气相色谱-质谱法同时测定水性涂料中3种生物杀伤剂的含量

蒋 莹,诸鸿未,赵 霞

(上海市质量监督检验技术研究院,上海 201114)

水性涂料以水为分散介质,含有乳液、纤维素、颜料、助剂等成分,是微生物生长繁殖的理想温床。微生物一旦滋生会使湿态涂料发生腐败变质,涂料施工成膜后也会受到霉菌和藻类的侵蚀,使涂膜失去保护作用。因此,适当添加生物杀伤剂是确保水性涂料质量的必要措施,但一些生物杀伤剂会对人体和环境造成危害[1-2]。碘代丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)作为干膜防霉防藻剂被广泛应用于水性涂料中。IPBC通过缓慢释放碘离子,与蛋白质的巯基发生反应从而杀死微生物,具有广谱高效、稳定性好等优点[2],但是IPBC 被人体吸入后具有神经毒性及肝脏毒性等[3]。百菌清是一种取代苯类有机氯杀菌剂,水溶性低、防霉性较好,通常情况下对酸碱稳定,不腐蚀容器[4],但具有明显的蓄积毒性,已被美国国家环境保护局列为可能使人类致癌的物质之一[5]。三氯生作为一种高效的广谱抗菌剂,被广泛用于个人护理品和工业产品中,但其可能导致生物体组织器官产生畸变、癌变,具有显著的内分泌干扰效应等危害[6-7]。

国家标准GB/T 35602-2017《绿色产品评价涂料》规定了水性涂料中IPBC 应不大于1 500 mg·kg-1,百菌清和三氯生应不大于50 mg·kg-1。涂料中百菌清、三氯生的检测方法有气相色谱-质谱法[8]和高效液相色谱法[9]等;国家标准GB/T 37363.3-2020《涂料中生物杀伤剂含量的测定 第3部分:三氯生含量的测定》推荐的三氯生检测方法为液相色谱法和液相色谱-串联质谱法,但均只能检测一种生物杀伤剂,效率较低,而且IPBC的检测方法尚未见报道。为提高筛查效率,本工作通过对前处理和色谱条件进行优化,提出了气相色谱-质谱法同时测定水性涂料中IPBC、百菌清、三氯生等3种生物杀伤剂含量的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

7890B-5977A 型气相色谱-质谱联用仪;SK8210 HP型超声波清洗器;Milli-Q Reference型超纯水机。

混合标准储备溶液:1 000 mg·L-1,称取IPBC、百菌清、三氯生标准品各0.10 g(精确至0.1 mg),用乙酸乙酯溶解后定容至100 mL 容量瓶中。

内标溶液:1 000 mg·L-1,称取正二十烷标准品0.10 g(精确至0.1 mg),用乙酸乙酯溶解后定容至100 mL容量瓶中。

IPBC、百菌清、三氯生、正二十烷标准品的纯度均不小于98.0%;乙酸乙酯为分析纯。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

HP-5ms石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.1μm);载气为高纯氦气,流量2 mL·min-1;进样口温度250 ℃;分流进样,分流比为2∶1;进样量1μL。柱升温程序:初始温度40 ℃,保持2 min;以10 ℃·min-1速率升温至250 ℃,保持7 min。

1.2.2 质谱条件

电子轰击离子(EI)源;离子源温度230℃;电离能量70 eV;传输线温度240 ℃;溶剂延迟时间5 min;选择离子监测(SIM)模式扫描;其他质谱参数见表1。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.3 试验方法

称取水性涂料样品1 g(精确至0.1 mg)于10 mL离心管中,加入500μL 内标溶液,再用乙酸乙酯稀释至10 mL,振荡摇匀,超声提取30 min,冷却至室温后以4 000 r·min-1转速离心20 min(若分离不完全,可适当延长离心时间),取上清液按照仪器工作条件测定,内标法定量。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱和内标的选择

试验考察了HP-5ms、HP-35、GB-1、GB-WAX等石英毛细管柱对IPBC、百菌清、三氯生分离效果的影响。结果表明,HP-5ms石英毛细管柱对3种目标化合物的分离效果良好,峰形尖锐对称,而其他色谱柱均有分离效果不佳或峰形较差的情况。因此,试验选择以HP-5ms石英毛细管柱为固定相。

水性涂料配方中很少使用正构烷烃类化合物,因此试验选择以正二十烷为内标。IPBC、百菌清、三氯生及内标的总离子流色谱图见图1。

图1 总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram

由图1可见,正二十烷能与3种目标化合物完全分离,且保留时间接近,峰形尖锐。

2.2 提取溶剂和提取时间的选择

试验比较了IPBC、百菌清、三氯生标准品在乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、乙醇、乙腈等溶剂中的溶解情况。结果发现,只有乙酸乙酯能同时溶解IPBC、百菌清和三氯生,同时水性涂料在乙酸乙酯中的分散性较好。因此,试验选择的提取溶剂为乙酸乙酯。

在阴性水性涂料样品中分别添加一定量的IPBC、百菌清、三氯生标准品,使3种目标化合物的质量分数均为500 mg·kg-1,考察了提取时间分别为10,20,30,40,50,60 min时对各目标化合物测定值的影响,结果如图2所示。

图2 提取时间对IPBC、百菌清、三氯生测定值的影响Fig.2 Effect of the extraction time on the determined values of IPBC,chlorothalonil and triclosan

由图2可知:IPBC、百菌清、三氯生的测定值随提取时间的延长逐渐增大,超声提取30 min后基本稳定。因此,试验选择的提取时间为30 min。

2.3 标准曲线、检出限和测定下限

移取适量的内标溶液和混合标准储备溶液,以乙酸乙酯为溶剂逐级稀释,配制成内标质量浓度为50 mg·L-1,3种目标化合物质量浓度为0.1,0.5,1.0,5.0,10,50,100 mg·L-1的混合标准溶液系列。按照仪器工作条件进行测定,以目标化合物与内标的质量浓度比为横坐标,其对应的峰面积比为纵坐标绘制标准曲线。结果显示,IPBC、百菌清、三氯生标准曲线的线性范围均为0.1～100 mg·L-1(1～1 000 mg·kg-1),线性回归方程和相关系数见表2。

将质量浓度为0.1 mg·L-1的混合标准溶液重复测定10次,分别以3倍和10倍信噪比(S/N)计算检出限(3S/N)和测定下限(10S/N),再根据称样量和定容体积进行换算,检出限和测定下限结果见表2。

表2 线性参数、检出限和测定下限Tab.2 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

由表2可知:3种目标化合物的相关系数均大于0.999 0,检出限在0.033～0.098 mg·kg-1内,测定下限在0.11～0.33 mg·kg-1内。

2.4 精密度和回收试验

在阴性水性涂料样品中分别添加10,100,1 000 mg·kg-1的3个浓度水平的IPBC、百菌清、三氯生标准品,按照试验方法进行回收试验,每个浓度水平重复测定7次,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

由表3 可知,3 种目标化合的回收率在87.1%～103%内,测定值的RSD 均小于5.0%。

表3 精密度和回收试验(n＝7)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝7)

2.5 样品分析

按照试验方法对10种水性涂料样品进行测定。结果显示,10种样品中百菌清和三氯生均未检出,1种样品中检出IPBC,检出量为760.7 mg·kg-1。

本工作以乙酸乙酯为提取溶剂,采用超声、离心等方法对水性涂料样品进行处理,提出了气相色谱-质谱法同时测定水性涂料中IPBC、百菌清、三氯生等3种生物杀伤剂含量的方法。该方法检出限低、精密度和回收率均良好,可为检测绿色涂料产品中IPBC、百菌清、三氯生提供技术支撑。