甲苯二异氰酸酯（toluene diisocyanate，TDI）是合成聚氨酯的一种重要异氰酸酯。根据两个异氰酸酯基团的位置不同，分为2，4-TDI（CAS号：584-84-9）、2，6-TDI（CAS号：91-08-7）和2，5-TDI（CAS号：614-90-4）三种异构体。工业上主要使用前两种，2，5-TDI未见使用报道。TDI有刺激性气味，易逸散至空气中，可刺激人眼、呼吸道和皮肤。国际癌症研究组织（IARC）将其列为2B类致癌物，我国GBZ 2.1-2007^[1]对作业场所空气中TDI容许浓度制定了严格的规定：PC-TWA为0.05 mg/m³，PC-STEL为0.10 mg/m³。国内外检测空气中TDI的方法包括分光光度法^[2]、气相色谱法^[3-4]和液相色谱法^[5-7]。分光光度法为非特异反应，灵敏度低，异氰酸酯类基团都会对吸光度产生正干扰；气相色谱法灵敏度高，但使用七氟丁酸酐衍生后副产物复杂，共存的甲苯二胺（toluene diamine，TDA）会产生正干扰（干扰物质与被检物质有相同的反应）；液相色谱法也需将TDI衍生后才能检测，但相比前两种，其副产物少，定性准确，共存物质（如TDA）不会产生干扰。本文在前人工作基础上，优化了TDI标准曲线的配制方法，建立了测定工作场所空气中TDI的浸渍滤纸采集-高效液相色谱法（HPLC），以期为同行提供参考。

1.   材料与方法

1.1   仪器

LC-20AT高效液相色谱仪（日本岛津公司），TYC-3000智能尘毒采样器和玻璃纤维滤纸（盐城天悦仪器仪表有限公司），Milli-Q超纯水机[默克化工技术（上海）有限公司]，微量注射器（瑞士Hamilton公司），有机相针式过滤器（孔径为0.45 μm）。

1.2   试剂

2，4-TDI、2，6-TDI和1-（2-吡啶基）哌嗪（简称1-2PP）购自梯希爱（上海）化成工业发展有限公司，乙腈、二氯甲烷、二甲基亚砜和乙酸铵购自上海安谱实验科技股份有限公司。分别配制1-2PP溶液A（2.0 mg/mL，以二氯甲烷为溶剂）、1-2PP溶液B（10.0 mg/mL，以乙腈为溶剂）、洗脱液M[V（乙腈）/ V（二甲基亚砜）=9/1]和0.02 mol/L乙酸铵溶液用于后续测试。

1.3   浸渍玻璃纤维滤纸的制备

在通风柜中，将玻璃纤维滤纸平铺于干净的平面载体上，向滤纸中心滴加0.50 mL 1-2PP溶液A，溶液应浸透整张滤纸。放置30 min后，置于密闭避光容器中保存，2 ~ 8 ℃环境中可保存一个月。

1.4   高效液相色谱条件

配紫外检测器，C18反相色谱柱（250 mm × 4.6 mm × 5 μm），流动相为乙腈和0.02 mol/L乙酸铵溶液的混合液（体积比为40/60），流速1.0 mL/min，测定波长254 nm，进样量20 μL。

1.5   样品采集和测定

在采样点用装好浸渍滤纸的采样夹，以1 L/min流量采集空气样品（采集时长≤ 1 h），采样完成后将滤纸取出对折后，放入预装有4 mL洗脱液M的具塞试管中，密封后运输和保存。每批样品不少于2个空白样。将样品带至实验室后，将具塞试管中样品振荡洗脱10 min，经针式过滤器过滤，滤液供高效液相色谱仪测定。

1.6   标准溶液配制及标准曲线绘制

以乙腈为溶剂配制250 μg/mL的2，4-TDI和2，6-TDI的混合标准溶液。取7只5.0 mL容量瓶，先各加0.10 mL 1-2PP溶液B，再用微量注射器加入0、2.0 μL、4.0 μL、10.0 μL、20.0 μL、40.0 μL、100 μL TDI混合标准溶液，振荡30 s后，用洗脱液M定容至刻度，配成0.0 μg/mL、0.10 μg/mL、0.20 μg/mL、0.50 μg/mL、1.00 μg/mL、2.00 μg/mL、5.00 μg/mL TDI的标准系列。用高效液相色谱仪分别测定标准系列溶液，以测得的峰高或峰面积对相应的TDI质量浓度（μg/mL）绘制标准曲线。

1.7   检测结果计算

检测结果计算公式：C = 4C₀ / V₀D，式中：C为空气中TDI的质量浓度，mg/m³；C₀为样品滤液中TDI的质量浓度（减去样品空白），μg/mL；V₀为标准采样体积，L；D为解吸效率，%。

2.   结果与讨论

2.1   浸渍滤纸的制备

浸渍滤纸的制备包括滴加法和浸泡法。应用浸泡法虽然能均匀地将1-2PP吸附于滤纸上，但在浸泡取出的过程中容易因重力作用拉扯滤纸，易导致滤纸的机械结构受损（玻璃纤维滤纸主要是机械压制而成），且滤纸正反两面皆被浸渍，易受污染；滴加法制得的滤纸机械结构基本无变化，且浸渍1-2PP的量易于控制，所以本法使用滴加法制备。

2.2   标准曲线的配制优化

已发表文献中应用液相色谱法^{[5, 7]}测定TDI都是先合成TDI-脲衍生物，再以TDI-脲为标准物质配制标准曲线，最后乘以换算系数0.347 9算得TDI的含量。其反应原理为异氰酸酯基团取代仲胺上的活性氢生成脲结构的衍生物，反应方程式为：

TDI-脲由各实验室自行合成，纯化后，经检测鉴定手段（如核磁共振、元素分析、质谱等）确定合成的TDI-脲的纯度，才能用作标准物质。但现实中我国各类职业卫生实验室水平参差不齐，皆以分析类为主，对有机合成并不精通；且合成后的TDI-脲需经复杂、昂贵的鉴定才能确定其纯度，已对实验室的标准物质溯源性管理和质控体系造成了困扰。

本法对标准曲线的配制进行了改进。以纯物质TDI为标准物质，通过溶液反应生成TDI-脲衍生物后用HPLC测定（见上述反应式）。TDI和1-2PP常温下可迅速反应，无须加热。但因在液相内合成反应，分子间碰撞频率要足够高才能完全反应，所以单位体积含有的1-2PP分子须达到一定数量才能保证完全反应。实验测试了不同浓度（2.0 ~ 20.0 mg/mL）的1-2PP溶液与TDI的反应情况。随着1-2PP浓度逐渐提高，生成的TDI-脲峰面积逐渐增加，当浓度超过10.0 mg/mL后TDI-脲生成量不再增加。且1-2PP浓度过低时，TDI-脲的色谱峰旁边出现了肩峰，疑似是TDI其中一个异氰酸酯基与1-2PP反应生成的产物（即两个异氰酸酯基只有一个参与了反应）。考虑到浸渍滤纸上加入了1 mg 1-2PP，所以选取0.1 mL的10.0 mg/mL 1-2PP溶液作为标准曲线衍生反应液。实验进一步测试了反应时间的影响，发现当加入TDI，振荡30 s后即可完全反应（延长至1 h亦无变化）。所以振荡反应30 s即可用洗脱液定容至5 mL，HPLC-UV（UV为紫外检测器）测定。TDI-脲在紫外光谱上有两个特征吸收峰：254 nm和313 nm。但254 nm的响应值远高于313 nm（相差近10倍），为提高方法灵敏度，本法选取254 nm作为测定波长。标准系列溶液的测试结果见表 1。

表  1  标准曲线数据表

TDI质量浓度(X)/(μg/mL)	峰面积平均值(Y)
	2, 4-TDI-脲	2, 6-TDI-脲
0	0	0
0.10	34 438	27 923
0.20	66 117	55 121
0.50	164 827	137 744
1.00	320 652	269 769
2.00	636 020	529 665
5.00	1 621 139	1 328 323
回归方程	Y = 323 349 X	Y = 265 789 X
相关系数r	0.999 9	0.999 9

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.3   检出限

在空白浸渍滤纸上各加入低含量的TDI标样（0.040 μg），按照样品处理程序洗脱过滤后，制得接近空白值的样品溶液（0.010 μg/mL），连续测定10次上述样液，计算信号值的标准差s。按公式检出限= 3 sc/b，定量限= 10 sc/b计算[其中s为10次测定信号值的标准差，c为低剂量待测物的质量浓度（取0.04 μg/mL），b为c对应的信号值（以峰面积计算）]，本法中2，4-TDI和2，6-TDI的检出限皆为0.003 μg/mL，定量限为0.010 μg/mL。

2.4   采样效率

将两张空白浸渍滤纸串联放置于采样夹中（采样装置参照GB/T 17061-1997^[8]中的3.10节“铝合金采样夹”），装入采样仪器，并以1.0 L/min流量采集TDI钢瓶气（由上海基量标准气体有限公司提供），采集时间在15 ~ 60 min之间，钢瓶气出口流量为0.5 ~ 0.8 L/min，放气时间小于采样时间。采样结束后，分别对串联的两张滤纸进行测定，并计算采样效率。由表 2可知平均采样效率为97.9%。

表  2  TDI采样效率数据

序号	采集时间/min	前置滤纸洗脱液测定值/(pg/mL)	后置滤纸洗脱液测定值/(pg/mL)	采样效率/%
1	15	0.781	< 0.010	100
2	15	0.738	< 0.010	100
3	30	3.655	0.072	98.0
4	30	2.913	0.055	98.1
5	60	8.649	0.332	96.3
6	60	9.252	0.365	96.2

下载: 导出CSV 

| 显示表格

实验还测试了浸渍滤纸法和多孔玻板溶液吸收法串联采样来评价采样效率。多孔玻板的吸收液配制方法为：取25 mL盐酸与500 mL水混匀，加入250 mL二甲基甲酰胺，用水稀释至1 L（参照GB 16193-1996^[3]附录A）。浸渍滤纸在前，多孔玻板在后，以1.0 L/min流量采集TDI钢瓶气，采集时间为30 min。采样后的浸渍滤纸用本法测定，多孔玻板吸收液用分光光度法测定（参照GB 16193-1996附录A）。结果显示，前置的浸渍滤纸中测出TDI，后置的多孔玻板中未测出TDI。

上述采样数据表明，空气中TDI与1-（2-吡啶基）-哌嗪浸渍滤纸能瞬时反应，损失较少（采集效率达97.9%）。但国外研究^[7]表明在某些情形下浸渍滤纸法对粒径大于2 μm的TDI颗粒物采集效率可能较低，比如粒径>10 μm TDI气溶胶与滤纸撞击后被截留，裹于其中的TDI可能无法与1-2PP充分反应，长时间采样时由于脱落或与空气中其他物质反应而损失。为尽量减少截留于滤纸上TDI的损失，我们建议采样时间应不大于1 h，且采样后立即将滤纸放入预装有洗脱液的具塞试管中，让TDI颗粒溶解于洗脱液中，而滤纸上过量的1-2PP也会溶解于洗脱液中并与TDI反应而生成TDI-脲衍生物。

2.5   洗脱效率

取9张空白浸渍玻璃纤维滤纸（分成3组），加入1.50 μg、3.00 μg、6.00 μg的TDI标液，放置15 min待溶剂挥干后，按照样品处理步骤，洗脱过滤后以HPLC测定。表 3显示本法TDI的洗脱效率为93.8% ~ 97.6%。

表  3  洗脱效率试验数据

化合物(μg/mL)	加标质量浓度/	3次洗脱后测定值/ (μg/mL)			平均洗脱效率/%
		1	2	3
	0.375	0.349	0.343	0.363	93.8
2, 4-TDI	0.750	0.73	0.732	0.728	97.3
	1.500	1.461	1.478	1.451	97.6
	0.375	0.348	0.363	0.359	95.1
2, 6-TDI	0.750	0.735	0.715	0.739	97.3
	1.500	1.443	1.481	1.43	96.8

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.6   精密度和回收率

取18张空白浸渍玻璃纤维滤纸（分成3组），加入1.50 μg、3.00 μg、6.00 μg的TDI标液，放置15 min待溶剂挥干后，以1.0 L/min流量采集干净空气15 min，再按照样品处理步骤，配制成0.375 μg/mL、0.750 μg/mL、1.500 μg/mL的TDI加标样品，在3 d内测试上述加标样，计算方法精密度和回收率。由表 4可知方法精密度为1.22% ~ 4.08%（n = 6），回收率为96.7% ~ 99.1%。

表  4  精密度和回收率试验数据

化合物	加标质量浓度/(μg/mL)	6次测定所得质量浓度/(μg/mL)						精密度/%	回收率/%
		1	2	3	4	5	6
	0.375	0.377 4	0.379 1	0.378 0	0.377 4	0.340 9	0.363 8	4.08	98.5
2, 4-TDI	0.750	0.760 9	0.757 6	0.756 7	0.750 3	0.705 5	0.726 7	2.98	99.1
	1.500	1.469 1	1.470 8	1.483 9	1.510 6	1.503 8	1.471 5	1.22	99.0
	0.375	0.358 2	0.367 7	0.372 6	0.365 2	0.382 3	0.372 8	2.21	98.6
2, 6-TDI	0.750	0.707 5	0.745 4	0.729 2	0.711 2	0.729 8	0.757 6	2.64	97.3
	1.500	1.412 0	1.436 0	1.411 0	1.509 0	1.482 0	1.449 0	2.70	96.7

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.7   吸附容量

通过串联浸渍滤纸采集TDI，当后置浸渍滤纸吸附量达到前置滤纸吸附量的5%时，前置滤纸吸附量即为吸附容量。在温度为19℃、相对湿度为73%时，通过采集TDI钢瓶气，以1.0 L/min流量采集样品，采集一段时间（1 ~ 4 h）后，将串联的两膜分别洗脱，以HPLC测定。经过反复测试，当后置浸渍滤纸吸附量达到前置滤纸吸附量的5.03%时，前置浸渍滤纸可吸附TDI 44.94 μg。

2.8   稳定性试验

取9张空白浸渍玻璃纤维滤纸，加入4.00 μg TDI于滤纸上，并放入洗脱液中置于2 ~ 8℃避光环境中保存，分别在第1、7、14天取出测定（每次测定3个平行样）。结果表明第7天的下降率如下：2，4-TDI为1.4%，2，6-TDI为1.0%；第14天下降率如下：2，4-TDI为2.0%，2，6-TDI为2.3%。表明样品溶液在2 ~ 8 ℃避光环境中至少可保存14 d（按照GBZ/T 210.4-2008的要求，下降率大于10%即为不合格^[9]）。

2.9   干扰试验

本法利用1-2PP与异氰酸酯基团的特异反应，排除了生产工艺中甲苯二胺的干扰（不与1-2PP反应）。而工业使用过程中其他含异氰酸酯类化合物，如二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）等，均可通过液相色谱法，将其与TDI-脲色谱峰分离。通过在浸渍滤纸样品上加入TDI、HDI、IPDI和MDI，液相测试结果显示，HDI和TDI色谱峰比较靠近（如流动相不恰当，2，6-TDI和HDI甚至可能重叠），IPDI和MDI则出峰较晚（比TDI晚出峰6 min）。因此须优化流动相使2，6-TDI和HDI能够基线分离。我们实验测试了乙腈和0.02 mol/L乙酸铵溶液在不同比例下对TDI-脲和HDI-脲的分离效果，发现在V（乙腈）+ V（0.02 mol/L乙酸铵溶液）= 40 + 60时，2，6-TDI和HDI得到基线分离，液相色谱图见图 2。

图  2  液相色谱分离图

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.10   现场测试

应用本法对TDI的生产巡检、发泡、灌装、仓储巡检等岗位进行测定，空气中TDI质量浓度在未检出~ 0.045 mg/m³之间，尤其是灌装岗位的接触浓度较高，须加强个人防护。

3.   小结

本文建立了TDI的浸渍滤纸采集-高效液相色谱法。相比于其他文献^{[5, 7]}，本方法优化了TDI标准曲线的配制步骤，同时对采样时间和样品处理提出要求，可以为检测人员更好地理解和利用本方法测定空气中TDI提供参考。