定的影响：运用上述改进方案直接从50%戊二醛溶液(A.R.)中精密吸取实际含量为0.150 g、0.180 g、0.200 g、0.220 g、和0.250 g的戊二醛，三组平行，另做一组空白对照，分别测定其戊二醛含量，以此验证改进方案在戊二醛取样量不同时改进方案的可行度。

(6)回收率测定：精密吸取实际含量为0.180 g、0.200 g、0.220 g的戊二醛，测定其回收率。

(7)结果计算：按照贾薇等提供的计算方法，用公式(2)计算：

X=c(v2-v1)×0.025 425×1 000÷v

(2)

式中：X为戊二醛的含量，g/L；c为硫酸标准溶液的浓度，mol/L；V1和V2分别为样品与空白滴定中消耗硫酸标准溶液的体积，mL；V为取样品的体积，mL；0.025 425为1.00 mL 硫酸标准溶液[(1/2H2SO4)=1.000 0 mol/L]相当于戊二醛的质量，g[13]。

1.2.3 紫外分光光度法

戊二醛水溶液或戊二醛羟胺缩合物在特定波长处有最大吸收峰，在一定的浓度范围内，吸光度与戊二醛浓度呈线性关系。

方法与过程：(1)戊二醛测定波长选择：精确吸取60 μL的50%戊二醛试液(A.R.)两份于两个25 mL的容量瓶中，其中一组直接定容，另一组用一定量的2 mol/L Na2CO3溶液调节至pH=7后定容，水和2 mol/L Na2CO3溶液为参比，在200～400 nm波长间扫描。测出最大吸收波长A。(2)绘制标准曲线：准确吸取50%的戊二醛溶液(A.R.)配制成浓度为0、0.448、0.896、1.344、1.792、2.240、2.688 mg/mL的标准溶液。以分光光度法在最大波长处测得吸光度A。(3)回收率试验：精确配制浓度为0.60、1.10、1.50、2.00、2.50 mg/mL的戊二醛溶液，测定其吸光度值。

1.2.4 高效液相色谱法

高效液相色谱法在戊二醛检测的使用上已颇为广泛，张丹等[14]运用此法测定消毒剂中戊二醛和邻苯二甲醛的含量，以及国家化妆品市场标准中戊二醛含量的测定[15]都运用了此法。

方法与条件选择：(1)色谱条件∶从甲醇∶水=50∶50(V/V)；乙腈∶水=50∶50(V/V)，乙腈∶水=70∶30(V/V)三个流动相中选择最佳流动相，波长为紫外测定的最大波长；在20 ℃，25 ℃，30 ℃三个温度中选择合适柱温。根据色谱峰形状以及保留时间，确定最合适的流动相比例。(2)标准溶液配制：准确吸取50%的戊二醛溶液(A.R.)0、5、10、15、20、40 μL置于6个25 mL容量瓶中，定容，制成浓度为0、0.224、0.448、0.672、0.896、1.792 mg/mL标准溶液。在上述色谱条件下各取20 μL进样，以峰面积为纵坐标，质量浓度为横坐标，作标准曲线。(3)回收率测定：精确配制浓度为0.2、0.224、0.3、0.4、0.6 mg/mL的戊二醛溶液，测定其吸光度值。(4)样品前处理：将配好的标准溶液以及待测样品用过滤膜过滤提纯，过滤杂质。

2 结果与讨论

2.1 碘滴定法测定戊二醛浓度测定结果

表1 碘滴定法戊二醛浓度测定结果

碘滴定法测定戊二醛，是一种比较方便并且使用时间相对较短的检测方法(5～10 min即可)，也可以在操作误差较小的情况下误差接近5%，保证相对精准的测定，但是要注意碘液易挥发和NaHSO3在空气中容易被氧化的问题，且存在着一滴或半滴之差，就有着较大误差的问题。

2.2 盐酸羟胺法测定戊二醛浓度结果

按照指定的方案以及计算公式，得到了表2～表5的测定结果。

表2 盐酸羟胺法戊二醛含量测定结果

表3 盐酸羟胺法戊二醛含量测定结果(改进组)

表4 盐酸羟胺法在取样量不同时戊二醛含量测定结果

表5 盐酸羟胺法回收率的测定

由表2和表3得出的数值可知，在检测0.20 g的戊二醛的情况下原始方案和改进方案结果相差不大，并且准确度较好，能够解决药品用量过大的问题。在测定不同取样量的影响时，采用了改进组的方案。最终探究取样量不同时，在0.18～0.22 g时，效果较好，误差皆在5%以下。0.15 g和0.25 g时已经有了明显的误差。回收率的测定在改进方案下，戊二醛含量的测定范围大致在0.18～0.22 g。综上所述，滴定法不但误差受人为操作影响大，细小的误差会导致结果有较大差距，而且对于检测范围也比较苛刻。

2.3 紫外分光光度法结果与讨论

2.3.1 戊二醛测定波长选择结果

由于50%戊二醛溶液(A.R.)的pH=3.9，所以测得的最大波长为221 nm，用一定量的2 mol/L Na2CO3溶液调节至pH=7，也可以得到很好的线性效果，最大波长为233 nm本文不同pH下的实验所得的最大波长均为K吸收带范围内(220～240 nm)，所以测定结果符合标准。

图1 2.240 mg/mL戊二醛在不同pH环境下紫外扫描图

2.3.2 绘制标准曲线结果

由表6和图2可知，戊二醛溶液在0.448～2.688 mg/mL之间有着良好的线性关系，得到线性方程：A=0.001 34+0.331 71C(R2=0.999 8)。

图2 戊二醛溶液紫外标准曲线

表6 戊二醛浓度和吸光度的关系

2.3.3 回收率试验结果

由表7数据以及计算结果可知，戊二醛的加样回收率在98.1%～101.2%之间。准确度相对较高。符合t检验和Q检验。可以达到检测要求。

表7 戊二醛回收率测定的结果(紫外)

2.4 高效液相色谱法结果与讨论

2.4.1 条件的探索结果

由于碳酸钠调节pH会对图像产生一定影响，本文直接采用pH=3.9的50%戊二醛溶液(A.R.)进行分析[16]，采用的最大波长为220 nm。经过扫描，发现流动相为乙腈：水=70∶30(V/V)的条件下峰型无分叉，峰型较完美，保留时间为3.49 min，柱温为25 ℃。

2.4.2 标准曲线以及回归方程

标准曲线如图3所示，在本实验条件下，戊二醛在浓度为0.224 mg/mL至1.792 mg/mL区间线性良好，得到回归方程：A=98.341 24C-3.205 34(R2=0.998 2)。

图3 戊二醛溶液液相色谱的标准曲线

2.4.3 回收率测定结果

按照一定比例稀释五组样品得到如表8的测定结果。

表8 稀戊二醛溶液加样回收率结果(液相色谱)

结果显示，戊二醛的加样回收率在98.25%～100.6%之间。准确度相对较高。符合t检验和Q检验，可以达到检测要求。

3 结 论

目前为止，戊二醛含量的检测方法已有很多，本文主要讨论了三种检验法，滴定法的误差较大，反应时间长，指示终点不明显，步骤复杂等缺点，虽然后人通过改进指示剂，调节pH等多种方法逐步减少了误差，但是人为操作的不可避免误差仍然存在。紫外分光光度法和高效液相色谱法都具有较高的准确度，R2都达到了0.990 0以上，这说明随着仪器精密度的提高，人工操作的一些不可控误差以及指示剂终点误差判断不明显的问题是可以克服的，紫外分光光度法的RSD大于1%小于1.5%，液相色谱法的RSD小于1%，且液相色谱法的检出限要低于紫外分光光度法，综合来看液相色谱法检测范围更大，检测限低，准确度高。三种方法相比较，如果只粗略测定戊二醛含量，酸碱滴定法便可实现；如果需要十分精密的测量，则需要紫外分光光度法、高效液相色谱法。戊二醛是新一代醛类消毒剂。它不仅克服了甲醛消毒剂的诸多缺点，也具有很强的广谱杀菌能力，是当前醛类消毒剂中应用较广的一种消毒剂[17]，作为被世界卫生组织推荐为无毒速效杀菌消毒剂，戊二醛将来一定有着更好的发展空间，并且检测方法也一定会随着科技的发展能够更高效更经济更简洁。