超聲萃取/HPLC-MS檢測電子電氣產(chǎn)品聚合物中的六溴環(huán)十二烷

陳 瓊，黃秋鑫，姜 濤，丑天姝，方 亮，吳 琴

(工業(yè)和信息化部電子第五研究所，中國賽寶環(huán)境評估與監(jiān)測中心，信息產(chǎn)業(yè)電子信息產(chǎn)品污染控制賽寶檢驗(yàn)中心，廣東 廣州 510610)

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超聲萃取/HPLC-MS檢測電子電氣產(chǎn)品聚合物中的六溴環(huán)十二烷

陳 瓊，黃秋鑫*，姜 濤，丑天姝，方 亮，吳 琴

(工業(yè)和信息化部電子第五研究所，中國賽寶環(huán)境評估與監(jiān)測中心，信息產(chǎn)業(yè)電子信息產(chǎn)品污染控制賽寶檢驗(yàn)中心，廣東 廣州 510610)

通過優(yōu)化超聲萃取時(shí)間、萃取次數(shù)、萃取溶劑類型等條件，建立了電子電氣產(chǎn)品中六溴環(huán)十二烷(含α，β，γ3種同分異構(gòu)體)的高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)測定方法。經(jīng)條件優(yōu)化，采用甲苯超聲萃取樣品，重復(fù)萃取3次，每次15 min，離心取上清液，合并后經(jīng)氮?dú)獯蹈桑眉状?水溶液重新溶解定容后進(jìn)行檢測。六溴環(huán)十二烷各同分異構(gòu)體的線性范圍為50～5 000 μg/L，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999，方法檢出限為1 mg/kg，樣品加標(biāo)回收率為88.3%～104.5%。該方法快速、簡便、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，用于實(shí)際樣品的檢測，陽性樣品均為發(fā)泡聚苯乙烯材料。

電子電氣產(chǎn)品；六溴環(huán)十二烷；超聲萃取；高效液相色譜-質(zhì)譜法

六溴環(huán)十二烷(HBCDDs)是除四溴雙酚A、多溴聯(lián)苯(PBBs)和多溴二苯醚(PBDEs)等之外的另一種重要溴代阻燃劑，是許多電子產(chǎn)品綠色法規(guī)的禁限用物質(zhì)之一，歐盟RoHS指令限用PBBs和PBDEs之后，HBCDDs在電子電氣產(chǎn)品及其部件聚合物材料中有較廣泛的應(yīng)用，目前全球年消耗量已超22 000噸[1]，已列入國際很多環(huán)保法規(guī)中的禁限用物質(zhì)或高關(guān)注度物質(zhì)之一。

HBCDDs能夠?qū)游矬w內(nèi)分泌和免疫參數(shù)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致人體基因重組，引發(fā)一系列疾病，甚至癌癥。雖然環(huán)境中溴代阻燃劑的水平通常很低，發(fā)生急性中毒的可能性小，但由于HBCDDs的大量使用及其環(huán)境持久性與生物毒性[2-3]，因此HBCDDs已確認(rèn)為一種潛在污染物。對環(huán)境中HBCDDs污染水平的分析已成為新的研究熱點(diǎn)。目前，HBCDDs已受到許多國家政府和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的高度重視，在國內(nèi)外的研究報(bào)道中，對HBCDDs的研究遠(yuǎn)超過對PBBs和PBDEs的研究。

目前，HBCDDs的檢測方法主要包括氣相色譜-質(zhì)譜法和液相色譜-質(zhì)譜法[4-9]。有研究表明，氣相色譜-質(zhì)譜法檢測HBCDDs時(shí)，由于分析溫度較高，可能導(dǎo)致部分HBCDDs分解，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性[6]。在很多研究中，高效液相色譜-質(zhì)譜法為優(yōu)先方法，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定也逐漸以高效液相色譜-質(zhì)譜法為主，如金軍等[4]使用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測土壤中的HBCDDs；家用電器標(biāo)準(zhǔn)中使用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測HBCDDs[10]。在樣品前處理方面，聚合物的萃取方法包括索氏抽提、微波萃取、加速溶劑萃取、超聲萃取等，其中超聲萃取因效率高、簡便、快捷、穩(wěn)定操作性較好而得到較多的應(yīng)用。在我國已有的相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)中已建立了加速溶劑萃取聯(lián)合高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜[10]和微波萃取聯(lián)合氣相色譜-質(zhì)譜[11]的檢測方法，然而，這兩個標(biāo)準(zhǔn)方法存在以下不足：一方面前處理設(shè)備昂貴、技術(shù)操作要求高；另一方面在檢測儀器上仍存在優(yōu)化空間，如在產(chǎn)品聚合物法規(guī)符合性檢測中，因樣品基質(zhì)(較單純)和含量水平(一般為mg/kg級，法規(guī)一般限值為1 000 mg/kg)原因并不需要使用串聯(lián)質(zhì)譜這種高精尖、昂貴的檢測設(shè)備。因此，為更好地控制電子電氣產(chǎn)品污染，使檢測更加“綠色、環(huán)保”，很有必要建立統(tǒng)一、高效、快速、通用、準(zhǔn)確及穩(wěn)定的HBCDDs的檢測方法。本文采用超聲萃取聯(lián)合高效液相色譜-質(zhì)譜法(HPLC-MS)，通過優(yōu)化萃取溶劑、萃取時(shí)間、萃取次數(shù)以及檢測儀器條件等，建立了可準(zhǔn)確、可靠、簡便檢測電子電氣產(chǎn)品聚合物中六溴環(huán)十二烷的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜質(zhì)譜儀(日本島津LCMS 2020，單級四極桿質(zhì)譜)，配自動進(jìn)樣器、在線脫氣機(jī)和柱溫箱；TG16-Ⅱ超高速離心機(jī)(16 000 r/min，長沙平凡)；分析天平(0.01 mg，METTLER TOLEDO AG285)；D10-12氮?dú)獯蹈蓛x(杭州奧盛)；超聲波儀(超聲頻率40 kHz，超聲功率400 W)。

甲酸、乙酸銨(分析純，德國CNW)；甲醇(MeOH)、乙腈(ACN)、丙酮、正己烷、甲苯、二氯甲烷、四氫呋喃(色譜純，德國CNW)；實(shí)驗(yàn)室用水為Milli-Q超純水(18.3 MΩ·cm，Millipore公司)；其它試劑均為分析純。六溴環(huán)十二烷(含已知濃度的α，β，γ3種同分異構(gòu)體)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)購于上海安譜科學(xué)儀器有限公司，純度≥95%。

1.2 樣品的制備

將電子電氣產(chǎn)品拆解成各種材料樣品，用剪刀或切割機(jī)(或其他方式)將樣品制成小于10 mm×10 mm×10 mm小塊，經(jīng)液氮冷凍粉碎機(jī)粉碎成粒徑小于1 mm的顆粒(過18目標(biāo)準(zhǔn)篩)，混合均勻。

1.3 樣品的萃取

準(zhǔn)確稱取制備樣品0.1 g(精確至0.000 1 g)，置于離心管中，加4 mL甲苯，在超聲波儀中超聲萃取15 min，以5 000 r/min離心5 min，上清液轉(zhuǎn)移至另一樣品管中；重復(fù)以上步驟2次，合并3次萃取液于同一樣品管中，定容至100 mL容量瓶。檢測前，取1 mL萃取液用輕柔氮?dú)獯蹈?，采用甲?水溶液定容至1 mL，旋渦振蕩1 min，以16 000 r/min離心5 min后，取上清液，待測。如果試樣中待測物的濃度超過標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，可適當(dāng)稀釋后再測定。按照同樣的程序，平行準(zhǔn)備程序空白樣品。

1.4 色譜-質(zhì)譜條件

色譜條件：Athena C18-WP高效液相色譜柱(孔徑100 ?，100 mm×2.1 mm，3 μm，德國CNW公司)，柱溫30 ℃；流動相：甲醇-水溶液(88∶12，體積比)，等度洗脫；進(jìn)樣量5 μL；流速：0.25 mL/min。質(zhì)譜條件：電噴霧電離負(fù)離子模式(ESI-)；噴霧(IS)電壓3.5 kV；四極桿的DL，DC，RF電壓由儀器調(diào)諧確定；離子源溫度350 ℃；DL溫度250 ℃；干燥氮?dú)鉁囟?50 ℃，流速15 L·min-1；質(zhì)譜采集時(shí)間10 min；監(jiān)測離子：m/z640.5。

圖1 優(yōu)化流動相條件下HBCDDs的色譜圖Fig.1 HPLC chromatogram of HBCDDs under optimized mobile phase (MeOH-water，88∶12)

2 結(jié)果與討論

2.1 HPLC-MS檢測條件的優(yōu)化

采用水和甲醇、乙腈、四氫呋喃等有機(jī)溶劑作為HPLC-MS的流動相，同時(shí)結(jié)合甲酸、乙酸銨作為流動相的緩沖試劑對色譜分離條件進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)表明，乙腈有較好的洗脫能力，可減小HBCDDs的出峰時(shí)間，但3個異構(gòu)體的分離效果不理想；四氫呋喃可以提高各異構(gòu)體的分離度，添加甲酸及乙酸銨的水流動相，一定程度上也提高了穩(wěn)定性和分離度，但復(fù)雜的流動相和添加劑會增加色譜柱使用前、后的平衡穩(wěn)定時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用混合溶劑、添加緩沖試劑后，色譜柱在使用前、后的平衡穩(wěn)定時(shí)間增加了20 ～30 min，反之色譜峰則易出現(xiàn)分叉或拖尾；而以甲醇-水溶液作為流動相，隨著甲醇比例的減小，HBCDD 3個同分異構(gòu)體的出峰時(shí)間延后、分離度提高，當(dāng)甲醇-水比例為88∶12時(shí)可以達(dá)到定性、定量檢測的要求，其譜圖如圖1所示，色譜峰順序?yàn)棣?，β，?HBCDD。

圖2 萃取劑的優(yōu)化Fig.2 Optimization of extraction reagentsA.MeOH,B.n-hexane,C.acetone,D.toluene, E.acetone-n-hexane(1∶1),F.acetone-MeOH(1∶1), G.toluene-MeOH(1∶1),H.THF

2.2 超聲萃取條件的優(yōu)化

在相同的萃取時(shí)間下，對0.1 g HBCDDs含量約6%的PP(聚丙烯)樣品進(jìn)行萃取研究，比對了甲醇、正己烷、丙酮、甲苯、丙酮-正己烷、丙酮-甲醇、甲苯-甲醇、四氫呋喃等有機(jī)萃取體系的萃取能力，結(jié)果如圖2所示。甲苯的萃取能力最強(qiáng)，四氫呋喃、丙酮-正己烷、丙酮-甲醇、甲苯-甲醇次之。綜合考慮方法的統(tǒng)一性和簡便性，最終選擇甲苯作為萃取溶劑。

使用4 mL甲苯作為萃取溶劑，考察了上述樣品在不同萃取時(shí)間(5、10、15、20、25、30 min)下的色譜峰面積。結(jié)果表明單次萃取5 min已基本達(dá)到萃取飽和，此后延長萃取時(shí)間，萃取率無明顯變化。為了保證不同樣品的萃取效率，最終確定15 min為單次萃取時(shí)間。

使用4 mL甲苯作為萃取溶劑萃取上述樣品，單次萃取時(shí)間為15 min，連續(xù)萃取5次，分別收集每一次的萃取液，比對了不同次數(shù)萃取后的色譜峰面積。結(jié)果表明經(jīng)過3次萃取后，萃取率可達(dá)99%以上，因此最終確定萃取次數(shù)為3次。

2.3 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

配制α，β，γ-HBCDDs系列濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如表1所示，其線性范圍為50～5 000 μg/L，線性相關(guān)系數(shù)(r2)均大于0.999。分別以目標(biāo)色譜峰信噪比的3倍和10倍響應(yīng)所對應(yīng)的濃度值確定方法檢出限(MDLs)為1 mg/kg，定量下限(MQLs)為2～3 mg/kg(見表1)。方法的靈敏度滿足相關(guān)法規(guī)中電子電氣產(chǎn)品HBCDDs限值要求(1 000 mg/kg)。

使用加標(biāo)樣品(加標(biāo)制樣，含總HBCDDs含量分別為20 mg/kg和800 mg/kg)進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，每個樣品制備5個平行樣，測定值與加標(biāo)值吻合較好，加標(biāo)回收率為88.3%～104.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為4.7%～4.5%(表2)，表明該方法準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好。

表1 HPLC-MS檢測的質(zhì)量控制結(jié)果Table 1 The results of quality control with HPLC-MS analysis

y：response of HBCDDs in HPLC-MS;x：concentration of HBCDDs(μg/L)

表2 方法回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=5)Table 2 Recovery and RSD(n=5) of the proposed method

2.4 實(shí)際樣品的檢測

在優(yōu)化條件下，檢測20個以上實(shí)際電子電氣產(chǎn)品(包括線路板、電線、貼片電阻、儀表外殼、支撐材料等)中的HBCDDs，2個樣品呈陽性，且均為發(fā)泡聚苯乙烯材料，含量分別為14.6 mg/kg和16 174 mg/kg，表明一些電子電氣產(chǎn)品材料中存在HBCDDs。

3 結(jié) 論

本文建立了一種超聲萃取聯(lián)合高效液相色譜-質(zhì)譜法測定電子電氣產(chǎn)品聚合物中HBCDDs的分析方法。該方法試劑用量少，處理過程簡便，耗時(shí)短，安全，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高，是一種快速、準(zhǔn)確和有效的分析方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目前電子電氣產(chǎn)品聚合物中仍存在一定的HBCDDs應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。

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Determination of Hexabromocyclododecanes in Polymers of Electrical and Electronic Products Using Ultrasonic Extraction Followed by LC-MS

CHEN Qiong,HUANG Qiu-xin*,JIANG Tao,CHOU Tian-shu,FANG Liang,WU Qin

(CEPREI Environmental Assessment and Monitoring Center, CEPREI Center of Electrical and Electronic Product Pollution Control, The 5th Electronics Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou 510610, China)

A high performance liquid chromatography -mass spectrometric(HPLC-MS) method was developed for the determination of hexabromocyclododecanes (HBCDDs, including alpha, beta, gamma, three isomers) in electrical and electronic products, by optimization of ultrasonic extraction time, extraction cycle and extraction solvent.In the optimal conditions,the sample was ultrasonically extracted with toluene for three times and each took 15 min.The extracts were combined and concentrated to dryness under nitrogen, then redissolved with methanol water solution.The calibration curves of HBCDDs were linear in the range of 50-5 000 μg/L, with correlation coefficients more than 0.999.The detection limits were all 1 mg/kg.The spiked recoveries were in the range of 88.3%-104.5%.The method was proved to be quick,simple,accurate and stable.It was successfully applied in the determination of HBCDDs in real samples, of which the detected samples were polystyrene.

electrical and electronic products；hexabromocyclododecanes(HBCDDs)；ultrasonic extraction; high performance liquid chromatography -mass spectrometry(HPLC-MS)

2017-02-16;

2017-03-28

國家標(biāo)準(zhǔn)研制項(xiàng)目(20132270-T-469)；廣東省省級科技計(jì)劃項(xiàng)目(2016A040403039)

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.07.017

O657.63；TQ314.248

A

1004-4957(2017)07-0929-04

*通訊作者：黃秋鑫，博士，高級工程師，研究方向：環(huán)境分析化學(xué)，Tel：020-87022187, E-mail：huangqx@ceprei.com; zhong-xian@163.com

實(shí)驗(yàn)技術(shù)