分散黑S-PN染料有害芳香胺假陽性溯源分析

沈海明，孫巖峰，茅文良，商李金

（1.浙江吉華集團股份有限公司，浙江杭州 311228；2.浙江方圓檢測集團股份有限公司，浙江紹興 312000）

部分偶氮染料因為在一定條件下可以被還原裂解形成具有致癌性的有害芳香胺而被禁用［1-2］。為從根源上確保紡織品質(zhì)量安全，作為紡織品中有害物質(zhì)重要來源之一的染料產(chǎn)品，芳香胺等有害物質(zhì)的檢測和控制已經(jīng)引起高度關(guān)注［3-4］。GB 19601—2013《染料產(chǎn)品中23 種有害芳香胺的限量及測定》（以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)方法”）對多種芳香胺有嚴(yán)格限制，要求其質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超過150 mg/kg。某些染料從分子結(jié)構(gòu)上分析不會裂解出有害芳香胺，但是檢測時卻呈陽性，原因可能是：（1）非芳香胺的裂解產(chǎn)物在檢測過程中因高溫等檢測環(huán)境進一步反應(yīng)轉(zhuǎn)變成芳香胺，出現(xiàn)假陽性結(jié)果［5］；（2）存在芳香胺同分異構(gòu)體［6］。分散黑S-PN 染料性能優(yōu)良，但是作為一種常用的分散染料拼混商品，經(jīng)常被檢出對氯苯胺的假陽性結(jié)果。氯苯胺存在同分異構(gòu)體對氯苯胺、鄰氯苯胺和間氯苯胺，對氯苯胺是GB 19601—2013 限制的有害芳香胺。3 種同分異構(gòu)體具有相近的保留時間和相似的質(zhì)譜圖，導(dǎo)致GC/MS 檢測誤判，出現(xiàn)假陽性的對氯苯胺檢出，嚴(yán)重影響商品染料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。目前芳香胺同分異構(gòu)體分離技術(shù)及鑒別方法的研究較多［7-9］，但是針對商品染料芳香胺同分異構(gòu)體的來源分析研究相對較少。本文采用GC/MS 檢測技術(shù)鑒別出分散黑S-PN 染料中的檢出物為間氯苯胺，同時利用TLC 與LC/MS 檢測技術(shù)確定分散黑S-PN 商品染料中的拼混分散染料，并且結(jié)合染料合成工藝推斷分析間氯苯胺的來源，為該類偶氮染料中有害芳香胺的準(zhǔn)確檢測提供有力參考。

1 實驗

1.1 試劑及儀器

試劑：三氯甲烷、乙腈（色譜純），氫氧化鈉、連二亞硫酸鈉、檸檬酸、碳酸鈉（分析純），對氯苯胺、間氯苯胺、鄰氯苯胺（Dr.Ehrenstorfer 公司），商品染料分散黑S-PN，分散橙44（O-44，分子式C18H15O2N6Cl）、分散紅82（R-82，分子式C21H21O6N5）、分散藍79（B-79，分子式C23H25O10N6Br）（商品染料，結(jié)構(gòu)式如下）。

儀器：GC/MS QP2010Ultra（日本島津公司），SY-2000 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠），LC/MS 1290/6460（美國安捷倫公司），THZ-82A 型電熱恒溫振蕩水槽（常州敦煌機械制造公司）。

1.2 樣品預(yù)處理

按標(biāo)準(zhǔn)方法對S-PN、R-82、B-79、O-44 以及O-44 合成原料進行還原裂解預(yù)處理，供GC/MS 檢測有害芳香胺；另取適量S-PN，加入乙腈和少許二級水，超聲溶解，0.22 μm 微孔濾膜過濾，供LC/MS 分析。

1.3 檢測條件

1.3.1 GC/MS 條件

色譜柱：DB-17MS（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度：250 ℃；柱溫：50 ℃保持0.5 min 后以15 ℃/min 升溫至260 ℃保持3.0 min；進樣方式：不分流進樣；載氣He 流量：1.0 mL/min；離子源：EI（70 eV）；離子源溫度：230 ℃；接口溫度：280 ℃；采集方式：SCAN。

1.3.2 LC/MS 條件

色譜柱：Agilent Eclipse Plus C18 RRHD（1.8 μm 2.1 μm×100.0 mm）；流量：0.4 mL/min；進樣量：1.0 μL；流動相：A 為水，B 為乙腈；梯度程序：0 min，A 70%、B 30%→40 min，A 30%、B 70%→45 min，A 10%、B 90%；離子源：ESI；氣流量：11.0 L/min；毛細管：陽極4 000 V，陰極3 500 V；氣溫：350 ℃；噴霧器壓力：45 psi；極性：陽極；采集方式：SCAN；質(zhì)量采集范圍：100～1 200 mg。

1.3.3 TLC 參數(shù)

硅膠60TLC 板：50 mm×100 mm；厚度：0.20～0.25 mm；展開劑：甲苯/四氫呋喃/正己烷（體積比5∶1∶1）。

2 結(jié)果與討論

2.1 S-PN 還原裂解產(chǎn)物的確認

為驗證分散黑S-PN 染料是否真正還原裂解出間/對氯苯胺，按標(biāo)準(zhǔn)方法在1.0 mL 6.5 mg/L 預(yù)處理S-PN 染料樣液中分別加入0.2、1.0 mL 6.0 mg/L 對氯苯胺標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別記為樣液S-PN-1 和樣液S-PN-2，采用純物質(zhì)對照法和疊加法比對分析對氯苯胺標(biāo)準(zhǔn)溶液加入前后的色譜圖，結(jié)果見圖1。

圖1 氣相色譜圖比較

由圖1 可知，S-PN 樣液在保留時間5.422 min 處有一明顯單峰。疊加法顯示S-PN-1出現(xiàn)肩峰，S-PN-2 在5.422、5.445 min 處明顯出峰，而對氯苯胺標(biāo)樣純物質(zhì)的保留時間為5.445 min。因此，采用保留時間為定性法可以確認5.422 min 處的出峰物質(zhì)，即S-PN 染料的還原裂解產(chǎn)物并非對氯苯胺。

提取S-PN 的SCAN 圖譜中保留時間5.422 min處的質(zhì)譜圖，結(jié)果見圖2。根據(jù)表1中特征離子及其豐度比的匹配程度，出現(xiàn)對氯苯胺、間氯苯胺及鄰氯苯胺3 個同分異構(gòu)體，確認該處物質(zhì)為對氯苯胺的同分異構(gòu)體，即間氯苯胺或鄰氯苯胺，但暫時無法利用質(zhì)譜鑒別是前者還是后者。

圖2 S-PN 圖譜中保留時間5.422 min 處的質(zhì)譜圖

表1 氯苯胺同分異構(gòu)體的MS 參數(shù)

氯苯胺的3 種同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)相似，質(zhì)譜圖幾乎相同，無法通過質(zhì)譜圖進行鑒別。為鑒別保留時間5.422 min 處的質(zhì)譜峰是間氯苯胺還是鄰氯苯胺，采用標(biāo)準(zhǔn)方法中的色譜分析條件對3 種同分異構(gòu)體標(biāo)準(zhǔn)品進行分離定性。由圖3 可知，鄰氯苯胺、間氯苯胺和對氯苯胺的保留時間分別為4.878、5.422、5.445 min，鄰氯苯胺出峰較早，易于分離鑒別，間氯苯胺與對氯苯胺之間的分離度盡管較差，但是結(jié)合前述保留時間的定性結(jié)果，可以確認分散黑S-PN 染料在保留時間5.422 min處的還原裂解產(chǎn)物為間氯苯胺。

圖3 氯苯胺同分異構(gòu)體的分離色譜圖

2.2 S-PN 染料組分分析

利用TLC 分析法，根據(jù)硅膠板上斑點的位置及其顏色，初步確定S-PN 染料由O-44、R-82、B-79 3種染料拼混而成（如圖4 所示）。同時采用LC/MS 分析法進行驗證確認，色譜圖如圖5 所示，各組分的質(zhì)譜圖如圖6所示。

圖4 S-PN 染料的TLC 色譜圖

圖5 S-PN 染料的LC/MS 色譜圖

圖6 S-PN 混拼組分質(zhì)譜圖

圖6a是保留時間為21.343 min 組分質(zhì)譜圖，質(zhì)荷比m/z383.20、405.20分別為O-44的［M+H］+以及［M+Na］+分子離子峰，而m/z385.10、407.20 為相應(yīng)的同位素峰，豐度比約3∶1，原因可能是O-44 分子結(jié)構(gòu)中有1個Cl原子。圖6b是保留時間為26.402 min 組分質(zhì)譜圖，m/z440.20、462.20 分別為R-82 的［M+H］+以及［M+Na］+分子離子峰，R-82 分子結(jié)構(gòu)中不含Cl 和Br原子。圖6c 是保留時間為26.588 min 組分質(zhì)譜圖，m/z625.30、647.20 分別為B-79 的［M+H］+以及［M+Na］+分子離子峰，m/z627.30、649.20 為相應(yīng)的同位素峰，豐度比約1∶1，原因可能是B-79 分子結(jié)構(gòu)中有1個Br原子。

2.3 間氯苯胺來源分析

按照標(biāo)準(zhǔn)方法對分散黑S-PN 染料中的O-44、R-82、B-79 拼混組分分別進行芳香胺檢測，由表2 可以看出，分散染料O-44 檢出大量間氯苯胺，而R-82、B-79 都未檢出有害芳香胺，表明分散黑S-PN 染料中的間氯苯胺源于O-44。

表2 O-44、R-82、B-79 染料檢測結(jié)果

O-44主要由鄰氯對硝基苯胺（CAS號121-87-9）和N,N-雙氰乙基苯胺（CAS 號1555-66-4）反應(yīng)合成，經(jīng)歷3 個階段：（1）鄰氯對硝基苯胺上的芳伯胺與重氮化劑亞硝酸（由亞硝酸鹽和強酸反應(yīng)生成）在低溫下進行重氮化反應(yīng)，生成鄰氯對硝基苯重氮鹽；（2）鄰氯對硝基苯重氮鹽與N,N-雙氰乙基苯胺進行偶合反應(yīng)生成O-44（合成工藝如下）；（3）O-44 與分散劑MF 聚萘甲醛磺酸鈉鹽（CAS 號9084-06-4）、水混合，研磨以減小粒徑微粒化后變成穩(wěn)定的分散體，噴霧干燥后成為商品染料［10］。從O-44 分子結(jié)構(gòu)看，其在連二亞硫酸鈉的還原裂解下，偶氮鍵可能被還原裂解而產(chǎn)生副產(chǎn)物，但不會形成間氯苯胺。

1 058 mg/kg 的檢測數(shù)值表明間氯苯胺可能源于O-44 的合成原料或者副產(chǎn)物而不是其本身。為此，對鄰氯對硝基苯胺、N,N-雙氰乙基苯胺、分散劑MF 等原料按標(biāo)準(zhǔn)方法進行間氯苯胺測定，均未檢出間氯苯胺。因此推測間氯苯胺可能來源于O-44 合成過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。

O-44 合成的第1 步生成鄰氯對硝基苯重氮鹽。雖然在苯環(huán)重氮基鄰位上含有極性較強的Cl，提高了重氮鹽分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是在重氮化過程中可能遇到光和熱的作用，少量重氮鹽分解，均裂生成間氯硝基苯［11］并殘留于O-44 上。在有害芳香胺用標(biāo)準(zhǔn)檢測方法預(yù)處理過程中，作為副產(chǎn)物的間氯硝基苯在連二亞硫酸鈉的還原作用下，芳環(huán)上的硝基被還原成氨基，最終形成間氯苯胺產(chǎn)物，反應(yīng)式如下：

3 結(jié)論

分散黑S-PN 染料中對氯苯胺檢測存在假陽性結(jié)果，是氯苯胺的同分異構(gòu)體間氯苯胺被檢出所致。結(jié)合TLC 與LC/MS 技術(shù)分析，明確分散黑S-PN 拼混染料是由O-44、R-82、B-79 分散染料組成，證實間氯苯胺源于O-44染料，排除間氯苯胺源于O-44合成原料（鄰氯對硝基苯胺、N,N-雙氰乙基苯胺、分散劑）等的可能性，進一步推斷間氯苯胺源于O-44 合成過程中形成的副產(chǎn)物間氯硝基苯（即重氮鹽分解物）。