高效液相色谱法测定合成橡胶材料中两种胍类硫化促进剂残留量的研究

2018-08-02余国枢区棋铭黄雨锟叶志武

分析测试学报 2018年7期

余国枢，区棋铭，黄雨锟，叶志武

(广东省江门市质量计量监督检测所，广东江门 529000)

硫化促进剂是在橡胶硫化时用以加快硫化速度，缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，提高或改善硫化橡胶物理机械性能的配合剂[1]。1,3-二苯胍(DPG)[2]和1,3-二邻甲苯胍(DOTG)是两种常用的胍类硫化促进剂，被广泛应用于合成橡胶材料中。胍类硫化促进剂对水生生物有毒并具有长期持续的影响，经常接触使用该类硫化促进剂合成的橡胶材料或产品可引起皮肤过敏[3-4]，并可能对人类生育能力或胎儿造成伤害。另外，DPG和DOTG在橡胶硫化过程中可分解成强致癌物质苯胺和邻甲苯胺残留在橡胶材料中，存在致癌风险[5-9]。

随着科技的进步，人们常用的智能手环、鞋子和手机套等多为橡胶材料制成，我国在橡胶材料及其制品中对胍类橡胶促进剂残留量均无明确的标准要求，但鉴于合成橡胶材料产品直接与皮肤接触较多，所以有必要对合成橡胶材料中胍类硫化促进剂进行有效管控，进而提高产品的安全性能，降低对人和环境的危害。目前，对合成橡胶材料中硫化促进剂的检测少有报道，荣杰峰等[10-11]采用超高效液相色谱-串联质谱法测定了橡胶产品中4种秋兰姆类硫化促进剂的含量，童玉贵等[12]采用液相色谱法测定了胶鞋材料中促进剂M的迁移量，但尚无对合成橡胶材料及其制品中胍类硫化促进剂进行检测的相关报道。本文基于高效液相色谱法[13-15]，研究了不同的提取方法、色谱条件及流动相组成对合成橡胶材料中两种胍类硫化促进剂分离效果、检测灵敏度的影响，建立了一种高回收率、高精密度和低检出限的定性定量方法用于合成橡胶材料中两种胍类硫化促进剂残留量的测定。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

LC-20A型高效液相色谱仪：配光电二极管阵列检测器(日本岛津公司)；台钻(浙江西菱股份有限公司)；电子分析天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)；索氏抽提器(上海新嘉电子有限公司)；0.45 μm NY膜针头式过滤器(岛津技迩公司)。

乙腈、甲醇(色谱纯，德国CNW公司)；磷酸二氢钠(分析纯，广州化学试剂厂)；磷酸(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；1,3-二苯胍(DPG，C13H13N3)标准品(纯度≥98.0%)和3-二邻甲苯胍(DOTG，C15H17N3)标准品(纯度≥99.0%)均购于上海安谱实验科技股份有限公司。

分析样品：橡胶材料制品10个，均购自江门市本地超市。

1.2 色谱条件

色谱柱：Inertsil ODS-SP C18反相色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱温：35 ℃；流速：1.0 mL/min；进样量：10 μL；检测波长：235 nm；流动相：A为乙腈，B为50 mmol/L磷酸二氢钠缓冲溶液；梯度洗脱程序：0～7 min，30%～80% A；7～9 min，80% A；9～11 min，80%～30% A。

1.3 标准溶液及缓冲溶液的配制

标准储备液：分别称量1,3-二苯胍、1,3-二邻甲苯胍标准品各0.05 g(精确至0.1 mg)于50 mL容量瓶中，用甲醇稀释定容，摇匀后避光冷藏保存，质量浓度为1 000 mg/L。

50 mmol/L磷酸二氢钠缓冲溶液：称取磷酸二氢钠6.24 g，溶于1 000 mL二级水中，用磷酸调至pH 2.8。

混合标准系列溶液：分别吸取0.02、0.05、0.10、0.20、0.50 mL上述两种胍类标准储备液(1 000 mg/L)于10 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，配成质量浓度为2、5、10、20、50 mg/L的系列混合标准溶液，摇匀后供高效液相色谱仪分析。

1.4 试样的制备

将橡胶材料样品置于台钻上，在各部分钻取碎屑并混合均匀，称取1 g(精确至0.1 mg)样品用滤纸包裹放入索氏提取装置中，加入约50～60 mL甲醇提取液，在70 ℃恒温水浴中加热回流保持微沸状态，约1～2 min虹吸1次，提取30 min后取下冷凝器继续加热浓缩至少于20 mL，冷却后转移定容至25 mL容量瓶中，再用0.45 μm NY膜针头式过滤器过滤，滤液供高效液相色谱仪分析。

2 结果与讨论

2.1 检测波长的选择

在200～500 nm检测波长范围内，扫描两种胍类硫化促进剂的紫外-可见光谱，发现DPG在235 nm附近有明显的紫外吸收峰，DOTG在200～300 nm有紫外吸收，但无明显的紫外吸收峰。综合考虑，选择两种胍类硫化促进剂的检测波长为235 nm。

2.2 分离条件的优化

目前液相色谱法最常用的色谱柱为C18柱，为满足不同样品的分离分析要求，主要通过改变流动相组成来调节色谱柱的保留范围和选择性[16-17]。本文考察了乙腈-水、乙腈-100 mmol/L乙酸钠[18]、乙腈-50 mmol/L磷酸二氢钠和甲醇-50 mmol/L磷酸二氢钠4种流动相组合对目标化合物的洗脱效果。结果发现，以乙腈-水作为流动相时，即使改变流动相比例也未能检出目标峰；而以乙腈-100 mmol/L乙酸钠作为流动相时，目标物的色谱峰变形，且严重拖尾，分离效果差；以乙腈-50 mmol/L磷酸二氢钠和甲醇-50 mmol/L磷酸二氢钠作为流动相时，均能检出目标峰，且以乙腈作为有机相时目标峰峰形更尖锐、对称，基线更平稳，能减少干扰，提高灵敏度。因此选择乙腈-50 mmol/L磷酸二氢钠作为流动相。另外，1,3-二苯胍和1,3-二邻甲苯胍属于碱性化合物，而多数硅胶色谱柱无法在高pH值条件下稳定，所以碱性化合物一般在pH 1.5～3.0下进行分析。在此pH值条件下，硅胶表面的游离Si—O—H会保持中性，减少离子间的二极反应，因而减少峰拖尾，提高柱效。研究发现，在pH 2.8 条件下，采用梯度洗脱程序，能提高目标检测物的灵敏度和分离度，减少干扰，故本实验选择pH 2.8为最佳值。图1为优化色谱条件下2种胍类硫化促进剂(20 mg/L)的色谱图。

2.3 提取溶剂的选择

胍类硫化促进剂均含有胍基结构(—CN3H4)，即1个C与3个N连接：C与其中1个N以双键相连，与其余2个N以单键相连。N原子与H原子较易与底物形成氢键，故该类分子结构电子分布不均匀，易产生极化[19]。根据相似相溶原理，此类化合物易溶于极性或含有氢键的化合物。本实验比较了反相液相色谱中常用的极性提取溶剂(甲醇、乙腈和乙醇)对合成橡胶材料中上述两种胍类硫化促进剂提取率的影响。结果表明，目标检测物的提取率大小顺序为：甲醇>乙醇>乙腈，由于甲醇提取率最高，且能有效提取目标化合物，故本文选用甲醇作为最佳提取溶剂。

2.4 提取方法的选择

以DPG为考察对象，比较了超声提取法和索氏抽提法的提取效率。取含目标检测物的样品，在相同条件下进行提取，结果发现索氏抽提检出DPG的平均含量为329 mg/kg，而超声提取检出DPG的平均含量为152 mg/kg，表明索氏抽提法的提取效率更高，故选其为本文的提取方法。考察了不同抽提时间下的提取率，结果显示，在10～30 min内，提取率随着索氏抽提时间的增长而明显增大，30 min后提取率变化不大，故选择索氏抽提时间为30 min。

2.5 线性关系与方法检出限

在优化色谱条件下，测定了“1.3”配制的两种胍类硫化促进剂混合标准系列溶液，以标准系列溶液的质量浓度为横坐标(x， mg/L)，对应的色谱峰面积为纵坐标(y)，绘制标准曲线。2种胍类硫化促进剂在2～50 mg/L质量浓度范围内呈良好的线性关系，相关系数均为0.999 9。以3倍信噪比(S/N=3)结合样品前处理的稀释倍数计算该方法检出限，测得DPG和DOTG的检出限分别为30 mg/kg和40 mg/kg。

2.6 精密度与准确度

选不含目标检测物的橡胶材料样品为基质，每种胍类硫化促进剂添加3个不同水平(10、20、40 mg/L)进行加标回收实验，每个水平重复测试5次，回收率和精密度结果见表1。结果表明，本方法的平均加标回收率为82.4%～94.5%，相对标准偏差(RSD)为1.0%～3.3%，说明该方法具有较高的准确度和精密度，能够满足定量分析要求。

表1 精密度和回收率测定结果(n=5)Table 1 Determination results of recoveries and precisions(n=5)

图2 检出DPG的橡胶鞋样品的色谱图Fig.2 Chromatogram of DPG in a rubber shoe sample

2.7 实际样品的检测

采用本方法对10种合成橡胶材料制品进行样品处理和测试，结果表明，有3个橡胶鞋样品检出DPG，检出量分别329、603、512 mg/kg，1个手机套样品检出DOTG，检出量为210 mg/kg。由此可见，胍类硫化促进剂在合成橡胶材料及其制品中普遍使用，该方法具有较大的实用价值。图2为检出DPG的橡胶鞋样品的色谱图。