分散液液微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法測定染料中禁用芳香胺

秦 鑫,徐韻揚(yáng),胡 喆,王敏超

(杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院,浙江 杭州310019)

偶氮染料是指分子結(jié)構(gòu)中含有偶氮基(-N=N-),且偶氮基兩端連接芳香基的一類化合物,其廣泛用于紡織品、皮革制品等染色及印花工藝。目前,世界市場上三分之二左右的合成染料是以偶氮化學(xué)為基礎(chǔ)制成的[1]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),部分偶氮染料在特定條件下會(huì)分解還原產(chǎn)生致癌芳香胺。歐盟于2001年3月27日發(fā)布2001/C96E/18指令,該指令禁止在紡織品和皮革中使用可裂解并釋放出致癌芳香胺的偶氮染料。國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 19601-2004《染料產(chǎn)品中23種有害芳香胺的限量及測定》也對(duì)染料中能分解產(chǎn)生致癌芳香胺的偶氮染料的限量做出規(guī)定。

隨著紡織品生態(tài)安全的不斷加強(qiáng),嚴(yán)格控制染料中致癌芳香胺偶氮染料含量,將從源頭切斷紡織品中禁用偶氮染料的來源。省時(shí)高效、有機(jī)溶劑用量少、富集效率高的樣品前處理新技術(shù)成為分析化學(xué)研究的新方向,固相微萃取[2-4]、液相微萃取[5-7]等萃取技術(shù)廣泛用于農(nóng)藥殘留、水樣等領(lǐng)域。分散液液微萃取(DLLME)技術(shù)是一種集分離、富集、進(jìn)樣于一體的綠色前處理方法,運(yùn)用廣泛[8-10]。目前關(guān)于采用分散液液微萃取技術(shù)測定染料中禁用芳香胺的方法未見報(bào)道,本文通過分散液液微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用,建立染料中21種致癌芳香胺快速高效的分析方法,為生態(tài)紡織品源頭質(zhì)量控制提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)(安捷倫科技有限公司);Neofuge 15R型高速臺(tái)式離心機(jī)(力新儀器(上海)有限公司);電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司)。

禁用芳香胺混合標(biāo)準(zhǔn)品(純度大于99%,迪馬科技,見表1);乙腈(色譜級(jí),美國Tedia公司);其他試劑均為分析純,購于華東醫(yī)藥集團(tuán);超純水;日常檢測樣品若干。

表1 21種禁用芳香胺名稱和CAS號(hào)

1.2 色譜條件

色譜柱:DB-5MS(30 m×0.250 mm×0.25μm,J﹠W);

升溫程序:初始柱溫60℃,保持1 min,然后以12℃/min的速率升至210℃,以15℃/min的速率升至230℃,以3℃/min的速率升至250℃,以25℃/min的速率升至280℃;

進(jìn)樣口溫度:250℃;

離子源和四級(jí)桿溫度:230℃,150℃;

色譜-質(zhì)譜接口溫度:280℃;

載氣:高純氦,純度≥99.999%,柱流量為1 ml/min;

監(jiān)測模式:單離子檢測掃描(SIM);進(jìn)樣模式:無分流進(jìn)樣。

1.3 樣品前處理

稱取0.2 g(精確至0.000 1 g)試樣,加入24 ml檸檬酸緩沖溶液,于(70±2)℃水浴預(yù)熱15 min。然后加入6.0 ml連二亞硫酸鈉溶液,于(70±2)℃水浴保持30 min,取出冷卻后用無水碳酸鈉溶液調(diào)p H為8.0～9.0。

移取5 ml冷卻液于10 ml尖底玻璃離心管中,將0.8 ml乙腈、40μl氯苯混勻并快速注入冷卻液中,渦旋1 min,加入20 g/L的NaCl溶液,室溫下靜置5min后,以3 000 r/min離心5 min,收集10μl下層有機(jī)相于微量樣品瓶中,進(jìn)樣1μl,采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 DLLME前處理?xiàng)l件優(yōu)化

DLLME萃取效率的影響因素主要有6個(gè)方面:萃取劑的種類、分散劑的種類、萃取劑的體積、分散劑的體積、萃取時(shí)間的選擇、鹽濃度的影響。為確立最優(yōu)化試驗(yàn)條件,本研究統(tǒng)一采用富集因子(enrichmen factor,EF)來表征不同條件下的萃取效果。富集因子采用公式(1)計(jì)算。

式中 Csed——萃取沉積相中芳香胺的質(zhì)量濃度(mg/ml);Co——樣品中添加的芳香胺的質(zhì)量濃度(mg/ml)。

2.1.1 萃取劑種類和體積

萃取劑的種類是影響DLLME萃取效率的重要因素,要滿足兩個(gè)條件:一是其密度必須大于水,二是萃取劑與水不互溶且對(duì)分析物的溶解能力強(qiáng)。本研究考察了CHCl3、C2Cl4、CCl4、氯苯4種萃取劑,以1.0 ml乙腈作為分散劑,萃取后經(jīng)分析計(jì)算富集因子。

由于各萃取劑在水中溶解性不同,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)采用CHCl3作為萃取劑時(shí),形成的兩相不穩(wěn)定,最終無法保證可以收集10μl下層有機(jī)相,其他萃取劑結(jié)果見圖1。由圖1可知采用氯苯作為萃取劑時(shí)具有更好的萃取效果,根據(jù)相似相溶原理,氯苯和芳香胺具有相同的官能團(tuán),有更好的親和力,結(jié)合萃取效果和操作方便性,選擇氯苯作為萃取劑。

圖1 不同種類萃取劑對(duì)21種芳香胺富集因子的影響

萃取劑體積也直接影響該方法的富集倍數(shù),為進(jìn)一步研究萃取劑體積對(duì)萃取效果的影響,本研究考察氯苯用量為40、50、60、80、100μl對(duì)萃取效率的影響,試驗(yàn)中分散劑均為乙腈,所用體積為1.0 ml,萃取結(jié)果見圖2。結(jié)果表明隨著萃取劑體積增加,稀釋作用增強(qiáng),富集因子下降,萃取效果減弱;同時(shí)當(dāng)萃取體積小于40μl時(shí),由于萃取體積過小,最終下層有機(jī)相不易收集,因此試驗(yàn)選擇萃取體積為40μl做進(jìn)一步研究。

圖2 萃取劑體積對(duì)21種芳香胺富集因子的影響

2.1.2 分散劑種類和體積

分散劑也是影響DLLME萃取效率的關(guān)鍵因素,當(dāng)含有萃取劑的分散劑注入水中,會(huì)形成水/分散劑/萃取劑的乳濁液。為取得最佳萃取效果,所用的分散劑既要與萃取劑和水有良好的混溶性,同時(shí)也要能形成穩(wěn)定的兩相。此次試驗(yàn)選擇乙腈、甲醇、丙酮3種分散劑,體積為1.0 ml,萃取劑氯苯的體積為40μl,按1.3樣品前處理方法進(jìn)行前處理,經(jīng)萃取離心后上機(jī)測試,按式(1)計(jì)算EF值,試驗(yàn)結(jié)果為乙腈對(duì)目標(biāo)分析物的富集倍數(shù)最高,所以選擇乙腈作為分散劑。

分散劑體積的大小影響萃取劑在水中的分散程度,進(jìn)而影響芳香胺的萃取效果。試驗(yàn)選擇萃取劑氯苯體積為40μl,對(duì)比了0.5、0.8、1.0、1.2、1.4 ml分散劑對(duì)萃取效率影響,計(jì)算不同條件下的EF值,如圖3所示。從圖中明顯可以看出當(dāng)分散劑體積小于0.8 ml時(shí),隨著體積增加,萃取效果增強(qiáng)。試驗(yàn)表明當(dāng)分散劑體積較小時(shí),萃取劑在水中的分散程度不夠,不能完全分散在水中,從而影響有效的乳濁液體系的形成;當(dāng)分散劑體積超過0.8 ml時(shí),隨著體積增加,增大了其在水中的分配比列,使得最后形成的分散相減少,降低了萃取效率,試驗(yàn)最終確定分散劑乙腈體積為0.8 ml。

圖3 分散劑體積對(duì)21種芳香胺富集因子的影響

2.1.3 萃取時(shí)間

選擇分散劑乙腈0.8 ml、萃取劑氯苯40μl,研究萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響,見圖4。結(jié)果顯示,萃取時(shí)間在5 min之前,萃取效率逐漸上升,超過5 min后沒有明顯變化。形成這樣試驗(yàn)結(jié)果的原因是萃取劑(氯苯)在溶液形成有效的乳濁液之后被均勻地分散在水相中,待測物與萃取劑大面積有效接觸,增大其由水相擴(kuò)散到有機(jī)相的速率,縮短兩相平衡時(shí)間,因此選擇萃取時(shí)間為5 min。

2.1.4 鹽濃度

在DLLME試驗(yàn)中,隨著離子強(qiáng)度的增大,待測物和有機(jī)萃取劑在水相中的溶解度均會(huì)下降,從而有利于回收率的提高,但是有機(jī)相體積也會(huì)隨之增大,從而使得富集倍數(shù)下降。為更好研究鹽濃度對(duì)本研究萃取效果的影響,在其他參數(shù)不變的條件下,通過加入不同質(zhì)量濃度(0～40 g/L)的NaCl溶液來觀察鹽濃度對(duì)萃取效率的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,隨著鹽濃度的增加,萃取效果沒有明顯的變化,因此本研究中可不考慮鹽濃度的影響。

圖4 萃取時(shí)間對(duì)21種芳香胺富集因子的影響

2.2 方法評(píng)價(jià)

2.2.1 相關(guān)參數(shù)

萃取的富集倍數(shù)為有機(jī)相與水相中分析物濃度之比,試驗(yàn)以濃度為20 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)混合溶液為例,研究方法對(duì)21種致癌芳香胺的萃取富集倍數(shù)達(dá)到79～172倍(見表2)。在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下,通過對(duì)系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的萃取和測定,21種致癌芳香胺在質(zhì)量濃度為1～50 mg/kg范圍內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系,方法回收率為86.5%～102.3%,檢出限(LOD,以信噪比S/N≥3計(jì))為0.3～1.2 mg/kg,定量限(LOQ,以信噪比S/N≥10計(jì))為1.0～4.0 mg/kg,符合該物質(zhì)的檢測要求;同時(shí)為提高試驗(yàn)方法的精密度,選擇陰性樣品,分別添加濃度為10、25、40 mg/kg的混合液,進(jìn)行萃取測定,每個(gè)水平平行萃取測定6次,具體見表2。結(jié)果表明該方法檢出限滿足國家標(biāo)準(zhǔn)[11]。

2.2.2 實(shí)際樣品測定

選擇4份陽性樣品分別采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 19601-2013和本方法進(jìn)行測試比較,結(jié)果見表3。結(jié)果顯示該法與標(biāo)準(zhǔn)方法的測定結(jié)果相近,滿足標(biāo)準(zhǔn)的測試要求。

2.3 方法優(yōu)點(diǎn)

分散液液微萃取法與國家標(biāo)準(zhǔn)GB 19601-2013方法相比較,具有兩方面優(yōu)勢(shì):一是有機(jī)溶劑用量少,安全環(huán)保,標(biāo)準(zhǔn)需要使用60 ml三氯甲烷,而本方法只需800μl乙腈和40μl氯苯;二是測定速度快,標(biāo)準(zhǔn)大約需要1 h,而本方法15 min就能快速測定染料中的致癌芳香胺。

表2 21種芳香胺的線性范圍、富集倍數(shù)、檢出限、定量限、相關(guān)系數(shù)、回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

表3 本方法和國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)際樣品測定結(jié)果的比較 單位:mg·kg-1

3 結(jié)語

在本研究中,DLLME技術(shù)結(jié)合GC/MS測定染料中有害芳香胺,分散液相微萃取在萃取的同時(shí)進(jìn)行濃縮,與標(biāo)準(zhǔn)中也有萃取的方法相比較,具有高效、安全、環(huán)保和富集倍數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。本方法的成功運(yùn)用對(duì)拓寬分散液相微萃取技術(shù)在紡織品相關(guān)檢測領(lǐng)域中應(yīng)用具有重要意義。

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