固相微萃取-頂空-氣相色譜-質譜法測定美甲貼中6種揮發性有機物的含量

鐘少芬，莫健文，劉煜平，張 玄，龔志超

(1.東莞理工學院 化學工程與能源技術學院，東莞523808;2.廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院 東莞市特種設備檢測技術服務中心，東莞523120)

近年來，美甲貼是在青年女性中頗為流行的一種指甲裝飾品，但其成分卻對美甲者帶來一定的健康風險。制造商為了使美甲貼快速固化，通常會加入大量容易揮發的酮類和酯類化合物，這些化合物在揮發時容易產生令人不適的刺激性氣味，對室內空氣產生染污，美甲者在長期吸入的情況下，對神經系統可能產生危害，還對鼻黏膜有強烈的刺激性，增加美甲者患上呼吸道疾病、小產、胎兒發育異常及癌癥的機率[1]。美國疾病控制與預防中心(CDC)的研究表明，美甲技師的肌肉骨骼疾病、皮膚問題、呼吸道刺激、頭痛等病癥，通常與工作場所空氣質量較差有關[2]。REUTMAN 等[3]研究發現，美甲技師與正常人對照組的心肺功能差異和職業暴露有明確的相關性。

目前，萃取揮發性成分的方法主要有同時蒸餾萃取法、動態頂空萃取法、靜態頂空萃取法、超聲波輔助萃取法、水蒸餾法、溶劑萃取法和固相微萃取法等，以上方法各有利弊，在美甲貼中揮發性有害物質的測定研究過程中有許多阻礙因素[4-5]。固相微萃取-頂空-氣相色譜-質譜法是一種無需溶劑，全自動性高，靈敏度高的分析方法，由于在整個提取過程中不使用任何有機溶劑，可以真實地反映樣品中所含的揮發性有機物的化學信息[6-10]。該技術已在揮發性有機物的研究中獲得廣泛應用，但在美甲貼中揮發性有機物的研究上還鮮有報道。試驗選擇丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6種揮發性有機物為研究對象，一方面是因為美甲貼中的有害物質主要由這6種物質組成，總含量達到90%以上，這對測定美甲貼中的揮發性有機物具有良好的代表性;另一方面，響應值較高的乙苯及間二甲苯等揮發性有機物在指甲油中的測定已有相關報道[11]，試驗不再進行研究。

本工作經過相關研究分析，對測定美甲貼中揮發性有機物的固相微萃取-頂空-氣相色譜-質譜法進行技術改進，通過降低不利狀況的影響，使其分析結果更加接近于美甲貼揮發性組分的真實情況，以期為研究美甲貼中不同揮發性有機物的整體信息和真實性評價提供一定的理論基礎。

1 試驗部分

表1 質譜參數Tab.1 MS parameters

1.1 儀器與試劑

7820A 型氣相色譜儀;5977E 型質譜儀;Combi-xt PAL 型三合一多功能自動進樣器;ATY124型電子天平。

6種揮發性有機物的混合標準儲備溶液:1 000 mg·L－1，分別稱取丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6 種標準品0.100 0 g，用甲醇溶解并轉移至100 m L 容量瓶中，混合均勻，備用。

6種揮發性有機物的混合標準溶液:1 000μg·L－1，用甲醇將6 種揮發性有機物的標準儲備溶液稀釋為1 000μg·L－1的混合標準溶液。

6種揮發性有機物的混合標準溶液系列:分別移取6種揮發性有機物的混合標準溶液2，10，50，100，150，250μL于裝有0.001 0 g聚乙烯膜的頂空瓶中，配制成2，10，50，100，150，250 ng的混合標準溶液系列。

3種市售美甲貼(產地分別為美國、韓國和中國);聚乙烯膜為基體;丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6種標準品均為色譜純，且純 度 分 別 為99.8%，99.3%，99.9%，99.9%，99.99%，99.99%。

1.2 儀器工作條件

1)頂空條件 孵化溫度為36 ℃;孵化時間為15 min;振動器轉速為300 r·min－1;固相微萃取溫度為常溫;樣品萃取次數為10次;固相微萃取老化溫度為300 ℃。

2)色譜條件 HP-VOC 色譜柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm);載 氣 為 高 純 氦 氣(純 度 為99.999%)，流量為1 m L·min－1;進樣口溫度為250℃;分流進樣，分流比為10∶1;進樣量為1 m L。柱升溫程序:初始溫度為40 ℃，保持5 min;以10 ℃·min－1的速率升溫至150 ℃，保持2 min;再以15 ℃·min－1的 速 率 升 溫 至250 ℃，保 持5 min。

3)質譜條件 電子轟擊離子源(EI);電離能量為70 eV;離子源溫度為230 ℃;選擇離子掃描模式;掃描范圍為35～300 amu。

其他質譜參數見表1。

1.3 試驗方法

稱取0.001 0 g美甲貼樣品置于20 m L 螺口頂空瓶內，將從固相微萃取-頂空自動進樣器中萃取到的揮發性有機物注入氣相色譜-質譜儀中，按照儀器工作條件進行測定，使用標準譜庫(NIST 2011)與標準物質相結合的方法進行定性分析，利用外標法進行定量分析。

2 結果與討論

2.1 頂空條件的選擇

2.1.1 孵化溫度

試驗考察了孵化溫度對6種揮發性有機物響應值的影響，結果見圖1。

圖1 孵化溫度對6種揮發性有機物響應值的影響Fig.1 Effect of incubation temperature on response values of the 6 volatile organic compounds

由圖1可知:揮發性有機物的響應值隨著孵化溫度的升高而增大，這屬于分子熱擴散現象，擴散速率與溫度成正比，但溫度升高對揮發性有機物在萃取溶劑中的溶解與擴散產生不同的影響，且會加劇萃取溶劑本身的揮發，使得目標揮發性有機物易從樣品中揮發，難以保留在萃取液中[11]。與此同時，試驗主要考慮美甲貼在人體平均溫度下對揮發性有機物的影響，因此，試驗選擇的孵化溫度為人體的正常溫度36 ℃。

2.1.2 孵化時間

試驗考察了孵化時間對6種揮發性有機物響應值的影響，結果見圖2。

圖2 孵化時間對6種揮發性有機物響應值的影響Fig.2 Effect of incubation time on response values of the 6 volatile organic compounds

由圖2可知:美甲貼中6種揮發性有機物的響應值隨著孵化時間的延長而增加，且乙酸異丙酯和丙酮在孵化15 min后的增長速率比其他組分要大得多。頂空是將樣品密封在一個容器中，在一定溫度下放置一段時間使樣品與樣品上方氣體達到平衡，分析樣品上方氣體成分的技術。如果某些組分的增長速率過快，容器內平衡時該組分就會占有較多的量，抑制了其他組分的擴散，導致其他組分的測定結果偏低。試驗采用各組分增長速率相對一致的孵化時間，能讓所有組分的測定結果更加準確，另外，較短的萃取時間對辛烷、乙酸乙酯、苯、甲苯、乙苯等弱極性小分子更有利[12]，試驗選擇的孵化時間為15 min。

2.1.3 振動器的轉速

試驗考察了振動器的轉速對6種揮發性有機物響應值的影響，結果見圖3。

由圖3可知:振動器的轉速對6種揮發性有機物響應值的影響不大，試驗選擇振動器默認設置的轉速300 r·min－1。

2.1.4 樣品萃取次數

試驗考察了樣品萃取次數對6種揮發性有機物響應值的影響，結果見圖4。

圖3 振動器的轉速對6種揮發性有機物響應值的影響Fig.3 Effect of vibrator speed on response values of the 6 volatile organic compounds

圖4 樣品萃取次數對6種揮發性有機物響應值的影響Fig.4 Effect of extraction times of sample on response values of the 6 volatile organic compounds

由圖4可知:6種揮發性有機物的響應值隨著樣品萃取次數的增多而增大;當樣品萃取次數為10次時，6種揮發性有機物的響應值達到較大值;繼續增大樣品萃取次數，6種揮發性有機物的響應值增加緩慢。為了節省分析時間，試驗選擇的樣品萃取次數為10次。

2.2 標準曲線與檢出限

按照試驗方法對6種揮發性有機物的混合標準溶液系列進行測定，以6種揮發性有機物的質量為橫坐標，與其對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。6種揮發性有機物均在2～250 ng內與其對應的峰面積呈線性關系，線性回歸方程和相關系數見表2。

按照試驗方法對低含量樣品平行測定7次，計算標準偏差s，以3.14倍的標準偏差計算方法的檢出限(3.14s)，結果見表2。

2.3 實際樣品的測定

對樣品1、樣品2和樣品3 等3個實際美甲貼樣品進行加標回收試驗，加標量分別為5，50，100，150，200 ng，按照試驗方法對其平行測定7次，計算各化合物的回收率和測定值的相對標準偏差(RSD)，結果見表3。

表2 線性參數和檢出限Tab.2 Linearity parameters and detection limits

實際樣品的色譜圖見圖5。

一位女性使用了美甲貼后呆在20 m2的密閉空間內4 h，指甲上的美甲貼所釋放出的揮發性有機物能讓室內空氣中總揮發性有機物質量濃度上升至0.69 mg·m－3，而根據國家標準GB/T 1883－2002規定室內空氣的總揮發性有機物質量濃度不得超過0.6 mg· m－3，顯 然 測 定 結 果 已 經 超 過 了 這一指標。在日常工作中，一般的辦公室女性都工作8 h，在20 m2的工作環境里工作女性的人數一般為4個，而且在夏天大家都會在密閉的空調房里工作。在這些因素影響下，室內空氣中總揮發性有機物實際質量濃度會更加高。在超標環境下工作肯定對人的健康帶來不少的影響，增加人體患病的機率。

表3 精密度和回收試驗結果(n＝7)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝7)

圖5 實際樣品的色譜圖Fig.5 Chromatogram of the substantial sample

本工作采用固相微萃取-頂空-氣相色譜-質譜法對美甲貼釋放出的6種揮發性有機物進行測定，該方法簡單、高效、準確。前處理過程與分析過程一體化，直接分析，操作簡單，可為研究美甲貼釋放出的揮發性有機物對人體危害提供科學的技術支持。