高效液相色谱法测定鞋类产品中EVA和PU材料中的苯乙酮

蔚 彪,冯徐根,杨 萌,白子竹,韩 军

(北京市产品质量监督检验研究院 国家纺织及皮革产品质量监督检验中心,北京 100025)

苯乙酮,又称乙酰苯,是最简单的芳香酮,其主要用作制药及其他有机合成的原料,也用于配制香料。用作溶剂时,苯乙酮有沸点高、性质稳定等特点。在欧盟67/548/EEC危险物质的分类、包装、标示指令的2014年修订版相关规定,苯乙酮属于有毒有害物质,毒性等级为4级,对皮肤和眼睛有刺激伤害;并且STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中附录4限定苯乙酮不超过10 mg/kg,目前我国尚无鞋类和鞋类部件中苯乙酮的限量要求。

目前测定苯乙酮的方法主要有气相色谱、气相色谱-质谱法、顶空气相色谱法、高效液相色谱法[1-6],但是在鞋类用热塑材料中暂无液相色谱的检测标准方法。文中采用高效液相色谱法对热塑材料中苯乙酮进行定性定量,通过优化前处理条件和仪器条件,建立了热塑材料中苯乙酮的分析方法。

1 试验部分

1.1 主要仪器及试剂

仪器:Agilent 1260 Infinity液相色谱仪(美国安捷伦科技有限公司);电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司);JP-040超声波发生器(深圳市洁盟清洗设备有限公司);全玻璃微孔过滤器(规格1 000 mL,天津津腾实验设备有限公司);QL-866旋涡混合器(江苏海门市其林贝儿仪器制造有限公司);0.45μm 100尼龙过滤膜(美国安捷伦科技有限公司)。

试剂:苯乙酮标准品(德国Dr Ehrenstorf er公司);色谱级甲醇、乙腈(Fisher Scientific);色谱级丙酮(Dik ma Technologies);色谱级甲基叔丁基甲醚、正己烷、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃(Fisher Scientific)。

材料:白色EVA材料、黑色PU材料(经监测含有苯乙酮)。

1.2 标准品的配制

称取适量苯乙酮标准品,以色谱级甲醇为溶剂,配制成浓度为880 mg/L的标准储备液。取1 mL标准储备液,以色谱级甲醇为溶剂,定容至25 mL,得到浓度为35.2 mg/L的中间储备液。按试验所需依次将标准工作液稀释到特定浓度。

1.3 试验步骤

取代表性鞋样样品,将其剪碎至5 mm×5 mm小片,混匀。称取1.0 g(精确至0.01 g)试样3份(供平行试验用),置于50 mL具塞锥形瓶中,加入40 mL甲醇,将反应器密闭,摇匀,使所有试样浸于液体中,于超声波提取器中水浴提取50 min后过滤,过0.45μm滤膜后,供液相色谱测定和确证。

1.4 HPLC条件

色谱柱:Aglient Zor bax Eclipse XDB C18(4.6 mm×150 mm×5μm);

流速:0.6 mL/min;

柱温:30℃;

进样量:5μL;

流动相A:超纯水;

流动相B:甲醇;

梯度洗脱,0~6 min,流动相B:70%~70%;6~8 min,流动相B:70%~100%;8~11 min,流动相B:100%~70%;

检测波长:244 n m。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件优化

2.1.1 检测波长的选择

采用1.408 mg/L的苯乙酮标准溶液在190~400 n m下的紫外光谱全扫描,结果如图1所示,在244 n m和280 n m处都有吸收,为提高分析方法的灵敏度,选择244 n m作为试验检测波长。

图1 苯乙酮二极管阵列检测器紫外吸收光谱

2.1.2 流动相的选择

由于甲醇和乙腈的截止吸收波长分别为190 n m和210 n m,其对苯乙酮检测的干扰都较小。比较了甲醇-水、乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)3种不同的流动相,首先选择甲醇-水体系,考察了不同甲醇和水配比(95∶5、90∶10、85∶15、80∶20、70∶30、60∶40)下,苯乙酮在反相色谱柱上的保留时间。由于苯乙酮属于极性物质,随着甲醇比例减小,苯乙酮在色谱柱上的保留时间延长,同时峰形变宽。当甲醇-水的体积比为70∶30时,目标峰在4.16 min出峰,保留时间适中,峰形较好。检测实际样品时,在流速为0.6 mL/min时,非极性基质出峰较长,远远加大检测时间,因此在6~8 min增加100%甲醇,将所有杂质冲洗出色谱柱。

用乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)两种流动相检测低浓度样品时,基线不稳定,同时甲醇-水(0.1%甲酸)峰形较差,目市场上色谱级乙腈的价格高于甲醇的价格,因此,综合考虑选择甲醇-水作为本试验的最佳流动相。

图2 甲醇-水流动相体系

图3 乙腈-水流动相体系

2.2 提取条件

2.2.1 提取溶剂的选择

超声波萃取技术是一种常用的萃取技术,利用超声波产生的数以万计的50~500μm的微小气泡的空化作用来达到提取效果,成本低、操作简单、萃取效率高,因此采用超声波萃取。

以阳性聚氨酯鞋底样品为测试样,考察了甲醇、乙酸乙酯、丙酮、甲基叔丁基醚、甲苯、正己烷、四氢呋喃作为萃取溶剂,在30℃超声波水浴中萃取测试样60 min,自然降到常温,注射器过滤后上机。四氢呋喃和乙酸乙酯几乎无法用注射器(有机滤膜和无机滤膜)过滤,进样更是造成针座和留通阀的堵塞。丙酮和甲苯用注射器比较困难,进样也会造成堵塞。结果见表1。

表1 萃取溶剂对萃取效率的影响

由表1可知,四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮和甲苯的萃取液容易堵塞仪器;甲基叔丁基醚萃取效率最低,甲醇次之,正己烷萃取效率最高。本试验是以甲醇-水为流动相,综合考虑以甲醇为萃取溶剂。

2.2.2 提取温度的选择

以1.0 g阳性EVA鞋底样品为测试样,10 mL甲醇分别在20、30、40、50、60、70℃下超声萃取60 min,考察不同萃取温度对萃取效率的影响。因为甲醇的沸点是67.4℃,在70℃下甲醇已经沸腾,致使萃取瓶内压力过大而产生安全问题,故80℃不作为测试温度。结果见表2。

表2 提取温度对EVA中苯乙酮提取效率的影响

由表2可知,随着温度的升高,苯乙酮的萃取效率逐渐增大,在40℃达到最大;温度超过40℃后,苯乙酮的萃取效率不再增大,而是略有降低且逐渐趋于平稳。综合安全、环保和效率最大化,本试验选择40℃为最佳萃取温度。

2.2.3 提取时间的选择

以甲醇为萃取溶剂,在超声温度为40℃下分别测定萃取时间为10、20、30、40、50、60、70、80 min的黑色热塑材料阳性样品中苯乙酮的提取效率,比较不同萃取时间对苯乙酮提取效率的影响,结果如图4所示。

图4 萃取时间对热塑材料样品中苯乙酮萃取效率的影响

由图4可知,从10 min到40 min,随着萃取时间的增加,萃取液中到苯乙酮含量逐渐增加;从40 min到50 min,随着萃取时间到增加,萃取液中到苯乙酮含量逐渐趋于平稳,在50 min达到最大,故本试验选择50 min为最佳提取时间。

2.2.4 提取体积的选择

在超声温度为40℃下,分别称取1.0 g黑色热塑材料阳性样品在10、20、30、40、50、60 mL甲醇中萃取40 min,比较不同萃取体积对苯乙酮提取效率的影响,结果见表3。

表3 萃取溶剂体积对苯乙酮萃取效率的影响

在不同的萃取溶剂体积下,从10 mL到30 mL萃取液中的苯乙酮效率没有达到最大,但是由于萃取溶剂体积较小,浓度已经达到饱和,无法继续萃取出苯乙酮,在40 mL时苯乙酮的萃取效率达到最大,再增大溶剂体积,萃取效率增长趋于平稳,综合考虑溶剂的利用率和萃取效率,本试验选择40 mL甲醇作为萃取溶剂的体积。

2.3 线性方程和检出限

取一阴性白色热塑材料样品,按2.3方法进行处理得到空白基质溶液,移取适量中间储备液用空白基质溶液配制浓度分别为0.352、0.704、1.408、3.52、7.04、14.08、35.2 mg/L的标准溶液工作曲线,按2.4仪器条件进行上机分析,苯乙酮在上述浓度范围内具有良好的线性关系,线性方程Y=58.597 19X-10.107 151,相关系数R2=0.999 17,可以很好满足定量分析的需要。方法检出限采用空白基质添加标准溶液完成前处理步骤后进行仪器分析,当S/N=7.3时得出苯乙酮的方法检出限为0.14 mg/kg。

2.4 回收率和精密度

对同一待测样品(样品中苯乙酮含量未检出)添加不同浓度水平的苯乙酮标准品溶液,采用HPLC测定方法的回收率和精密度,每个浓度水平制备5个平行样,按2.3样品前处理进行测试,测试结果见表4。试验证明苯乙酮的平均回收率为90.40%~94.91%,相对标准偏差(RSD)为2.25%~6.36%,说明试验测试精密度较好。

表4 方法的回收率和精密度

2.5 实际样品测定

采用上述方法对市售鞋样上的热塑材料样品进行检测,结果显示:24个热塑样品中共有6个检出,检出率为25%,苯乙酮含量范围在4.9~170 mg/kg,参照STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中对苯乙酮不超过10 mg/kg的限量要求,有4个鞋样样品超出限量17倍,说明了苯乙酮在鞋类热塑材料中的应用较为广泛,风险较大。我国应适当加强对鞋类中的苯乙酮的监测。

3 结束语

运用高效液相色谱分析方法,采用甲醇超声波萃取,优化液相色谱和前处理条件,能够对鞋类EVA和PU中的苯乙酮进行精确定性和定量,建立了利用液相色谱测定鞋类产品中苯乙酮的分析方法。本方法具有简便、快捷,能在12 min内出检测结果,测定结果准确。在14.08~563.2 mg/kg浓度范围内具有良好的线性关系,相关系数为0.999 17,加标回收率在90.40%~94.91%之间,相对标准偏差在2.25%~6.36%之间,方法检出限为0.14 mg/kg,精密度高,低于气质的检出限[7]。