氣相色譜-質(zhì)譜法測定電子電氣產(chǎn)品中4種甲基環(huán)硅氧烷的含量

高 歡,衛(wèi)碧文,繆俊文,何衛(wèi)華

(1.上海海關(guān)機電產(chǎn)品檢測技術(shù)中心,上海 200135;2.上海海關(guān)后勤管理中心,上海 200135)

甲基環(huán)硅氧烷是制備硅油、硅橡膠的基本原料,具有耐高低溫、絕緣性能好、耐氣候老化、耐臭氧、耐輻射性等優(yōu)點,在電子電氣產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。研究表明,甲基環(huán)硅氧烷對動物和人體的神經(jīng)、免疫及生殖系統(tǒng)有毒害作用,具有致癌和致突變性[1-2]。2019年6月27日,歐洲化學(xué)品管理局正式公布《化學(xué)品的注冊、評估、授權(quán)和限制》法規(guī)第19批高關(guān)注物質(zhì)(SVHC),其中六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷和十二甲基環(huán)六硅氧烷被列入其中。

目前,關(guān)于甲基環(huán)硅氧烷的檢測方法主要是氣相色譜法(GC)和氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)[3-5]。GC-MS具有分辨率高、靈敏度高、鑒別能力強的優(yōu)點,并且可同時完成待測組分的分離、定性和定量,被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜組分的分析。對于背景干擾嚴重的樣品,GC-MS通?？梢垣@得較好的定性與定量結(jié)果[6-11]。

因此,本工作建立了GC-MS 測定電子電氣產(chǎn)品中4種甲基環(huán)硅氧烷含量的方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

7890B-5977A 型氣相色譜-質(zhì)譜儀;Elmasonic P型超聲波發(fā)生器;SPEX 6850型液氮冷凍粉碎機;0.22μm 有機系濾膜。

混合標準儲備溶液:1 g·L－1,分別稱取六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷和十二甲基環(huán)六硅氧烷標準物質(zhì)各100.0 mg,用四氫呋喃溶解并定容至100 mL 容量瓶中,配制成1 g·L－1的混合標準儲備溶液。使用時,用四氫呋喃稀釋至所需質(zhì)量濃度。

六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷和十二甲基環(huán)六硅氧烷標準物質(zhì)的純度均大于99.5%;四氫呋喃、正己烷、甲醇、丙酮和二氯甲烷均為色譜純。

1.2 儀器工作條件

1)GC條件 DB-5MS毛細管色譜柱(30m×0.25mm,0.25μm);載氣為氦氣(純度為99.999%);流量1mL·min－1;進樣量1μL,不分流進樣;進樣口溫度280 ℃,接口溫度280 ℃;溶劑延遲時間3 min。柱升溫程序:初始柱溫為50 ℃,保持2 min;以10 ℃·min－1速率升溫至150 ℃;再以40 ℃·min－1速率升溫至280 ℃,保持10 min。

2)MS 條件 電子轟擊離子(EI)源;電離能70 e V;離子源溫度230℃,四極桿溫度150℃;掃描模式為全掃描與選擇離子監(jiān)測(SIM)模式;掃描范圍 質(zhì)荷比(m/z)50.00～450.00。其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 4種甲基環(huán)硅氧烷的質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters of 4 methyl cyclosiloxanes

1.3 試驗方法

采用液氮冷凍粉碎機粉碎樣品,稱取樣品粉末1g(精確至0.1mg)于60mL樣品瓶中,加入10mL四氫呋喃,加塞密閉,于30 ℃超聲提取30 min,提取液經(jīng)0.22μm 有機系濾膜過濾后,濾液供GC-MS分析。如有必要,用四氫呋喃進一步稀釋提取液后進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取劑的選擇

提取劑是影響提取效果的主要因素。試驗選取3種加標陽性樣品(加標量均為5.0 mg·kg－1),按照試驗方法考察了四氫呋喃、正己烷、甲醇、丙酮和二氯甲烷等提取劑對4種甲基環(huán)硅氧烷回收率的影響。結(jié)果表明,各目標物的回收率依次為94.7%～103%,80.9%～89.2%,55.4%～64.8%,60.1%～74.3%,20.6%～34.5%,其中以四氫呋喃為提取劑時,4 種甲基環(huán)硅氧烷的回收率較高,提取效果較好。因此,試驗選擇提取劑為四氫呋喃。

2.2 提取時間的選擇

試驗考察了提取時間為5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60 min時對4種甲基環(huán)硅氧烷回收率的影響,結(jié)果見圖1。

由圖1可知,隨著提取時間的延長,4種目標物的回收率逐漸增大;當提取時間不小于30 min時,4種目標物的回收率基本保持不變。綜合考慮時間、成本等因素,試驗選擇提取時間為30 min。

圖1 提取時間對4種甲基環(huán)硅氧烷回收率的影響Fig.1 Effect of extraction time on recovery of 4 methyl cyclosiloxanes

2.3 提取溫度的選擇

試驗考察了不同提取溫度對加標樣品(加標量均為5.0 mg·kg－1)中4種甲基環(huán)硅氧烷回收率的影響,結(jié)果見表2。

表2 提取溫度對4種甲基環(huán)硅氧烷回收率的影響Tab.2 Effect of extraction temperature on recovery of 4 methyl cyclosiloxanes

結(jié)果表明,當提取溫度為30 ℃時,4種甲基環(huán)硅氧烷的回收率均較高;當提取溫度大于30 ℃時,4種甲基環(huán)硅氧烷的回收率稍有降低。因此,試驗選擇提取溫度為30 ℃。

2.4 升溫程序的選擇

試驗考察了不同升溫程序下目標物的分離情況。結(jié)果表明,當一階升溫速率為10 ℃·min－1時,目標物出峰快、峰形緊湊、分離效果好;當二階升溫速率為40 ℃·min－1時,目標物的峰形良好,且分析時間較短。優(yōu)化后的升溫程序見1.2 節(jié)GC條件。

2.5 色譜行為

按照儀器工作條件,對10.0 mg·L－1的混合標準溶液進行測定,4種甲基環(huán)硅氧烷的總離子流色譜圖見圖2。

圖2 4種甲基環(huán)硅氧烷的總離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatogram of 4 methyl cyclosiloxanes

結(jié)果顯示,4種甲基環(huán)硅氧烷在13 min內(nèi)便可完成分離,且峰形較好。各目標物的保留時間、定性離子和定量離子見表1。

2.6 基質(zhì)效應(yīng)

采用相對響應(yīng)值法對4種甲基環(huán)硅氧烷的基質(zhì)效應(yīng)進行評價。在陰性樣品中添加適量的4種甲基環(huán)硅氧烷,按照儀器工作條件,測定其在樣品基質(zhì)和純?nèi)軇?四氫呋喃)中的響應(yīng)值,以兩者響應(yīng)值的比值作為基質(zhì)效應(yīng)值(ME),結(jié)果見表3。

表3 基質(zhì)效應(yīng)Tab.3 Matrix effect

結(jié)果表明,4種甲基環(huán)硅氧烷的ME 為0.95～1.02;當ME 為0.85～1.05時,基質(zhì)效應(yīng)可忽略不計,由基質(zhì)效應(yīng)對該方法引入的誤差在可接受范圍內(nèi)。

2.7 標準曲線和檢出限

按照儀器工作條件對4種甲基環(huán)硅氧烷質(zhì)量濃度為0.1,0.5,1.0,5.0,10.0 mg·L－1的混合標準溶液進行測定,外標法定量。以4種甲基環(huán)硅氧烷的質(zhì)量濃度為橫坐標,其對應(yīng)的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。結(jié)果顯示,4種甲基環(huán)硅氧烷的質(zhì)量濃度在0.1～10.0 mg·L－1內(nèi)與其對應(yīng)的峰面積呈線性關(guān)系,線性參數(shù)見表4。

以3 倍信噪比(S/N)計算各目標物的檢出限(3S/N),所得結(jié)果見表4。

表4 線性參數(shù)和檢出限Tab.4 Linearity parameters and detection limits

2.8 精密度和回收試驗

按照試驗方法,對陰性樣品進行低(0.1 mg·L－1)、中(1.0 mg·L－1)、高(10.0 mg·L－1)等3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定7次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD)。結(jié)果表明,4種甲基環(huán)硅氧烷的回收率為85.7%～106%,測定值的RSD 為1.8%～4.6%,滿足定量分析的要求。

本工作建立了GC-MS同時測定電子電氣產(chǎn)品中4種甲基環(huán)硅氧烷含量的方法,該方法簡便快捷、準確可靠、靈敏度高、精密度好,可用于電子電氣產(chǎn)品中4種甲基環(huán)硅氧烷的定性分析和定量檢測。