分散液液微萃取-气质联用法测定染料中禁用芳香胺

2018-06-27徐韵扬王敏超

纺织科技进展 2018年6期

秦鑫,徐韵扬,胡喆,王敏超

(杭州市质量技术监督检测院,浙江杭州310019)

偶氮染料是指分子结构中含有偶氮基(-N=N-),且偶氮基两端连接芳香基的一类化合物,其广泛用于纺织品、皮革制品等染色及印花工艺。目前,世界市场上三分之二左右的合成染料是以偶氮化学为基础制成的[1]。经研究发现,部分偶氮染料在特定条件下会分解还原产生致癌芳香胺。欧盟于2001年3月27日发布2001/C96E/18指令,该指令禁止在纺织品和皮革中使用可裂解并释放出致癌芳香胺的偶氮染料。国家强制性标准GB 19601-2004《染料产品中23种有害芳香胺的限量及测定》也对染料中能分解产生致癌芳香胺的偶氮染料的限量做出规定。

随着纺织品生态安全的不断加强,严格控制染料中致癌芳香胺偶氮染料含量,将从源头切断纺织品中禁用偶氮染料的来源。省时高效、有机溶剂用量少、富集效率高的样品前处理新技术成为分析化学研究的新方向,固相微萃取[2-4]、液相微萃取[5-7]等萃取技术广泛用于农药残留、水样等领域。分散液液微萃取(DLLME)技术是一种集分离、富集、进样于一体的绿色前处理方法,运用广泛[8-10]。目前关于采用分散液液微萃取技术测定染料中禁用芳香胺的方法未见报道,本文通过分散液液微萃取结合气质联用,建立染料中21种致癌芳香胺快速高效的分析方法,为生态纺织品源头质量控制提供技术支撑。

1 试验部分

1.1 仪器和试剂

气质联用仪(GC-MS)(安捷伦科技有限公司);Neofuge 15R型高速台式离心机(力新仪器(上海)有限公司);电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)。

禁用芳香胺混合标准品(纯度大于99%,迪马科技,见表1);乙腈(色谱级,美国Tedia公司);其他试剂均为分析纯,购于华东医药集团;超纯水;日常检测样品若干。

表1 21种禁用芳香胺名称和CAS号

1.2 色谱条件

色谱柱:DB-5MS(30 m×0.250 mm×0.25μm,J﹠W);

升温程序:初始柱温60℃,保持1 min,然后以12℃/min的速率升至210℃,以15℃/min的速率升至230℃,以3℃/min的速率升至250℃,以25℃/min的速率升至280℃;

进样口温度:250℃;

离子源和四级杆温度:230℃,150℃;

色谱-质谱接口温度:280℃;

载气:高纯氦,纯度≥99.999%,柱流量为1 ml/min;

监测模式:单离子检测扫描(SIM);进样模式:无分流进样。

1.3 样品前处理

称取0.2 g(精确至0.000 1 g)试样,加入24 ml柠檬酸缓冲溶液,于(70±2)℃水浴预热15 min。然后加入6.0 ml连二亚硫酸钠溶液,于(70±2)℃水浴保持30 min,取出冷却后用无水碳酸钠溶液调p H为8.0～9.0。

移取5 ml冷却液于10 ml尖底玻璃离心管中,将0.8 ml乙腈、40μl氯苯混匀并快速注入冷却液中,涡旋1 min,加入20 g/L的NaCl溶液,室温下静置5min后,以3 000 r/min离心5 min,收集10μl下层有机相于微量样品瓶中,进样1μl,采用气相色谱质谱联用进行分析。

2 结果与讨论

2.1 DLLME前处理条件优化

DLLME萃取效率的影响因素主要有6个方面:萃取剂的种类、分散剂的种类、萃取剂的体积、分散剂的体积、萃取时间的选择、盐浓度的影响。为确立最优化试验条件,本研究统一采用富集因子(enrichmen factor,EF)来表征不同条件下的萃取效果。富集因子采用公式(1)计算。

式中 Csed——萃取沉积相中芳香胺的质量浓度(mg/ml);Co——样品中添加的芳香胺的质量浓度(mg/ml)。

2.1.1 萃取剂种类和体积

萃取剂的种类是影响DLLME萃取效率的重要因素,要满足两个条件:一是其密度必须大于水,二是萃取剂与水不互溶且对分析物的溶解能力强。本研究考察了CHCl3、C2Cl4、CCl4、氯苯4种萃取剂,以1.0 ml乙腈作为分散剂,萃取后经分析计算富集因子。

由于各萃取剂在水中溶解性不同,试验发现,当采用CHCl3作为萃取剂时,形成的两相不稳定,最终无法保证可以收集10μl下层有机相,其他萃取剂结果见图1。由图1可知采用氯苯作为萃取剂时具有更好的萃取效果,根据相似相溶原理,氯苯和芳香胺具有相同的官能团,有更好的亲和力,结合萃取效果和操作方便性,选择氯苯作为萃取剂。

图1 不同种类萃取剂对21种芳香胺富集因子的影响

萃取剂体积也直接影响该方法的富集倍数,为进一步研究萃取剂体积对萃取效果的影响,本研究考察氯苯用量为40、50、60、80、100μl对萃取效率的影响,试验中分散剂均为乙腈,所用体积为1.0 ml,萃取结果见图2。结果表明随着萃取剂体积增加,稀释作用增强,富集因子下降,萃取效果减弱;同时当萃取体积小于40μl时,由于萃取体积过小,最终下层有机相不易收集,因此试验选择萃取体积为40μl做进一步研究。

图2 萃取剂体积对21种芳香胺富集因子的影响

2.1.2 分散剂种类和体积

分散剂也是影响DLLME萃取效率的关键因素,当含有萃取剂的分散剂注入水中,会形成水/分散剂/萃取剂的乳浊液。为取得最佳萃取效果,所用的分散剂既要与萃取剂和水有良好的混溶性,同时也要能形成稳定的两相。此次试验选择乙腈、甲醇、丙酮3种分散剂,体积为1.0 ml,萃取剂氯苯的体积为40μl,按1.3样品前处理方法进行前处理,经萃取离心后上机测试,按式(1)计算EF值,试验结果为乙腈对目标分析物的富集倍数最高,所以选择乙腈作为分散剂。

分散剂体积的大小影响萃取剂在水中的分散程度,进而影响芳香胺的萃取效果。试验选择萃取剂氯苯体积为40μl,对比了0.5、0.8、1.0、1.2、1.4 ml分散剂对萃取效率影响,计算不同条件下的EF值,如图3所示。从图中明显可以看出当分散剂体积小于0.8 ml时,随着体积增加,萃取效果增强。试验表明当分散剂体积较小时,萃取剂在水中的分散程度不够,不能完全分散在水中,从而影响有效的乳浊液体系的形成;当分散剂体积超过0.8 ml时,随着体积增加,增大了其在水中的分配比列,使得最后形成的分散相减少,降低了萃取效率,试验最终确定分散剂乙腈体积为0.8 ml。

图3 分散剂体积对21种芳香胺富集因子的影响

2.1.3 萃取时间

选择分散剂乙腈0.8 ml、萃取剂氯苯40μl,研究萃取时间对萃取效率的影响,见图4。结果显示,萃取时间在5 min之前,萃取效率逐渐上升,超过5 min后没有明显变化。形成这样试验结果的原因是萃取剂(氯苯)在溶液形成有效的乳浊液之后被均匀地分散在水相中,待测物与萃取剂大面积有效接触,增大其由水相扩散到有机相的速率,缩短两相平衡时间,因此选择萃取时间为5 min。

2.1.4 盐浓度

在DLLME试验中,随着离子强度的增大,待测物和有机萃取剂在水相中的溶解度均会下降,从而有利于回收率的提高,但是有机相体积也会随之增大,从而使得富集倍数下降。为更好研究盐浓度对本研究萃取效果的影响,在其他参数不变的条件下,通过加入不同质量浓度(0～40 g/L)的NaCl溶液来观察盐浓度对萃取效率的影响。根据试验结果,随着盐浓度的增加,萃取效果没有明显的变化,因此本研究中可不考虑盐浓度的影响。

图4 萃取时间对21种芳香胺富集因子的影响

2.2 方法评价

2.2.1 相关参数

萃取的富集倍数为有机相与水相中分析物浓度之比,试验以浓度为20 mg/kg的标准混合溶液为例,研究方法对21种致癌芳香胺的萃取富集倍数达到79～172倍(见表2)。在优化的试验条件下,通过对系列浓度的标准溶液的萃取和测定,21种致癌芳香胺在质量浓度为1～50 mg/kg范围内均具有良好的线性关系,方法回收率为86.5%～102.3%,检出限(LOD,以信噪比S/N≥3计)为0.3～1.2 mg/kg,定量限(LOQ,以信噪比S/N≥10计)为1.0～4.0 mg/kg,符合该物质的检测要求;同时为提高试验方法的精密度,选择阴性样品,分别添加浓度为10、25、40 mg/kg的混合液,进行萃取测定,每个水平平行萃取测定6次,具体见表2。结果表明该方法检出限满足国家标准[11]。

2.2.2 实际样品测定

选择4份阳性样品分别采用国家标准GB 19601-2013和本方法进行测试比较,结果见表3。结果显示该法与标准方法的测定结果相近,满足标准的测试要求。