微波萃取高效液相色谱法测定塑料及其制品中荧光增白剂*

周良春，张晓飞，马俊辉，李双琦，魏静

(成都市产品质量检验院有限责任公司，国家包装产品质量监督检验中心，成都 610100)

微波萃取高效液相色谱法测定塑料及其制品中荧光增白剂*

周良春，张晓飞，马俊辉，李双琦，魏静

(成都市产品质量检验院有限责任公司，国家包装产品质量监督检验中心，成都 610100)

采用微波萃取高效液相色谱法对塑料及其制品中5种荧光增白剂含量进行测定。将样品冷冻粉碎，过0.84 mm的分样筛，用25 mL三氯甲烷–丙酮(3∶2)为萃取剂，在90℃的条件下微波萃取10 min，用高效液相色谱进行定性定量分析。采用Acclaim Phenyl-1柱(150 mm×4.6 mm，3 µm)为分析柱，以甲醇–水(95∶5)为流动相，荧光检测器激发波长为365 nm，发射波长为430 nm。2，5-双(5-叔丁基-2-苯并恶唑基)噻吩(OB)、1，4-双(苯并恶唑基-2-基)萘(KCB)、4,4'-双(2-苯并恶唑基)二苯乙烯(OB–1)、4-(2-苯并恶唑基)-4'-(5-甲基-2-苯并恶唑基)二苯乙烯(KSN)和4，4'-双(2-甲氧基苯乙烯基)联苯(FP–127) 5种荧光增白剂的质量浓度在0.5～150 μg／L范围内与色谱峰面积呈良好线性关系，相关系数r≥0.999 7，检出限为0.013～0.025 mg／kg，加标回收率为84.7%～104.7%，测定结果的相对标准偏差为1.5%～4.4%(n=6)。该方法简便、准确、灵敏度高，适用于塑料及其制品中荧光增白剂含量的测定。

高效液相色谱法；荧光增白剂；塑料及其制品；微波萃取

荧光增白剂(Fluorescent whitening agents，FWA)是一种能吸收紫外光，再发射出可见光为蓝紫色荧光的有机化合物［1］，利用其光学上的补色、增亮［2］，从而达到增白的效果。荧光增白剂在造纸、洗涤剂、化妆品、塑料制品行业中有着广泛的应用［3–5］，但荧光增白剂对人体有害，如果在人体中过量蓄积，会对人体肝脏等器官造成严重伤害甚至诱发癌变。一些生产厂家为了追求塑料的增白效果，常将其用于塑料及其制品中，特别是食品接触材料。添加到塑料中的荧光增白剂可能迁移到食品中，进而被人体吸收，这将对消费者的健康造成严重的危害。GB 9685–2008《 食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准》［6］对荧光增白剂OB–1和OB的特定迁移量和最大使用量作了相关规定。因此为了对可能存在的违禁添加和超量使用荧光增白剂的行为进行监管，研究塑料及其制品中荧光增白剂的测定方法有着重要的意义。

目前检测荧光增白剂的方法主要有紫外灯照射法［7］、紫外分光光度法［8］、荧光光度法［9］、高效液相色谱(HPLC)法［10–14］和液相色谱串联三重四级杆质谱法［15］。紫外灯照射法不能定量检测；紫外分光光度法和荧光光度法只能测定总量，却不能定性；液相色谱串联三重四级杆质谱法灵敏度高，能够准确定性及定量，但仪器价格昂贵，测试成本高，不利于实验室普及。而配有荧光检测器的高效液相色谱仪价格相对较低，且具有较高的灵敏度，自动化程度高，操作简便。用高效液相色谱法测定荧光增白剂含量已有文献报道［5，10］，但主要是对特定塑料(如聚苯乙烯、聚氯乙烯)或食品用塑料膜袋中荧光增白剂的检测，聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等容器或树脂中荧光增白剂的检测方法以及用微波萃取方法提取塑料中荧光增白剂的样品处理方法未见报道。笔者建立了用微波萃取塑料及其制品中5种荧光增白剂用液相色谱法进行检测的方法，该方法萃取时间短，操作简单，准确度好，能够对塑料及其制品中的荧光增白剂进行准确的定性和定量。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

液相色谱仪：Ultimate 3000型，配有荧光检测器(FLD)，赛默飞世尔科技(中国)有限公司；

纯水／超纯水一体化系统：Milli-Q Direct 16型，美国Millipore公司；

电子分析天平：AW220型，感量为0.1 mg，日本岛津公司；

密闭式高通量微波消解／萃取工作站：JUPITER A型，微波频率为2 450 MHz，上海新仪微波化学科技有限公司；

冷冻粉碎机：IKA A11型，最大转速为28 000 r／min，广州仪科实验室技术有限公司；

冷冻研磨仪：SPEX 6770型，电磁振荡频率为5–15 Hz，美国培安科技公司；

甲醇：色谱纯，赛默飞世尔科技(中国)有限公司；

三氯甲烷、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)：分析纯，重庆川东化工(集团)有限公司；

5种荧光增白剂标准品：上海安谱实验科技股份有限公司，其名称、代号和标准品编号见表1。

表1 5种荧光增白剂名称、代号、标准品编码

1.2 色谱条件

色谱柱：Acclaim Phenyl–1柱(150 mm×4.6 mm，3 µm，美国Thermo公司)；流动相：甲醇–水(95∶5)；流量：1.0 mL／min；柱温：35℃；进样体积：5 µL；检测波长：激发波长为365 nm，发射波长为430 nm。

1.3 标准溶液的配制

分别称取10.0 mg表1中5种荧光增白剂标准品于100 mL的容量瓶中，用三氯甲烷配制成质量浓度为100 mg／L的单标标准储备液；用三氯甲烷–甲醇(1∶1)配制各物质质量浓度均为5 mg／L的混合标准储备溶液。用三氯甲烷–甲醇(1∶1)对混合标准储备溶液稀释得到质量浓度分别为0.5，2，10，50，100，150 µg／L的系列标准工作溶液。

1.4 样品处理

将样品及5种荧光增白剂标准品冷冻粉碎，过0.84 mm的分样筛，分别称取约0.2 g加入25 mL三氯甲烷–丙酮(3∶2)，在90℃的条件下微波萃取10 min，冷却后，取2 mL过0.45 µm的滤膜(若浓度超出标准曲线范围，需进行适当稀释)，供液相色谱仪测试。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

(1)激发波长和发射波长。利用液相色谱仪配置的荧光检测器对5种荧光增白剂混合标准溶液进行光谱扫描，结果表明5种荧光增白剂的最大激发波长在363～372 nm范围内，最大发射波长在407～435 nm范围内。为了使各物质都能有较高的响应，选择激发波长为365 nm，发射波长为430 nm。

(2)色谱柱及流动相。当选取Kromasil C18色谱柱(150 mm×4.6 mm，3 µm)，用乙腈–水作流动相时，无论怎么调节乙腈和水的比例5种荧光增白剂均不能很好地分离；当选用Acclaim Phenyl-1柱(150 mm×4.6 mm，3 µm)，用甲醇–水(95∶5)作流动相时，5种荧光增白剂能很好地分离，出峰过程时间较短，且峰形较好，分离色谱图如图1所示。

图1 5种荧光增白剂标准溶液色谱图(c=5 µg／L)

2.2 萃取溶剂

据文献［10］，荧光增白剂的最佳提取溶剂为三氯甲烷，但三氯甲烷的介电常数e=4.8(仪器要求e≥15)，不适合用作萃取剂，因此选取介电常数较大的溶剂混合萃取。选取丙酮(e=20.7)、乙醇(e=24.5)、甲醇(e=32.7)和DMF(e=36.7)分别与三氯甲烷以体积比2∶3混合作萃取剂。在相同条件(25 mL混合溶剂在90℃的条件下微波萃取10 min)下，向已处理样品中加入上述不同混合溶剂，5种荧光增白剂的回收率见图2。由图2可知，在三氯甲烷中加入甲醇萃取时，各物质的回收率最低，加入丙酮、乙醇和DMF萃取时，均能获得比较满意的回收率，其中萃取效率最高的是三氯甲烷–丙酮混合溶剂。因此选取三氯甲烷–丙酮混合溶剂作萃取剂。

分别选择三氯甲烷与丙酮的体积比为4∶1，3∶2，2∶3，1∶4对已处理的样品进行微波提取。当三氯甲烷与丙酮的体积比为4∶1或3∶2时，5种荧光剂的回收率几乎保持不变；随着三氯甲烷比例的降低，回收率明显降低。若三氯甲烷的比例过高，会使一些塑料溶解，甚至使萃取液成粘稠状态，这样对色谱柱和仪器的性能有很大的影响。综合考虑，选择三氯甲烷与丙酮的体积比为3∶2。

图2 不同混合溶剂对目标物回收率的影响

2.3 萃取时间

分别将5种荧光增白剂进行冷冻粉碎，过0.84 mm分样筛，称取约0.2 g，每种样品称取4份于萃取罐中，分别加入25 mL三氯甲烷–丙酮(3∶2)混合溶剂，在90℃下分别微波萃取5，10，15，20 min，萃取时间对5种荧光增白剂回收率的影响见图3。由图3可知，当萃取时间为10 min时，5种荧光剂均得到满意的提取效率；随着萃取时间的延长，提取物的回收率变化不大，因此选择萃取时间为10 min。

图3 萃取时间对回收率的影响

2.4 萃取温度

经试验发现，三氯甲烷–丙酮的混合体系在萃取温度升至100℃时，萃取罐中的压力过高仪器不能正常工作，因此试验了萃取温度为70℃，80℃，90℃时对样品回收率的影响，按1.4方法处理样品，并用液相色谱仪测试，萃取温度对样品回收率的影响，如图4所示。

图4 萃取温度对回收率的影响

由图4可知，萃取温度对OB–1的提取效率影响较大，当萃取温度为90℃时，5种荧光剂均能得到较高的回收率，因此选取萃取温度为90℃。

2.5 线性方程和检出限

按实验方法对1.3中的系列标准溶液进行测定，分别以目标物的浓度x为横坐标，色谱峰面积y为纵坐标，绘制标准工作曲线。以3倍信噪比(S／N=3)计算检出限。线性方程、线性范围、相关系数和检出限见表2。由表2可知，5种荧光增白剂的质量浓度在0.5～150 µg／L范围内线性均良好，相关系数r≥0.999 7。方法检出浓度为0.10～0.20 µg／L，检出限在0.013～0.025 mg／kg之间。可见荧光检测器对荧光增白剂有很高的检测灵敏度，且线性范围宽，适合于塑料及其制品中荧光增白剂准确定量。

表2 线性方程、线性范围、相关系数、检出限

2.6 加标回收试验

在处理过的5种荧光增白剂样品中，分别加入0.5，5.0，50.0 µg／L 3个浓度水平的5种荧光增白剂混合标准溶液，平行测定6次，计算平均回收率和相对标准偏差，结果见表3。

表3 加标回收试验结果

由表3可知，5种荧光增白剂的平均回收率为84.7%～104.7%，测定结果的相对标准偏差为1.5%～4.4%，该方法的准确度和精密度满足分析检测要求。

2.7 实际样品测定

用所建方法对常见的塑料制品进行检测，结果见表4。由表4可知，不同材质的塑料制品检测出荧光物质的种类和含量不同，多数样品中检出了OB和OB–1荧光增白剂，其中检出率较高的为OB–1。该方法可以快速、有效地检测塑料制品中荧光物质的含量，防止生产企业违规添加荧光物质，对规范塑料行业具有重要意义。

表4 常见塑料制品中荧光物质的检测结果 mg／kg

3 结语

建立了塑料及其制品中5种荧光增白剂的微波萃取高效液相色谱检测方法。该方法具有样品处理简单、快速，灵敏度高，分离效果好，干扰小，定量准确等优点，适用于塑料及其制品中荧光增白剂含量的测定，同时对塑料行业的监管起到了推动作用。

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石墨烯生物传感器：中国SCI发文量位列第一

石墨烯因其特殊的纳米结构，优良的光学、电学等特性以及良好的生物相容性，迅速成为生物传感器研究中的热点材料，并成功检测多种生物小分子、DNA、酶、蛋白质以及细胞等。

“生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向，已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。但石墨烯生物传感器目前处于实验室阶段，还未实现产业化。”国家纳米科学中心博士研究生史济东说。

据中科院文献情报中心研究人员介绍，石墨烯用于生物传感器领域研究的重点集中在以下两个方面：一是石墨烯电化学生物传感器，包括安倍型传感器、电化学发光型和场效应晶体管型等，涉及酶传感器(用于检测过氧化氢、葡萄糖、抗坏血酸、多巴胺、尿酸等)、免疫传感器(用于检测病毒、细菌、癌症标志物等)、DNA传感器等；二是石墨烯光学生物传感器，包括荧光传感器和基于共振能量转移传感器。

石墨烯用于生物传感器领域的SCI论文发文年代分布呈现出如下特征：2005 年至2009年发文量相对较少，年发文量不超过100篇，主要来自美国和中国，研究进展相对缓慢，处于技术孕育期；随着2010年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因在石墨烯材料方面的研究获得诺贝尔物理学奖，全球石墨烯用于生物传感器领域的SCI发文量增长趋势逐渐明显，其中2015 年SCI发文量突破了2 300篇，相关技术进入快速成长阶段。

统计数据显示，全球共有85个国家和地区开展了石墨烯用于生物传感器的相关研究，其中中国、美国、印度等10个国家和地区在石墨烯用于生物传感器领域的SCI发文量占总量的81.61%。其中中国在该研究中占有明显优势，发文量占全部论文的47.76%；位居第2位的是美国，发文量占全部论文的9.39%。

在高被引论文方面，石墨烯用于生物传感器领域的SCI论文属于ESI高被引论文有345篇，来自35个国家和地区。其中ESI高被引论文主要来自中国(176篇)、美国(86篇)、新加坡(39篇)、韩国(23篇)和印度(15篇)。

值得一提的是，前10位ESI高被引SCI论文中，有6篇发文来自中国福州大学、中科院长春应用化学研究所、清华大学和中科院上海应用物理研究所4家机构，可以看出中国在该技术领域拥有一定的技术优势。

（仪器信息网）

Determination of Fluorescent Whitening Agents in Plastics and Plastic Articles by Microwave Extraction High Performance Liquid Chromatography

Zhou Liangchun, Zhang Xiaofei, Ma Junhui, Li Shuangqi, Wei Jing
( Chengdu Institute of Product Quality Inspection and Research Co., Ltd., National Center for Packaging Material Quality Supervision and Inspection, Chengdu 610100, China)

A method was used for the determination of 5 kinds of fuorescent whitening agents in plastics and plastic articles by microwave extraction high performance liquid chromatography(HPLC). The samples were frozen and crushed, sifted by 0.84 mm aperture sieve, and microwave extracted with 25 mL trichloromethane–acetone(3∶2) for 10 min at 90℃, the HPLC method was performed on qualitative and quantitative analysis. Acclaim Phenyl-1 column(150 mm×4.6 mm, 3 µm) was used with methanol–water (95∶5) as the mobile phases, the excitation wavelength was 365 nm and the emission wavelength was 430 nm.The results showed that the concentration of 5 kinds of fuorescent whitening agents such as 2,5-bis(5-tert-butyl-2-benzoxazolyl)thiophene (OB), 1,4-bis(2-benzoxazolyl)-naphthalene(KCB), 4,4'-bis(2-benzoxazolyl) stilbene(OB–1), 4-(2-benzoxazolyl)-4'-(5-methyl-2-benzoxazolyl) stilbene(KSN) and 4,4'-bis(2-methoxystyryl) biphenyl(FP–127) was linear with the chromatography peak area in the range of 0.5–150 µg／L, the correlation coeffcients were not less than 0.999 7, the detection limits were 0.013–0.025 mg／kg, the recoveries were 84.7%–104.7%, and the relative standard deviation of detection results was 1.5%–4.4%(n=6). The method is simple，accurate and sensitive, so it is suitable for the determination of the fuorescent whitening agents in plastics and plastic articles.

high performance liquid chromatography; fluorescent whitening agent; plastics and plastic articles; microwave extraction

O657.7

：A

：1008–6145(2017)01–0016–04

10.3969／j.issn.1008–6145.2017.01.004

*国家质检总局科技计划项目(2010QK297)

联系人：周良春；E-mail: zlchun33@163.com

2016–11–10