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

部分偶氮染料因?yàn)樵谝欢l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(jìn)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(shí)驗(yàn)

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(lán)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)樣方式：不分流進(jìn)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(jìn)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(xì)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(rèn)

為驗(yàn)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(rèn)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(rèn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)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(diǎn)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(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)，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(jìn)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(qiáng)酸反應(yīng)生成）在低溫下進(jìn)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(jìn)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?；笞兂煞€(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(jìn)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(qiáng)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(shí)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(jìn)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）。