高效液相色谱-串联质谱测定塑料聚合物中有机磷阻燃剂DOPO的迁移量及其迁移规律研究

林春梅，刘莹峰，张子豪，李全忠，李 丹，翟翠萍，肖 前，郑建国

(广东出入境检验检疫局技术中心，广东 广州 510623)

我国的DOPO工业生产与应用已逐渐成熟，但DOPO的生理毒性与环境毒性尚无相关报道。因DOPO含有活性亲核基团，且在环境中有一定的持久性，摄入人体后可能产生生物蓄积，对环境和人体健康产生安全隐患；其未反应的单体可长期储存在塑料聚合物中，且可作为亲核试剂迁移到食品浸泡液，继而进入人体后可能会与某些羰基化合物发生反应，影响人体正常的生理活动。因此，建立塑料聚合物中DOPO迁移量的检测方法至关重要。而塑料产品中DOPO迁移量的分析方法尚未见报道，目前关于DOPO含量的检测方法为气相色谱法[12]。本文建立了测定塑料聚合物中DOPO迁移量的高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)方法，该法灵敏度高、准确可靠，可用于塑料聚合物中DOPO迁移量的分析检测。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1200型液相色谱-质谱仪，配G1312B二元混合泵；Agilent 6410型三重四极杆串联质谱仪，配电喷雾离子源(ESI)和MassHunter软件数据处理系统(美国安捷伦公司)；IKAMS2 Minishaker型涡旋振荡器(德国IKA公司)；Milli-Q超纯水机(美国Millipore公司)。

DOPO(99.0%，德国Dr.E公司)；甲醇、乙腈(美国Tedia公司)，所有试剂均为色谱纯；精制橄榄油；实验用水为超纯水。

1.2 工作溶液的配制

称取DOPO标准品0.010 0 g，用甲醇定容至10 mL，配制成质量浓度为1 000 μg/mL的DOPO储备液。移取以上储备液100 μL置于100 mL容量瓶中，用甲醇定容，配制成质量浓度为1.0 μg/mL的DOPO标准中间液。

水基食品模拟物标准工作溶液：准确移取DOPO标准中间液，分别用水基食品模拟物(3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇)定容，得到相应介质中DOPO质量浓度分别为 0.1、0.2、0.5、1、5、10、50、100 ng/mL的标准工作溶液。

橄榄油标准工作溶液：取4.0 g橄榄油于8个试管中，向其中加入DOPO标准中间液，配制成0.1、0.2、0.5、1、5、10、50、100 ng/g 的DOPO标准工作溶液。在以上8个试管中加入4.0 mL含38%甲醇的乙腈溶液，旋涡混合器混匀5 min后静置分层，用注射器吸取上层萃取溶液，经过滤后待测定。

1.3 样品处理

迁移量测试样品按照(EU)2017/752的要求[13]，每6 dm2食品接触材料用1 L食品模拟液进行浸泡。

对于水基模拟物(3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇)：取浸泡液，用0.22 μm针式过滤器过滤后进行分析。

对于橄榄油模拟物：取4 mL橄榄油浸泡液于离心管中，加入4 mL含38%甲醇的乙腈溶液，涡旋振荡5 min，静置分层后，取上层萃取液用0.22 μm针式过滤器过滤后进行分析。

为减少背景干扰，制备空白食品模拟液(空白橄榄油模拟液为经萃取后的含38%甲醇的乙腈萃取液)，经0.22 μm针式过滤器过滤后进行分析。

1.4 液相色谱-串联质谱条件

色谱条件：ZORBAX SB-C18色谱柱(150 mm×4.6 mm,5 μm)；流动相：A为2 mmol/L醋酸铵水溶液(含0.1%甲酸)，B为甲醇；进样量:10 μL；柱温：40 ℃；洗脱程序：0～4 min，95%B；4～5 min，95%～100% B；5～6 min，100%～95%B；流速：0.6 mL/min。

质谱条件：电喷雾离子源(ESI)，多反应监测(MRM)正离子模式；干燥气温度：350 ℃；气体流速：10 L/min；雾化气压力:0.34 MPa；毛细管电压：4 000 V；碰撞能量：1～51 eV；驻留时间：50 ms。

2 结果与讨论

2.1 色谱-质谱条件的选择

DOPO具有热稳定性，属于半挥发性有机化合物,且能溶于甲醇、乙醇和乙腈等极性有机溶剂中，所以其均能在气相色谱-质谱与液相色谱-质谱中被检测。实验发现，气相色谱选取常规中等极性的色谱柱，液相色谱选取常规C18色谱柱进行分析时，均能使DOPO出峰。考虑到样品以水基模拟浸泡液为主，DOPO在液相环境中更易被离子化，且经过实验证明DOPO的测定在高效液相色谱-串联质谱中比气相色谱-串联质谱能得到更低的检出限和定量下限。因此，本研究最终选用高效液相色谱-串联质谱进行测定，ZORBAX SB-C18色谱柱分离。

将1.0 μg/mL的DOPO标准溶液在ESI正、负离子模式下进行一级质谱扫描，结果表明DOPO在正离子模式下的最强峰为[M+NH4]+，其次为分子离子峰[M+H]+；负离子模式下的最强峰为[M-H+NH4]-，其次为分子离子峰[M-H]-。其中在正离子模式下，离子峰[M+NH4]+响应最好且易于形成碎片离子，所以对该离子进行子离子扫描，得到碎片离子信息[M+H]+(m/z=217),[M-OH]+(m/z=199),[M-C5H4]+(m/z=152)。为得到较好的灵敏度，分别对定性定量离子对、碎裂电压、碰撞能量等参数进行优化，最终确定DOPO的母离子为[M+NH4]+(m/z=234)，子离子为m/z217、199、152，碎裂电压均为135 V，碰撞能量分别为20、20、45 eV。

表1 Box-Behnken中心组合设计方案及DOPO的回收率实验结果Table 1 Box-Behnken central composite design and the results of DOPO recovery experiments

2.2 流动相的选择

分别采用甲醇-0.1%甲酸水溶液、甲醇-2 mmol/L醋酸铵水溶液(含0.1%甲酸)、甲醇-0.1%氨水溶液、乙腈-水作为流动相，对质量浓度均为10 μg/mL的DOPO标准溶液进行测定。结果表明，乙腈-水作为流动相时由于体系中缺少质子，导致目标化合物的响应较差。而甲醇-0.1%甲酸水溶液和甲醇-2 mmol/L醋酸铵水溶液(含0.1%甲酸)两种流动相有利于ESI正模式离子的生成，甲醇-0.1%氨水溶液有利于ESI负模式离子的生成。由于DOPO在ESI正模式下易形成[M+NH4]+和[M+H]+离子，且目标物响应最大，因此选择甲醇-2 mmol/L醋酸铵水溶液(含0.1%甲酸)作流动相更有利于目标物离子的生成。

2.3 橄榄油浸泡液中萃取溶剂的选择

分别采用乙醇、甲醇、50%甲醇水溶液、50%乙腈水溶液、25%乙腈甲醇溶液、50%乙腈甲醇溶液、75%乙腈甲醇溶液7种溶剂对橄榄油浸泡液中的DOPO进行萃取试验。结果表明，乙醇、甲醇因含氢键而与橄榄油混合后易乳化，导致与橄榄油分层不明显；50%甲醇水溶液、50%乙腈水溶液两种萃取溶剂的回收率均较低，可能由于DOPO在水中的溶解度较低所致；而用乙腈甲醇混合溶剂进行萃取时，回收率均较高，且与橄榄油分层清晰。因此选择乙腈甲醇混合溶剂进行萃取，并采用响应面模型[14-15]对萃取条件进行了优化。以混合溶剂中甲醇的体积分数(A,%)、萃取溶剂体积(B,mL)、涡旋时间(C,min)作为变量，每一变量设置3个水平，以含0.1 mg/kg DOPO的10 g橄榄油浸泡液经萃取后的回收率为响应值，根据 Box-Behnken 中心组合实验设计原理，进行3因素3水平共17次实验，回收率见表1。得到回归模型方程：Recovery=77.57+8.84A+2.40B+2.69C+3.76A2-1.89C2。

对上述实验结果进行方差分析，由表2可知该模型的F值为11.65，概率p值为0.001 9<0.05，说明各影响因子对DOPO回收率的影响显著。综合试验结果，调整确定系数为0.987 4，说明模型的拟合程度良好，预测值与实测值间的相关性较好，能解析模型98.74%的响应值变化,可用此模型对橄榄油中DOPO的迁移量进行分析。由F值可知，该模型的一次项A影响极显著，B、C影响不显著。单因素对回收率的影响顺序为A>B>C，即混合溶剂中甲醇的体积分数>萃取溶剂体积>涡旋时间。二次项C2、B2影响显著，A2影响不显著，根据响应面交互作用对3个因素进行两两交互作用(见图1)。经响应面模型分析得出最佳参数为：甲醇含量为38%，萃取溶剂体积为4 mL，涡旋时间为5 min，此时萃取回收率理论值为91.9%。采用上述最优条件进行DOPO的萃取回收实验，重复3次，得到平均回收率为91.2%，与理论值相当，所以最终采用38%甲醇的乙腈溶液为萃取溶剂，萃取体积为4 mL，萃取时间为5 min。

表2 Box-Behnken中心组合设计的方差分析结果Table 2 Analysis of variance results for Box-Behnken central composite design

*no data

图1 三因素交互影响的DOPO回收率响应面图Fig.1 Response surface 3D plots for the recoveries of DOPO

2.4 方法的线性关系与定量下限

采用以上方法对DOPO标准工作溶液采用MRM模式进行测定，以质量浓度(X，ng/mL)为横坐标，DOPO的峰面积(Y)为纵坐标绘制标准工作曲线。由表3可知，4种模拟浸泡液中DOPO在0.1～100 ng/mL范围内线性关系良好，相关系数(r2)为0.995 4～0.999 4。以10倍信噪比(S/N=10)作为定量下限(LOQ)，对实际样品模拟液进行加标试验，得到DOPO在3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇和橄榄油浸泡液中的LOQ分别为0.10、0.09、0.07 ng/mL和0.85 ng/g。综合考虑，将水基模拟液中DOPO的LOQ设为0.10 ng/mL，橄榄油模拟液中的LOQ设为1.0 ng/g(见表3)。

表3 DOPO在4种模拟浸泡液中的回归方程、相关系数、定量下限、回收率和相对标准偏差Table 3 Regression equations,correlation coefficients,limits of quantitation,recoveries and RSDs of DOPO in four simulated solutions

2.5 方法的回收率与相对标准偏差

分别在3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇和橄榄油空白基质的模拟物中对DOPO进行加标回收实验。添加3个不同浓度水平的DOPO标准溶液，得到最终质量浓度分别为0.1、1.0、5.0 ng/mL的基质加标溶液，每个添加水平平行测试6次(见表3)。结果表明：DOPO在4种模拟物中的加标回收率为85.3%～110%，相对标准偏差(RSD)不大于7.3%，方法的精密度和准确度均满足定量分析要求。

2.6 DOPO在模拟浸泡液的迁移规律及实际样品测试

分别选取聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)8种塑料样品，每种塑料材质选取大小形状和表面积基本一致的样品按照(EU)2017/752进行食品模拟物(3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇、橄榄油)浸泡实验，分别放置在室温(25 ℃)、40 ℃、70 ℃和90 ℃的恒温水浴锅中，放置时间分别为1、5、10、15、20、30 d，检测模拟浸泡液中DOPO的迁移量。结果表明，PE、PP和AS塑料样品中均未检出DOPO，PET、PBT样品中检出微量的DOPO(0.1～1.0 ng/mL)；PC、PA、PC/ABS样品中均检出DOPO，这可能是由于DOPO作为反应型阻燃剂被加至PC、PA和PC/ABS塑料聚合物中，生成酯类阻燃剂时残留了DOPO单体。其中，PC样品在10%乙醇和50%乙醇中40 ℃下浸泡5 d即检出DOPO，质量浓度分别为1.2、1.7 ng/mL；PA、PC/ABS样品在50%乙醇中70 ℃下浸泡5 d即检出DOPO，质量浓度分别为1.1、2.5 ng/mL。由于DOPO易溶于极性有机溶剂，所以在3%乙酸和非极性的橄榄油模拟物中，PC、PA和PC/ABS样品均未检出DOPO，仅在70 ℃浸泡达15 d时，PC、PC/ABS样品在3%乙酸中有少量检出。DOPO在上述模拟物中的迁移量规律为：醇类模拟液>酸性模拟液>油脂类模拟液。

图2 5种材质在50%乙醇模拟物中DOPO的迁移量 Fig.2 Migration of DOPO from 5 materials in 50% ethanol simulant

PBT、PET、PA、PC/ABS、PC 5种塑料样品在50%乙醇中DOPO的迁移量见图2。由图2可知，DOPO的迁移量受温度与时间的影响较大，在相同时间下，PA、PC/ABS、PC中的DOPO迁移量随着温度的升高而增大，其中PC样品在90 ℃时的迁移量约为40 ℃时的2.7倍，PC/ABS样品在90 ℃时的迁移量约为40 ℃时的2.1倍，PA样品在90 ℃时的迁移量约为40 ℃时的1.8倍。当温度大于70 ℃时，迁移时间在5～15 d范围内，随着迁移时间的增加，PA、PC/ABS和PC中DOPO迁移量的平均增幅分别为131%、56.5%和52.4%；而在15～30 d范围内，迁移量的增幅逐步减弱，PA、PC/ABS和PC中DOPO迁移量的平均增幅分别为30.2%、31.5%和23.2%。以上3种塑料样品在温度70 ℃，浸泡时间15 d条件下，DOPO的迁移量基本达到饱和。表明PA、PC、PC/ABS塑料在盛装非醇类液体，低温或常温且短时间保存时相对安全。

3 结 论

本文建立了测定不同塑料聚合物材料中DOPO迁移量的高效液相色谱-串联质谱法，水基浸泡液直接进样测定，橄榄油浸泡液通过萃取后进行测定，并采用响应面法优化了橄榄油浸泡液中DOPO的提取条件。对不同材质塑料聚合物中DOPO迁移量的研究表明，迁移温度和迁移时间是影响DOPO迁移量的主要因素。水基模拟物(3%乙酸、10%乙醇、50%乙醇)和橄榄油模拟物中DOPO的定量下限分别为0.1 ng/mL和1.0 ng/g；样品加标回收率为85.3%～110%，RSD不大于7.3%。该方法灵敏度高，精密度和准确度好，可为塑料聚合物或复合塑料聚合物中DOPO的迁移规律研究提供支持。