加速溶劑萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法測定兒童服裝中禁用偶氮染料分解產(chǎn)生的21種芳香胺

韓江紅

（湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江湖州 313000）

偶氮染料是一種分子結(jié)構(gòu)中至少含有1 個(gè)偶氮基的有機(jī)化合物，是在皮革、紡織品等的印染工藝中應(yīng)用最廣泛的一類合成染料，銷量約占市售染料的70%，多被用于纖維的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡膠等的著色［1］。在厭氧條件下，偶氮染料能夠還原分解產(chǎn)生芳香胺。經(jīng)證實(shí)，其中有20 多種芳香胺經(jīng)過活化作用能夠改變?nèi)梭w的DNA 結(jié)構(gòu)，從而誘發(fā)癌癥［2］。因此，隨著科技的進(jìn)步以及人類健康意識(shí)、環(huán)保安全意識(shí)的提高，各國先后立法禁用可分解出致癌芳香胺的偶氮染料［3］。歐盟頒布的2002/61/EEC 號(hào)法令以及中國的GB 18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》，均明確規(guī)定禁用偶氮染料是紡織品常規(guī)必檢項(xiàng)目之一［4］。

禁用偶氮染料定量檢測的一般思路：將待測試樣還原分解，檢測分解產(chǎn)物中是否存在致癌芳香胺，以此反推該試樣是否含有禁用偶氮染料［5-8］。相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)有國內(nèi)的GB/T 17592—2011《紡織品禁用偶氮染料的測定》、GB/T 23344—2009《紡織品4-氨基偶氮苯的測定》以及歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 14362：2012［9-11］。但是在檢測過程中會(huì)使用大量有毒易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，而且凈化過程復(fù)雜，不利于批量樣品檢測［12-14］。在致癌芳香胺化合物的檢測研究中，關(guān)于加速溶劑萃取法（ASE）的相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少。ASE 是利用萃取池內(nèi)的密閉空間，在升高溫度和增大壓力的條件下，用有機(jī)溶劑萃取的自動(dòng)化方法。由于溶劑用量少、對(duì)各種復(fù)雜基質(zhì)樣品具有普適性、快捷高效等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境、食品分析等領(lǐng)域有著廣泛、成熟的應(yīng)用［4-5］。

本文以GB 18401 中規(guī)定的禁用染料分解出的21種致癌芳香胺為例，研究ASE 萃取技術(shù)在其前處理過程中的應(yīng)用，并利用芳香胺在酸性條件下可轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的水溶性鹽，在堿性條件下又轉(zhuǎn)化為油溶性胺的特點(diǎn)進(jìn)行反萃取凈化，操作簡單，凈化效果好，同時(shí)優(yōu)化了前處理?xiàng)l件，提高了回收率，從而建立了氣相色譜-質(zhì)譜法測定兒童服裝中禁用偶氮染料分解的21 種芳香胺的方法，該方法對(duì)改進(jìn)禁用染料檢測的方案設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑：丙酮（色譜純）、甲醇（色譜純）、乙酸乙酯（色譜純）、叔丁基甲醚（色譜純）、檸檬酸（分析純）、鹽酸（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、氯化鈉（分析純）、連二亞硫酸鈉（分析純）（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），21 種芳香胺混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（德國DR.Ehrenstorfer公司）。

儀器：Thermo TSQ evo 8000 氣相色譜/質(zhì)譜儀［配備有電子轟擊（EI）電離源，美國賽默飛世爾科技公司］，HH-1-6 型恒溫水浴鍋，ASE 350 加速溶劑萃取儀［美國戴安（中國）有限公司］，Milli-Q 超純水儀（美國Millipore 公司），KL512J 數(shù)控氮吹濃縮儀，WH-3 型旋渦振蕩儀，恒溫水浴振蕩器（北京國環(huán)高科自動(dòng)化技術(shù)研究院）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 溶液的配制

0.06mol/L 檸檬酸鹽緩沖溶液（pH 6.0）：精確稱取12.526 g檸檬酸和6.320 g氫氧化鈉，純水溶解并定容至1 000 mL。

芳香胺標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取各芳香胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用甲醇分別配制成1 000 mg/L 的儲(chǔ)備溶液，在0～4 ℃下避光保存。

內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別準(zhǔn)確稱取萘-d8、2,4,5-三氯苯胺、蒽-d10 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用甲醇配制成100 mg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在0～4 ℃下避光保存。

1.2.2 樣品前處理

將待測樣品剪成小于5 mm×5 mm 的碎片，混勻。稱取1.0 g（精確至0.01 g）試樣，裝入加速溶劑萃取池，以丙酮為萃取劑靜態(tài)萃取6 min（系統(tǒng)壓力10.3 MPa，120 ℃加熱3 min，沖洗體積為萃取器體積的60%），循環(huán)3 次，萃取結(jié)束后將萃取液冷卻至室溫，濃縮至小于1 mL，加入10 mL 乙酸乙酯-叔丁基甲醚（體積比1∶1），并轉(zhuǎn)移到50 mL 具塞離心管中，加入15 mL 預(yù)熱到70 ℃的檸檬酸緩沖溶液，放入70 ℃恒溫水浴振蕩器中以350 r/min 振蕩30 min，依次加入5 mL 200 mg/mL 連二亞硫酸鈉溶液以及1.0 mL 30%氫氧化鈉溶液，手動(dòng)劇烈振搖2 min 后轉(zhuǎn)入75 ℃超聲波提取器中萃取15 min，靜置分層，然后將有機(jī)相轉(zhuǎn)入錐形瓶，無機(jī)相再用10 mL 乙酸乙酯-叔丁基甲醚（體積比1∶1）萃取2 遍，合并有機(jī)相。將有機(jī)相轉(zhuǎn)入分液漏斗中，加入20 mL 飽和氯化鈉溶液，用3 mol/L 鹽酸溶液調(diào)節(jié)至pH 小于2，充分振蕩、靜置，保留水相。將水相用30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH 大于12，加入乙酸乙酯-叔丁基甲醚（體積比1∶1）3×15 mL，反萃取3遍，合并有機(jī)相，濃縮后用0.22 μm 有機(jī)纖維濾頭過濾至進(jìn)樣瓶待測。

1.3 儀器條件

1.3.1 氣相色譜

毛細(xì)管色譜柱：TG-5MS（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；進(jìn)樣量：1.0 μL；載氣：氦氣（純度大于99.999%）；載氣流速：1.0 mL/min（恒流）；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；升溫程序：初始溫度60 ℃，保持1 min，以8 ℃/min 升至220 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min 升至290 ℃，保持1 min。21 種芳香胺及內(nèi)標(biāo)SIM 色譜圖如圖1所示。

1.3.2 質(zhì)譜

電子轟擊源（EI）；離子源溫度：240 ℃；離子化能量：70 eV；傳輸線溫度：280 ℃；掃描模式：選擇離子掃描（SIM）模式；其他質(zhì)譜參數(shù)詳見表1。

表1 21種芳香胺及內(nèi)標(biāo)替代物的定性定量離子

2 結(jié)果與討論

2.1 精密度與回收率實(shí)驗(yàn)

對(duì)于禁用偶氮染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)并非直接檢測，而是通過測定偶氮染料還原裂解產(chǎn)生的芳香胺來實(shí)現(xiàn)。對(duì)紡織品中偶氮染料檢測的前處理方法大多為先裂解后萃取，操作簡單，回收率基本在70%以上，但是2,4-二氨基苯甲醚、鄰甲苯胺和2,4-二氨基甲苯的回收率均較低，尤其是2,4-二氨基苯甲醚回收率僅能達(dá)到30%左右。本方法利用ASE 高溫高壓且快速穩(wěn)定的特點(diǎn)，采用先萃取后裂解再凈化的流程，不僅取得了滿意的回收率和精密度，而且檢測效率大大提升。由表2 可知，各物質(zhì)在不同加標(biāo)量下的回收率分別為66.5%～102.7%、68.6%～105.8%、71.2%～103.7%，其中2,4-二氨基苯甲醚、鄰甲苯胺和2,4-二氨基甲苯回收率均達(dá)到65%以上，顯著優(yōu)于GB/T 19942—2005 和GB/T 17592—2011 的要求（2,4-二氨基苯甲醚的回收率應(yīng)達(dá)到20%，鄰甲苯胺和2,4-二氨基甲苯的回收率應(yīng)達(dá)到50%，其他芳香胺的回收率應(yīng)達(dá)到70%）。平行實(shí)驗(yàn)的RSD 為3.4%～11.9%，能滿足分析要求。

表2 精密度與回收率試驗(yàn)結(jié)果（n=6）

2.2 偶氮染料萃取效果的影響因素

2.2.1 凈化處理

試樣經(jīng)過ASE 高溫高壓萃取后，大量的有機(jī)質(zhì)進(jìn)入有機(jī)相，后續(xù)在堿性條件下裂解時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的雜質(zhì)，給檢測帶來嚴(yán)重干擾。本方法利用胺類化合物在酸性條件下成鹽且成鹽后性質(zhì)穩(wěn)定，在堿性條件下成胺的特點(diǎn)，將裂解后含有芳香胺的萃取液先用3 mol/L 鹽酸調(diào)節(jié)至pH 小于2，萃取保留水相，再用30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)水相至pH 大于12 后反萃取。由圖2 可以看出，調(diào)節(jié)pH 時(shí)使用酸堿過量原則有利于提高轉(zhuǎn)化率，從而提高回收率，該方法凈化效果好，能滿足檢測要求。

2.2.2 萃取溫度和時(shí)間

由圖3 可知，隨著溫度升高，偶氮染料的萃取效率提高，120 ℃時(shí)萃取效率趨于最大值，各物質(zhì)回收率為68.6%～105.8%。

這是因?yàn)殡S著溫度升高，偶氮染料分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，達(dá)到吸附平衡的時(shí)間縮短，因此能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得較高的萃取效率；但溫度過高會(huì)破壞偶氮染料分子與萃取劑之間的親和力，進(jìn)而導(dǎo)致萃取效率降低。在120 ℃、系統(tǒng)壓力10.3 MPa、循環(huán)3 次的條件下，改變靜態(tài)萃取時(shí)間（6、9、12 min）進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：萃取時(shí)間對(duì)萃取效率影響不大，單次萃取6 min，回收率可滿足實(shí)驗(yàn)要求。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇萃取溫度120 ℃，靜態(tài)萃取時(shí)間6 min。

2.2.3 萃取劑

偶氮染料裂解釋放芳香胺，選擇適當(dāng)溶劑對(duì)芳香胺進(jìn)行萃取是關(guān)鍵，本實(shí)驗(yàn)選擇叔丁基甲醚、乙酸乙酯、正己烷和乙酸乙酯-叔丁基甲醚（體積比1∶1）進(jìn)行比較。由圖4 可以看出，乙酸乙酯-叔丁基甲醚（體積比1∶1）的萃取效率相對(duì)較高，各物質(zhì)回收率為66.9%～102.4%。

萃取主要是基于相似相溶原理，在同時(shí)萃取多種組分時(shí)，因?yàn)楦鹘M分性質(zhì)不同，使用單一萃取劑難以滿足萃取所有組分的要求，而在將乙酸乙酯與叔丁基甲醚等體積混合以后，萃取溶液兼具2 種萃取劑的性質(zhì)，能夠同時(shí)高效率地萃取多種芳香胺。因此，實(shí)驗(yàn)最終選擇乙酸乙酯-叔丁基甲醚（體積比1∶1）作為萃取劑。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

21種芳香胺的線性方程、相關(guān)系數(shù)以及檢出限如表3所示。

表3 21種芳香胺的線性方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限

按照儀器工作條件對(duì)1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 mg/L 的21 種芳香胺標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，以各芳香胺的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的定量離子峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明：各化合物均在1.0～100.0 mg/L 質(zhì)量濃度內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的定量離子峰面積呈線性關(guān)系。在空白試樣中添加低質(zhì)量濃度的芳香胺混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測定7 次并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。由表3 可看出，本方法檢出限為0.02～0.16 mg/kg，能夠達(dá)到國家規(guī)定的檢測要求（GB/T 17592—2011的測定底限是5 mg/kg，GB 18401—2003 的限量值是20 mg/kg）。

2.4 實(shí)際樣品測定

依據(jù)實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)15 份來自批發(fā)市場的兒童服裝進(jìn)行檢測，篩選出陽性樣品2 份，各自平行測定6次，結(jié)果如表4 所示。平行樣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5.2%，能夠滿足檢測要求。

表4 實(shí)際樣品分析（n=6）

3 結(jié)論

加速溶劑萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法將兒童服裝產(chǎn)品中的禁用偶氮染料進(jìn)行先萃取、再裂解，利用加速溶劑萃取高效、快速的特點(diǎn)，大大提高了2,4-二氨基苯甲醚、鄰甲苯胺和2,4-二氨基甲苯的回收率。利用胺類化合物在酸性條件下可轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定水溶性鹽的特點(diǎn)進(jìn)行酸堿反萃取凈化，操作簡單、回收率高，對(duì)于改進(jìn)兒童服裝中禁用偶氮染料分解的芳香胺的檢測具有參考價(jià)值。