HPLC-MS/MS法测定皮革和纺织品中4种表面活性剂残留

2021-01-05

中国纤检 2020年12期

1 引言

4-戊基苯酚（PeP）、4-庚基苯酚（HpP）和工业中常用的特辛基酚（OP）、壬基酚（NP）一样均属于烷基苯酚类表面活性剂。由于其良好的渗透、乳化、增溶和洗涤作用，这类表面活性剂常被用于纺织、皮革、造纸、农药等领域，但缺点是不易降解并且会扰乱人体正常激素的合成、释放等[1]。2017年初，ECHA正式公布的第16批4项SVHC，新增了戊基苯酚(PeP)和庚基苯酚(HpP)两个物质。OEKO-TEX®协会发布的2018版STANDARD 100 by OEKO-TEX®和2019版STANDARD：leather standard by OEKO-TEX®产品认证的限制物质清单中同样增加了戊基苯酚和庚基苯酚这两种化合物。目前，国内外对这类表面活性剂的研究主要集中在辛基苯酚和壬基苯酚，涉及环境样品、羽绒羽毛、皮革和纺织品等，而对这4种物质同时检测的方法还未见报道。因此，建立一种能够同时测定这4种烷基苯酚类物质的方法具有重要的意义。

对于此类表面活性剂，常用的分析检测方法有高效液相色谱法[2]、高效液相色谱-串联质谱法[3-4]、气相色谱法[5]和气相色谱-质谱法[6-7]等。但色谱法存在选择性差、灵敏度低等不足，无法解决皮革基质复杂的问题，尤其是阳性样品需经质谱进一步验证与定量。而液质联用技术则具有较高的灵敏度和选择性、基质干扰小、检出限低等优点，并且相关国家检测标准也采用了高效液相色谱-质谱法测定纺织品中烷基苯酚及烷基苯酚聚氧乙烯醚类。故本研究拟采用高效液相色谱-质谱（HPLC-MS/MS）法探索建立皮革和纺织品中4种表面活性剂的分析方法。

2 试验部分

2.1 仪器与试剂

高效液相色谱-串联质谱联用仪（Agilent-6410B美国安捷伦），97043-942超声波清洗器（VWR），DC-12氮吹仪（上海安谱公司），BUCHIR-300旋转蒸发仪（瑞士BUCHIR公司）。

所用试剂均为色谱纯。标准物质对特辛基酚（OP）、壬基酚（NP）、4-戊基苯酚（PeP）、4-庚基苯酚（HpP）均购于Dr.Ehrenstorfer公司。

2.2 标准溶液的配制

采用甲醇溶解事先准确称量的标准品，将其分别配成质量浓度约为1000mg/L的标准储备液，取一定体积的标准储备液配制成OP、NP、HpP浓度均为50mg/L、PeP浓度为500mg/L的混合标准工作溶液，再根据试验需要进行适当稀释，现配现用。

2.3 样品前处理

首先将样品剪成5mm×5mm的碎片，混匀后称取1g（精确至0.001g）置于锥形瓶中，加入30mL甲醇，在70℃下超声提取60min，过滤提取液，再用15mL甲醇将残渣超声提取5分钟，合并滤液。用旋转蒸发仪在40℃以下将提取液浓缩至近干，准确加入1mL甲醇以溶解残渣，经0.22µm有机滤膜过滤后用HPLC/MS-MS检测。

2.4 色谱及质谱条件

2.4.1 HPLC条件

色谱柱：ZORBAX SB-C18柱（150mm ×2.1mm，3.5µm）；流动相：A为甲醇，B为0.01mol/L甲酸铵水溶液。洗脱梯度：0～7min，78%～88%A，7min～9min 88%A，9min～10min 88%～98% A，10min～14min 98%～78%A。流速：0.20 mL/min；柱温：20℃；进样体积：10µL。

2.4.2 MS/MS条件

离子源：电喷雾离子源(ESI)；扫描方式：负离子扫描；检测方式：一级质谱全扫描（Fullscan）和选择离子监测（SIM）模式；毛细管电压：3750V；雾化气（氮气）压力为40psi；雾化温度为325℃；雾化气流速为10L/min。

3 结果与讨论

3.1 MS/MS条件的优化

3.1.1 扫描方式的选择

以5mg/L混合标准溶液进样，分别在正、负两种扫描模式下考察4种烷基苯酚的质谱响应。在负离子模式下响应较强，而在正离子模式下响应低且干扰多。因此，选择在负离子模式下检测4种表面活性剂。

在负离子模式下，选定4种烷基苯酚的母离子峰进行子离子扫描，由于其分子量均较小，故子离子扫描出来的质谱图的丰度均较弱且干扰多，故只能采用一级质谱全扫描（Fullscan）和选择离子监测（SIM）模式相结合的方式来进行定性定量计算，利用安捷伦自带的Optimizer优化软件，进一步优化碎裂电压（Fragmentor），相关参数见表1。

3.1.2 毛细管电压的选择

保持其他条件不变，考察常用的2750V～4500V范围内的毛细管电压对4种表面活性剂峰面积的影响，结果如图1所示。结果显示，随着毛细管电压的逐步增加，4种表面活性剂的峰面积逐渐增大，当毛细管电压为3750V时，峰面积达到最大值，但随着毛细管电压再进一步增加，4种烷基苯酚对应的峰面积反而逐渐下降。因此，确定最佳毛细管电压为3750V。

图1 毛细管电压对4种表面活性剂峰面积的影响

3.1.3 雾化气压力的选择

考察了雾化气压力对4种表面活性剂峰面积的影响，结果如图2所示。结果显示，随着雾化气压力的逐步增大，4种烷基苯酚的峰面积也随之增加，当雾化气压力达到40psi时，4种表面活性剂的峰面积均达到最大；但随着雾化气压力再进一步增加，峰面积反而有所下降。因此，确定最佳毛细管雾化气压力为40psi。

表1 4种表面活性剂的基本参数、保留时间、母离子和碎裂电压

图2 雾化气压力对4种表面活性剂峰面积的影响

3.1.4 雾化气温度的选择

在雾化气温度为250℃～350℃范围内考察了雾化气温度对4种烷基苯酚峰面积的影响，结果如图3所示。在温度为250℃～300℃范围内，峰面积变化不大，但当雾化气温度为325℃时，峰面积达到最大，因此确定雾化气温度为325℃。

图3 雾化气温度对4种表面活性剂峰面积的影响

3.1.5 雾化气流速的选择

雾化气流速如果过快，将会影响分析物质进入质谱检测器的量；雾化气流速如果过慢，较多的溶剂颗粒将会同时进入检测器导致噪声水平增加，因此要慎重确定一个适当的流速。考察了6L/min～10L/min范围内雾化气流速对4种表面活性剂峰面积的影响情况，结果如图4所示，当雾化气流速达到10 L/min时，4种烷基苯酚的峰面积达到最大；雾化气流速再进一步增加，4种烷基苯酚的峰面积反而有所下降。因此，确定雾化气流速为10L/min。

图4 雾化气流速对4种表面活性剂峰面积的影响

3.2 色谱条件的优化

3.2.1 色谱柱的选择

考察了Poroshell 120 SB C18柱（2.1mm×100mm，2.7μm）、Poroshell 120 EC-C18 柱（2.1mm×100 mm，2.7μm）、Poroshell 120Phenyl Hexyl(2.1mm×100mm，2.7μm)柱和Zorbax SB-C18柱(2.1mm×150mm，3.5μm )对4种烷基苯酚的分离情况和峰面积情况。同等条件下，Poroshell 120 EC-CN柱（2.1mm×100mm，2.7μm）、Poroshell 120Phenyl Hexyl (2.1mm×100mm，2.7μm)柱的分离效果较差。Zorbax SB-C18柱(2.1mm×150mm，3.5μm )可将其分开且分离效果好，峰形好，因此选择Zorbax SB-C18柱(2.1mm×150mm，3.5μm )作为分离柱。

3.2.2 流动相的选择

为了实现目标化合物间良好的色谱分离及较好响应，分别考察了甲醇-水溶液和乙腈-水溶液对4种表面活性剂的影响。结果显示，甲醇流动相体系能较好地实现4种表面活性剂的分离，乙腈流动相体系中只有PeP的响应值较高，因此选择甲醇流动相体系。

为了让质谱信号响应更强、让分离效果更好，分别考察了纯水和在水相中添加0.1%甲酸、0.01 mol/L甲酸铵、0.01 mol/L乙酸铵。结果表明，采用0.01 mol/L甲酸铵作为流动相分离效果较好，响应较好，因此最终选择甲醇+0.01 mol/L甲酸铵溶液为流动相。

3.2.3 流速的选择

分别考察了0.10mL/min、0.15mL/min、0.20mL/min、0.25 mL/min、0.30mL/min和0.35mL/min流速条件下的分离效果和响应。结果显示，当流速为0.10mL/min～0.35mL/min时，随着流速的增大，目标物保留时间随之减小，峰面积响应也随之减少，综合分离度和响应考虑，本试验选择流速为0.20 mL/min。

3.3 样品前处理条件的优化

3.3.1 样品提取方式的选择

生态纺织品有毒有害物质检测中，常用的提取方法是索氏、振荡和超声波提取法。索氏提取法的优点在于提取效果较好，而缺点是耗时长、消耗溶剂多、操作繁琐。相比较而言，超声波萃取法、振荡萃取法优点在于耗时短、效率高、操作简易、设备价格低廉。本文采用比较超声和振荡两种萃取法对皮革和棉贴衬布加标后的峰面积大小来研究它们对4种表面活性剂的萃取效果的影响。结果表明，将甲醇作为提取溶剂时，对于棉贴衬布加标样品，两种萃取效率相差不大；而对于皮革加标样品，超声萃取法的萃取效率更高，因此最终选择超声萃取法作为提取方法。

3.3.2 超声波提取溶剂的选择

试验考察了水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮对皮革和棉贴衬布加标样品的提取效果。结果表明，以甲醇为提取溶剂萃取回收率最高，并且流动相也是甲醇，因此最终选择甲醇作为提取溶剂。

3.3.3 超声提取时间的影响

将皮革和棉贴衬布加标样品作为研究对象，采用甲醇作为萃取溶剂，分别萃取20min、30min、40min、50min、60min和70min，以研究萃取时间的影响。结果表明，对于皮革加标样品，超声50min时萃取效果稳定且最佳；对于棉贴衬布加标样品，超声60min时萃取效果最好。综合考虑，确定60min为最佳萃取时间。

3.3.4 超声提取温度的影响

试验比较了温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃时的提取效率。结果表明，随着超声温度的增加，4种烷基苯酚的回收率也随之增加，当提取温度为70℃和80℃时，回收率最高，均在81.35%～104.02%，故最终选择超声温度为70℃。

3.4 线性关系与检出限

选取OP、NP和 HpP浓度为0.5mg/L～5mg/L（PeP浓度为5mg/L～50mg/L）之间的系列标准工作溶液进行测定，将质量浓度(mg/L)、峰面积分别作为横、纵坐标，绘制出标准曲线，由此计算得到回归方程，结果见表2。由表2中的数据可知，在相应的浓度范围内，4种分析物的相关系数R2皆大于0.997，线性关系良好。分别以每种化合物信噪比S/N≥3和S/N≥10时的化合物添加浓度来确定方法的检出限（LODs）和测定低限(LOQs)。向空白样品中添加目标物质，按优化的方案进行相应处理，测得的LODs和LOQs见表2。