纺织品中4-氨基偶氮苯检测的研究进展

茅文良, 卢 坤, 赵 准, 吴 颖, 于 菲

(浙江方圆检测集团股份有限公司, 浙江 绍兴 312000)

4-氨基偶氮苯是一种有害芳香胺,早在20世纪已被欧盟理事会第97/684/EC号指令、德国的《食品及日用消费品法》及纺织品生态标志Oeko-Tex Standard 100等列为致癌物质。但直至2006年德国官方方法《消费品检验 可裂解出4-氨基偶氮苯的偶氮染料的检验与测定》公布,国内外对纺织品中的4-氨基偶氮苯检测才有一个合适、有效的方法[1-3]。随后,欧盟和中国等借鉴此方法建立了各自的检测标准。中国作为纺织品生产、出口大国,目前采用的纺织品中4-氨基偶氮苯检测方法主要有国家标准GB/T 23344—2009《纺织品 4-氨基偶氮苯的测定》和欧洲标准EN ISO 14362-3:2017《纺织品 禁用偶氮染料的检测 第3部分4-氨基偶氮苯的测定法》两种(以下分别简称GB法和EN法)。该EN法版本等同引用ISO标准同年版本(但之前的ISO标准引用的是EN法2012年版本)；至于Oeko-Tex Standard 100及德国官方方法,现在引用的方法也是EN法。可以看到,近几年国外关于4-氨基偶氮苯的标准检测方法,多以EN法为参照,趋于统一,并时常修改。而GB法是近十年前发布的,较EN法为代表的现行国外标准,小部分内容已存在差异。本文首先从检测技术的细节上比较这两种方法的差异,并总结了国内相关检测技术的几种优化方法。希望借此能为相关工作者对不同检测方法的解读、标准方法将来可能的修订及中国标准与国外标准之间的转化运用提供帮助。

1 GB法与EN法的差异

为模拟纺织品实际使用的环境,按GB/T 17592—2011《纺织品 禁用偶氮染料的测定》等方法的要求,禁用偶氮染料需在弱酸环境(接近人体皮肤环境)下被裂解还原生成芳香胺[4-5]。不同于联苯胺等其他芳香胺,裂解生成的4-氨基偶氮苯在此环境下仍会继续裂解。为测得4-氨基偶氮苯含量,GB法和EN法均需要将弱酸环境改为4-氨基偶氮苯更能稳定存在的碱性环境,并降低了反应的温度及还原剂的浓度[6-8]。两种标准方法基本原理与步骤相似:先将样品置于碱性环境中,采用保险粉(连二亚硫酸钠)在40 ℃水浴中还原,后用液-液分配方法振荡萃取分解出的目标物,最后采用色谱法定性定量。但同时两种方法之间的部分细节处理也存在着差异,有些差异甚至导致两种方法的检测结果明显不一致。

1.1 试样预处理的差异

EN法要求含化纤纤维(除粘纤外)的样品先采用二甲苯剥离其中可能含有的分散染料,即对纤维进行脱色处理,再对剥离的染料进行还原反应(萃取法)；当发现试样未完全褪色时,应重新取样再进行直接还原反应(非萃取法)。要注意的是,萃取法针对的是分散染料染色的纤维,最主要是聚酯纤维。其他化纤如锦纶,也可能使用了分散染料染色[3],因此这类材料也需要先进行萃取法实验。GB法正文中采用的是非萃取法,对含涤纶等织物是否采用萃取法未明确阐述[9-10]。GB法可能是考虑到禁用偶氮染料的检测只是一种模拟人体接触纺织品时安全状况的考察,而纺织品在实际使用时又极少遇到其附着的分散染料被有机试剂高度萃取的极端情况。GB法将萃取法部分作为资料性目录,以供检测参考。据了解,国内许多检测机构按GB法检测4-氨基偶氮苯时,一般默认不采用萃取法。故含有以4-氨基偶氮苯为中间体的分散染料的样品采用GB法和EN法时,检测结果可能明显不同。

1.2 还原剂配制后处理方式的不同

GB法和EN法都采用保险粉水溶液作为还原剂,质量浓度也都是200 g/L。但GB法要求还原剂新鲜配制,在配制好后立即使用。而EN法配制方法较为特殊,2012年版本的EN法要求保险粉在配制后密封保存1 h才开始使用,并在10 min内用完。2017年版本则要求还原剂在配制好后密封保存55 min,再转移至一敞口容器中保持5 min后开始使用。本文通过具体样品的检测,研究了还原剂配制后存放时间对检测结果的影响。

选取了一羊毛织物(事先已验证为4-氨基偶氮苯阳性样品),按非萃取法处理,采用还原剂配制后不同的处理方式,观察其对4-氨基偶氮苯检测结果的影响。同时研究了其对回收率实验的影响,结果见表1。

表1 还原剂配制后保存时间对检测结果及回收率的影响Tab.1 Influence of storing time of reducing agent on the recovery and test result

实验结果表明,还原剂配制后保存时间对检测结果及回收率的影响较大。由于保险粉在配制时,接触了水分、湿气、氧气,很容易被分解成其他产物[11]。傅科杰等[12]发现保险粉在配制好1 h后,其质量浓度下降15%～35%,这可能使得织物上存在的禁用偶氮染料未能充分裂解,导致EN法测定值低于GB法的结果。而在加标回收率实验中,加入的还原剂会裂解一小部分4-氨基偶氮苯,也可能是保险粉在长时间接触水和氧气后,其反应活性降低[13],减小了对4-氨基偶氮苯的裂解能力。故在上述实验中,还原剂存置时间越久,回收率越高。

1.3 校准溶液的不同

考虑到裂解生成的4-氨基偶氮苯会在振荡萃取过程中有损失,在配制EN萃取法用于定量的校准溶液时,要求将100 μL质量浓度为500 mg/L的4-氨基偶氮苯储备液加入到碱液中,用5.0 mL叔丁基甲醚振荡萃取后,取有机相为4-氨基偶氮苯的校准溶液,其理论质量浓度应为10.0 mg/L。但考虑到甲醇的存在,部分叔丁基甲醚会在振荡萃取后仍滞留在水相中,不能被叔丁基甲醚完全萃取[8],其实际浓度要小于理论浓度。GB法的校准溶液则是储备液直接稀释的,无需上述步骤。因此只考虑校准溶液配制的影响因素时,EN法计算阳性样品含量时,要比GB法计算值要高。

此外,这两种标准方法在其分析方法及目标物限量值的规定等方面也存在差异。GB法采用的色谱分析方法为高效液相色谱法HPLC和气质联用法GC-MS。GB法作为一个测试方法标准,其中并未给出相应的限量值,而其被引用的国家强制性标准GB 18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》,主要借鉴了Oeko-Tex Standard 100标准,规定限量值为20 mg/kg。EN法采用的色谱分析方法中,除了包含HPLC和GC-MS外,同时提供了薄层色谱法TIC和毛细管电泳法CE两种方法的资料,并规定了限量值。由于TIC的检测灵敏度不如前两种色谱法(HPLC、GC-MS),其检出低限较高,又考虑到EN法作为一个整体方法,欧盟对其检测的灵敏度要求适当放宽,以30 mg/kg作为限量值,用于判断样品是否含有来源于禁用偶氮染料的4-氨基偶氮苯[3]。

2 检测技术优化的研究进展

自纺织品中4-氨基偶氮苯检测方法公布以来,国内对其检测技术优化的研究一直保持高度关注。相关研究主要集中在纤维上分散染料的剥离方法的改进,目标物4-氨基偶氮苯萃取效果的提高及快速定性方法的研发。

2.1 染料剥离方法的改进

GB法中采用了二甲苯或氯苯在高温下,以回流方式抽提试样上的分散染料,存在一定的缺点:如脱色耗时长,染料萃取不完全,试剂难驱除及试剂本身对检测人员及自然环境有中等毒害性。沈俊杰等[14]针对上述问题,以易挥发、低毒性的丙酮为试剂,按快速溶剂萃取法萃取涤纶上的分散染料。快速溶剂萃取技术是一种全新的自动萃取技术,具有萃取时间短、溶解力大、穿透力强、提取效率高的特点。实验结果表明，该方法提高了萃取效率,缩短了浓缩时间,降低了工作强度。

孙峰等[15]采用低沸点试剂二氯甲烷在超声波中萃取涤纶上的染料,二氯甲烷在60 ℃常压下蒸馏可被完全驱除；曾立平[16]在40 ℃下采用N,N-二甲基甲酰胺,以直接振荡的方式对含聚酯类产品进行褪色。这些方法可避免在高温下使用大量苯系溶剂,改善了繁琐的抽提过程。

2.2 萃取效果的提高

薛建平等[17]探究了反应器竖放式、45°斜放式和横卧式三种放置振荡方式对萃取结果的影响。实验结果表明,后两种方法因反应器中的溶剂和样品有较长的振动距离,混合更为剧烈,因此可获得较好的提取效果。但考虑到反应器可能存在旋盖未完全旋紧而导致提取液漏出的情况,建议检测时采用45°斜放式为宜。

丁力进[18]研究发现,在非萃取法中一小部分4-氨基偶氮苯残留于萃取环境中的纤维,未能被溶剂完全萃取,所以非萃取法的回收率较萃取法的低；并比较了甲醇、乙醚、二氯甲烷、丙酮、正己烷5种常用定容试剂对方法回收率的影响。结果表明，无论在萃取法还是非萃取法中,正己烷较其他试剂有更高的回收率。

徐建云等[19]将样品置于弱酸性缓冲液中经保险粉还原裂解后,加入碱液和乙酸乙酯,采用超声波萃取已生成的4-氨基偶氮苯。该方法时间短,操作简化。与标准方法相比,该方法在节约成本和提高检测效率上均有明显优势。

陈安德等[20]针对GB法中叔丁基甲醚的萃取效果不够理想等缺陷,采用固相萃取的方法(大孔树脂)将4-氨基偶氮苯从水相提取出来。由于4-氨基偶氮苯在大孔树脂中吸附能力强于水、无机物,以此来达到固定的目的。并通过4-氨基偶氮苯在有机溶剂中的吸附能力优于大孔树脂来达到洗脱的目的,最终实现萃取分离。实验结果表明,使用HD500吸附树脂对4-氨基偶氮苯的吸附固定及洗脱分离的效果较好,回收效果总体优于GB法。

2.3 快速定性法的研发

李引等[21]根据芳香胺重氮化-偶合显色反应原理,以邻甲氧基苯酚作为亚硝酸与4-氨基偶氮苯重氮化反应产物的偶联剂,建立了4-氨基偶氮苯的分光光度法测定方法。在此基础上,张清智等[22]研究了纺织品中4-氨基偶氮苯的快速测定方法。在试样经保险粉还原后,生成的4-氨基偶氮苯经叔丁基甲醚萃取和盐酸溶液反萃取,在酸性环境中,与过量亚硝酸钠反应生成重氮盐；再加入氨基磺酸铵,使反应介质呈弱碱性,重氮盐与之后加入的邻甲氧基苯酚进行显色反应。根据显色液是否显红色,来定性分析是否含有4-氨基偶氮苯。与GB方法相比,该方法最大优势是能快速判定是否为阳性样品,并减少了对大型色谱仪器的依赖。

3 阳性样品的特征

4-氨基偶氮苯阳性样品在外观等方面呈现一定的特征,据此可有助于检测工作者在面对繁重的偶氮检测业务时,提高工作效率。

阳性样品的材质。以4-氨基偶氮苯为中间体的偶氮染料并不多,主要以分散染料和酸性染料为主[7],而这些染料多应用于含有涤纶、羊毛的织物中。相对于其他材质,这两类纤维中4-氨基偶氮苯检出率较大。

阳性样品的颜色。由于相应法规存在漏洞,能裂解生成4-氨基偶氮苯的染料未完全禁产,并仍被某些印染厂家使用[3],如C.I.酸性红116、C.I.酸性绿33、C.I.分散红151、C.I.分散橙149、C.I.分散黄7、23、56、218。其中部分染料用于混拼灰色、绿色和黑色等复合型分散染料。所以阳性样品的颜色以红、橙、黄、绿及灰、黑色居多[23]。

萃取液的颜色。低浓度的4-氨基偶氮苯在萃取试剂叔丁基甲醚中呈黄色,高浓度时呈橙色。非萃取法的萃取液中,有色共萃物一般较少,所以阳性样品的萃取液,特别是静置几分钟后,颜色一般接近黄、橙色；而萃取法的有色共萃物较多,萃取液的颜色以暗红色居多。据笔者检测经验来看,萃取液非无色,可能是阳性检出的必要不充分条件,即萃取液若为无色时,可基本排除检出的可能。当然这一经验仅供参考,最终应以色谱仪器测试结果为准。

4 结 语

综合以上研究发现,GB法和EN法中部分检测技术细节的不同,如预处理方法的选择,还原液及校准溶液不同的配制方式,将导致方法间的差异。虽然上述优化的技术仍有缺陷,如快速溶剂萃取仪器价格昂贵,现阶段难以大范围推广,并由于快速萃取中为高温高压环境,存在染料分子分解的风险,且分解方式可能与保险粉还原裂解方式不一致；利用大孔树脂进行固相萃取的前处理较为复杂,耗时较长；芳香胺显色反应易受常检出的苯胺及有色共萃物干扰,但可以看到,纺织品中4-氨基偶氮苯的检测技术朝着省时、微量化、高效及快速的方向发展。这些优化技术对于某些样品在一定的检测条件下是可行的,可为检测方法将来可能的修订提供有力参考。