固相萃取-气相色谱/质谱联用法测定儿童手推车中3种有机磷酸酯阻燃剂

赖晓芳, 冯岸红, 幸苑娜, 叶淋泉, 林志惠, 陈泽勇

(深圳市计量质量检测研究院, 广东 深圳 518131)

研究论文

固相萃取-气相色谱/质谱联用法测定儿童手推车中3种有机磷酸酯阻燃剂

赖晓芳, 冯岸红*, 幸苑娜, 叶淋泉, 林志惠, 陈泽勇

(深圳市计量质量检测研究院, 广东 深圳 518131)

有机磷酸酯是一类重要的磷系阻燃剂,由于其具有类似持久性有机污染物(persistent organic pollutants, POPs)的性质,欧美等国家已纷纷设立相关法规限制其在儿童用品中的使用。目前国际和国内均未有儿童手推车中有机磷酸酯阻燃剂的检测标准。本文建立了儿童手推车中3种有机磷酸酯阻燃剂的超声萃取-弗罗里硅土固相萃取柱净化-气相色谱/质谱检测方法。该方法的加标回收率为89.5%～107.3%,检出限(3S/N)为0.01 mg/kg,定量限(10S/N)为0.1 mg/kg,能较好地排除基质干扰,适用于儿童手推车软垫材料中3种有机磷酸酯的定性和定量分析。37个样品的分析结果表明,磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)的检出率为81.1%,含量范围为1.0～15 312.8 mg/kg,依据欧盟玩具新指令2014/79/EU, TCPP超标(>5 mg/kg)率为32.4%;其中2个样品中还检出了磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)和磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCP),含量范围为6.2～44.1 mg/kg,均已超标。可见,市场上的儿童手推车存在较高的有机磷酸酯阻燃剂暴露风险。

固相萃取;气相色谱/质谱法;有机磷酸酯阻燃剂;儿童手推车

有机磷酸酯(organophosphate esters, OPEs)是一类重要的磷系阻燃剂,被广泛应用于软、硬质聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯、环氧树脂、不饱和树脂、聚酯纤维及橡胶为原材料的塑料、家具、纺织、化工和电子等行业[1]。据相关报道,各大生产商为应对各类阻燃标准,向约80%的婴儿产品中添加了阻燃剂[2]。大量实验研究发现,有机磷酸酯阻燃剂性质十分稳定,具有生物累积性[3]、致癌毒性[4]、生殖毒性[3]和致突变性[5]。因此,欧盟、美国等纷纷设立相关法规限制有机磷酸酯阻燃剂在儿童用品中的使用。如美国纽约州A4741-2013法案要求自2015年12月1日起,凡旨在供给3岁以及3岁以下儿童使用的儿童护理产品不得含有磷酸三(2-氯乙基)酯(tris(2-chloroethyl) phosphate, TCEP)和磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(tris[2-chloro-1-(chloromethyl)ethyl]phosphate, TDCP)。2014年6月,欧委会发布2014/79/EU指令,规定供36个月以下儿童使用的玩具以及设计放入口中的玩具中,TCEP、TDCP和磷酸三(2-氯丙基)酯(tris(2-chloro-1-methylethyl) phosphate, TCPP)各项含量不得超过5 mg/kg。儿童手推车是一类具有弹性填充材料,意为儿童提供安全和舒适支撑作用的儿童产品。近年来,各类阻燃剂在儿童手推车等儿童软垫类产品中的使用已受到了广泛关注。目前,国际和国内尚未有儿童手推车中有机磷酸酯阻燃剂的检测标准。本文旨在建立儿童手推车中3种有机磷酸酯阻燃剂的检测方法,以应对欧美贸易技术壁垒,保障我国儿童用品的顺利出口。

目前有机磷酸酯阻燃剂的研究主要集中在水体[6,7]、沉积物[8]、空气[9]等环境领域,气相色谱法[10]、气相色谱-质谱法[11]和液相色谱-质谱法[12]是目前常用的检测分析方法。近年来,消费品中的有机磷酸酯阻燃剂也有相关报道。纺织品方面,王成云等[13]和幸苑娜等[14]报道了采用气相色谱-质谱法测定纺织品中的有机磷阻燃剂,王成云等[15]还报道了纺织品中6种有机磷阻燃剂的微波辅助萃取-气相色谱-串联质谱检测方法。皮革制品方面,张伟亚等[16]采用混合模式吸附剂固相萃取-气相色谱-质谱法测定了皮革中的磷酸三(2-氯乙基)酯。此外,马强等[11]对玩具中3种有机磷阻燃剂的测定进行了研究。目前尚未有儿童手推车中有机磷酸酯阻燃剂测定的相关研究报道。本文采用超声萃取、固相萃取柱净化后进行气相色谱-质谱测定,建立了儿童手推车中TCEP、TCPP和TDCP等3种有机磷酸酯阻燃剂的测定方法。该方法准确,操作较简单,基质干扰小,可用于儿童手推车类软垫产品的实际检测工作。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

Agilent 6890N-5975C气相色谱-质谱仪(美国Agilent公司); SK2510HP超声萃取仪(上海科导超声仪器有限公司); Laborota 4003旋转蒸发仪(德国Heidolph公司);固相萃取装置(美国Supelco公司); Turbo VAP LV氮吹浓缩仪(美国Caliper公司);弗罗里硅土(florisil, 6 mL/1 g)、硅胶(silica, 6 mL/1 g)和HLB(3 mL/200 mg)固相萃取柱(美国Waters公司);有机相滤膜(0.22 μm)(日本岛津公司)。

TCEP(纯度>98.5%)、TCPP(纯度>95.5%)和TDCP(纯度>96%)均购于德国Dr. Ehrenstorfer公司;正己烷、二氯甲烷、乙腈均为色谱纯,由德国Merck公司提供;丙酮、乙酸乙酯均为分析纯,均由广州化学试剂厂提供。

1.2 样品前处理

1.2.1样品萃取

选取儿童手推车中的弹性填充材料(如坐垫棉、扶手棉等)作为样品进行研究。将样品剪成小于0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的小块,准确称取1.0 g(精确至0.000 1 g)样品于50 mL玻璃瓶中,加入30 mL二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶剂,超声萃取0.5 h。将样品溶液全部转移到圆底烧瓶中,于35 ℃水浴中旋转蒸发浓缩约至1 mL,待净化。

1.2.2样品净化

用6 mL正己烷-二氯甲烷(1∶1, v/v)对弗罗里硅土柱进行活化；加入样品浓缩液后,用3 mL正己烷-二氯甲烷(1∶1, v/v)淋洗,不收集;最后用6 mL丙酮-二氯甲烷(1∶1, v/v)洗脱,收集洗脱液,氮吹至近干,用正己烷定容至1 mL,过0.22 μm有机滤膜后进行GC-MS测定。

1.3 仪器测定

色谱柱:DB-5MS UI(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度:250 ℃;载气:氦气,纯度≥99.999%,流速为1 mL/min;进样量:1 μL,不分流进样,1 min后开阀;升温程序:初始温度为100 ℃,保持1 min后以30 ℃/min的速率升至250 ℃,继续以10 ℃/min的速率升至300 ℃,保持2 min。

质谱电离方式:电子轰击(EI)源;电离能量:70eV;离子源温度:230 ℃;传输线温度:300 ℃;质量扫描方式:采用全扫描与选择离子扫描同时扫描的方式。全扫描范围:m/z50～500;选择离子扫描的扫描离子见表1中的定性和定量离子。

表1 有机磷酸酯阻燃剂的定性和定量离子

图1 不同进样口温度条件下3种OPEs的色谱图Fig.1 Chromatograms of the three OPEs at different inlet temperatures

2 结果与讨论

2.1 检测条件的优化

2.1.1进样口温度

三是加强内控管理。省业务主管部门要建立廉政风险内控制度，同时加强对市县和用款单位的政策指导、培训和督促，压实市县责任，确保市县和用款单位对下放具体项目审批权的资金“接得住”“管得好”。

考察了进样口温度分别为200、250、300和320 ℃时3种目标化合物的响应情况。从图1发现,当进样口温度为200 ℃时,TDCP响应较低;升高温度至250 ℃时,TDCP的响应随之升高,而TCEP和TCPP则无明显变化;继续升高进样口温度至300 ℃时,TDCP响应有所提升,但是增加不明显,且TCPP的响应开始呈现下降趋势;当温度升至320 ℃时,TCPP下降更明显,TDCP也出现了下降的趋势,而TCEP基本无变化,说明较高的进样口温度对TCPP和TDCP影响较大。这可能是由于TCPP和TDCP在高温下发生分解所致[17]。综合考虑后选用250 ℃作为进样口温度。

2.1.2其他条件

对程序升温条件进行了优化,实现了3种有机磷酸酯阻燃剂的有效分离(见图2)。另外,实验还对各个化合物的驻留时间(dwell time)进行了优化,以保证其良好的峰形和灵敏度。发现当所选定性、定量离子的驻留时间为10 ms时,其扫描循环数约为15,各化合物的峰形和灵敏度都得到了较大改善。

图2 3种有机磷酸酯在最佳分离条件下的色谱图Fig.2 Chromatogram of the three OPEs under optimal separation conditions

2.2 提取方法的优化

鉴于所选取的儿童手推车样品多为多孔隙填充材料,为获得尽可能高的提取效率以及提高操作简易性,采用超声方式对样品进行提取。TCEP和TDCP辛醇水分配系数的对数值(logKow)值分别为1.44和3.65,而TCPP的logKow值为2.59,位于两者之间[18],故TCPP的萃取效率在一定程度上能代表两者的萃取效率。由于较难获得3种目标物的阳性样品,且考虑制样不均匀等因素,本实验对阳性样品中TCPP的提取效率进行了考察,并以此作为TCEP和TDCP的参考萃取效率。实验考察了乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮和二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶剂等对TCPP的萃取效率。结果表明,二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶剂具有最佳的萃取效率。同时对不同萃取时间(15、30、60和90 min)进行了考察。结果表明,当萃取时间为30 min时,TCPP已基本萃取完全,继续增加萃取时间,含量不再增加。后续对3种目标物的阳性样品进行了实验验证,过程如下:采用二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶剂对该样品进行了15、30、60和90 min的优化实验(取出萃取液后重新加入溶剂再萃取),结果发现,60 min的萃取结果已小于30 min萃取结果的5%,可认为当萃取时间为30 min时,3种目标化合物已萃取完全。故选择30 min为超声萃取时间。

2.3 净化条件的优化

2.3.1SPE柱的选择

表2 3种固相萃取柱的回收率

图3 3种固相萃取柱的净化效果比较Fig.3 Comparison of purification effectiveness of the three SPE columns

为考察3种固相萃取柱对样品中3种目标化合物的净化效果,实验进一步对空白样品加标,超声萃取后分别经硅胶、弗罗里硅土和HLB固相萃取柱净化,比较其净化效果。从图3可以看出,硅胶柱净化效果较差,净化后TCEP和TCPP出峰处呈鼓包状,无法对目标物进行准确定性和定量分析;HLB柱和弗罗里硅土柱均对3种化合物有较好的净化效果,目标物出峰处均无干扰,实现了目标物和杂质的有效分离,但是样品经HLB柱后共洗脱的杂质较多,而弗罗里硅土柱的共洗脱杂质较少。这可能是由于两者对目标化合物的保留机理不同所致。HLB柱对3种目标化合物的保留能力极弱,机理上属于保留杂质;而弗罗里硅土柱对目标化合物保留能力较强,机理上属于保留目标物。所以,样品经HLB柱后杂质较多,可能是由于HLB柱对目标物和杂质均具有弱保留能力,使得目标物和杂质共同被洗脱下来;而样品经弗罗里硅土柱后共洗脱杂质较少,则可能是在淋洗阶段已将大部分杂质去除。综合以上考虑,本实验选取弗罗里硅土柱对3种有机磷酸酯阻燃剂进行净化。

2.3.2洗脱溶剂的优化

实验比较了正己烷-二氯甲烷(1∶1, v/v)、二氯甲烷、二氯甲烷-丙酮(1∶1, v/v)和丙酮对3种目标物的洗脱效果。结果发现,采用二氯甲烷-丙酮(1∶1, v/v)混合溶剂洗脱具有较好的回收率。实验进一步对二氯甲烷-丙酮混合溶液的体积比进行了优化。选择不同体积比(4∶1、2∶1、1∶1、1∶2)的二氯甲烷-丙酮混合溶液作为洗脱溶剂,比较其洗脱效果。结果显示,随着丙酮比例的增加,回收率逐渐上升;但当二氯甲烷-丙酮的体积比增至1∶2时,洗脱液颜色加深,且杂质明显增加。综合考虑回收率和杂质分离效果,选择二氯甲烷-丙酮(1∶1, v/v)混合溶剂作为洗脱溶剂。

2.4 方法评价

2.4.1线性范围、检出限和定量限

在最优的萃取和测定条件下,对该方法的线性范围、检出限和定量限进行了评价。配制系列标准溶液,得到各目标化合物的线性范围、线性方程(x为质量浓度(mg/L),y为峰面积)和相关系数,结果见表3。采用样品空白基质溶液逐级稀释标准溶液,以3倍信噪比确定了方法的检出限(LOD)为0.01 mg/kg,以10倍信噪比确定了方法的定量限(LOQ)为0.1 mg/kg(见表3)。本文方法灵敏度高,能满足日常检测需要,为应对儿童用品国际贸易技术壁垒提供了技术支持。

表3 有机磷酸酯的线性关系、检出限和定量限

y: peak area;x: mass concentration, mg/L.

表4 儿童手推车中有机磷酸酯的含量

-: not detected.

2.4.2回收率和精密度

在优化的实验条件下对添加水平分别为0.1和5.0 mg/kg的空白加标样品进行回收率测定。结果表明,6次平行测定的回收率范围为89.5%～107.3%,且相对标准偏差(RSD)≤8.9%,表明该方法可靠,可用于儿童手推车样品中3种有机磷酸酯的测定。

2.5 实际样品的测定

本实验对19部儿童手推车进行了采样,共采集了37个样品,并进行了3种有机磷酸酯阻燃剂的测试,结果见表4。TCPP的检出率最高(81.1%),含量范围为1.0～15 312.8 mg/kg,超标(>5 mg/kg)率为32.4%,且有2个样品中检出了TCEP和TDCP,均已超标(3号样品的谱图见图4)。由此,可以推断儿童手推车中普遍存在有机磷酸酯阻燃剂的暴露风险。

图4 实际样品中有机磷酸酯的色谱图Fig.4 Chromatogram of OPEs in a real sample

3 结论

本研究建立了超声萃取-固相萃取柱净化-气相色谱/质谱法对儿童手推车样品中3种有机磷酸酯阻燃剂进行检测。该方法具有灵敏度高、重现性好等特点,且定性能力强,能很好地排除基质干扰。分析的37批次样品中,TCPP检出率高达81.1%,超标率为32.4%。2个样品中检出了TCEP和TDCP,且均已超标。由此可以推断儿童手推车中存在较高的有机磷酸酯阻燃剂暴露风险。

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Determination of three organophosphate ester flame retardants in baby carriages by gas chromatography-mass spectrometry combined with solid phase extraction

LAI Xiaofang, FENG Anhong*, XING Yuanna, YE Linquan, LIN Zhihui, CHEN Zeyong

(ShenzhenAcademyofMetrologyandQualityInspection,Shenzhen518131,China)

Organophosphate esters (OPEs) are high-production-volume chemicals used as flame retardants. Some western countries (e. g. America and European Union) have imposed restrictions on OPEs in baby products due to their similar persistent-organic-pollutants (POPs) properties. So far, there is no domestic or foreign standard for OPEs flame retardants in baby carriages. Ultrasonic extraction was used to extract three OPEs from baby carriages, and the extracts were purified by a florisil solid phase extraction (SPE) column, and finally detected by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The spiked recoveries of the three OPEs were in the range of 89.5% to 107.3%. The limits of detection (3S/N) were 0.01 mg/kg, and the limits of quantification (10S/N) were 0.1 mg/kg. This method could eliminate matrix effects and give accurate qualitative analytical results for the three OPE flame retardants in baby carriages. Thirty-seven samples were analyzed and the tris(2-chloro-1-methylethyl) phosphate (TCPP) detection rate was up to 81.1% with the mass concentration range of 1.0-15 312.8 mg/kg, and 32.4% of the samples exceeded the European Union directive(2014/79/EU)for TCPP(>5 mg/kg), as well as tris(2-chloroethyl) phosphate (TCEP) and tris[2-chloro-1-(chloromethyl)ethyl]phosphate(TDCP) in two samples, which were in the range of 6.2-44.1 mg/kg. Thus, relatively high OPEs flame retardants risk was presented in baby carriages.

solid phase extraction (SPE); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); organophosphate ester (OPE) flame retardants; baby carriages

10.3724/SP.J.1123.2015.05019

2015-05-13

O658

:A

:1000-8713(2015)11-1186-06

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