氣相色譜法測定橡膠中的苯胺類物質含量

尹洪雷，戴金蘭，程立軍，涂滿娣，周 磊，俞凌云，陳學燦

（1.榕城海關綜合技術服務中心，福建 福清 350300；2.福州海關技術中心，福建 福州 350003；3.天津海關，天津 300041；4.成都海關技術中心，四川 成都 610041）

苯胺類物質因為含有—NH官能團，具有較強的質子給予能力，其本身能與橡膠中的自由基反應，阻止自由基對橡膠分子鏈的破壞；同時苯胺類物質反應生成的中間產物不僅結構穩(wěn)定，而且具有很強的自由基捕獲能力，與自由基反應可生成穩(wěn)定產物，阻止自由基進一步反應。因此，苯胺類物質被作為橡膠加工中性能優(yōu)異的抗氧老化劑，對氧、臭氧、熱老化、疲勞老化以及變價金屬離子等都有優(yōu)良的防護效果，被廣泛應用于橡膠制品中。

多數(shù)苯胺類化合物是由苯胺或乙基苯胺酚衍生物合成的，其中會殘留少量N-乙基苯胺。N-乙基苯胺可經呼吸道吸入或經皮膚吸收進入人體，其毒性與苯胺相似，能在血液中形成高鐵血紅蛋白，造成人體組織缺氧，引起中樞神經系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)及其他臟器的損壞[1-3]。含有N-乙基苯胺的廢棄橡膠會污染水體和土壤，影響水生生物的生長和繁殖[4-6]。當水體中的污染物達到一定濃度時，水生物會引起一系列中毒反應，如行為異常、生理功能紊亂、組織細胞病變，直至死亡。目前ISO/TR 16178：2012《鞋類 鞋類和鞋類部件中潛存的關鍵物質》的清單中將N-乙基苯胺分為第4類（高度懷疑對穿著者有危害的物質）或第5類（懷疑對穿著者有危害的物質）。

雖然已經有一些苯胺含量的檢測方法，用來檢測紡織品、飲用和環(huán)境水、工作場所、汽油和化妝品中的苯胺含量[7-15]，但是國內外暫時還沒有橡膠中的苯胺類物質含量檢測的標準方法。為了保護消費者的身體健康和生命安全及應對國外技術壁壘，有必要制訂橡膠中的苯胺類物質含量的相關檢測方法。

本工作研究氣相色譜法測定橡膠中的苯胺類物質含量。

1 實驗

1.1 試劑

苯胺（標準物質）、N-乙基苯胺（標準物質）、鄰苯二胺（標準物質）和N，N-二乙基對苯二胺（標準物質），美國CATO公司產品；無水乙醇（優(yōu)級純）、二氯甲烷（優(yōu)級純）、甲醇（優(yōu)級純）和丙酮（優(yōu)級純），國藥集團有限公司產品。

1.2 主要儀器

DC 300型渦旋振蕩器，杭州瑞誠儀器有限公司產品；Agilent 7890A型氣相色譜儀，美國安捷倫儀器公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 提取溶劑的選擇

準確稱取試樣2.0 g（無特別說明，試樣顆粒的長度×寬度為3 mm×3 mm），加入10 mL提取溶劑，在25 ℃下渦旋振蕩10 min后再用微波提取20 min，用制備的固相萃取柱凈化，將凈化液旋轉蒸發(fā)至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，測定目標物苯胺、N-乙基苯胺、鄰苯二胺和N，N-二乙基對苯二胺含量。分別考察提取溶劑乙醇、二氯甲烷、甲醇和丙酮的提取效果。

1.3.2 提取方式選擇

準確稱取試樣2.0 g，加入甲醇10 mL，在25℃下分別考察索氏提取（240 min）、超聲提?。?0 min）、振蕩提取（60 min）方式對橡膠中N-乙基苯胺的提取效果。用聚-β-環(huán)糊精固相萃取柱凈化，將凈化液旋轉蒸發(fā)至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，測定目標物。

為進一步優(yōu)化提取方式，考察了渦旋振蕩20 min、渦旋振蕩10 min加超聲提取20 min和超聲提取30 min對目標物含量測定結果的影響。

1.3.3 提取次數(shù)優(yōu)化

準確稱取試樣2.0 g，加入甲醇10 mL，在25 ℃下渦旋振蕩10 min加超聲提取20 min，過濾后收集濾液，用制備的固相萃取柱凈化，將凈化液旋轉蒸發(fā)至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，測定目標物含量；在濾渣中加入10 mL甲醇，重復提取操作，測定提取液中目標物含量；再次在濾渣中加入10 mL甲醇，重復上述操作，測定提取液中目標物含量。

1.3.4 提取溫度優(yōu)化

準確稱取試樣2.0 g，加入甲醇10 mL，分別在20，25，30，35，40，45和50 ℃下渦旋振蕩10 min加超聲提取20 min，用聚-β-環(huán)糊精固相萃取柱凈化，將凈化液旋轉蒸發(fā)至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，測定目標物含量。

1.3.5 超聲提取時間優(yōu)化

準確稱取試樣2.0 g，加入甲醇10 mL，在25 ℃下分別渦旋振蕩10 min加超聲提取10，20，30，40，50和60 min，用聚-β-環(huán)糊精固相萃取柱凈化，將凈化液旋轉蒸發(fā)至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，測定目標物含量。

1.3.6 試樣顆粒大小

將制備的樣品（厚度3 mm）裁剪成長度和寬度分別為1 mm×3 mm，2 mm×3 mm，3 mm×3 mm和5 mm×3 mm的1#—4#試樣顆粒。稱取2.0 g試樣，加入甲醇10 mL，在25 ℃下渦旋振蕩10 min加超聲提取20 min，用聚-β-環(huán)糊精固相萃取柱凈化，旋轉蒸發(fā)凈化液至0.5 mL左右，用正己烷定容到2.0 mL，測定目標物含量。

1.4 檢測方法準確性

1.4.1 檢出限和標準曲線

配制質量濃度為0.05 mg·L-1的4種目標物標準溶液，在優(yōu)化的儀器條件下，通過測定目標物的信噪比，以3倍噪聲計算檢測限，檢出低限以10倍信噪比計算。

苯胺標準溶液質量濃度分別為13，26，52，104，130和208 μg·mL-1；N-乙 基 苯 胺 標 準 溶液 質 量 濃 度 分 別 為25，50，100，200，250和400 μg·mL-1；鄰苯二胺和N，N-二乙基對苯二胺標準溶液質量濃度分別為10，20，40，80，100和160 μg·mL-1，在優(yōu)化的儀器條件下制作苯胺含量（Y）-標準溶液質量濃度（X）標準曲線。

1.4.2 加標回收率

在4種不同的試樣中加入3種梯度濃度的苯胺類衍生物，加入10 mL甲醇，在25 ℃下渦旋振蕩10 min加超聲提取20 min，過濾并收集濾液；加入10 mL甲醇至濾渣，重復上述操作步驟，將2次的濾液合并，用制備的固相萃取柱凈化，旋轉蒸發(fā)至0.5 mL左右，用正己烷定容到2.0 mL，在優(yōu)化儀器條件下測定目標物含量。

1.4.3 樣品測定

在優(yōu)化條件下進行樣品中目標物含量測定。

2 結果與討論

2.1 提取條件的優(yōu)化

2.1.1 提取溶劑

不同提取溶劑對苯胺類物質的提取效果對比如圖1所示。從圖1可以看出，相比于二氯甲烷、乙醇和丙酮，甲醇對于4種目標物都有很高的提取效率，因此可以選取甲醇作為提取溶劑。

2.1.2 提取方式

不同提取方式的苯胺類物質含量測定結果對比如圖2所示。從圖2可以看出，超聲提取效果最好、振蕩提取效果最差，索氏提取效果居中，而其提取時間最長。結合實驗室條件和提取效率，選取振蕩提取和超聲提取為提取目標物的主要方式。

優(yōu)化提取方式的目標物含量測定結果對比如圖3所示。從圖3可以看出，3種提取方式測定目標物含量的結果都很好，旋渦振蕩提取效率最高，考慮到實驗室操作的效率，選取渦旋振蕩（10 min）加超聲提?。?0 min）的提取方式。

2.1.3 提取次數(shù)

不同提取次數(shù)的目標物含量測定結果對比如圖4所示。從圖4可以看出，經過2次提取后，已經提取出目標物總量的90%以上，因此采取2次提取。

2.1.4 提取溫度

不同提取溫度下目標物含量測定結果對比如圖5所示。從圖5可以看出：隨著提取溫度的升高，苯胺、N-乙基苯胺、鄰苯二胺和N，N-二乙基對苯二胺的含量測定結果都有不同程度的減?。?0～30 ℃提取溫度范圍內目標物含量測定結果的穩(wěn)定性較好?？紤]到實驗室的操作性，提取溫度選取20～30 ℃。

2.1.5 超聲提取時間

不同超聲提取時間下目標物含量測定結果對比如圖6所示。從圖6可以看出：隨著超聲提取時間的延長，苯胺、N-乙基苯胺、鄰苯二胺和N，N-二乙基對苯二胺含量測定結果均先增大后減??；在超聲提取時間為20 min時，目標物含量測定結果最大。因此選取超聲提取時間為20 min。

2.1.6 試樣顆粒大小

不同試樣顆粒大小的目標物含量測定結果對比見圖7。在4種試樣顆粒尺寸情況下，苯胺、N-乙基苯胺、鄰苯二胺和N，N-二乙基對苯二胺含量的檢測結果相對標準偏差（RSD）分別為3.25%，4.74%，2.81%和3.34%。從圖7可以看出，試樣顆粒大小對于測定結果沒有顯著影響。為了提高制樣效率，采用5 mm×3 mm試樣顆粒尺寸即可。

2.2 色譜條件優(yōu)化

2.2.1 色譜柱的選擇

固定相為質量分數(shù)5%二苯基聚硅氧烷加質量分數(shù)95%二甲基聚硅氧烷的HP-5，DB-5，SPE-5和AT-5色譜柱均能使目標物很好地分離，采用HP-5色譜柱的典型氣相色譜如圖8所示。在分離30 min內，分析計算各目標物的典型色譜峰面積，4種目標物的質量濃度分別為104，200，80和80 mg·L-1。

2.2.2 升溫程序

考察柱箱的升溫程序對目標物的分離效果，初始溫度在50 ℃下保持2 min，隨后優(yōu)化階升溫度，分別以4，10和15 ℃·min-1的升溫速率階升到170 ℃，然后以40 ℃·min-1的升溫速率階升到280℃，保持2 min。

結果表明，各階升溫下，對目標物都能夠很好地分離。考慮保留時間及試驗的時效性，試驗選擇4 ℃·min-1作為階升1的升溫速率階升到170℃，再以40 ℃·min-1的升溫速率階升到220 ℃。色譜柱升溫程序見表1。

2.3 方法的準確性

2.3.1 檢出限和標準曲線

方法的標準曲線線性方程和檢出限見表2。從表2可以看出，各目標物測定標準曲線的線性相關因數(shù)均大于0.998，線性相關性良好。

表2 方法的標準曲線線性方程和檢出限Tab.2 Standard curve linear equations and detection limits of methods

2.3.2 加標回收率

目標物加標回收率見表3。由表3可見，各目標物的加標回收率在89.00%～110.51%范圍內，RSD均在1.61%～9.94%范圍內，符合一般檢測的精密度要求。

表3 目標物加標回收率（n＝6）Tab.3 Spiked recoveries of target objects（n＝6）

2.3.3 樣品測定

樣品測定結果見表4。由表4可見，樣品測定的RSD為4.91%～10.7%，符合一般檢測的精密度要求。

表4 樣品測定結果（n＝6）Tab.4 Sample test results（n＝6） mg·kg-1

3 結論

（1）采用固相萃取-氣相色譜法測定橡膠中苯胺、N-乙基苯胺、鄰苯二胺和N，N-二乙基對苯二胺，優(yōu)化測定步驟為：準確稱取2.0 g試樣，加入10 mL乙醇，在25～30 ℃渦旋振蕩10 min，再超聲提取20 min，過濾，收集濾液，重復提取操作1次，2次濾液合并，用制備的固相萃取柱凈化，旋轉蒸發(fā)至約0.5 mL，用正己烷定容至2 mL，用孔徑為0.45 μm有機相濾膜過濾；采用HP-5色譜柱，在初始溫度50 ℃保持2 min后，以4 ℃·min-1速率升溫至170 ℃并保持5 min，再以40 ℃·min-1速率升溫至280 ℃并保持2 min的升溫程序下進行濾液的氣相色譜測試。

（2）在優(yōu)化提取條件下，苯胺、N-乙基苯胺、鄰苯二胺和N，N-二乙基對苯二胺的測定標準曲線的線性相關因數(shù)均大于0.998，檢出限分別為0.005，0.260，0.005和0.005 mg·kg-1，加 標回收率為89.00%～110.51%，相對標準偏差為1.61%～9.94%。