固相萃取-液相色譜-質譜聯用分析印染廢水中9種致敏性分散染料

摘 要 建立了固相萃取-超高效液相色譜-電噴霧串聯三重四級桿質譜（SPE-UPLC-ESI-MS/MS）聯用技術分析印染廢水中9種致敏性分散染料的方法。樣品經SPE提取和凈化后，采用Waters ACQUITY UPLCTM BEH C18色譜柱，乙腈和酸化水（2%乙腈，0.2%甲酸，0.005 mol/L甲酸銨，pH 2.7）作為流動相進行梯度洗脫，電噴霧離子源電離，正離子多反應監測模式進行定性和定量分析。9種致敏性分散染料在5～1000 SymbolmA@ g/L濃度范圍內線性良好，相關系數0.9929～0.9999，方法的檢出限為0.05～2.48 SymbolmA@ g/L; 回收率為70.0%～109.0%。應用本方法檢測5家印染企業廢水中的致敏性分散染料殘留濃度，分散藍106和分散藍35未檢出，其它7種致敏性分散染料的檢出濃度均高于40 SymbolmA@ g/L。

關鍵詞 致敏性分散染料；固相萃取；超高效液相色譜；電噴霧串聯三重四級桿質譜

1 引 言

致敏染料是指會引起人或動物的皮膚、粘膜或呼吸道過敏的染料[1]。生態紡織品標準Oeko-Tex Standard 100（2006年版）[2]標準將20種致敏性分散染料列為生態紡織品的監控項目，并規定產品上的致敏性分散染料含量不得超過0.006%。我國于2002年頒布了GB/T 18885-2002[3]《生態紡織品技術要求》，對紡織品中的分散染料做了相應的限量規定，并頒布了GB/T 20383-2006[4]《紡織品致敏性分散染料的測定》，建立了紡織品中分散染料的標準測定方法。根據污水綜合排放標準GB 8978-1996[5]，印染企業廢水排放主要控制指標是pH值、色度、BOD5、COD和氨氮含量，對染料的排放濃度沒有給出明確的限值，而染料已成為污染源之一，環境監控的常規指標不足以全面反映染料污染物的達標狀況。

目前，有關紡織品中致敏性分散染料的檢測[6～9]，食品中禁用偶氮類染料的檢測[10，11]均有報道。結合文獻[12～17]， 參照德國標準草案DIN NMP 512[18]和國標GB/T 20383-2006[4]，分散染料的檢測方法主要有高效液相色譜-二極管陣列檢測器法、高效液相色譜-質譜聯用法。印染廢水具有組分復雜、有機污染物含量高，色度深、pH值變化大的特點，包含多種染料（如活性染料、分散染料、酸性染料等）以及各種助劑（如勻染劑、潤濕劑、促染劑、防泳移劑等）。采用固相萃取對水樣進行前處理，具有選擇性較強，富集倍數較大，溶劑用量少，不易乳化等優點。本研究建立了超高效液相色譜-電噴霧串聯三重四級桿質譜法檢測9種致敏性分散染料的方法，通過優化印染廢水中痕量分散染料的固相萃取條件和液相分析條件，使得方法選擇性強，背景值干擾小，添加回收率高。本方法可簡便、快速和有效地測定環境樣品。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

超高液相色譜儀（ACQUITY RTM Ultra Performance LC，Waters公司）；質譜儀（Quattro Premier XE MS-MS，Waters公司）；ACQUITY UPLCTM BEH C18 色譜柱（100 mm×2.1mm， 1.7 SymbolmA@ m， Waters公司）；C18固相萃取柱（1 g，6 mL，Supleco公司）；超聲破碎儀（VCX500，Sonics公司）；純水器（Milii-Q公司）；BUCHI-205旋轉蒸發儀（Buchi公司）。

甲醇、乙腈（色譜純，德國Merck公司）；甲酸（色譜純，美國Tedia公司）；甲酸胺（分析純，成都科龍化工試劑廠）；9種致敏性分散染料標準品（美國Sigma-Aldrich公司，結構見圖1）：分散染料藍35（CAS：12222-75-2）、分散染料藍106（CAS：12223-01-7）、分散染料藍124（CAS：61951-51-7）、分散染料黃3（CAS：2832-40-8）、分散染料橙1（CAS：2581-69-3）、分散染料橙37（CAS：13301-61-6）、分散染料紅1（CAS：2872-52-8）、分散染料棕1（CAS：12236-00-9）、分散染料藍3（CAS：2475-46-9）。

圖1 9種致敏性分散染料的結構

Fig．1 Structure of nine sensitizing disperse dyes

分 析 化 學第39卷

第1期呂鳳蘭等： 固相萃取-液相色譜-質譜聯用分析印染廢水中9種致敏性分散染料

2.2 樣品采集與制備

樣品采集與預處理：采集蘇州地區和南通地區5家印染企業的污水處理站進水口、二沉池、出水口的水樣。水樣經15 ℃ 100 W超聲處理10 min后，用粗濾紙過濾，取濾液50 mL，調節水樣pH 6.5～7.0。

SPE條件：依次用5 mL 二氯甲烷和10 mL 甲醇清洗和活化SPE柱，流速為3.0 mL/min；然后水樣以4.0 mL/min 流速通過SPE 柱后，用10 mL超純水以4.0 mL/min沖洗，依次用10 mL 乙腈/甲醇（1∶2， V/V）、10 mL甲醇洗脫，濃縮至近干后，用甲醇/乙腈（1∶1， V/V）溶解并定容至10 mL。

液液萃取條件：在50 mL水樣中加入約2.5 g NaCl，用50 mL丙酮/石油醚（1∶4， V/V）萃取2 次，合并萃取液，濃縮至近干后，用甲醇/乙腈（1∶1， V/V）溶解并定容至10 mL。

將制備好的樣品過0.22 SymbolmA@ m微孔濾膜，待UPLC-MS-MS分析。

2.3 液質聯用分析條件

超高效液相色譜工作條件：流動相A為乙腈，流動相B為酸化水（2%乙腈，0.2%甲酸，5 mmol/L甲酸銨，pH 2.7），梯度洗脫條件見表1。流速0.200 mL/min，進樣量10 SymbolmA@ L。

ESI-MS/MS工作條件：電噴霧正離子，毛細管電壓：3.5 kV；萃取器：3.0 V；離子源溫度：110 ℃；錐孔反吹氣流量：50 L/h；脫溶劑氣流量：500 L/h；脫溶劑氣溫度：380 ℃；碰撞氣流量（Ar）： 0.19 mL/min；碰撞池壓力：0.33 Pa; 光電倍增器電壓： 650 V。采用MRM多反應監測。

3 結果與討論

3.1 質譜分析條件優化

由于致敏性分散染料含有易于和H＋結合的帶有孤對電子的N或O原子， 選擇ESI（＋）作為電離模式。采用三通閥自動進樣方式，分別對9種致敏性分散染料的標準溶液（5 mg/L）進行一級質譜全掃描（Full scan），確定各種染料的準分子離子，并分別優化其錐孔電壓（Cone voltage，CV） ；然后分別以其準分子離子為母離子，通過氬氣碰撞產生碎片離子進行二級質譜掃描（Daughter scan）。 選擇豐度較高的碎片離子作為定性與定量特征離子，優化碰撞能量（Collision energy，CE），提高檢測的靈敏度。結合保留時間和一級、二級質譜信息進行染料的定性分析。選用豐度最高的子離子作為定量離子。9種致敏性分散染料的定性與定量特征離子及優化的質譜分析參數見表2。

a乙腈 Acetonitrile2%乙腈（Acetonitrile），0.1%甲酸（Formic acid）， 0.01 mol/L甲酸銨（Ammonium formate）， pH 3.30.2

b乙腈 Acetonitrile

2%乙腈（Acetonitrile）， 0.1%甲酸（Formic acid）， pH 2.70.2

c甲醇 Methanol2%乙腈（Acetonitrile）， 0.1%甲酸（Formic acid）， 0.01 mol/L甲酸銨（Ammonium formate），pH 3.30.2

d甲醇 Methanol2%乙腈（Acetonitrile），0.1%甲酸（Formic acid）， pH 2.7

0.2e乙腈 Acetonitrile2%乙腈（Acetonitrile）， 0.1%甲酸（Formic acid）， 0.01 mol/L甲酸銨（Ammonium formate）， pH 3.30.3

結果表明，0.1%甲酸流動相體系（b和d）的分析響應值高于0.1%甲酸-0.01 mol/L甲酸銨流動相體系（a和c），但分離效能相對較低。b和d體系pH值較低，增強了致敏性分散染料離子化強度，提高正離子模式的響應值。致敏性分散染料帶有NH2，NH，NN等極性基團[1]，這些基團易與色譜柱表面的硅氧鍵相互作用，甲酸銨可抑制這種相互作用，且和甲酸構成緩沖鹽體系，利于pH值的穩定，從而提高分離效能以及保留時間的重現性。對比a和c體系，c體系的響應值大于a體系。甲醇作為質子類溶劑，增強了[M＋H]＋檢測響應值，但觀察單個物質的TIC圖，c體系的雜峰干擾要明顯大于a體系。對比a和e體系，流速越大，檢測響應值越低。經條件優化，最終選擇乙腈和酸化水（2%乙腈，0.2%甲酸，0.005 mol/L甲酸銨，pH 2.7）作為流動相，流速0.2 mL/min，優化梯度洗脫程序實現了9種致敏性分散染料的完全分離，且靈敏度較高（圖2）。 圖2 9種致敏性分散染料的總離子流圖

Fig．2 Total ion current chromatograms of 9 sensitizing disperse dyes

RT 3.66 min： Disperse blue 106; RT 4.10 min： Disperse brown 1; RT 4.28 min： Disperse yellow 3; RT 4.94 min： Disperse red 1; RT 5.19 min： Disperse blue 3; RT 6.22 min： Disperse blue 35; RT 6.46 min： Disperse blue 124; RT 8.93 min： Disperse orange 37; RT 9.20 min： Disperse orange 1．

3.3 SPE條件選擇

在SPE實驗中，分別以乙腈、甲醇、乙醇和甲醇/乙腈為洗脫劑，根據回收率實驗得出最佳洗脫劑為甲醇/乙腈（2∶1，V/V）。致敏性分散染料的結構不含SO3H，COOH等水溶性基團，通常包括一定量的非離子極性基團，如OH，NH2，ＣN，CONHR等。而甲醇和乙腈的協同洗脫，增強了溶劑和致敏性分散染料之間的相互作用，提高了洗脫的選擇性，同時，廢水中的鹽類物質（如Na2SO4、 Na2CO3）、水溶性染料（如活性染料、酸性染料）以及水溶性助劑（如潤濕劑和陰離子勻染劑）等不會被保留在小柱上。分散藍35是一類蒽醌類致敏性分散染料，相對于偶氮類致敏性分散染料極性較低，其水溶解性相對更差。僅用10 mL 乙腈/甲醇（1∶2，V/V）洗脫時回收率偏低。故先用10 mL 乙腈/甲醇（1∶2，V/V）洗脫，再用10 mL甲醇洗脫則回收率提高，滿足定量分析要求。本實驗優化的活化條件為：先用5 mL二氯甲烷清洗SPE柱，再采用10 mL甲醇活化SPE柱，水樣的最佳pH值范圍6.5～7.0，以利于致敏性分散染料呈分子狀態，增強SPE柱對其保留。

3.4 SPE與液液萃取的比較

使用SPE和液液萃取兩種方法對0.005， 0.01和0.1 mg/L的9種致敏性分散染料的加標水樣進行處理分析，兩種方法的回收率和精密度見表4。由表4可見，液液萃取的回收率為67.5%～110.0%，固相萃取的回收率為70.0%～109.0%。在實際的水樣分析中，由于水樣組分復雜、有機污染物含量高，采用液液萃取的背景值干擾較大，而SPE的選擇性較強，背景干擾較小。本研究選擇SPE作為水樣前處理方法。

3.5 線性范圍與檢出限

采用甲醇/乙腈（1∶1， V/V）混合溶液稀釋標準儲備液（100 mg/L），配制濃度分別為0.005， 0.01， 0.02， 0.05， 0.1， 0.2， 0.5和1.0 mg/L的9種致敏性分散染料的混合標準溶液。根據各種致敏性分散染料的定量離子的平均峰面積（A，n ＝ 8） 與相應染料的質量濃度（c，mg /L） 進行線性回歸，繪制致敏性分散染料的工作曲線，經Masslynx 4.1 軟件分析處理后，9 種致敏性分散染料在0.005～1 mg/L濃度范圍內線性良好，相關系數 r＝0.9929～0.9999（表5）。

表5 9種致敏性分散染料的檢出限、回歸方程及相關系數

Table 5 Limits of detection， regression equation， correlation coefficient for 9 sensitizing disperse dyes

分散染料

Disperse dye

檢出限

Limits of detection

SymbolmA@ g/L）

回歸方程

Regression equation

相關系數

Correlation coefficient

（r）

分散藍 106 Disperse blue 1061.12A＝405639c＋719.5080.9956

分散棕 1 Disperse brown 1

2.48

A＝30230.3c－9.63128

0.9964分散黃3 Disperse yellow 3

0.28

A＝2374070c－4296.9

0.9969

分散紅1 Disperse red 1

0.31

A＝2175330c＋5997.53

0.9986

分散藍3 Disperse blue 3

0.05

A＝9267080c－9550.55

0.9999

分散藍 35 Disperse blue 35

1.61

A＝142796c－129.829

0.9962

分散藍 124 Disperse blue 124

0.36

A＝1513380c＋316.44

0.9997

分散橙 1 Disperse orange 1

0.39

A＝1534190c－639.378

0.9973

分散橙 37 Disperse orange 37

1.32

A＝266194c－388.566

0.9929

3.6 環境樣品分析

用SPE-UPLC-MS-MS法檢測蘇州地區和南通地區5家印染廠廢水中的致敏性分散染料。結果見表6。分散藍106和分散藍35未檢出，其它7種致敏性分散染料的檢出濃度均高于SymbolmA@ g/L，樣品檢出率高達20%。

表6 印染廢水中殘留的致敏性分散染料檢測

Table 6 Detection of sensitizing disperse dyes in dye industry wastewater

分散染料

Disperse dye檢測水樣

Sample檢測濃度（SymbolmA@ g /L）

Concentration

分散藍 106 Disperse blue 106－ND*

分散棕 1 Disperse brown 1A**-二沉池 A- Secondary Sedimentation Tank

C-出水口 C-Outlet95

80

分散黃3 Disperse yellow 3A-二沉池 A- Secondary Sedimentation Tank60

分散紅1 Disperse red 1A-二沉池 A- Secondary Sedimentation Tank55

分散藍3 Disperse blue 3A-二沉池 A- Secondary Sedimentation Tank

75

分散藍 35 Disperse blue 35－ND

分散藍 124 Disperse blue 124A-二沉池 A- Secondary Sedimentation TankC-出水口 C-outlet

95

40

分散橙 1 Disperse orange 1C-中和池 C-Neutralizing Pool

E-初沉池 E-Primary Sedimentation Tank90

85

分散橙 37 Disperse orange 37A-二沉池 A- Secondary Sedimentation Tank

C-出水口 C-outlet

E-初沉池 E-Primary Sedimentation Tank155

9075

*：未檢出（Not detected）；**：A，B，C，D，E: 五家印染廠的編號（Number of five dyeing enterprise）\\.

4 結 論

實驗結果表明，本方法具有抗化學干擾能力強、可靠性好等優點，可以快速準確地同時測定印染廢水中9種致敏性分散染料。

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Determination of Nine Sensitizing Disperse Dyes in Dyeing Wastewater by

Solid Phase Extraction-Liquid Chromatography-Mass Spectrometry

L Feng-Lan1，2， LIU Ji-Ning2， SHI Li-Li2， CHEN Guo-Song*1

1（Nanjing University of Technology， Nanjing 210009）

2（Nanjing Institute of Environment Sciences of Minstry Enviroment Protection， Key Laboratory of Pesticide

Environmental Assessment and Pollution Control of Minstry Enviroment Protection， Nanjing 210042）

Abstract A method has been developed for the determination of nine sensitizing disperse dyes in dyeing wastewater by solid phase extraction-ultra performance liquid chromatography coupled with electrospray ionization tandem mass spectrometry （SPE-UPLC-ESI-MS/MS）. The samples were extracted and purified by solid phase extraction. UPLC separation was performed on an ACQUITY UPLCTM BEH C18 column utilizing a gradient elution program of acetonitrile and acidified water （containing 2% acetonitrile， 0.2% formic acid， 0.005 mol/L ammonium， pH 2.7） as the mobile phase. Identification and quantification were achieved by UPLC-ESI-MS/MS in positive mode and multiple reactions monitoring. Good linearity was observed in the range of 5－SymbolmA@ g/L with correlation coefficients in the range of 0.9929－0.9999， limit of detection （LOD） for the nine sensitizing dyes was in the ranges of 0.05－2.48

SymbolmA@ g/L. The recoveries ranged from 70.0% to 109%. The application of this method was demonstrated by analyzing sensitizing disperse dyes′ residual concentration in five dyeing enterprise wastewater. Disperse blue 106 and disperse blue 35 were not detected. The detect concentration of other seven sensitizing disperse dyes was more than 40 SymbolmA@ g/L.

Keywords Sensitizing disperse dyes; Solid phase extraction; Ultra performance liquid chromatography; Electrospray ionization tandem mass spectrometry

（Received 5 May 2010; accepted 20 July 2010）