羽絨中烷基酚及烷基酚聚氧乙烯醚殘留物的超聲波萃取

丁力進，白 潔，孫 峰，張妍琰，顧 偉

(1.蘇州市纖維檢驗院, 江蘇 蘇州 215128； 2.中國紡織工程學會，北京 100025)

烷基酚(Alkylphenol，AP)及烷基酚聚氧乙烯醚類化合物(Alkylphenol ethoxylates，APEO)包含辛基酚(Octylphenol，OP)、壬基酚(Nonylphenol，NP)、辛基酚聚氧乙烯醚(Octaphenyl Polyoxyethyiene，OPnEO)、壬基酚聚氧乙烯醚(Nonyl phenoxypolyethoxylethanol，NPnEO)，具有潤濕、分散、滲透等特點，可作為洗滌劑和助劑應用于紡織品中[1]。AP和APEO的毒害性表現(xiàn)在2個方面，一是AP和APEO生產過程中會產生具有致癌性、危害人體健康的副產物二惡烷和環(huán)氧乙烷；二是AP和APEO作為“環(huán)境激素”[2]進入人體時會打亂人體發(fā)育規(guī)律，引起疾病[3],進入自然環(huán)境時會阻礙水生生物生長[4-5]且降解困難[6]，生物直接降解率低于10%，屬于難降解物質，因此被多國禁止使用。

羽絨、羽毛需要用強洗滌劑進行洗滌，以去除血漬、油脂及其他附著物，但部分AP、APEO會與蛋白質表面殘基之間形成氫鍵、范德華力等；且絨枝表面存在大小和深淺不一的溝槽及枝丫型的分叉，內部有孔隙等結構特征[7]，導致部分AP、APEO殘留在內部。目前AP、APEO檢測方法主要參照GB/T 23322—2018《紡織品 表面活性劑的測定 烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚》和SN/T 3255—2012《水洗羽絨羽毛中烷基苯酚類及烷基苯酚聚氧乙烯醚類化合物的測定》，2種測試方法存在AP和APEO回收率低、精密度差等問題，為對測試過程進行優(yōu)化，本文對試樣進行擠壓，減少萃取后試樣中AP、APEO的殘留，并利用反向液相色譜測試AP和APEO可以實現(xiàn)物質不同碳原子數同一種類聚合物共流特點，解決羽絨AP、APEO測試過程中回收率低、精密度差的問題，為后續(xù)標準制定提供參考。

1 實驗部分

1.1 試 劑

乙腈(色譜級，西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司)；甲醇(色譜級，國藥集團化學試劑有限公司)；丙酮、乙酸乙酯(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)。標準品：辛基酚、壬基酚、辛基酚聚氧乙烯醚(聚合度2～16)、壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度2～16)(北京曼哈格生物科技有限公司)。

1.2 儀器及分析條件

儀器: HPLC/RF液相色譜-熒光檢測器(島津企業(yè)管理(中國)有限公司)；TVE-1100B型平行蒸發(fā)儀(東京理化器械公司)；DL11-1810d型環(huán)境實驗超純水機(重慶摩爾水處理設備有限公司)；單道移液器(100～1 000μL、0.5～5 mL；艾本德(中國)有限公司)。

色譜柱:VP-ODS C18：柱長×直徑×孔徑為 150 mm×4.6 mm/(5μm)。流動相A：V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)為79∶7∶23，流速0.8 mL/min；流動相B：甲醇，流速0.2 mL/min，柱溫為40℃，激發(fā)波長230nm，吸收波長296nm，進樣量為20μL。

1.3 實驗材料

實驗樣品為絨子含量80%的白鴨絨(波司登羽絨服裝有限公司提供)。

1.4 樣品前處理方式

1.4.1 微波萃取

取0.5 g混合均勻的試驗樣品置于微波萃取罐中，加入15 mL萃取試劑，85℃微波萃取15min，待完全冷卻后取出，將萃取劑通過具備砂芯過濾的裝置，過濾至平行蒸發(fā)試管中，并對殘留試樣進行加壓過濾，再用25 mL試劑洗滌過濾后，采用同樣方式過濾至蒸發(fā)儀試管中，濃縮至近干后，冷卻至室溫，加入2 mL定容試劑，手持振蕩1min，靜置30min后，通過聚四氟乙烯濾膜后液相進樣。

1.4.2 超聲波萃取

取1 g混合均勻的試驗樣品置于三角燒瓶中，加入50 mL萃取試劑，70℃超聲波處理1 h后，將萃取試劑倒入平行蒸發(fā)試管中，萃取劑通過具備砂芯的過濾裝置，過濾至平行蒸發(fā)試管中，并對殘留試樣進行加壓過濾，再加入25 mL萃取試劑進行2次超聲波處理5min，采用同樣方式過濾至蒸發(fā)儀試管中，濃縮至近干后，冷卻至室溫，加入2 mL定容試劑，手持振蕩1min，靜置30min后，通過聚四氟乙烯濾膜后液相進樣。

1.4.3 索氏萃取

取1 g混合均勻的試驗樣品，用定量過濾濾紙包好，置于索氏過濾器中，加入150 mL萃取試劑，調整萃取溫度，萃取試劑回流4次/h，萃取4 h后，將萃取液加入平行蒸發(fā)儀試管中，濃縮至近干后，冷卻至室溫，加入2 mL定容試劑，手持振蕩1min，靜置30min后，通過聚四氟乙烯濾膜后液相進樣。

2 結果與分析

2.1 色譜柱及流動相選擇

AP和APEO分離效果與色譜柱的極性密切相關，目標物屬于弱極性化合物，根據相似相溶原理，實驗選擇常用C18柱，色譜柱越長，液相色譜壓強越高，理論塔板數越多，目標物分離效果越好。分別選用長度為10、15、25 cm、粒徑5 μm、直徑4.6 mm的色譜柱進行分析，。實驗得出，相同流動相條件下，10 cm色譜柱不能完全分離目標物，15 cm色譜柱10min內將目標物質完全分離，25 cm色譜柱完全將目標物質分離需要14min，25 cm色譜柱檢測周期長，所以本文選用15 cm的色譜柱。

AP和APEO屬于弱極性化合物，其溶于極性物質，因此優(yōu)先采用甲醇、乙腈作為流動相。其中單獨采用甲醇作為流動相時，其基線穩(wěn)定性差；乙腈屬于非質子溶劑，具有溶劑效應，會降低色譜柱柱效。單獨使用乙腈作為流動相時，會導致目標物質保留時間不穩(wěn)定，但峰形差、響應值不穩(wěn)定，但流動相中少量體積比的乙腈可以加快出峰速度[8]，提高分析效率?？疾觳煌w積比的甲醇-水、乙腈-水、甲醇-乙腈-水作為流動相，研究發(fā)現(xiàn)A泵：V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)為79∶7∶23，流速0.8 mL/min，B泵：甲醇，流速0.2 mL/min，等度洗脫，半峰寬最小，基線平穩(wěn)，可實現(xiàn)4種物質完全分離，半峰寬滿足實驗要求。

2.2 萃取方式選擇

實驗中對白鴨絨進行加標處理，OP、NP、OPnEO、NPnEO的加標量均為20mg/kg，甲醇為萃取劑，分別進行微波萃取、超聲波萃取、索氏萃取，根據4種目標物質的測定值，研究最佳萃取方式。

萃取方式不同導致目標物的測定值不同。不同萃取方式AP和APEO測試結果見表1。由表1可知，微波萃取中OP、OPnEO、NP、NPnEO，OP與NP總量和4種目標物總量測定值均最低，效果最差。相對于超聲波萃取和索氏萃取，微波萃取溫度高，導致羽絨蛋白部分氫鍵斷裂，待冷卻后部分游離基與OP、NP、OPnEO、NPnEO結合形成新的氫鍵，難以萃取，測定值低。超聲波萃取和索氏萃取測定值接近，但索氏抽提耗時長，萃取試劑揮發(fā)，產生環(huán)境污染，因此選用超聲波萃取進行實驗。

表1 不同萃取方式AP和APEO測試結果

2.3 萃取試劑選擇

實驗分別選取甲醇、二氯甲烷、丙酮、正己烷、異丙醇作為萃取試劑，超聲波萃取加標白鴨絨，OP、NP、OPnEO、NPnEO的加標量為20mg/kg，根據4種目標物的測定值高低，研究最佳萃取試劑。

不同萃取試劑對AP和APEO萃取效果影響結果見圖1。由圖1可知，4種試劑對OP、NP、OPnEO、NPnEO萃取效果中，極性強的甲醇、二氯甲烷明顯優(yōu)于極性弱的丙酮、異丙醇、正己烷、甲醇與二氯甲烷萃取下效果相差較小，甲醇對OP、OPnEO、NPnEO萃取效果最佳，測定值分別達到21.53、20.84、20.74mg/kg。二氯甲烷對NP萃取效果最佳，測定值為20.85mg/kg。二氯甲烷萃取殘留物種類比甲醇萃取殘留物種類多，測試過程中易對目標物質造成干擾，因此，本文選用甲醇作為萃取試劑。

圖1 不同萃取試劑對AP和APEO萃取效果影響

2.4 定容試劑選擇

定容試劑與目標物質會產生一定反應，影響目標物質檢出，其極性、結構不同，產生反應也不相同。為減弱溶劑峰影響，保證測試的準確性和精密度，選取3種具有極性差異的分散劑甲醇、乙腈、水對濃縮近干的萃取液進行定容，OP、OPnEO、NP、NPnEO加標量為20mg/kg，做3次平行實驗，根據測定值，研究最佳定容試劑。不同分散劑對APEO定容效果的影響見表2。

表2 不同分散劑對APEO定容效果的影響(n=3)

定容試劑定容后，與目標物質的游離基團結合，會影響目標物質的熒光強度。由表2可知，定容試劑乙腈最好，測定值為18.67～19.58mg/kg；甲醇次之，測定值為15.06～17.54mg/kg；水最差，測定值為3.27～8.14mg/kg?；诙ㄈ菰噭┲g的差異，APEO屬于非離子表面活性劑，與甲醇、水中羥基形成氫鍵，引起基態(tài)與激發(fā)態(tài)能級改變，導致光子能量改變，譜線發(fā)生位移，目標物質的最佳吸收波長與發(fā)射波長變化[9-10]。在激發(fā)波長230nm，吸收波長296nm條件下響應值變小。測試結果、測定值變小，甲醇的電離度小于水，游離態(tài)羥基數量相對較少，甲醇作為定容試劑測定值高于水作為定容試劑測定值；乙腈不含有游離的羥基，相對于水、甲醇，產生氫鍵能力弱，在激發(fā)波長230nm，吸收波長296nm條件下響應值不會發(fā)生變化，測定值高，本文選用乙腈作為定容試劑進行液相分析。

2.5 超聲波萃取溫度

白鴨絨具有內部中腔，表面褶皺、菱結等結構，使其含有大量殘留目標物，萃取溫度低，目標物萃取不完全，因此提高超聲波萃取溫度，可以加快目標物的萃取，提高萃取效率。實驗研究在30～80℃下，以甲醇為萃取劑，萃取加標質量濃度均為20mg/kg的OP、OPnEO、NP、NPnEO，根據在不同萃取溫度下測定值的變化評價溫度對萃取效果的影響。超聲波萃取溫度對測定值的影響見圖2。

圖2 超聲波萃取溫度對測定值的影響

溫度影響萃取試劑的分子活躍度，分子活躍越高萃取效果越好。由圖2可知，溫度由30℃升到40℃時，溫度較低，萃取試劑活躍度低，萃取能力弱，OP、OPnEO、NP、NPnEO的測定值上升速度慢；升至50℃時，分子活躍度增加，萃取能力增強，OP、OPnEO、NP、NPnEO的測定值上升速度加快；溫度繼續(xù)升高，分子活躍度和萃取能力繼續(xù)增強，但目標物質存在白鴨絨中腔、褶皺、菱結等處，或以范德華力、氫鍵與羽絨蛋白結合，萃取困難，OP、OPnEO、NP、NPnEO的測定值上升速度變慢；在70℃時達到頂點，測定值分別為20.17、19.38、20.97、19.04mg/kg，溫度繼續(xù)升高，OP、OPnEO、NP、NPnEO的揮發(fā)性增強，或羽絨蛋白部分氫鍵斷裂后與目標物結合，降低了目標物的測定值，本文選用70℃超聲波萃取。

2.6 萃取時間

以甲醇為萃取劑，70℃條件下萃取加標白鴨絨，OP、OPnEO、NP、NPnEO加標量為20mg/kg，研究10～80min范圍內，不同萃取時間下4種目標物的測定值，根據測定值變化評價萃取時間對萃取效果的影響。超聲波萃取時間對測定值的影響見圖3。

圖3 超聲波萃取時間對測定值的影響

當萃取條件一定時，萃取時間越久，萃取效果越好。由圖3可知，超聲波萃取時間由10min增加到30min時，OP、OPnEO、NP、NPnEO的測定值近似直線增長；由于白鴨絨的結構以及目標物質與羽絨蛋白的結合導致的萃取困難，使目標物測定值增長速度變緩；OP、NP的測定值在60min時達到最高，分別為20.78、20.82mg/kg；OPnEO、NPnEO的測定值在70min時達到最高，分別為19.84、19.23mg/kg。隨著萃取時間增長，由于目標物質的揮發(fā)性或羽絨蛋白部分氫鍵斷裂與目標物結合，OP、OPnEO、NP、NPnEO的測定值降低。萃取60min與70min相比較，OPnEO、NPnEO的測定值變化較小，所以本文選用超聲波萃取時間為60min。

3 檢測方法驗證

3.1 線性關系

配制質量濃度為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0mg/kg標準液，以標準物質質量濃度為橫坐標，響應面積為縱坐標，繪制標準曲線，驗證其線性關系。AP和APEO線性關系、線性范圍、相關系數見表3。由表3可知，OP、OPnEO、NP、NPnEO分別在0～9、0～5、0～8、0～5mg/kg之間具有線性關系，相關系數均超過0.998，具有良好的線性關系。

表3 AP和APEO線性關系、線性范圍、相關系數

3.2 最低檢測限

最低檢測限是指在規(guī)定方法下測試出目標物的最低分析濃度[7]。本文方法以甲醇作為空白樣，進行20次進樣，通過質量濃度與響應面積的線性關系計算出OP、NP、OPnEO、NPnEO的質量濃度，根據下式計算其最低檢測限。

CL=Sb+3σ

式中：CL為方法的檢出限，mg/kg；為空白平均值，mg/kg；σ為空白標準偏差。

依照公式計算可知OP、OPnEO、NP、NPnEO的最低檢測限分別為0.012、0.018、0.042、0.053mg/kg。

3.3 回收率

在絨子含量80%白鴨絨中分別加入1 mL 2mg/kg的OP、OPnEO、NP、NPnEO，以最優(yōu)因素組合進行測試，同時測試空白樣，進行3次平行實驗，測試結果見表4。OP、OPnEO、NP、NPnEO回收率分別為96.00%、93.50%、97.00%、101.50%。

表4 方法回收率(n=3)

3.4 精密度

精密度是在規(guī)定的同一條件下進行多次測試，比較多次測試結果的偏差度、重現(xiàn)度，是測試準確度的基礎條件，以相對標準偏差表示測試結果的重現(xiàn)性。白鴨絨中分別加入1 mL 3mg/kg的OP、OPnEO、NP、NPnEO，以最優(yōu)因素組合進行測試，同時測試廢液中APEO作為本底質量濃度，每個做3次平行實驗，測試結果見表5。OP、OPnEO、NP、NPnEO的精密度分別為2.58%、4.06%、1.14%、4.64%。

表5 方法精密度(n=3)

4 樣品測試

取1 g混合均勻的陽性白鴨絨樣品，置于錐形瓶中，以甲醇為萃取試劑，溫度70℃，超聲波萃取60 min，濃縮后乙腈定容，液相色譜進樣，進行3次平行實驗，OP、OPnEO、NP、NPnEO平均測試結果為4.1、37.0、3.1、67.0mg/kg，精密度分別為2.75%、3.28%、2.23%、5.07%，精密度較高，測試儀器和方法產生誤差較小，該方法具有良好的重現(xiàn)性。

5 結束語

本文采用超聲波萃取法萃取含量80%白鴨絨中殘留的烷基酚(AP)、烷基酚聚氧乙烯醚類化合物(APEO)。砂芯過濾裝置，避免細小絨絲進入萃取液；對萃取后的樣品進行擠壓，減少殘留在羽絨中的AP、APEO，提高檢出量；研究適合本方法使用的色譜柱、流動相；采用液相色譜熒光光譜法測定，并對檢測過程中萃取方式、溫度、試劑及定容試劑進行優(yōu)化；通過目標物線性關系、回收率、檢出限精密度等方法進行驗證方法可行性；根據最優(yōu)優(yōu)化條件進行實際樣品測試，表明該方法能用于羽絨中AP、APEO殘留量的測定，該方法簡單、可靠，適宜推廣，可為后續(xù)相關標準修訂提供參考。