超聲萃取/HPLC-MS檢測電子電氣產品聚合物中的六溴環十二烷

陳 瓊，黃秋鑫，姜 濤，丑天姝，方 亮，吳 琴

(工業和信息化部電子第五研究所，中國賽寶環境評估與監測中心，信息產業電子信息產品污染控制賽寶檢驗中心，廣東 廣州 510610)

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超聲萃取/HPLC-MS檢測電子電氣產品聚合物中的六溴環十二烷

陳 瓊，黃秋鑫*，姜 濤，丑天姝，方 亮，吳 琴

(工業和信息化部電子第五研究所，中國賽寶環境評估與監測中心，信息產業電子信息產品污染控制賽寶檢驗中心，廣東 廣州 510610)

通過優化超聲萃取時間、萃取次數、萃取溶劑類型等條件，建立了電子電氣產品中六溴環十二烷(含α，β，γ3種同分異構體)的高效液相色譜-質譜(HPLC-MS)測定方法。經條件優化，采用甲苯超聲萃取樣品，重復萃取3次，每次15 min，離心取上清液，合并后經氮氣吹干，用甲醇-水溶液重新溶解定容后進行檢測。六溴環十二烷各同分異構體的線性范圍為50～5 000 μg/L，線性相關系數均大于0.999，方法檢出限為1 mg/kg，樣品加標回收率為88.3%～104.5%。該方法快速、簡便、準確、穩定，用于實際樣品的檢測，陽性樣品均為發泡聚苯乙烯材料。

電子電氣產品；六溴環十二烷；超聲萃取；高效液相色譜-質譜法

六溴環十二烷(HBCDDs)是除四溴雙酚A、多溴聯苯(PBBs)和多溴二苯醚(PBDEs)等之外的另一種重要溴代阻燃劑，是許多電子產品綠色法規的禁限用物質之一，歐盟RoHS指令限用PBBs和PBDEs之后，HBCDDs在電子電氣產品及其部件聚合物材料中有較廣泛的應用，目前全球年消耗量已超22 000噸[1]，已列入國際很多環保法規中的禁限用物質或高關注度物質之一。

HBCDDs能夠對動物體內分泌和免疫參數產生影響，導致人體基因重組，引發一系列疾病，甚至癌癥。雖然環境中溴代阻燃劑的水平通常很低，發生急性中毒的可能性小，但由于HBCDDs的大量使用及其環境持久性與生物毒性[2-3]，因此HBCDDs已確認為一種潛在污染物。對環境中HBCDDs污染水平的分析已成為新的研究熱點。目前，HBCDDs已受到許多國家政府和相關科研機構的高度重視，在國內外的研究報道中，對HBCDDs的研究遠超過對PBBs和PBDEs的研究。

目前，HBCDDs的檢測方法主要包括氣相色譜-質譜法和液相色譜-質譜法[4-9]。有研究表明，氣相色譜-質譜法檢測HBCDDs時，由于分析溫度較高，可能導致部分HBCDDs分解，影響檢測結果的準確度和穩定性[6]。在很多研究中，高效液相色譜-質譜法為優先方法，相關標準的制定也逐漸以高效液相色譜-質譜法為主，如金軍等[4]使用超高效液相色譜-串聯質譜法檢測土壤中的HBCDDs；家用電器標準中使用高效液相色譜-串聯質譜法檢測HBCDDs[10]。在樣品前處理方面，聚合物的萃取方法包括索氏抽提、微波萃取、加速溶劑萃取、超聲萃取等，其中超聲萃取因效率高、簡便、快捷、穩定操作性較好而得到較多的應用。在我國已有的相關檢測標準中已建立了加速溶劑萃取聯合高效液相色譜-串聯質譜[10]和微波萃取聯合氣相色譜-質譜[11]的檢測方法，然而，這兩個標準方法存在以下不足：一方面前處理設備昂貴、技術操作要求高；另一方面在檢測儀器上仍存在優化空間，如在產品聚合物法規符合性檢測中，因樣品基質(較單純)和含量水平(一般為mg/kg級，法規一般限值為1 000 mg/kg)原因并不需要使用串聯質譜這種高精尖、昂貴的檢測設備。因此，為更好地控制電子電氣產品污染，使檢測更加“綠色、環保”，很有必要建立統一、高效、快速、通用、準確及穩定的HBCDDs的檢測方法。本文采用超聲萃取聯合高效液相色譜-質譜法(HPLC-MS)，通過優化萃取溶劑、萃取時間、萃取次數以及檢測儀器條件等，建立了可準確、可靠、簡便檢測電子電氣產品聚合物中六溴環十二烷的方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜質譜儀(日本島津LCMS 2020，單級四極桿質譜)，配自動進樣器、在線脫氣機和柱溫箱；TG16-Ⅱ超高速離心機(16 000 r/min，長沙平凡)；分析天平(0.01 mg，METTLER TOLEDO AG285)；D10-12氮氣吹干儀(杭州奧盛)；超聲波儀(超聲頻率40 kHz，超聲功率400 W)。

甲酸、乙酸銨(分析純，德國CNW)；甲醇(MeOH)、乙腈(ACN)、丙酮、正己烷、甲苯、二氯甲烷、四氫呋喃(色譜純，德國CNW)；實驗室用水為Milli-Q超純水(18.3 MΩ·cm，Millipore公司)；其它試劑均為分析純。六溴環十二烷(含已知濃度的α，β，γ3種同分異構體)標準物質購于上海安譜科學儀器有限公司，純度≥95%。

1.2 樣品的制備

將電子電氣產品拆解成各種材料樣品，用剪刀或切割機(或其他方式)將樣品制成小于10 mm×10 mm×10 mm小塊，經液氮冷凍粉碎機粉碎成粒徑小于1 mm的顆粒(過18目標準篩)，混合均勻。

1.3 樣品的萃取

準確稱取制備樣品0.1 g(精確至0.000 1 g)，置于離心管中，加4 mL甲苯，在超聲波儀中超聲萃取15 min，以5 000 r/min離心5 min，上清液轉移至另一樣品管中；重復以上步驟2次，合并3次萃取液于同一樣品管中，定容至100 mL容量瓶。檢測前，取1 mL萃取液用輕柔氮氣吹干，采用甲醇-水溶液定容至1 mL，旋渦振蕩1 min，以16 000 r/min離心5 min后，取上清液，待測。如果試樣中待測物的濃度超過標準曲線范圍，可適當稀釋后再測定。按照同樣的程序，平行準備程序空白樣品。

1.4 色譜-質譜條件

色譜條件：Athena C18-WP高效液相色譜柱(孔徑100 ?，100 mm×2.1 mm，3 μm，德國CNW公司)，柱溫30 ℃；流動相：甲醇-水溶液(88∶12，體積比)，等度洗脫；進樣量5 μL；流速：0.25 mL/min。質譜條件：電噴霧電離負離子模式(ESI-)；噴霧(IS)電壓3.5 kV；四極桿的DL，DC，RF電壓由儀器調諧確定；離子源溫度350 ℃；DL溫度250 ℃；干燥氮氣溫度450 ℃，流速15 L·min-1；質譜采集時間10 min；監測離子：m/z640.5。

圖1 優化流動相條件下HBCDDs的色譜圖Fig.1 HPLC chromatogram of HBCDDs under optimized mobile phase (MeOH-water，88∶12)

2 結果與討論

2.1 HPLC-MS檢測條件的優化

采用水和甲醇、乙腈、四氫呋喃等有機溶劑作為HPLC-MS的流動相，同時結合甲酸、乙酸銨作為流動相的緩沖試劑對色譜分離條件進行研究。實驗表明，乙腈有較好的洗脫能力，可減小HBCDDs的出峰時間，但3個異構體的分離效果不理想；四氫呋喃可以提高各異構體的分離度，添加甲酸及乙酸銨的水流動相，一定程度上也提高了穩定性和分離度，但復雜的流動相和添加劑會增加色譜柱使用前、后的平衡穩定時間。實驗結果顯示，使用混合溶劑、添加緩沖試劑后，色譜柱在使用前、后的平衡穩定時間增加了20 ～30 min，反之色譜峰則易出現分叉或拖尾；而以甲醇-水溶液作為流動相，隨著甲醇比例的減小，HBCDD 3個同分異構體的出峰時間延后、分離度提高，當甲醇-水比例為88∶12時可以達到定性、定量檢測的要求，其譜圖如圖1所示，色譜峰順序為α，β，γ-HBCDD。

圖2 萃取劑的優化Fig.2 Optimization of extraction reagentsA.MeOH,B.n-hexane,C.acetone,D.toluene, E.acetone-n-hexane(1∶1),F.acetone-MeOH(1∶1), G.toluene-MeOH(1∶1),H.THF

2.2 超聲萃取條件的優化

在相同的萃取時間下，對0.1 g HBCDDs含量約6%的PP(聚丙烯)樣品進行萃取研究，比對了甲醇、正己烷、丙酮、甲苯、丙酮-正己烷、丙酮-甲醇、甲苯-甲醇、四氫呋喃等有機萃取體系的萃取能力，結果如圖2所示。甲苯的萃取能力最強，四氫呋喃、丙酮-正己烷、丙酮-甲醇、甲苯-甲醇次之。綜合考慮方法的統一性和簡便性，最終選擇甲苯作為萃取溶劑。

使用4 mL甲苯作為萃取溶劑，考察了上述樣品在不同萃取時間(5、10、15、20、25、30 min)下的色譜峰面積。結果表明單次萃取5 min已基本達到萃取飽和，此后延長萃取時間，萃取率無明顯變化。為了保證不同樣品的萃取效率，最終確定15 min為單次萃取時間。

使用4 mL甲苯作為萃取溶劑萃取上述樣品，單次萃取時間為15 min，連續萃取5次，分別收集每一次的萃取液，比對了不同次數萃取后的色譜峰面積。結果表明經過3次萃取后，萃取率可達99%以上，因此最終確定萃取次數為3次。

2.3 質量保證與質量控制

配制α，β，γ-HBCDDs系列濃度的混合標準溶液，繪制標準曲線，結果如表1所示，其線性范圍為50～5 000 μg/L，線性相關系數(r2)均大于0.999。分別以目標色譜峰信噪比的3倍和10倍響應所對應的濃度值確定方法檢出限(MDLs)為1 mg/kg，定量下限(MQLs)為2～3 mg/kg(見表1)。方法的靈敏度滿足相關法規中電子電氣產品HBCDDs限值要求(1 000 mg/kg)。

使用加標樣品(加標制樣，含總HBCDDs含量分別為20 mg/kg和800 mg/kg)進行回收率實驗，每個樣品制備5個平行樣，測定值與加標值吻合較好，加標回收率為88.3%～104.5%，相對標準偏差(RSD)為4.7%～4.5%(表2)，表明該方法準確度高，穩定性好。

表1 HPLC-MS檢測的質量控制結果Table 1 The results of quality control with HPLC-MS analysis

y：response of HBCDDs in HPLC-MS;x：concentration of HBCDDs(μg/L)

表2 方法回收率和相對標準偏差(RSD，n=5)Table 2 Recovery and RSD(n=5) of the proposed method

2.4 實際樣品的檢測

在優化條件下，檢測20個以上實際電子電氣產品(包括線路板、電線、貼片電阻、儀表外殼、支撐材料等)中的HBCDDs，2個樣品呈陽性，且均為發泡聚苯乙烯材料，含量分別為14.6 mg/kg和16 174 mg/kg，表明一些電子電氣產品材料中存在HBCDDs。

3 結 論

本文建立了一種超聲萃取聯合高效液相色譜-質譜法測定電子電氣產品聚合物中HBCDDs的分析方法。該方法試劑用量少，處理過程簡便，耗時短，安全，穩定性和重現性好，準確度高，是一種快速、準確和有效的分析方法。實驗結果表明，目前電子電氣產品聚合物中仍存在一定的HBCDDs應用風險。

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[11] GB/T 29785-2013. Determination of Hexzbromocyclododecane in ELectrical and Electronic Products——Gas Chromatography-Mass Spectrometry. National Standard of People’s Republic of China (電子電氣產品中六溴環十二烷的測定氣相色譜-質譜聯用法. 中華人民共和國國家標準).

Determination of Hexabromocyclododecanes in Polymers of Electrical and Electronic Products Using Ultrasonic Extraction Followed by LC-MS

CHEN Qiong,HUANG Qiu-xin*,JIANG Tao,CHOU Tian-shu,FANG Liang,WU Qin

(CEPREI Environmental Assessment and Monitoring Center, CEPREI Center of Electrical and Electronic Product Pollution Control, The 5th Electronics Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou 510610, China)

A high performance liquid chromatography -mass spectrometric(HPLC-MS) method was developed for the determination of hexabromocyclododecanes (HBCDDs, including alpha, beta, gamma, three isomers) in electrical and electronic products, by optimization of ultrasonic extraction time, extraction cycle and extraction solvent.In the optimal conditions,the sample was ultrasonically extracted with toluene for three times and each took 15 min.The extracts were combined and concentrated to dryness under nitrogen, then redissolved with methanol water solution.The calibration curves of HBCDDs were linear in the range of 50-5 000 μg/L, with correlation coefficients more than 0.999.The detection limits were all 1 mg/kg.The spiked recoveries were in the range of 88.3%-104.5%.The method was proved to be quick,simple,accurate and stable.It was successfully applied in the determination of HBCDDs in real samples, of which the detected samples were polystyrene.

electrical and electronic products；hexabromocyclododecanes(HBCDDs)；ultrasonic extraction; high performance liquid chromatography -mass spectrometry(HPLC-MS)

2017-02-16;

2017-03-28

國家標準研制項目(20132270-T-469)；廣東省省級科技計劃項目(2016A040403039)

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.07.017

O657.63；TQ314.248

A

1004-4957(2017)07-0929-04

*通訊作者：黃秋鑫，博士，高級工程師，研究方向：環境分析化學，Tel：020-87022187, E-mail：huangqx@ceprei.com; zhong-xian@163.com

實驗技術