孟冬玲,陳志燕,王維剛,朱文靜,周蕓,唐綱嶺,楊飛*
通過式固相萃取結(jié)合UPLC-MS/MS同時測定煙用水基膠中的烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮
孟冬玲1,陳志燕1,王維剛1,朱文靜2,周蕓1,唐綱嶺3,楊飛3*
1廣西中煙工業(yè)有限責任公司技術中心,南寧市北湖南路28號 530001;2貴州省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站,貴陽市金陽新區(qū)云潭北路煙草科技大樓 550025;3國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,鄭州高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)翠竹街6號 450001
【】建立通過式固相萃取結(jié)合超高效液相色譜?串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC?MS/MS)同時測定煙用水基膠中烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮殺菌劑的方法。樣品用甲醇提取,經(jīng)PRiME HLB通過式固相萃取凈化后,以 ACQUITY UPLC HSS C18SB (100 mm×3.0 mm, 1.8 μm)為色譜柱,水和甲醇為流動相進行梯度洗脫。所有分析物回收率在86.6%~104.4%之間,日內(nèi)精密度為1.5%~5.6%,日間精密度為2.3%~5.1%。在8~800 ng/mL的濃度范圍內(nèi)所有化合物均有良好的線性關系(2≥0.9991),檢出限(LOD)和定量限(LOQ)范圍分別為0.17~0.62 mg/kg和0.54~1.94 mg/kg。該方法快速、準確、選擇性強,可用于煙用水基膠樣品中烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮殺菌劑的同時測定。
煙用水基膠;超高效液相色譜?串聯(lián)質(zhì)譜;通過式固相萃??;異噻唑啉酮;烷基酚;烷基酚聚氧乙烯醚
烷基酚(alkylphenol,AP)和烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)具有良好的乳化、潤濕、滲透性能及起泡、洗滌、去污等作用,廣泛應用于抗氧劑、紡織印染助劑、潤滑油添加劑、農(nóng)藥乳化劑、樹脂及橡膠穩(wěn)定劑等領域。AP和APEO具有內(nèi)分泌干擾效應,屬于環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(endocrine disrupting compound, EDC)[1-3],可以通過食物鏈富集,易對生態(tài)環(huán)境造成危害。異噻唑啉酮殺菌劑,是一類新型高效廣譜防腐殺菌劑,廣泛用于化妝品、涂料、膠粘劑、制漿造紙等行業(yè)。異噻唑啉酮類化合物對眼睛、皮膚有致敏反應,并具有神經(jīng)毒性和細胞毒性[4]。因此,我國的《化妝品安全技術規(guī)范》明確規(guī)定雙酚A、壬基苯酚與支鏈4-壬基苯酚為化妝品中的禁用物質(zhì),2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮(MI)的殘留限量為0.01%(即100 mg/kg),5-氯-2-甲基-異噻唑啉-3-酮(CMI)和MI的混合物(3:1)的殘留限量為0.0015%(即15 mg/kg),計算為CMI的殘留限量要求為11.25 mg/kg;同時規(guī)定,在同一產(chǎn)品中,使用CMI和MI的混合物,就不能再單獨使用MI[5]。中國煙草總公司企業(yè)標準YQ 5—2019《煙用膠粘劑安全衛(wèi)生要求》明確要求卷煙接嘴水基膠、濾棒中線水基膠中壬基酚和辛基酚之和應小于10 mg/kg,壬基酚、辛基酚、壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚之和應小于100 mg/kg,MI含量不得超過100 mg/kg,CMI含量不得超過10 mg/kg,1,2-苯并異噻唑基-3(2H)-酮(BIT)不得超過240 mg/kg[6]。
煙用水基膠是一種由可以溶解或分散于水中的成膜材料制成的膠黏劑,為了使得水基膠均一性更好,烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚常作為乳化劑加入到水基膠中,并且為了防止水基膠變質(zhì)會加入異噻唑啉酮殺菌劑。目前,烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮殺菌劑的分析方法主要有高效液相色譜法[7-9]及液相色譜-質(zhì)譜法[10-15]等,且均是針對烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚或異噻唑啉酮類殺菌劑的單一分析方法,尚未見同時測定烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮類殺菌劑的文獻報道。
由于煙用水基膠基質(zhì)復雜,需要對樣品進行凈化以最大程度地減少共提取物。分散固相萃取、固相萃取等多種樣品前處理技術已經(jīng)應用于水基膠中烷基酚和異噻唑啉酮類殺菌劑的測定。但是這些技術操作繁瑣或需要大量的有機溶劑。PRiME HLB固相萃取柱是一種新型的親水親油平衡固相萃取柱,無需活化和清洗,可以在通過式固相萃取模式下使用,操作簡單,效率高,目前已應用于多種復雜樣品的凈化[16-18]。
本文通過式固相萃取與超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)相結(jié)合,通過優(yōu)化分析物的質(zhì)譜和色譜條件,實現(xiàn)了煙用水基膠中烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮殺菌劑的同時測定。該方法提高了樣品檢測速度,操作簡單且靈敏度高、特異性強,能很好地滿足煙用水基膠中烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮殺菌劑同時測定的需求。
所有煙用水基膠樣品采集于不同的生產(chǎn)廠家并儲存于棕色頂空瓶中,于4 ℃下保存。其中1#、2#、3#樣品為搭口膠,4#、5#、6#樣品為接嘴膠,7#、8#樣品為中線膠,9#、10#樣品為包裝膠。
4-正辛基酚(4-n-OP,CAS:1806-26-4,純度97.0%)、4-正壬基酚(4-n-NP,CAS:104-40-5,純度97.0%)、辛基酚聚氧乙烯醚(OPnEO)標準品、壬基酚聚氧乙烯醚(NPnEO)標準品(純度>98%,平均聚合度n=9,上海安譜實驗科技股份有限公司);2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-異噻唑啉-3-酮、1,2-苯并異噻唑基-3(2H)-酮(純度>98.5%,德國Dr.Ehrenstorfer公司);2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮-3(MI-3)、5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮-3(CMI-3)、1,2-苯并異噻啉-3-酮-136(BIT-136)(純度>98.0%,天津阿爾塔科技有限公司);甲醇(色譜純,韓國DUKSAN公司);液氮(>99.99%,鄭州源正科技發(fā)展有限公司);PRiME HLB 固相萃取柱(60 mg, 3 mL)(美國Waters公司);水為超純水。
ACQUITY I class超高效液相色譜儀、Xevo-TQS四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀(配有電噴霧電離源)、ACQUITY UPLC HSS C18色譜柱(100 mm×2.1 mm, 1.8 μm)(美國Waters公司);AEl63電子天平(感量:0.000 1 g,瑞士Mettler Toledo公司);KQ5200 DE超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);Milli-Q超純水系統(tǒng)(美國Millipore公司)。
1.2.1 內(nèi)標工作溶液的配制
分別稱取10 mg的M-3、CMI-3和BIT-136標準品于100 mL容量瓶中,用甲醇定容至刻度,得到質(zhì)量濃度均為100 μg/mL的內(nèi)標工作溶液。內(nèi)標工作溶液避光儲存在-20℃的冰箱中。
1.2.2 標準工作溶液的配制
分別稱取10 mg的AP、APEO和異噻唑啉酮類殺菌劑標準品于10 mL容量瓶中,用甲醇定容至刻度,得到質(zhì)量濃度均為1.0 mg/mL的一級混合標準儲備液。移取100mL的上述一級混合標準儲備液于10 mL容量瓶中,用甲醇定容至刻度,得到AP、APEO和異噻唑啉酮類殺菌劑質(zhì)量濃度均為10.0 μg/mL二級混合標準儲備液。分別移取上述二級混合標準儲備液2000、1000、500、200、50和20 μL至6個25 mL容量瓶中,并分別加入20mL的內(nèi)標工作溶液,用甲醇定容至刻度,制得不同質(zhì)量濃度的標準工作溶液。各標準工作溶液中AP、APEO和異噻唑啉酮類殺菌劑的質(zhì)量濃度分別為800、400、200、80、20和8 ng/mL。所有溶液避光儲存在-20℃的冰箱中。
1.2.3 樣品前處理及分析條件
前處理過程:稱取0.3 g樣品置于玻璃三角瓶中,加入5 mL超純水,渦旋振蕩,使水基膠樣品分散在水中;向三角瓶中加入20 mL的甲醇和100mL的內(nèi)標工作溶液,超聲提取30 min;將上清液(3 mL)轉(zhuǎn)移至PRiME固相萃取柱,并在重力作用下通過該柱。收集流出液并過0.22 μm有機相濾膜。濾液(200 μL)用800 μL甲醇稀釋后進UPLC?MS/MS分析。
1.2.4 UPLC?MS/MS分析條件
色譜柱:ACQUITY UPLC HSS C18色譜柱(100 mm×2.1 mm, 1.8 μm);柱溫:30℃;進樣量:5 μL;樣品室溫度:10℃;流動相流速:0.3 mL/min;流動相:A為甲醇,B為水,梯度洗脫程序:0~4 min A和B的體積比由5%:95%變成60%:40%;4~5 min A和B的體積比由60%:40%變成95%:5%;5~8.9 min A和B的體積比維持95%:5%;8.9~9.0 min A和B的體積比由95%:5%變成5%:95%;9.0~10 min A和B的體積維持為5%:95%。
毛細管電壓:2.8 kV;離子源溫度:150℃;脫溶劑氣流量:800 L/h;脫溶劑氣溫度:300℃;碰撞氣:氬氣,壓力0.05 MPa; 錐空氣:氮氣,流量65 L/h;駐留時間:100 ms;AP采用負離子掃描;APEO和異噻唑啉酮類殺菌劑采用正離子掃描;離子源:電噴霧電離源(ESI);采集模式:多反應監(jiān)測(MRM);其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。
表1 分析物的質(zhì)譜參數(shù)
注:*為定量離子對。
Note:*Quantitative ion pair.
1.2.5 數(shù)據(jù)分析
平均值、回收率和相對標準偏差的計算采用Origin8.5版軟件;數(shù)據(jù)采集采用Mass Lynx 4.1軟件(美國Waters公司)。通過加和不同聚合度的OPnEO或NPnEO所有定量離子的峰面積對OPnEO或NPnEO進行定量分析。烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚采用外標法定量,異噻唑啉酮殺菌劑采用同位素內(nèi)標法定量。
2.1.1 質(zhì)譜條件的優(yōu)化
通過蠕動泵注入200 ng/mL的AP、APEO和異噻唑啉酮類殺菌劑標準混合溶液,在ESI+和ESI?模式下進行全掃描,通過對比,發(fā)現(xiàn)烷基酚在ESI-模式下有較高的響應值和對稱的峰形。這是因為4-正辛基酚和4-正壬基酚分子結(jié)構(gòu)中均含有酚羥基,在ESI?電離方式下,可獲得較高豐度的[M-H]?母離子。相反,APEO和異噻唑啉酮類殺菌劑在ESI+模在式下有較高的響應值和對稱的峰形。MI、CMI和BIT屬于極性、大分子有機物,其分子結(jié)構(gòu)中均有含氮基團,有利于結(jié)合質(zhì)子得到[M+H]+離子,因此選擇正離子模式進行檢測。辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚均含有醚氧基團,在正離子模式下容易形成[M+NH4]+、[M+H]+、[M+Na]+的母離子,其分子離子峰主要為[M+NH4]+。相鄰聚合度的辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚間隔1個乙氧基,相對分子質(zhì)量相差44。OPnEO分子離子主要分布為m/z(224+44n)(n=3~16),NPnEO分子離子主要分布為m/z(238+44n)(n=3~16)。在多反應監(jiān)測(MRM)正離子模式下優(yōu)化各種質(zhì)譜參數(shù),優(yōu)化后得到的各化合物的質(zhì)譜參數(shù)見表1。
2.1.2 流動相的優(yōu)化
根據(jù)文獻報道[10-12],正離子掃描模式下,在流動相中添加醋酸銨能顯著增加烷基酚聚氧乙烯醚的信號強度,但是烷基酚的離子強度會被明顯抑制。而烷基酚通常采用負離子掃描模式,并在流動相中添加氨水增加烷基酚的信號強度。由于水基膠中烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮的殘留限量均超過10 mg/kg。本文選用純水-甲醇為流動相,雖然烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚的質(zhì)譜響應有所降低,但是其檢測限均可滿足產(chǎn)品的限量要求,且在正、負離子掃描模式下均采用水-甲醇為流動相可以方便實驗操作,不需要更換流動相。
2.1.3 色譜柱的選擇
對比了ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱(100 mm×2.1 mm, 1.7 μm)、ACQUITY UPLC HSS C18SB色譜柱(100 mm×3.0 mm, 1.8 μm)、ACQUITY UPLC CSH Fluoro?Phenyl色譜柱(75 mm×2.1 mm, 1.7 μm)三種不同色譜柱對烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮類殺菌劑的分離效果。以4-正壬基酚為例(圖1),以ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl為色譜柱,4-正壬基酚響應較差,以ACQUITY UPLC BEH C18柱和ACQUITY UPLC HSS C18SB柱進行分離,4-正壬基酚響應相當,但是以ACQUITY UPLC BEH C18柱分離時,基線漂移,綜合考慮,實驗中選擇ACQUITY UPLC HSS C18SB色譜柱進行分離。
注:a. ACQUITY UPLC HSS C18 SB柱;b. ACQUITY UPLC CSH Fluoro?Phenyl柱;c. ACQUITY UPLC BEH C18柱。
2.1.4 稀釋倍數(shù)對基質(zhì)效應的影響
在HPLC-MS/MS分析過程中,共洗脫物會影響分析物的離子化,這種現(xiàn)象稱為基質(zhì)效應?;|(zhì)效應分為基質(zhì)抑制和基質(zhì)增強,基質(zhì)抑制使分析物的質(zhì)譜響應降低,而基質(zhì)增強則使分析物的質(zhì)譜響應增加。檢測和評估基質(zhì)效應主要有提取后添加法和柱后灌注法。
本文以實際樣品(1#)為研究對象,采用提取后添加法考察了不同稀釋倍數(shù)下各化合物的基質(zhì)效應(ME),基質(zhì)效應按下列公式計算[19-21]:
其中加標指的是樣品提取液配制的待測物加標濃度為500 ng/mL溶液中各待測物的峰面積;樣品指的是未加標前樣品提取液中各待測物的峰面積;甲醇指的是純甲醇配制的含待測物濃度為500 ng/mL的溶液中各待測物的峰面積。
當ME在-20%~+20%之間時,基質(zhì)效應不明顯,可以忽略不計;當ME大于20%時為基質(zhì)增強效應,小于-20%則為基質(zhì)抑制效應。如表2所示,隨著稀釋倍數(shù)增加,所有分析物的基質(zhì)效應在逐漸降低,當稀釋5倍時烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚的基質(zhì)效應在-3.0%~-5.2%之間,此時基質(zhì)效應對烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚定量的影響可以忽略。但是CMI和BIT的基質(zhì)效應在-57.4%~-60.1%之間,基質(zhì)對異噻唑啉酮的響應仍有較強的抑制效應。其他類型的水基膠也有同樣的效果,隨著稀釋倍數(shù)增大,基質(zhì)效應減弱。由于稀釋倍數(shù)的增加會減低方法的靈敏度,因此本文將樣品稀釋5倍后進樣分析,同時采用同位素內(nèi)標法對異噻唑啉酮進行定量。
表2 稀釋倍數(shù)對基質(zhì)效應的影響
Tab.2 The influence of dilution factor on matrix effect
2.2.1 線性方程、檢出限和定量限
在優(yōu)化的條件下,對配制好的一系列不同濃度的混合標準工作溶液進行測定,以分析物的定量離子峰面積對其質(zhì)量濃度繪制標準工作曲線。標準工作曲線的形式為=+,其中和分別表示為斜率和截距。線性方程和可決系數(shù)見表3,結(jié)果表明,在8~800 ng/mL濃度范圍內(nèi),分析物的濃度和定量離子的峰面積具有良好的線性關系(2≥0.9991)。將加標空白水基膠萃取溶液中產(chǎn)生的信噪比(S/N)等于3和10時的濃度分別定義為檢出限(LOD)和定量限(LOQ),分析物的LOD和LOQ分別在0.17~0.62 mg/kg和0.54~1.94 mg/kg之間。
表3 烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮殺菌劑的線性方程,檢出限和定量限
Tab.3 Regression equation, LOD and LOQ for AP, APEO and Isothiazolinone fungicide
2.2.2 方法回收率及精密度
通過實際樣品(1#)的加標回收實驗來測試方法的準確度和精密度,該方法的精密度由重復性實驗確定,并以表示。實際樣品經(jīng)過上述方法測定后,根據(jù)其實際含量確定加標量,加標量為實際含量的0.5、1.0和2倍。按照上述方法對加標樣品進行處理,每個濃度的樣品重復測定5次,連續(xù)測定3 d。結(jié)果(表4)顯示,在所有濃度水平下均獲得令人滿意的回收率(86.6%~104.4%),日內(nèi)精密度為1.5%~5.6%,日間精密度為2.3%~5.1%。
表4 方法的精密度和準確度
Tab.4 Accuracy and precision of the proposed method
2.2.3 方法對比
采用建立的UPLC-MS/MS法與相應的標準分析方法進行比對[9,15]。分別采用本方法和標準方法對實際樣品(1#)重復測試5次,并以檢驗來評價兩種不同方法之間的差異。同時考察了不同方法之間的靈敏度、回收率和精密度。結(jié)果如表5所示,所有化合物||<雙尾臨界=2.78,雙尾>0.05,本方法與標準方法的測量結(jié)果之間無顯著性的差異,回收率和精密度相當。與標準方法相比,該方法對于烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚有更高的靈敏度。標準方法YQ/T86—2018中異噻唑啉酮類殺菌劑的分離時間為15 min,YQ/T71—2015烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚的分離時間為25 min,而本方法能同時檢測異噻唑啉酮類殺菌劑、烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚,且分離時間僅為10 min,大大提高了檢測通量。
表5 不同方法測定結(jié)果對比
Tab.5 Comparison of determination results by different methods
2.2.4 實際樣品檢測
采用本方法和標準方法[9,15]對10個不同品牌的煙用水基膠樣品進行了測定。結(jié)果(表6)顯示:所有樣品均不同程度含有MI、CMI和BIT三種異噻唑啉酮類殺菌劑。本方法測定MI、CMI和BIT的含量分別在28.19~89.05 mg/kg、1.54~8.84 mg/kg和35.40~120.45 mg/kg之間,標準方法測得結(jié)果在30.11~90.12 mg/kg、1.60~8.64 mg/kg和36.65~119.59 mg/kg之間。另有1個樣品同時檢出辛基酚、壬基酚、辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚,2個樣品檢出壬基酚聚氧乙烯醚。圖2為實際樣品(1#)的選擇離子色譜圖。
表6 實際樣品測定結(jié)果
Tab.6 Determination results of samples
注:“/”表示未檢出。
Note: “/”means not detected.
圖2 實際樣品(1#)的UPLC?MS/MS色譜圖
本文結(jié)合通過式固相萃取建立了超高效液相色譜?串聯(lián)質(zhì)譜同時檢測煙用水基膠中烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮類殺菌劑的分析方法,并對質(zhì)譜條件和色譜條件進行了優(yōu)化。在優(yōu)化的條件下,可在10 min內(nèi)實現(xiàn)基線水基膠中烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮類殺菌劑的同時檢測,且前處理簡單、快速。所有分析物的回收率在86.6%~104.4%之間。該方法可滿足實驗室中大批量煙用水基膠樣品的準確、快速測定。
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Simultaneous determination of alkylphenols, alkylphenol polyoxyethylene ethers and isothiazolinones in water-based adhesives of cigarette by ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry combined with pass-through SPE
MENG Dongling1, CHEN Zhiyan1, WANG Weigang1, ZHU Wenjing2, ZHOU Yun1, TANG Gangling3, YANG Fei3*
1 China Tobacco Guangxi Industrial Co., Ltd., Nanning 530001;2 Guizhou Province Tobacco Quality Supervision Station, Guiyang 550025;3 China National Tobacco Quality Supervision & Test Center, Zhengzhou 450001
To realize the determination of alkylphenols, alkylphenol ethoxylatesand isothiazolinones in water-based adhesivesof cigarette, ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) analytical method combined with pass-through solid phase extraction was established.The sample was extracted with methanol and purified by a PRiME HLB pass-through solid-phase extraction, followed by separation treatment with ACQUITY UPLC HSS C18 SB (100 mm×3.0 mm, 1.8 μm) chromatographic column using water and methanol as mobile phases.The results showed that: within 12 minutes, all analytes were eluted; under optimized conditions, the recoveries for all compounds were 80.8%-95.5%, with relative standard deviations (RSDs) less than 7.0%. Good coefficients of determination (2≥0.9991) were achieved for all studied analytes. The LOD for all analytes varied from 0.17-0.62 mg/kg and the LOQ varied from 0.54-1.94 mg/kg.The results confirm that the proposed method is stable and reliable, and can be used to determine alkylphenols, alkylphenol polyoxyethylene ethers and isothiazolinones in water-based adhesives of cigarette.
alkylphenols; alkylphenol polyoxyethylene ethers; isothiazolinones; pass-through solid phase extraction; water?based adhesives; ultra performance liquid chromatography?tandem mass spectrometry
. Email:Yangfei0797@163.com
孟冬玲,陳志燕,王維剛,等.通過式固相萃取結(jié)合UPLC-MS/MS同時測定煙用水基膠中的烷基酚、烷基酚聚氧乙烯醚和異噻唑啉酮[J]. 中國煙草學報,2022,28(2). MENG Dongling, CHEN Zhiyan, WANG Weigang, et al. Simultaneous determination of alkylphenols, alkylphenol polyoxyethylene ethers and isothiazolinones in water-based adhesives of cigarette by ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry combined with pass-through SPE[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2022, 28(2).doi:10.16472/ j.chinatobacco.2021.T0037
中國煙草總公司標準制修訂項目(2021QB016)
孟冬玲(1975—),碩士,高級工程師,研究方向:樣品前處理方法研究,Email:1694201009@qq.com
楊飛(1985—),碩士,高級工程師,研究方向:煙用材料檢驗方法研究,Email:Yangfei0797@163.com
2021-03-15;
2022-03-15