可分离纺织染整助剂中同分异构体的氯化苯与氯化甲苯的研究

周 佳 富 薇 黄 杰 汤 娟 丁友超 钱 凯 曹立华

(1.南京海关工业产品检测中心(原江苏出入境检验检疫局工业产品检测中心)， 南京 210001；2. 南京金检检验有限公司 南京 210001；3. 中国合格评定国家认可中心，北京 100062；4.青岛海关技术中心，青岛 266000)

我国是全球氯化苯和氯化甲苯主要的生产国和供应国，氯化苯和氯化甲苯的终端衍生物基本上集中在农药、医药、染料与助剂行业，是一类廉价高效的纺织品染色载体，在聚酯纤维常压染色过程中加入这类载体，可提高聚酯纤维的染色效果。因此，该类化合物在纺织染整助剂中存在的概率大。

氯化苯和氯化甲苯具有较强的生物毒性，会导致肝脏功能丧失、粘膜及皮肤发炎，也会影响生殖系统健康。国内外相关法规对氯化苯和氯化甲苯都有限量要求。2018年10月12日，欧盟官方公报中发布了(EU) 2018/1513，增加了纺织服装和皮革产品中氯化甲苯的限量要求。生态纺织品标准Oeko-Tex Standard 100规定纺织品中氯化苯和氯化甲苯的限量为1.0mg/kg。我国生态标准GB/T 18885-2009《生态纺织品技术要求》中规定，氯化苯和氯化甲苯要低于1.0mg/kg。纺织染整助剂作为纺织服装和皮革等消费品的生产原料，有必要尽快建立纺织染整助剂中氯化苯和和氯化甲苯残留量测定的方法标准，为从源头上对纺织染整助剂和纺织产品的质量监控提供技术支撑。为促进我国纺织染整助剂产品和纺织品的质量提高，并从纺织生产源头上加强对纺织染整助剂产品的品质监控，推进纺织工业的清洁生产，急需制定纺织染整助剂中氯化苯和氯化甲苯的测定标准方法。

本研究的分析测试目标物拟定为29种氯化苯和氯化甲苯类化合物，涵盖欧盟REACH法规禁用的3种氯化甲苯和GB/T 20384-2006中规定的23种化合物，还涵盖了DECAHLON MRSL、AFIRM GROUP MRSL和(EU) 2018/1513等3个限用物质清单中规定的α,α,α,α-4-氯苯、2,3,4-三氯甲苯、2,3,5-三氯甲苯、2,3,4,5-四氯甲苯、2,3,4,6-四氯甲苯、2,3,5,6-四氯甲苯、1,2,5-三氯苯、1,3,4-三氯苯、2,3,5,6-四氯苯等物质。检测化合物种类丰富、目标齐全，满足目前国内外所有法律法规、行业标准及产品标准中对氯化苯和氯化甲苯的限定要求。

1 试验部分

1.1 试剂、仪器和材料

试剂： 氯苯、2-氯甲苯、3-氯甲苯、4-氯甲苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯、3,5-二氯甲苯、2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,6-二氯甲苯、1,3,5-三氯苯、3,4-二氯苯、2,3-二氯苯、1,2,4-三氯苯、1,2,3-三氯苯、2,4,5-三氯甲苯、2,3,6-三氯甲苯、1,2,3,5-四氯苯、1,2,4,5-四氯苯、2,3,4-三氯甲苯、1,2,3,4-四氯苯、α, α,α,4-氯苯、2,3,4,6-四氯甲苯、2,3,5,6-四氯甲苯、2,3,4,5-四氯甲苯、五氯苯、2,3,4,5,6-五氯甲苯、六氯苯(美国Dr.Ehrenstorfer公司，纯度都大于95%)(见表1)；甲醇、乙醇、丙酮、叔丁基甲醚、乙酸乙酯、甲苯、正己烷、正十四烷、三氯甲烷、二氯甲烷、正丁醇、乙二醇、异丙醇、环己酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙醚、吡啶、二甲亚砜、1,1,2,2-四氯乙烷、乙酸丁酯、乙酸甲酯、正庚烷、异辛烷、环己烷均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司，南京化学试剂有限公司。

仪器 ：气相色谱-质谱联用仪(Thermo DSQⅡ)；KS501型振荡器(振荡频率1～300 次/min，IKA公司)；Legend Micro 17型离心机(Thermo公司)；管状玻璃反应器(约15 mL)，0.22 μm聚四氟乙烯薄膜滤头(津腾公司)；PL602-L和ML54型电子天平(感量0.01 g和0.0001 g，梅特勒-托利多仪器上海有限公司产品)；KQ-250DB型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司产品)；旋转蒸发仪(瑞士Buchi公司产品)；玻璃反应器(密闭瓶塞，管状，约65mL)；吸量管及移液管(A级，各种规格)。

表1 29种氯化苯和氯化甲苯标准品一览表

1.2 标准溶液的制备

标准储备液配制：准确称取各标准物质(精确至0.01 mg)，分别用正己烷为溶剂准确配制得大约1000 mg/L储备液，于-18 ℃避光保存。

标准工作液配制：用正己烷配制成合适浓度的工作溶液。

1.3 样品前处理

取代表性的样品，称取0.5 g(精确至0.01 g)，放入反应器内，加入5 mL饱和NaCl溶液，涡旋30s，再准确加入5 mL正己烷：丙酮=1:1(v:v)进行液液萃取，振摇20 min后，加入少量的无水硫酸钠，取样经0.22 μm聚四氟乙烯滤膜，(如果有需要，先离心之后再过膜)进气相色谱质谱仪进样分析。

1.4 仪器分析

毛细管柱：DB-23 毛细管柱(30 m×0.25 mm, 0.25μm)或相当者；程序升温： 起始温度 ：45 ℃ 保持0 min，以5 ℃/min升温至160 ℃，再以30 ℃/min升温至190 ℃，保持2 min。进样口温度：250 ℃；进样量：1 μL；扫描范围：50～500 amu；流量：1.0 mL/min；离化方式：EI；离化电压：70 eV；载气：氦气(≥99.999%)。具体详情见表2。

表2 目标物的名称、保留时间、定量离子和定性离子

1.5 定性定量分析

取1 mL混合工作溶液进行仪器分析，通过各目标化合物的保留时间和特征值，进行定性分析。通过仪器响应值做标准工作曲线，外标法定量，线性相关系数都大于0.99，谱图见图1。

图1 气质联用色谱图1.氯苯；2. 2-氯甲苯；3. 3-氯甲苯；4. 4-氯甲苯；5. 1,3-二氯苯；6. 1,4-二氯苯；7. 1,2-二氯苯；8. 1,3,5-三氯苯；9. 2,6二氯甲苯；10. 2,4-二氯甲苯；11. 3,5-二氯甲苯；12. 2,5-二氯甲苯；13. 2,3-二氯苯；14. 3,4-二氯苯；15. 1,2,4三氯苯；16. 1,2,3三氯苯；17. 2,4,5三氯甲苯；18. 2,3,6三氯甲苯；19. 1,2,3,5四氯苯；20. 1,2,4,5四氯苯；21.2,3,4-三氯甲苯；22. 1,2,3,4四氯苯；23. α, α,α-4-氯苯；24. 2,3,4,6-四氯甲苯；25. 2,3,5,6-四氯甲苯；26. 21. 五氯苯；27. 2,3,4,5-四氯甲苯；28. 2,3,4,5,6-五氯甲苯；29. 六氯苯

2 结果与分析

2.1 萃取溶剂的选择

本次实验选用6种在极性方面有代表性的提取溶剂以及它们的混合液进行研究，即：乙腈、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、正己烷：丙酮=1∶1(v∶v)、正己烷：三氯甲烷=1∶1(v∶v)、正己烷：二氯甲烷=1∶1(v∶v)。选取1#～3#3个阳性样品(都含2-氯甲苯和4-氯甲苯)，比较上述6种溶剂的提取效率，实验结果见表3。

表3 不同萃取溶剂的比较 %

表3中，丙酮的提取效率最高，但是检测有些样品，丙酮易产生乳白色浑浊，给净化带来一定的困难，并且色谱图上的杂质较多。如果在丙酮中加入正己烷，情况有所改善。混合溶剂的提取效率均大于除丙酮以外其他单独溶剂提取的效率。并且正己烷∶丙酮=1∶1(v∶v)的提取效率略高于正己烷∶三氯甲烷=1∶1(v∶v)、正己烷∶二氯甲烷=1∶1(v∶v)的提取效率。因此，本检测选用正己烷∶丙酮=1∶1(v∶v)作为提取溶剂。

2.2 色谱柱的选择

比较了Agilet DB-5MS(30 m×0.250 mm×0.25 μm)、Agilet DB-1MS(60 m×0.250 mm×0.25 μm)、HP-5MS(30 m×0.250 mm×0.25 μm)、DB-624超高惰性毛细管柱(30 m×0.25 mm, 1.4 μm)、DB-WAX(60 m×0.250 mm×0.25 μm)、DB-23(30 m×0.250 mm×0.25 μm)这几款柱子的分离效果和色谱图的图形，如图2所示。DB-5MS柱并不能将2,4二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,6-二氯甲苯分开；2,3-二氯甲苯、3,4-二氯甲苯分开(见图2)。DB-1MS柱不能将2-氯甲苯、3-氯甲苯分开；2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯分开；2,3-二氯甲苯、3,4-二氯甲苯分开；2,3,4,6-四氯甲苯、2,3,5,6-四氯甲苯分开(见图3)。HP-5MS不能将2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,6-二氯甲苯分开；2,3-二氯甲苯、3,4-二氯甲苯分开；1,2,3,5-四氯苯、1,2,4,5-四氯苯、2,3,4-三氯甲苯分开；2,3,4,6-四氯甲苯、2,3,5,6-四氯甲苯分开(见图4)。DB-624超高惰性毛细管柱(30 m×0.25 mm, 1.4 μm)，因为膜厚增加，导致出峰时间偏后，分析的时间拉长，而且并不能将2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,6-二氯甲苯分开；2,3-二氯甲苯、3,4-二氯甲苯分开；1,2,3,5-四氯苯、1,2,4,5-四氯苯分开；2,3,4,6-四氯甲苯、2,3,5,6-四氯甲苯分开(见图5)。DB-WAX 的固定相是聚乙二醇，与OH-之间具有作用力，对于苯环的作用物质分离度不是很好，同分异构体只能部分分离，但2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,6-二氯甲苯分不开；2,3-二氯甲苯、3,4-二氯甲苯分不开(见图6)。DB-23可以很好的将同分异构体分开，达到理想的分离度，其余色谱柱均不能达到基线分离。应该最终选择DB-23(30 m×0.250 mm×0.25 μm)色谱柱(见图1)。

图2 DB-5MS色谱柱分离色谱图

图3 DB-1MS色谱柱分离色谱图

图4 HP-5 色谱柱分离色谱图

图5 DB-624 色谱柱分离色谱图

图6 DB-WAX 色谱柱分离色谱图

同分异构体3,5-二氯甲苯、2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯和2,6-二氯甲苯4个物质的沸点均在197℃?偭203℃之间；1,2,3,5-四氯苯和1,2,4,5-四氯苯沸点均在240℃?偭246℃之间； 2,3,4,6-四氯甲苯和2,3,5,6-四氯甲苯的沸点都是253.97℃。同分异构体之间的官能团都差不多，只是取代的位置不一样。(详见表4)可能就是因为取代基的位置不一样，导致其极性有差异。由于DB-23毛细管柱当中含有50%的氰丙基，对于不同位置的取代基具有偶极作用，导致同分异构体之间达到分离。

表4 几种同分异构体的沸点和结构式

续表4

2.3 分散溶液的选择

加入饱和的NaCl溶液，主要是利用“盐析”作用，减少目标物在水中的溶解度，以便增加在有机相的溶解度。以粘稠剂为样品，正己烷为萃取溶剂，对不同分散溶液进行考察。在进行实验操作时，先添加分散溶液，再添加萃取溶剂。分散溶液为水，氯化钠、硫酸钠配成的水溶液。以相同浓度的氯化钠、硫酸钠溶液作为分散溶液时，硫酸钠溶液效果差一些，氯化钠溶液效果好。

2.4 分散溶液浓度的选择

以不同浓度的氯化钠溶液作为分散溶剂考察液液萃取效果。结果表明，氯化钠浓度增大，效果增强。因此，最终选择饱和的氯化钠溶液。

2.6 线性关系和定量限

分析了氯化苯和氯化甲苯的线性范围和最低检出限，氯化苯和氯化甲苯的线性范围为0.05～5 mg/kg，相关系数都能达到0.995以上，检出限为0.5 mg/kg，结果见表5。

表5 29种氯化苯和氯化甲苯的线性范围、相关系数(r)及定量限(LOQ)

2.7 精密度和回收率

以阴性样品为样品基质，进行加标回收试验，氯化苯和氯化甲苯的添加水平为0.5、1.0、5.0 mg/kg，按照本研究的前处理和仪器进行分析，每个水平做8次平行，平均回收率都能到达80%以上，相对标准偏差都小于10 %。

表4 29种有机溶剂的平均回收率、相对标准偏差(n=8)

2.8 典型阳性样品

取匀染剂阳性样品，按照1.3前处理和1.4仪器分析。

结果表明，匀染剂的阳性样品中含有2-氯甲苯和4-氯甲苯这两种目标物，样品中的目标物的保留时间、特征值与标准物质的保留时间、特征值都是一致的。其中2-甲苯的浓度为478mg/kg，4-氯甲苯的浓度为139mg/kg。以下是典型阳性样品的色谱图(见图7)和质谱图(见图8)。由于2-氯甲苯和4-氯甲苯这两种目标物是同分异构体，两者的质谱图基本一致。

图7 典型阳性样品色谱图

图8 典型阳性样品质谱图

3 结论

根据目标分析物的化学性质，采用合适的有机溶剂对染整助剂中氯化苯和氯化甲苯进行快速、高效萃取。利用Agilent DB-23(30 m×0.250 mm×0.25 μm)极性柱来分离氯化苯和氯化甲苯，有效的将同分异构体进行分离，达到了理想的分离效果，解决了目前同分异构体无法分离的目的。本研究有效克服了样品提取难的困难，实现了快速、准确进行定性定量的测定，每个水平做8次平行，平均回收率都能到达80%以上，相对标准偏差均小于12 %。依据氯化苯和氯化甲苯的易挥发特性，采用气相色谱-质谱检测器法(GC/MS)进行精准鉴别和准确测定。检测方法灵敏、准确、高效，方法参数达到残留物分析参数要求和国内外技术法规和标准的限定要求。