分散液液微萃取-氣質聯用法測定染料中禁用芳香胺

秦 鑫,徐韻揚,胡 喆,王敏超

(杭州市質量技術監督檢測院,浙江 杭州310019)

偶氮染料是指分子結構中含有偶氮基(-N=N-),且偶氮基兩端連接芳香基的一類化合物,其廣泛用于紡織品、皮革制品等染色及印花工藝。目前,世界市場上三分之二左右的合成染料是以偶氮化學為基礎制成的[1]。經研究發現,部分偶氮染料在特定條件下會分解還原產生致癌芳香胺。歐盟于2001年3月27日發布2001/C96E/18指令,該指令禁止在紡織品和皮革中使用可裂解并釋放出致癌芳香胺的偶氮染料。國家強制性標準GB 19601-2004《染料產品中23種有害芳香胺的限量及測定》也對染料中能分解產生致癌芳香胺的偶氮染料的限量做出規定。

隨著紡織品生態安全的不斷加強,嚴格控制染料中致癌芳香胺偶氮染料含量,將從源頭切斷紡織品中禁用偶氮染料的來源。省時高效、有機溶劑用量少、富集效率高的樣品前處理新技術成為分析化學研究的新方向,固相微萃取[2-4]、液相微萃取[5-7]等萃取技術廣泛用于農藥殘留、水樣等領域。分散液液微萃取(DLLME)技術是一種集分離、富集、進樣于一體的綠色前處理方法,運用廣泛[8-10]。目前關于采用分散液液微萃取技術測定染料中禁用芳香胺的方法未見報道,本文通過分散液液微萃取結合氣質聯用,建立染料中21種致癌芳香胺快速高效的分析方法,為生態紡織品源頭質量控制提供技術支撐。

1 試驗部分

1.1 儀器和試劑

氣質聯用儀(GC-MS)(安捷倫科技有限公司);Neofuge 15R型高速臺式離心機(力新儀器(上海)有限公司);電子天平(賽多利斯科學儀器(北京)有限公司)。

禁用芳香胺混合標準品(純度大于99%,迪馬科技,見表1);乙腈(色譜級,美國Tedia公司);其他試劑均為分析純,購于華東醫藥集團;超純水;日常檢測樣品若干。

表1 21種禁用芳香胺名稱和CAS號

1.2 色譜條件

色譜柱:DB-5MS(30 m×0.250 mm×0.25μm,J﹠W);

升溫程序:初始柱溫60℃,保持1 min,然后以12℃/min的速率升至210℃,以15℃/min的速率升至230℃,以3℃/min的速率升至250℃,以25℃/min的速率升至280℃;

進樣口溫度:250℃;

離子源和四級桿溫度:230℃,150℃;

色譜-質譜接口溫度:280℃;

載氣:高純氦,純度≥99.999%,柱流量為1 ml/min;

監測模式:單離子檢測掃描(SIM);進樣模式:無分流進樣。

1.3 樣品前處理

稱取0.2 g(精確至0.000 1 g)試樣,加入24 ml檸檬酸緩沖溶液,于(70±2)℃水浴預熱15 min。然后加入6.0 ml連二亞硫酸鈉溶液,于(70±2)℃水浴保持30 min,取出冷卻后用無水碳酸鈉溶液調p H為8.0～9.0。

移取5 ml冷卻液于10 ml尖底玻璃離心管中,將0.8 ml乙腈、40μl氯苯混勻并快速注入冷卻液中,渦旋1 min,加入20 g/L的NaCl溶液,室溫下靜置5min后,以3 000 r/min離心5 min,收集10μl下層有機相于微量樣品瓶中,進樣1μl,采用氣相色譜質譜聯用進行分析。

2 結果與討論

2.1 DLLME前處理條件優化

DLLME萃取效率的影響因素主要有6個方面:萃取劑的種類、分散劑的種類、萃取劑的體積、分散劑的體積、萃取時間的選擇、鹽濃度的影響。為確立最優化試驗條件,本研究統一采用富集因子(enrichmen factor,EF)來表征不同條件下的萃取效果。富集因子采用公式(1)計算。

式中 Csed——萃取沉積相中芳香胺的質量濃度(mg/ml);Co——樣品中添加的芳香胺的質量濃度(mg/ml)。

2.1.1 萃取劑種類和體積

萃取劑的種類是影響DLLME萃取效率的重要因素,要滿足兩個條件:一是其密度必須大于水,二是萃取劑與水不互溶且對分析物的溶解能力強。本研究考察了CHCl3、C2Cl4、CCl4、氯苯4種萃取劑,以1.0 ml乙腈作為分散劑,萃取后經分析計算富集因子。

由于各萃取劑在水中溶解性不同,試驗發現,當采用CHCl3作為萃取劑時,形成的兩相不穩定,最終無法保證可以收集10μl下層有機相,其他萃取劑結果見圖1。由圖1可知采用氯苯作為萃取劑時具有更好的萃取效果,根據相似相溶原理,氯苯和芳香胺具有相同的官能團,有更好的親和力,結合萃取效果和操作方便性,選擇氯苯作為萃取劑。

圖1 不同種類萃取劑對21種芳香胺富集因子的影響

萃取劑體積也直接影響該方法的富集倍數,為進一步研究萃取劑體積對萃取效果的影響,本研究考察氯苯用量為40、50、60、80、100μl對萃取效率的影響,試驗中分散劑均為乙腈,所用體積為1.0 ml,萃取結果見圖2。結果表明隨著萃取劑體積增加,稀釋作用增強,富集因子下降,萃取效果減弱;同時當萃取體積小于40μl時,由于萃取體積過小,最終下層有機相不易收集,因此試驗選擇萃取體積為40μl做進一步研究。

圖2 萃取劑體積對21種芳香胺富集因子的影響

2.1.2 分散劑種類和體積

分散劑也是影響DLLME萃取效率的關鍵因素,當含有萃取劑的分散劑注入水中,會形成水/分散劑/萃取劑的乳濁液。為取得最佳萃取效果,所用的分散劑既要與萃取劑和水有良好的混溶性,同時也要能形成穩定的兩相。此次試驗選擇乙腈、甲醇、丙酮3種分散劑,體積為1.0 ml,萃取劑氯苯的體積為40μl,按1.3樣品前處理方法進行前處理,經萃取離心后上機測試,按式(1)計算EF值,試驗結果為乙腈對目標分析物的富集倍數最高,所以選擇乙腈作為分散劑。

分散劑體積的大小影響萃取劑在水中的分散程度,進而影響芳香胺的萃取效果。試驗選擇萃取劑氯苯體積為40μl,對比了0.5、0.8、1.0、1.2、1.4 ml分散劑對萃取效率影響,計算不同條件下的EF值,如圖3所示。從圖中明顯可以看出當分散劑體積小于0.8 ml時,隨著體積增加,萃取效果增強。試驗表明當分散劑體積較小時,萃取劑在水中的分散程度不夠,不能完全分散在水中,從而影響有效的乳濁液體系的形成;當分散劑體積超過0.8 ml時,隨著體積增加,增大了其在水中的分配比列,使得最后形成的分散相減少,降低了萃取效率,試驗最終確定分散劑乙腈體積為0.8 ml。

圖3 分散劑體積對21種芳香胺富集因子的影響

2.1.3 萃取時間

選擇分散劑乙腈0.8 ml、萃取劑氯苯40μl,研究萃取時間對萃取效率的影響,見圖4。結果顯示,萃取時間在5 min之前,萃取效率逐漸上升,超過5 min后沒有明顯變化。形成這樣試驗結果的原因是萃取劑(氯苯)在溶液形成有效的乳濁液之后被均勻地分散在水相中,待測物與萃取劑大面積有效接觸,增大其由水相擴散到有機相的速率,縮短兩相平衡時間,因此選擇萃取時間為5 min。

2.1.4 鹽濃度

在DLLME試驗中,隨著離子強度的增大,待測物和有機萃取劑在水相中的溶解度均會下降,從而有利于回收率的提高,但是有機相體積也會隨之增大,從而使得富集倍數下降。為更好研究鹽濃度對本研究萃取效果的影響,在其他參數不變的條件下,通過加入不同質量濃度(0～40 g/L)的NaCl溶液來觀察鹽濃度對萃取效率的影響。根據試驗結果,隨著鹽濃度的增加,萃取效果沒有明顯的變化,因此本研究中可不考慮鹽濃度的影響。

圖4 萃取時間對21種芳香胺富集因子的影響

2.2 方法評價

2.2.1 相關參數

萃取的富集倍數為有機相與水相中分析物濃度之比,試驗以濃度為20 mg/kg的標準混合溶液為例,研究方法對21種致癌芳香胺的萃取富集倍數達到79～172倍(見表2)。在優化的試驗條件下,通過對系列濃度的標準溶液的萃取和測定,21種致癌芳香胺在質量濃度為1～50 mg/kg范圍內均具有良好的線性關系,方法回收率為86.5%～102.3%,檢出限(LOD,以信噪比S/N≥3計)為0.3～1.2 mg/kg,定量限(LOQ,以信噪比S/N≥10計)為1.0～4.0 mg/kg,符合該物質的檢測要求;同時為提高試驗方法的精密度,選擇陰性樣品,分別添加濃度為10、25、40 mg/kg的混合液,進行萃取測定,每個水平平行萃取測定6次,具體見表2。結果表明該方法檢出限滿足國家標準[11]。

2.2.2 實際樣品測定

選擇4份陽性樣品分別采用國家標準GB 19601-2013和本方法進行測試比較,結果見表3。結果顯示該法與標準方法的測定結果相近,滿足標準的測試要求。

2.3 方法優點

分散液液微萃取法與國家標準GB 19601-2013方法相比較,具有兩方面優勢:一是有機溶劑用量少,安全環保,標準需要使用60 ml三氯甲烷,而本方法只需800μl乙腈和40μl氯苯;二是測定速度快,標準大約需要1 h,而本方法15 min就能快速測定染料中的致癌芳香胺。

表2 21種芳香胺的線性范圍、富集倍數、檢出限、定量限、相關系數、回收率和相對標準偏差

表3 本方法和國家標準對實際樣品測定結果的比較 單位:mg·kg-1

3 結語

在本研究中,DLLME技術結合GC/MS測定染料中有害芳香胺,分散液相微萃取在萃取的同時進行濃縮,與標準中也有萃取的方法相比較,具有高效、安全、環保和富集倍數高等優點。本方法的成功運用對拓寬分散液相微萃取技術在紡織品相關檢測領域中應用具有重要意義。

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