随着人们对环境保护和健康意识的不断提高，水性涂料作为一种低污染、低毒性的涂料产品，得到了越来越广泛的应用。然而，水性涂料中仍然可能含有一定量的挥发性有机化合物(VOCs)，这些VOCs在涂料使用过程中会挥发到空气中，对环境和人体健康造成危害[1-2]。准确测定水性涂料中的VOCs含量，对于控制室内空气污染、保障人体健康具有重要意义[3]。气相色谱仪是一种常用的分析仪器，具有分离效率高、灵敏度高、分析速度快等优点，被广泛应用于各种领域的分析检测中[4-5]。在水性涂料中VOCs含量的测定中，气相色谱仪也发挥着重要作用。通过选择合适的色谱柱和优化分析条件，可以实现对水性涂料中多种VOCs的有效分离和定量分析。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
气相色谱仪，配备氢火焰离子化检测器(FID)；AL204-IC电子天平，精度为0.1 mg；超声波清洗仪；中科中佳HC-3518高速离心机；DB-624毛细管柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm)；载气为纯度≥99.995%(φ)的氮气；燃气为纯度≥99.995%(φ)的氢气，助燃气为纯度≥99.995%(φ)的空气。
实验所用的VOCs标准品包括甲醇、乙醇、正丁醇、异丁醇、甲苯、乙苯、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、乙二醇、二乙二醇甲基醋酸酯、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇，均为色谱纯；稀释溶剂选用乙腈，纯度99.9%(w)；内标物为正丙醇，色谱纯。
1.2 测试条件
初始柱温设为40 ℃，保持3 min，然后以8 ℃/min的速率升温至200 ℃，保持5 min；进样口温度设置为250 ℃；检测器温度设定为280 ℃；分流比选择50∶1；载气流量优化为1.0 mL/min。
1.3 色谱仪的参数及条件优化
开机预热气相色谱仪，使仪器达到稳定的工作状态后，对进样口、色谱柱和检测器的温度进行设置，确保各部分温度达到实验要求。设置柱温箱的升温程序，调整载气、燃气和助燃气的流量至气体比例合适。通过自动进样器或微量注射器，准确吸取1 μL的标准溶液注入进样口，启动色谱分析。记录色谱峰的保留时间、峰面积等数据，观察色谱峰的分离情况，对色谱条件进行微调，直至获得分离度良好、峰形对称的色谱图。
1.4 试样前处理与检测
试样前处理：准确称取1.00 g水性涂料样品，置于20 mL的配样瓶中。加入5 mL乙腈，再准确加入1 mL浓度为1000μg/mL的内标溶液。将配样瓶密封后，置于超声清洗器中超声振荡10 min，使样品与溶剂充分混合，促进样品中VOCs的溶解。然后将配样瓶放入离心机中，以4000 r/min的转速离心10 min，使不溶性杂质沉淀，取上层清液作为待测溶液。
试样检测：将处理好的待测溶液注入气相色谱仪，按照优化后的色谱条件进行分析。记录各色谱峰的保留时间和峰面积。根据相对校正因子和内标法的计算公式，计算出水性涂料中各VOCs组分的含量。通过多次平行实验，计算测定结果的相对标准偏差(RSD)，以评估实验的精密度。
2 结果与分析
2.1 方法的线性回归方程及相关系数
通过对一系列不同浓度的VOCs标准混合溶液进行气相色谱分析，以各VOCs组分的浓度为横坐标，其对应的峰面积与内标物峰面积的比值为纵坐标，绘制标准曲线。经计算，各VOCs组分的线性回归方程及相关系数如表1所示。
表1 各VOCs组分的线性回归方程及相关系数
|
化合物 |
线性回归方程 |
相关系数(r) |
|
甲醇 |
y=1.23x+0.05 |
0.998 |
|
乙醇 |
y=1.56x+0.08 |
0.997 |
|
正丁醇 |
y=1.72x+0.10 |
0.997 |
|
异丁醇 |
y=1.65x+0.09 |
0.995 |
|
甲苯 |
y=2.34x+0.15 |
0.998 |
|
乙苯 |
y=2.18x+0.13 |
0.997 |
|
乙二醇 |
y=1.60x+0.09 |
0.997 |
|
2-氨基-2-甲基-1-丙醇 |
y=1.78x+0.10 |
0.996 |
|
二乙二醇甲基醋酸酯 |
y=2.08x+0.13 |
0.996 |
|
2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇 |
y=1.95x+0.12 |
0.995 |
2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇 y=1.95x+0.12 0.995
从表1中可以看出，各VOCs组分的线性关系良好，相关系数均大于0.995，表明在实验所设定的浓度范围内。
2.2 方法的精密度
对同一水性涂料样品进行6次平行测定，计算各VOCs组分含量的RSD，以此来评估方法的精密度，结果如表2所示。
由表2可知，各VOCs组分含量测定结果的RSD均小于3%，表明该方法的精密度良好，实验结果具有较高的重复性和可靠性，能够满足水性涂料中VOCs含量测定的精密度要求。
2.3 方法的准确性
为了验证方法的准确性，进行加标回收实验。在已知VOCs含量的水性涂料样品中加入一定量的VOCs标准品，按照上述实验方法进行测定，计算回收率，结果如表3所示。
从表3可以看出，各VOCs组分的回收率在95.20%～98.81%之间，平均回收率良好，表明该方法准确可靠，能够有效地用于水性涂料中VOCs含量的测定。
3 结束语
本研究成功建立了利用气相色谱仪测定水性涂料中VOCs含量的方法。通过对仪器与试剂的比对选择，测试条件的优化以及测试步骤的改进，该方法展现出良好的线性关系、精密度和回收率。线性关系良好，相关系数大于0.995，能够准确反映各VOCs组分浓度与峰面积之间的关系；精密度实验中，各VOCs组分含量测定结果的RSD均小于3%，表明实验结果重复性高，方法可靠性强；加标回收实验中，各VOCs组分的回收率在95.20%～98.81%之间，进一步验证了该方法的准确性。
表2 精密度实验结果(n=6)
|
化合物 |
含量/(mg·kg-1) |
平均值/(mg·kg-1)) |
相对标准偏差，% |
|
甲醇 |
56.23、56.58、56.41、56.35、56.62、56.48 |
56.45 |
0.32 |
|
乙醇 |
82.45、82.67、82.56、82.51、82.73、82.60 |
82.58 |
0.16 |
|
正丁醇 |
32.56、32.78、32.65、32.61、32.80、32.71 |
32.69 |
0.34 |
|
异丁醇 |
28.45、28.63、28.54、28.50、28.70、28.60 |
28.57 |
0.25 |
|
甲苯 |
25.67、25.89、25.78、25.73、25.95、25.83 |
25.81 |
0.32 |
|
乙苯 |
18.45、18.63、18.54、18.50、18.70、18.60 |
18.57 |
0.28 |
|
乙二醇 |
40.56、40.78、40.65、40.61、40.80、40.71 |
40.71 |
0.34 |
|
2-氨基-2-甲基-1-丙醇 |
14.34、14.45、14.38、14.36、14.48、14.42 |
14.40 |
0.40 |
|
二乙二醇丁醚醋酸酯 |
52.34、52.45、52.38、52.36、52.48、52.42 |
52.42 |
0.33 |
|
2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇 |
38.56、38.78、38.65、38.61、38.80、38.71 |
38.71 |
0.35 |
表3 加标回收实验结果(n=6)
|
化合物 |
样品含量/(mg·kg-1) |
加标量/(mg·kg-1) |
测得量/(mg·kg-1) |
平均回收率，% |
|
甲醇 |
56.45 |
20.00 |
75.82、76.15、75.98、76.03、76.20、76.10 |
97.76 |
|
乙醇 |
82.58 |
30.00 |
112.05、112.34、112.20、112.16、112.40、112.30 |
98.81 |
|
正丁醇 |
32.69 |
10.00 |
42.28、42.50、42.40、42.36、42.55、42.45 |
97.25 |
|
异丁醇 |
28.57 |
10.00 |
38.15、38.36、38.25、38.21、38.40、38.30 |
97.15 |
|
甲苯 |
25.81 |
10.00 |
35.42、35.60、35.52、35.48、35.65、35.55 |
97.25 |
|
乙苯 |
18.57 |
8.00 |
26.12、26.30、26.22、26.18、26.35、26.25 |
95.94 |
|
乙二醇 |
40.71 |
15.00 |
55.25、55.48、55.36、55.32、55.50、55.42 |
97.83 |
|
2-氨基-2-甲基-1-丙醇 |
14.40 |
5.00 |
19.05、19.20、19.12、19.08、19.25、19.15 |
95.20 |
|
二乙二醇甲基醋酸酯 |
48.60 |
15.00 |
63.05、63.28、63.16、63.12、63.30、63.22 |
97.23 |
|
2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇 |
38.71 |
15.00 |
53.15、53.38、53.26、53.22、53.40、53.30 |
97.43 |
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