可用于皮革中禁用偶氮染料檢測的幾種預處理技術評述

孫霞，馬賀偉

（1.國家皮革質量監督檢驗中心，浙江海寧314400；2.嘉興學院材料與紡織工程學院，浙江嘉興314001）

可用于皮革中禁用偶氮染料檢測的幾種預處理技術評述

孫霞1*，馬賀偉2

（1.國家皮革質量監督檢驗中心，浙江海寧314400；2.嘉興學院材料與紡織工程學院，浙江嘉興314001）

目前檢測皮革偶氮染料過程中面臨有機溶劑污染嚴重、操作繁瑣等問題，急需建立一種高效富集樣品裂解液中芳香胺的環保途徑。文中分析了溶劑萃取、重氮化-偶合顯色、固相微萃取及液相微萃取等4種較為實用的技術應用于樣品預處理的現狀。基于各種技術的特點，并結合皮革材質組成，展望了液相微萃取技術的應用前景。

皮革；禁用偶氮染料；檢測；有機溶劑污染

1 前言

偶氮染料是指分子結構中含有一個或多個偶氮（-N=N-）基團的有機合成染料。該類染料約占商品染料的70%，皮革染色時所用的直接染料、酸性染料、分散染料等均含有偶氮染料。由于研究證實偶氮染料染色后的皮革在使用過程中可能會分解出致癌芳香胺，所以偶氮染料的生態環保性能受到國內外的重點關注，并制定了限量要求。國際上相關的規定以歐盟指令2002/61/EC最為權威，國內以強制性標準GB 20400《皮革和毛皮有害物質限量》為依據，這使得禁用芳香胺偶氮染料的檢測成為皮革及其制品的最基本安全技術要求。由于目前皮革類消費品使用的普及性及消費意識的增強，國內皮革檢測實驗室的樣品量逐年增加，檢測業務日益繁重。

目前，針對皮革中禁用偶氮染料檢測所實施的標準通常為ISO 17234-1和GB/T 19942，該兩項標準的檢測原理與操作過程相同，實驗大致流程如下：剪碎的樣品用正己烷脫脂后晾干，然后在70℃下用保險粉對樣品上的染料進行裂解，裂解液注入裝有硅藻土的層析柱中，用約80 mL叔丁基甲醚或乙醚多次淋洗，再進一步通過旋蒸將洗脫液濃縮，最后氮吹后定容，進行GC-MS檢測。該方法的預處理流程長、操作繁瑣，尤其是使用了大量的有機溶劑，嚴重影響實驗室環境和檢測人員的健康，該問題早已引起研究者的關注[1-2]。因此，尋求一種環保、高效禁用偶氮染料檢測的樣品預處理方法具有積極的現實意義。

然而，至今針對皮革中禁用偶氮染料檢測的預處理新方法文獻研究報道較少。本文在參照已有的紡織品中禁用偶氮染料檢測的預處理方法研究基礎上，結合皮革自身成分的特點，對幾種較為實用的預處理方法用于皮革檢測的可行性進行分析，目的在于確保檢測結果可靠的基礎上，實現檢測過程的綠色化以及高效化，以供檢測實驗室參考。

2 預處理技術及應用現狀

2.1 溶劑萃取技術

溶劑萃取即向裂解后的水溶液體系中加入有機溶劑，對芳香胺進行萃取，然后分離出有機溶劑進行HPLC或GC-MS測試。該方法也即是常規的液液萃取法。為了促進芳香胺的游離并加速其轉移到有機相中，通常要將水溶液pH調至堿性，并加入中性鹽至飽和。

周佳[3]等人以甲醇作為溶劑，對于紡織品裂解后的溶液（含有碳酸鉀）進行萃取，加入硫酸鈉使水溶液飽和，振蕩萃取后分離出甲醇，進行GC-MS測定，建立了一種可用于紡織品中禁用偶氮染料的快速篩選方法，該方法中1 g的樣品消耗的甲醇約為10 mL。黃圓圓[4]等人對于紡織品裂解后的溶液，以乙酸乙酯作為溶劑進行萃取，然后離心分離出乙酸乙酯進行GC-MS測定，所建方法的檢測結果與已有的國家標準一致性良好，該方法中1 g的樣品消耗的乙酸乙酯量為12 mL。方榮謙[5]等人以叔丁基甲醚為萃取溶劑，對紡織品裂解后的芳香胺進行振蕩萃取，并加入適量的氯化鈉和NaOH溶液以提高萃取效果，所建方法中1 g的樣品消耗的叔丁基甲醚量為5 mL。

從上述溶劑萃取技術的研究可知，溶劑萃取技術操作簡單，省去了繁瑣的旋蒸濃縮和氮吹過程，尤其是尤其溶劑的消耗量顯著降低，并可采用氣味輕、低毒的溶劑代替國標中氣味重、毒性高的叔丁基甲醚或乙醚，提高了檢測過程的環保性和高效性。

然而上述技術是基于紡織品的材質特點而開發，因為紡織品裂解后的溶液中雜質較少，萃取后的有機溶劑采用膜過濾即可滿足GC-MS進樣要求。而皮革中含有較多的油脂和填充物，這些基質材料在70℃的高溫裂解過程中，必然會進入到裂解液中，而且在有機溶劑萃取過程中進一步進入到有機相中，這將會對HPLC或GC-MS造成嚴重污染，并干擾測定結果。因此雖然溶劑萃取操作簡便、溶劑消耗量少，但與已有的國標GB/T 19942相比，該過程雜質干擾及儀器污染嚴重，對于皮革樣品不具有普適性。

2.2 重氮化-偶合顯色技術

該技術見于葉曦雯[6-7]和李引[8]等人研究報道。其基于芳香胺的重氮化-偶合顯色反應原理而建立。樣品經過裂解處理后，采用叔丁基甲醚和鹽酸溶液兩步萃取，以實現芳香胺的萃取和反應液的脫色，然后向鹽酸萃取液中加入50 μL的NaNO2溶液完成重氮化，再加入1 mL鄰甲氧基苯酚溶液與重氮鹽偶合而顯色，通過目測即可快速判斷樣品中是否含有禁用芳香胺，方法檢出限為15 mg/kg。該方法操作簡單、快速、成本低，溶劑消耗量少，不依賴于大型的GC-MS儀器，因此檢測方法可以延伸到車間、倉庫等場所，適用于紡織品中禁用偶氮染料的快速定性篩選。

該技術對于皮革樣品的檢測的適用性未見報道。該技術應用于皮革時可能存在的關鍵問題是顏色的干擾，因為皮革的色牢度一般低于紡織品，裂解液中顏色通常比較明顯。日常采用國標GB/T 19942對皮革的檢測時表明，至少30%的皮革樣品的裂解液經過硅藻土層析柱凈化后，樣液中的顏色仍然顯著。由于皮革加工中所用染料類型的多樣性，本技術中所采用的叔丁基甲醚和鹽酸液兩步萃取技術，無法保證偶合之前的樣液中脫色完全。因此若能進一步研究出有效凈化裂解液中顏色的技術，該技術可用于皮革中禁用偶氮染料的快速篩選。

2.3 固相微萃取技術

固相微萃取（SPME）是采用涂覆不同化合物的微型熔融石英萃取纖維，吸附水溶液中微量有機化合物，再結合色譜進樣技術將被吸附物質脫附而進行儀器分析，自1990年問世以來，已廣泛應用于水、食品、土壤中的半揮發性物質的檢測[9]。SPME集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的樣品前處理技術，易于實現與色譜聯用的聯用。與傳統的樣品前處理技術如溶劑萃取、索式提取等相比，其不使用有機溶劑，且簡便、快速，樣品用量少[10]。

芳香胺屬于半揮發性物質，因此適合采用SPME進行富集、再結合色譜進樣技術將被吸附的芳香胺脫附后檢測。許泓[11]等人采用SPME對皮革和紡織品裂解液中的芳香胺進行萃取，系統對比了7 μm和100 μm聚二甲基硅氧烷以及85 μm聚丙烯酸酯纖維等3種萃取纖維的萃取效果，優選出最佳的萃取纖維為85 μm聚丙烯酸酯纖維，方法回收率在50.0%～94.6%之間，該過程中未使用有機溶劑，實現了檢測過程的無溶劑操作。

SPME存在的問題在于其需要價格較貴的SPME萃取纖維以及專用的SPME裝置，且萃取纖維的壽命較短，在日常樣品檢測量較多的情況下存在一定的局限性[12]。因此目前SPME并未普及于皮革及紡織品中偶氮染料的檢測。

2.4 基于離子液的液相微萃取技術

液相微萃取（LPME）是在溶劑萃取和固相微萃取（SPME）基礎上發展起來的一種新的樣品前處理方法，它集采樣、萃取、濃縮于一體，通過將少量萃取溶劑懸于色譜進樣針頭或將溶劑注入一小段中空纖維內部，并置于待測溶液中富集待測物質[13]。與SPME技術相比，LPME不需要專門的裝置，檢測成本低，但其萃取溶劑的用量少，這對萃取溶劑的富集能力提出了高的要求。

離子液作為一種新型溶劑，具有優于傳統萃取溶劑的突出性質，例如不揮發性、高穩定性、強極性和無污染性等，其可以通過氫鍵和靜電作用溶解多種有機化合物，比常規有機溶劑具有更高溶解力，表現出優良的富集效果，非常適合作為液相微萃取中的萃取溶劑[14]。同時離子液可以直接進入HPLC進行分析，因為在流動相的沖洗下，離子液容易被稀釋，不會影響目標物的分析[15]。雖然未能證實離子液在使用過程中為綠色試劑，但其不揮發性和極低的消耗量保證了其在使用過程中的安全。以離子液體為萃取劑的LPME技術已成功用于萃取富集環境樣品中的多環芳烴[16-17]及苯系物[18]，并體現出環保、高效的特點。

LPME通常使用密度大于水的疏水性離子液體，以便于富集后離子液的分離。使用時，離子液可以先注入中空纖維內再置于裂解后的樣品溶液中，也可以直接加入裂解后的樣品溶液中進行分散萃取。

丁健樺[19]采用溶劑棒液相微萃取技術，對紡織品裂解液中的8種可致癌芳香胺進行富集，其采用離子液 [BMIM]PF6作為富集相，最后采用HPLC對離子液中的芳香胺進行檢測。方法的回收率在83.2%～91.2%之間；8種芳香胺的富集倍數在10～270倍之間，顯示出靈敏、快捷、有機溶劑消耗少的特點。張慧[20]等人采用液相微萃取技術，以自制的離子液[BMIM]PF6為萃取溶劑，對紡織品裂解溶液中的芳香胺進行富集，并比較了直接浸入式微萃取和溶劑棒微萃取兩種模式的萃取效果，優選出溶劑棒微萃取模式，并考察了NaCl加入量和pH對萃取效果的影響，所建方法對22種芳香胺的富集倍數在5.7～270之間，回收率在82%～94%之間，所測芳香胺含量均高于國標GB的測定值，原因在于樣品預處理時，離子液的富集效果突出，減少了芳香胺的損失。盧鴦[21]等人以離子液 [C6MIM]PF6為萃取溶劑，對紡織品裂解液中的芳香胺進行萃取，通過旋渦分散加速富集過程，然后離心使離子液沉淀析出，取樣后進行HPLC測試，所建方法對21種芳香胺的富集倍數在11～186之間，定量檢出限低于1 mg/kg，遠低于標準限量要求。

從已有的文獻結果可見，離子液體因其高效的富集能力，有力支撐了液相微萃取技術的發展，也使得偶氮染料檢測過程中溶劑消耗顯著降低，因為其不使用常規的有機溶劑，而且離子液的消耗量很少（低于100 μL）。但是，因該技術所用試劑的微量化，要求實驗操作過程更加精細，因此對實驗人員的熟練程度和細心程度提出了更高的要求，否則將會導致極大偏差。另外，因離子液的高沸點特征，導致分析測試的儀器只能采用HPLC進行，而不能使用靈敏度高、定性準確的GC-MS，這也是采用離子液體作為萃取劑的LPME技術未廣泛應用于芳香胺染料檢測的問題所在。

3 結論

針對采用國標方法檢測偶氮染料過程中出現的有機溶劑污染嚴重、效率低等問題，已經發展出了溶劑萃取、重氮化-偶合顯色、固相微萃取及液相微萃取等環保、高效的樣品預處理技術。雖然這些技術針對紡織品檢測時表現出優于國標的效果，但因皮革基質的復雜性，可能難以直接應用于皮革的檢測。離子液-液相微萃取技術因其富集的高效性及溶劑消耗的微量性，表現出優越于其它三種技術的特點。對于HPLC操作經驗豐富的實驗室，可以根據實際情況對液相微萃取技術進行調整和改進，以替代有機溶劑消耗量大、操作繁瑣耗時的國標法。

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Evaluation of Sample Pre-treatment Techniques for Analyzing Banned AZO Colorants in Leather

SUN Xia1*,MA He-wei2
(1.State center of quality supervision and test for leather,Zhejiang,Haining 314400,China;2.College of Material and Textile Engineering,Jiaxing College,Jiaxing 314001,China)

The problems that obvious pollution due to the organic solvent and fussy operation during the procedure for testing banned AZO colorants in leather,urgently require a high efficient and environmental friendly technique to be developed for extracting the yielded aromatic amines from the sample cleavage solution.The existing four techniques as organic-solvent extraction,diazotization-coupling color reaction, solid-phase micro-extraction and liquid-phase micro–extraction,were introduced and evaluated for their feasibility for determining banned AZO colorants in leather.The liquid-phase micro-extraction technique was specially considered to be developed further due to leather matrix characteristics.

leather;banned AZO colorants;tes;organic solvent pollution

TS 57

A

1671-1602（2016）23-0027-04

浙江省皮革工程重點實驗室第一批開放基金項目（2016）

孫霞（1985-），女，碩士，工程師。郵箱：332664887@qq.com。

*通信聯系人