4-氨基偶氮苯在乙腈-鹽雙水相系統中的萃取

丁力進， 孫 峰， 顧 偉

(1. 蘇州市纖維檢驗所， 江蘇 蘇州 215128； 2. 國家絲綢及服裝產品質量監督檢驗中心， 江蘇 蘇州 215128)

4-氨基偶氮苯是紡織品中禁止使用的致癌芳香胺之一，國內常用的檢測方法是根據GB/T 23344—2009《紡織品 4-氨基偶氮苯的測定》，采用不溶于水的乙醚作為有機相，經45 min機械振蕩后萃取4-氨基偶氮苯，這種異相萃取傳質速率較低[1]，萃取時間長，造成乙醚揮發和環境污染，結果準確性降低。

雙水相萃取(ATPE)是指混合2種不同的親水性物質，通過改變物理條件，利用目標物在2種親水性物質間的分配系數不同進行萃取[2-3]。近年來，雙水相萃取經過快速發展，已在檢測行業廣泛應用[4-5]，其特點是環保、快速、節約和操作簡單[6]。雙水相萃取中的有機相與水溶液充分接觸，從而提高了目標物質的傳質速率和萃取效率，縮短了萃取時間。

本文以乙腈作為有機相，研究不同無機鹽及其加入量、乙腈加入量、氫氧化鈉質量分數等條件對乙腈萃取率和4-氨基偶氮苯回收率的影響規律，篩選出最優雙水相系統，以期為紡織品中4-氨基偶氮苯的環保、高效檢測提供參考。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

由印染企業提供的含4-氨基偶氮苯的試樣。

氫氧化鈉、氯化鈉、連二亞硫酸鈉(保險粉)、碳酸鉀、氯化鈉、磷酸氫二鉀、硫酸鈉、磷酸，均為分析純，乙腈(色譜純)，4-氨基偶氮苯(純度為99.9%)。

1.2 測試方法

1.2.1樣品處理

對試樣直接進行還原處理：取1 g(精確至0.01 g)棉、毛樣品置于反應器中，加入9 mL質量分數為2%的氫氧化鈉溶液，置于(40±2 ℃)水浴鍋中保溫10 min；加入1 mL保險粉(200 mg/L)，保溫30 min后取出，迅速冷卻至室溫；加入4 mL乙腈，搖勻；加入4 g碳酸鉀，振蕩完全溶解，然后靜置；待完全分層，取上層液過濾后進行液相分析。

試樣經萃取后再處理：取1 g(精確至0.01 g)滌綸樣品，用無色紗線扎緊，置于萃取裝置中；采用二甲苯蒸餾過濾30 min，減壓蒸餾驅除過濾液近干；用1 mL乙腈溶解殘留物，加入(40±2)℃質量分數為2%的氫氧化鈉9 mL，加入1 mL(200 mg/L)保險粉，保溫30 min后取出，迅速冷卻至室溫；加入3 mL乙腈，搖勻；加入4 g碳酸鉀，振蕩完全溶解，然后靜置；待完全分層，取上層液過濾后進行液相分析。

1.2.2儀器及分析條件

儀器：液相色譜-光電二極管陣列(HPLC-PDA)，恒溫振蕩器，摩爾環境實驗超純水機，艾本德移液器。

色譜柱：VP-ODS C18150 mm×4.6 mm/5 μm。

流動相：A為乙腈，B為0.1%磷酸(體積分數)。梯度(體積分數)：流動相A為60%，流動相B為40%。流速為1 mL/min，柱溫為40 ℃，檢測波長為380 nm，進樣量為20 μL。

1.3 無機鹽選擇試驗

取10 mL質量分數為2%的氫氧化鈉溶液，加入1 mL標準溶液，再加入3 mL乙腈，然后分別加入不同量的氯化鈉、碳酸鉀、磷酸氫二鉀、硫酸鈉，振蕩，待無機鹽完全溶解后，靜置至完全分層，取上層液過濾后進行液相分析。根據乙腈的萃取率和4-氨基偶氮苯的回收率進行分析，選取恰當的無機鹽及其加入量。

1.4 雙節線的繪制

常溫、常壓條件下，選取試驗用無機鹽，采用濁點法成相臨界點[7-8]。試驗方法如下：取10 mL質量分數為50%的試驗用無機鹽，逐滴加入乙腈，振蕩，至溶液剛好出現渾濁，逐滴加入去離子水，至剛好渾濁消失。同樣方法加入乙腈，至剛好渾濁，判定為臨界點。依照該方式反復操作，計算出每次乙腈和無機鹽所占質量分數，以無機鹽質量分數為橫坐標，乙腈質量分數為縱坐標繪圖，即得到該無機鹽的雙水相圖。

2 試驗結果與分析

2.1 無機鹽選擇

在25 ℃，標準大氣壓條件下，選用氯化鈉、碳酸鉀、磷酸氫二鉀、硫酸鈉4種無機鹽，乙腈作為親水有機相，根據乙腈萃取率和4-氨基偶氮苯回收率討論無機鹽的影響。

4-氨基偶氮苯需要在堿性條件下進行反應，本文選取2%的氫氧化鈉作為反應溶液進行無機鹽分析。鹽加入量與4-氨基偶氮苯回收率關系見圖1。

圖1 鹽加入量與4-氨基偶氮苯回收率的關系Fig.1 Relationship between dosage of salt added and recovery rate of 4-Azobenzene

從圖1可看出，隨著氯化鈉、硫酸鈉、磷酸氫二鉀、碳酸鉀加入量的增加，4-氨基偶氮苯的回收率呈先迅速升高后變化平緩趨勢。硫酸鈉加入量為2 g時，4-氨基偶氮苯的回收率達到最大，為91.43%；此后隨加入量的增大，4-氨基偶氮苯的回收率略有降低；當加入量達到3 g時，出現結晶。氯化鈉加入量為2 g時，4-氨基偶氮苯的回收率達到最大，為100%；之后隨氯化鈉加入量的增加，回收率呈下降趨勢，穩定性較差；當氯化鈉加入量達到4 g時，出現結晶。碳酸鉀、磷酸氫二鉀在2～5 g范圍內變化緩慢，分別在4、2.5 g時回收率達到最大，分別為106.6%和99.06%。

乙腈的萃取率是指從雙水相系統中萃取出的乙腈占乙腈加入量的百分比[9]。鹽加入量與乙腈萃取率的關系見圖2。可看出，隨鹽加入量的增加，乙腈的萃取率呈現先逐漸增大后逐漸達到平衡的趨勢。當氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鉀、磷酸氫二鉀加入量分別為3、2.5、4、4.5 g時，乙腈萃取率達到最大，依次為64%、88%、101.6%、95%，表明氯化鈉、硫酸鈉、磷酸氫二鉀均不能完全萃取乙腈。

圖2 鹽加入量與乙腈萃取率的關系Fig.2 Relationship between dosage of salt added and extraction rate of acetonitrile

綜上可見：氯化鈉較少的加入量即可實現4-氨基偶氮苯的完全回收，但穩定性差，對乙腈萃取率低；硫酸鈉對4-氨基偶氮苯和乙腈均不能完全回收；磷酸氫二鉀能完全回收4-氨基偶氮苯，但不能完全萃取乙腈。氯化鈉、硫酸鈉、磷酸氫二鉀均不適合作為該雙水相無機鹽，而碳酸鉀對4-氨基偶氮苯和乙腈均可完全回收，所以本文選取碳酸鉀作為萃取系統無機鹽。加入4 g碳酸鉀時，4-氨基偶氮苯的回收率和乙腈萃取率均達到最大，故最佳加入量為4 g。

2.2 氫氧化鈉質量分數選擇

雙水相受pH值的影響較大，由于4-氨基偶氮苯在堿性條件下反應，不考慮酸性條件對雙水相的影響，本文用氫氧化鈉質量分數大小表示溶液pH值的高低，選取10 mL質量分數為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的氫氧化鈉作為試驗水相，加入1 mL標準溶液，再加入3 mL乙腈、4 g碳酸鉀，待碳酸鉀溶解，且乙腈完全分層后進行測試。根據乙腈的萃取率和4-氨基偶氮苯的回收率，探討氫氧化鈉質量分數對該雙水相系統的影響，結果如圖3所示。

圖3 乙腈萃取率、4-氨基偶氮苯回收率與氫氧化鈉質量分數的關系Fig.3 Relationship between mass fraction of NaOH and extraction rate of acetonitrile, recovery of 4-aninoazobene

從圖3可看出：氫氧化鈉質量分數在0、0.5%、1.0%、1.5%、2%、2.5%時，乙腈萃取率依次為99.5%、99%、101%、100.5%、100.5%、100%，相對標準偏差為0.74%，萃取率變化較小，系統中堿性條件對乙腈萃取率影響較小，不作為氫氧化鈉質量分數選擇依據。氫氧化鈉質量分數由0增大至1%時，4-氨基偶氮苯的回收率由3.41%迅速提高至88.71%；隨氫氧化鈉質量分數增大，提高速率變小，在2%時回收率達到最大，為101.42%；氫氧化鈉質量分數持續增加，回收率降低。故選取質量分數為2.0 %的氫氧化鈉溶液。

2.3 碳酸鉀雙節線繪制

圖4示出碳酸鉀的雙水相圖。可看出，乙腈/碳酸鉀雙水相系統中，有機相富含乙腈，無機相富含碳酸鉀，乙腈和碳酸鉀較大質量分數范圍內成相能力較強，且保持一定配比，與文獻[10]研究相符。

圖4 碳酸鉀雙水相系統圖Fig.4 Aqueous two phase system of K2CO3

2.4 乙腈用量選擇

取10 mL 2%的氫氧化鈉溶液，分別加入不同量的乙腈，然后加入4 g碳酸鉀，待碳酸鉀完全溶解，根據乙腈的萃取率判斷乙腈的用量。

乙腈用量和其萃取率的關系見圖5。可看出：乙腈用量從0增加到4 mL，萃取率開始迅速提高，并且在4 mL時，萃取率達到最大值，為102%；乙腈用量繼續增加，萃取率基本不變。根據節約原則，乙腈加入量選用4 mL。

圖5 乙腈用量和萃取率的關系Fig.5 Relationship between dosage and extraction rate of acetonitrile

2.5 線性范圍及檢出限

4-氨基偶氮苯在0～20 mg/kg范圍內具有良好的線性，其線性方程為Y=144 119X+12 295.3，線性相關系數R為0.999 9。

依照乙腈/碳酸鉀雙水相方法，進行多次空白樣試驗(20次)。檢出限公式[11]為

依照該公式計算出乙腈/碳酸鉀雙水相方法檢出限為0.036 mg/kg。

2.6 回收率與萃取率和精密度

選取棉、毛、滌綸3種試樣進行加標回收試驗，加標量為20 mg，每個試樣進行3次平行試驗，測試結果見表1。可看出：4-氨基偶氮苯的回收率為89.71%～101.60%，棉、毛、滌綸3種試樣相對標準偏差分別為1.40%、3.86%、2.30%；乙腈萃取率為96.25%～101.00%，3種試樣相對標準偏差分別為1.27%、0.74%、0.63%。可見，乙腈/碳酸鉀雙水相方法的回收率、萃取率、精密度均較好。

3 樣品測試

對棉、毛、滌綸3種試樣，分別進行雙水相測試和根據GB/T 23344—2009《紡織品4-氨基偶氮苯的測定》測試，每種試樣進行3次平行試驗。對比2種方法，測定結果見表2。可看出，采用雙水相測試方法棉、毛、滌3種試樣中4-氨基偶氮苯的含量和相對標準偏差，均優于GB/T 23344—2009測試方法。

表1 方法的回收率、萃取率及精密度(n=3)Tab.1 Recovery rate, extraction rate and precision of method (n=3)

表2 樣品中4-氨基偶氮苯的測試結果(n=3)Tab.2 Results of 4-aminoazobene in samples(n=3)

4 結束語

本文根據4-氨基偶氮苯的回收率和乙腈的萃取率，考察了氯化鈉、硫酸鈉、磷酸氫二鉀、無水碳酸鉀4種無機鹽的成相能力，同時分析雙水相系統中氫氧化鈉的質量分數和乙腈的用量，得到4-氨基偶氮苯萃取效果最佳的雙水相體系：乙腈/碳酸鉀雙水相體系。該方法具有良好的檢出限、回收率、萃取率和精密度；根據毛、棉、滌綸3種試樣分析，該方法優于GB/T 23344—2009《紡織品 4-氨基偶氮苯的測定》，可應用于紡織品中4-氨基偶氮苯的分析。

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