固相萃取小柱在紡織品禁用偶氮染料檢測(cè)中的應(yīng)用

趙昊，陳光杰

（浙江中紡標(biāo)檢驗(yàn)有限公司，浙江紹興 312000）

偶氮染料是應(yīng)用最廣泛的一種合成染料，被廣泛應(yīng)用于紡織服裝的染色中，在其他材料的染色中也被廣泛應(yīng)用。偶氮染料中的一部分產(chǎn)品在使用過(guò)程中經(jīng)過(guò)還原后，會(huì)分解出對(duì)人體有致癌作用的芳香胺類物質(zhì)，這些致癌物質(zhì)在使用過(guò)程中會(huì)被人體吸收，進(jìn)而引起癌變。因此，國(guó)際社會(huì)廣泛關(guān)注此類物質(zhì)的使用，并嚴(yán)格加以限制。我國(guó)于2003 年發(fā)布了GB 18401-2003《國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》[2]，對(duì)我國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)銷售的紡織產(chǎn)品中此類物質(zhì)的使用加以限制。歐盟也在REACH 法規(guī)中對(duì)此類偶氮染料做出了明確的限量，加以管控[3]。此類物質(zhì)檢測(cè)方法的原理主要是通過(guò)連二亞硫酸鈉對(duì)偶氮類染料進(jìn)行還原裂解，進(jìn)而釋放出芳香胺類物質(zhì)；然后通過(guò)溶劑萃取的方法，從水溶液中萃取脂溶性物質(zhì)，經(jīng)濃縮-定容后，用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、液相色譜（HPLC）等方法分析還原產(chǎn)物中是否含有致癌作用的芳香胺。我國(guó)禁用的芳香胺類物質(zhì)有24 種，歐盟為22 種，這其中有兩種物質(zhì)經(jīng)過(guò)檢測(cè)后會(huì)分解為其他兩種目標(biāo)物，4-氨基偶氮苯會(huì)分解為苯胺和1,4-苯二胺，導(dǎo)致無(wú)法檢出[4]。其中，萃取方式是影響方法回收率的重要因素。早期是采用液-液萃取法，即用有機(jī)溶劑和水相直接混合萃取。這種方式簡(jiǎn)單易行，但由于樣品本身的存在，會(huì)發(fā)生乳化現(xiàn)象而無(wú)法分離，從而導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行有效的萃取。后來(lái)發(fā)展為今天所用的固-液萃取法。目前，主要使用硅藻土作為固定相，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行吸附后，用合適的溶劑（如乙醚、叔丁基甲基醚等）進(jìn)行萃取-濃縮-定容后，使用GC-MS、HPLC-DAD 方法進(jìn)行定量或定性。硅藻土填充柱存在以下問(wèn)題：（1）硅藻土用量較大（20 g），會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物；（2）需要用大量溶液進(jìn)行洗脫（約80 mL），導(dǎo)致后續(xù)的濃縮過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，增加目標(biāo)物分解的風(fēng)險(xiǎn)，且會(huì)產(chǎn)生較多的廢液或廢氣。因此，本實(shí)驗(yàn)使用聚苯乙烯二乙烯基苯小柱作為替代品，尋求一種可替代的萃取方法用于禁用偶氮染料的檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)安捷倫；AL104 電子天平（感量0.1 mg），梅特勒-托利多；THZ-82 數(shù)顯恒溫水浴鍋[（70±2）℃]，國(guó)華企業(yè)；ENVI-Chrom P 固相萃取小柱（250 mg/3 mL），美國(guó)Supelco[5]。

二氯甲烷、甲醇、乙腈均為色譜純；連二亞硫酸鈉、氫氧化鈉均為分析純；自配22 種芳香胺混標(biāo)溶液（每種芳香胺濃度約為1 000 mg/L）；將混標(biāo)溶液梯度稀釋至20 mg/mL 作為測(cè)試液備用。22 種芳香胺如表1 所示，下文圖中芳香胺序號(hào)同表1 所示。

表1 致癌芳香胺名稱

1.2 萃取柱活化

分別用10 mL 的甲醇和10 mL 的三級(jí)水以約4 mL/min 的流速活化萃取柱后備用。

1.3 前處理

取1 mL 測(cè)試液放入17 mL 檸檬酸緩沖溶液（pH=6.0）中，再加入3 mL 連二亞硫酸鈉溶液（200 mg/mL）。有研究表明[6]，反應(yīng)液酸堿性對(duì)芳香胺類物質(zhì)的回收率有著較大的影響。目前，常用的兩種檢測(cè)方法中，GB/T 17592-2011 中使用的是弱酸性反應(yīng)液直接進(jìn)行萃??；EN ISO 14362-1:2017 使用氫氧化鈉將弱酸性反應(yīng)液進(jìn)行堿化處理。因此本研究分別對(duì)酸性和堿性溶液進(jìn)行分析。

1.4 萃取條件優(yōu)化

將“1.3”所得反應(yīng)液冷卻至室溫后備用。根據(jù)參考文獻(xiàn)[5-6]先設(shè)定以2 mL/min 流速上樣，經(jīng)氮吹20 min 干燥后，以5 mL 甲醇分兩次洗脫，洗脫流速為2 mL/min，以此作為預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)條件。分別對(duì)各影響因素進(jìn)行研究。

1.4.1 洗脫液種類

根據(jù)固定相及目標(biāo)物的極性，選擇二氯甲烷、甲醇、乙腈3 種溶劑分別研究其洗脫效率，選擇最佳洗脫液。

1.4.2 干燥處理方式

聚苯乙烯二乙烯基苯小柱屬于反相萃取小柱，常用于萃取水溶液中的目標(biāo)物。反相固相萃取所用的洗脫液往往都有一定水溶性，為了避免洗脫液含水，導(dǎo)致難以濃縮-定容，往往需要進(jìn)行干燥處理。干燥主要有真空泵抽干和惰性氣體吹干兩種方法。使用真空抽干進(jìn)行干燥后，芳香胺在空氣中氧化會(huì)導(dǎo)致回收率下降，部分目標(biāo)物無(wú)法檢出。因此，選擇惰性氣體（氮?dú)猓┻M(jìn)行吹干。實(shí)驗(yàn)中，選擇氮吹10 min、20 min、30 min 后3 個(gè)樣品分別進(jìn)行萃取后進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步優(yōu)化氮吹時(shí)間。

1.4.3 上樣/洗脫流速

上樣時(shí)水溶液的流速和洗脫時(shí)洗脫液的流速會(huì)影響洗脫效率。根據(jù)柱體積，選擇1 mL/min、2 mL/min、3 mL/min、4 mL/min、5 mL/min 的流速進(jìn)行比較。先固定洗脫流速為2 mL/min，變化上樣流速。再根據(jù)最佳上樣流速，調(diào)整洗脫流速，進(jìn)而選擇最優(yōu)的洗脫流速。

1.4.4 洗脫液體積

洗脫液體積過(guò)小，無(wú)法充分洗脫目標(biāo)物；洗脫液過(guò)多，則浪費(fèi)溶劑，且影響濃縮效率。固相萃取洗脫時(shí)，小體積多次洗脫優(yōu)于大體積一次洗脫，因此選擇2 次洗脫。洗脫液體積一般為柱容量的1.2～1.5 倍，因此選擇3 mL、5 mL、8 mL 進(jìn)行比較，并以聯(lián)苯胺為目標(biāo)物。洗脫液經(jīng)氮吹濃縮，再用甲醇定容至2 mL 后進(jìn)行儀器分析。

1.5 定量分析

用GB/T 17592-2011 推薦的氣相色譜/質(zhì)譜定性分析條件進(jìn)行分析，使用外標(biāo)法定量。由于使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，不進(jìn)行同分異構(gòu)體的確認(rèn)。

1.6 兩種萃取方法的比較

分別使用ENVI-Chrom P 固相萃取小柱和硅藻土柱進(jìn)行測(cè)試，ENVI-Chrom P 固相萃取小柱條件為“1.4”實(shí)驗(yàn)所得最優(yōu)參數(shù)，硅藻土柱用EN 14362-1:2017 參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

1.7 實(shí)際樣品中的應(yīng)用

使用5 個(gè)已知檢出的陽(yáng)性樣品進(jìn)行兩種萃取方法的比較。考慮到實(shí)際樣品的反應(yīng)液中有較多懸浮的纖維雜質(zhì)，因此小柱樣品在過(guò)柱前，用0.22 μm 的微孔濾膜對(duì)還原后的反應(yīng)液進(jìn)行過(guò)濾后過(guò)柱。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸堿性對(duì)萃取效率的影響

酸/堿性溶液回收率對(duì)比結(jié)果如圖1 所示。分別對(duì)酸/堿性反應(yīng)液進(jìn)行比較，使用堿性溶液進(jìn)行萃取的回收率要優(yōu)于酸性溶液進(jìn)行萃取，這主要是因?yàn)榉枷惆繁旧沓尸F(xiàn)堿性，在堿性條件下具有更好的穩(wěn)定性；且堿性條件下的芳香胺與固定相的親和性更強(qiáng)，從而提高了回收率。

圖1 酸/堿性溶液回收率對(duì)比圖

2.2 洗脫液的選擇

不同洗脫液回收率如圖2 所示。甲醇和乙腈的回收率比較接近，二氯甲烷略弱于甲醇和乙腈。但考慮到甲醇的毒性比二氯甲烷和乙腈要弱，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)選甲醇作為洗脫液。但由于甲醇本身的基質(zhì)作用，目標(biāo)物更容易發(fā)生分解，因此使用甲醇作為萃取液時(shí)，應(yīng)快速操作，并做好保護(hù)避免氧化。

圖2 不同洗脫液回收率對(duì)比

2.3 洗脫前干燥的影響

10 min 后的樣品在后續(xù)的氮吹濃縮過(guò)程中難以吹干，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確定容。氮吹20 min、30 min 后的回收率基本一致，樣品易濃縮-定容。這說(shuō)明隨著氮吹時(shí)間的延長(zhǎng)，當(dāng)水分基本驅(qū)除干凈后，樣品的回收率不會(huì)有明顯的變化。因此，僅確定小柱干燥的時(shí)間即可，無(wú)需繼續(xù)干燥。干燥時(shí)間和氮吹儀的流量有關(guān)，所確定的時(shí)間僅用來(lái)反應(yīng)規(guī)律，以供參考。

2.4 上樣/洗脫流速的影響

從表2 及表3 中可以看出，上樣及洗脫流量在2 mL/min 以下時(shí)，目標(biāo)物濃度均未發(fā)生明顯變化。當(dāng)流速達(dá)到3 mL/min 時(shí)，均出現(xiàn)明顯下降。因此，選擇2 mL/min 為最佳上樣流速和最佳洗脫流速。該流速僅限本次試驗(yàn)條件下所用的柱容量，當(dāng)使用其他柱容量的小柱時(shí)，會(huì)發(fā)生變化。

表2 上樣流量對(duì)目標(biāo)物含量的影響

表3 洗脫流量對(duì)目標(biāo)物含量的影響

2.5 洗脫液體積的影響

從表4 數(shù)據(jù)可以看出，隨著洗脫液體積的增加，洗脫效率有所提升，但5 mL 以后提升較小。3 mL時(shí)，洗脫不完全。因此選擇5 mL 作為洗脫液的最佳體積。

表4 洗脫液體積與目標(biāo)物萃取量

2.6 兩種萃取方法的比較

如圖3 所示，ENVI-Chrom P 固相萃取小柱的回收率與硅藻土柱基本接近，部分物質(zhì)優(yōu)于硅藻土柱。

2.7 實(shí)際樣品測(cè)試

如表5 所示，在實(shí)際樣品的檢測(cè)中，在其他條件一致，僅更換萃取方式的前提下，使用ENVI-Chrom P 小柱與硅藻土填充柱兩種萃取方法所得芳香胺的含量基本一致。可以認(rèn)為，ENVI-Chrom P 小柱可以替代硅藻土填充柱用于紡織品禁用偶氮染料的檢測(cè)。

表5 兩種萃取方法在實(shí)際樣品檢測(cè)效果比較 單位：mg/kg

3 結(jié)論

用ENVI-Chrom P 小柱即聚苯乙烯二乙烯基苯小柱進(jìn)行固相萃取，使用甲醇進(jìn)行洗脫-濃縮-定容后具有與硅藻土填充柱相近的萃取能力,部分目標(biāo)物的回收率甚至優(yōu)于硅藻土填充柱。所有目標(biāo)物回收率均能達(dá)到相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。與硅藻土填充柱相比，聚苯乙烯二乙烯基苯小柱的選擇性更佳，萃取后的樣品雜質(zhì)含量更低，可以獲得更低的方法檢出限。此外，小柱的體積遠(yuǎn)小于硅藻土填充柱，產(chǎn)生的固廢更少，有利于實(shí)驗(yàn)室廢棄物處置，降低固體廢棄物處置的成本。使用小柱進(jìn)行萃取所使用的溶劑量也更少，相比于傳統(tǒng)方法對(duì)環(huán)境的污染也更小。但聚苯乙烯二乙烯基苯小柱的價(jià)格相對(duì)較高，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。隨著生產(chǎn)工藝的成熟和國(guó)產(chǎn)替代產(chǎn)品的發(fā)展，該技術(shù)為紡織品禁用偶氮染料的檢測(cè)提供了一種新的檢測(cè)思路。