HPLC－ICP－MS聯(lián)用技術(shù)測(cè)定玩具中痕量可遷移有機(jī)錫

王 欣，幸苑娜，陳澤勇，林浩學(xué)

（深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，廣東 深圳 518109）

有機(jī)錫化合物 （organo－tin compounds，OTC）在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其中主要用作生產(chǎn)塑料的穩(wěn)定劑。在光和熱的作用下，塑料容易變脆失色，加入有機(jī)錫添加劑可以明顯的減小這種作用［1］。目前一烴基和二烴基錫用作塑料的穩(wěn)定劑，占有機(jī)錫總產(chǎn)量的70%。此外，自從20世紀(jì)50年代Van der Kerk等［2］發(fā)現(xiàn)三取代有機(jī)錫具有強(qiáng)烈的殺生作用以來，三苯基錫（TPhT）、三丁基錫（TBT）已被廣泛用于船體防污涂料、防腐劑、殺蟲劑等［1］，但這同時(shí)也對(duì)生物體產(chǎn)生不良影響，例如TBT的使用導(dǎo)致全球海洋污染［3］，牡蠣等海洋軟體動(dòng)物畸變［4］，從而導(dǎo)致人類和其他野生動(dòng)物產(chǎn)生生殖系統(tǒng)障礙與疾病。目 前，歐 盟 REACH 法 規(guī) （1907／2006／EC）［5］已明確限制了二丁基錫（DBT）、三苯基錫、三丁基錫和二辛基錫（DOT）這4種有機(jī)錫的使用。

我國(guó)是世界上最大的玩具出口國(guó)。近年來，限制玩具中有害物質(zhì)含量，一直是全球關(guān)注的焦點(diǎn)話題。有機(jī)錫的工業(yè)用途，導(dǎo)致其可能在玩具用織物、木料、塑料、涂層中殘留。歐盟于2009年6月18日通過玩具安全新指令［6］（2009／48／EC），明確規(guī)定了玩具中可遷移有機(jī)錫的限量要求，對(duì)于固體、液體材料及玩具涂層的限值分別為0.9、0.2、12mg／kg，除以稀釋倍數(shù)后的上機(jī)濃度僅為18、4、240μg／L，已達(dá)到痕量級(jí)。目前消費(fèi)品中有機(jī)錫的檢測(cè)采用氣相色譜－火焰光度法（GC－FPD）或氣相色譜－質(zhì)譜法（GC／MS）（參照 GB／T 20385—2006［7］），在乙酸緩沖溶液中用四乙基硼化鈉將有機(jī)錫衍生后，正己烷萃取、分離、干燥后上機(jī)測(cè)定，雖然能分析多種有機(jī)錫形態(tài)，但樣品前處理過程復(fù)雜，尤其是衍生化步驟很難掌握，易導(dǎo)致回收率不穩(wěn)定；此外，上述國(guó)標(biāo)方法的儀器檢測(cè)低限為0.10mg／kg，靈敏度難以達(dá)到歐盟玩具安全新指令的要求。因此，建立一種快速、靈敏、準(zhǔn)確測(cè)定玩具中痕量可遷移有機(jī)錫的方法具有十分重要的意義。

由于有機(jī)錫既含有金屬元素，又具有有機(jī)物的性質(zhì)，因此，將有機(jī)物分離技術(shù)（如氣相（GC）、高效液相（HPLC）、毛細(xì)管電泳（CE））與某些特征檢測(cè)技術(shù)（如原子吸收（AAS）、原子發(fā)射（AES）、質(zhì)譜（MS）等）相結(jié)合的聯(lián)用技術(shù)是目前發(fā)展的趨勢(shì)［8－18］。Rajendran等［8］將底泥樣品中的無機(jī)錫、丁基錫、苯基錫衍生后，采用GC－ICPMS分析，方法檢出限可達(dá)0.23～0.48ng／g。由于ICP－MS一般采用液體進(jìn)樣，其與氣相連接接口技術(shù)較復(fù)雜，目前應(yīng)用不多。已有文獻(xiàn)報(bào)道采用 HPLC－ICP－MS分離測(cè)定海底沉積物［9－12］、海水［13］、海產(chǎn)品［14－15］中的有機(jī)錫，但種類僅限于丁基錫和苯基錫。有機(jī)錫化合物的存在形式多為氯化物，因此也常用強(qiáng)陽(yáng)離子交換色譜。Ebdon等［10］利用強(qiáng)陽(yáng)離子交換柱和乙酸銨緩沖液對(duì)各種形式烷基錫進(jìn)行分離，并給出較滿意的結(jié)果。

本研究針對(duì)2009／48／EC對(duì)玩具可遷移有機(jī)錫的限量要求，采用 HPLC－ICP－MS聯(lián)用技術(shù)，建立DBT、TPhT、TBT和DOT這4種歐盟禁用有機(jī)錫的高效分離測(cè)定方法，為各類玩具樣品中痕量有機(jī)錫的分析測(cè)定提供方法參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與裝置

7700x型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀:美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品，配有八極桿碰撞反應(yīng)池；1260型高效液相色譜儀:美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品；Mili－Q Element純水機(jī):美國(guó) Millipore公司產(chǎn)品；水浴控溫?fù)u床:德國(guó)Julabo公司產(chǎn)品。

1.2 材料與試劑

Waters Acquity UPLC HSS T3分析柱（3×100mm×1.8μm）:美國(guó) Waters公司產(chǎn)品；DBT、TPhT、TBT和 DOT 標(biāo)準(zhǔn)品:德國(guó) Dr.Ehrenstorfer公司產(chǎn)品；三乙胺（99.5%）:阿拉丁試劑公司產(chǎn)品；乙腈（HPLC級(jí)）、鹽酸（UP級(jí)）:德國(guó) Merck公司產(chǎn)品；冰乙酸（UP級(jí)）；實(shí)驗(yàn)用水（電阻率大于18.2MΩ·cm）:由 Mili－Q Element純水機(jī)制得。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 取樣 取樣方法參見國(guó)家玩具安全技術(shù)規(guī)范（GB 6675—2003）［19］。

1）玩具表面涂層（油漆、清漆、油墨、聚合物涂層等）、木料:在室溫下采用機(jī)械刮削方法，從樣品表面刮取，并通過孔徑為0.5mm的篩子篩分出不少于100mg的測(cè)試試樣。

2）天然或合成紡織物、塑料:從可接觸部分（從材料截面厚度最小處剪下測(cè)試試樣，以保證試樣表面積與質(zhì)量之比盡可能最大）取不少于100mg樣品，剪成尺寸不大于6mm的測(cè)試試樣。

1.3.2 樣品前處理 歐盟對(duì)可遷移的定義是“模擬材料在吞咽后與胃酸持續(xù)接觸一段時(shí)間的條件下，從玩具材料中提取的溶出物”，因此，使用0.07mol／L鹽酸，設(shè)定2h萃取時(shí)間模擬整個(gè)遷移過程（GB 6675—2003［19］）。

稱取一定量（0.1000g）的樣品放入錐形瓶中，加入5.0mL 0.07mol／L HCl溶液與試樣混合，在37℃的恒溫水浴搖床上振蕩1h，然后在37℃恒溫放置1h，過濾后作為樣液待測(cè)。每個(gè)樣品做2次平行試驗(yàn)，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.3.3 儀器條件 主要工作條件列于表1和表2。ICP－MS采用鉑采樣錐、截取錐及有機(jī)進(jìn)樣專用炬管。每次實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)調(diào)節(jié)質(zhì)譜儀的一系列參數(shù)以獲得最優(yōu)信噪比，并保證基線的穩(wěn)定性。HPLC與ICP－MS之間由PEEK管連接，以色譜進(jìn)樣閥為質(zhì)譜工作的觸發(fā)信號(hào)，在線測(cè)量118Sn＋、117Sn＋。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)系列的配制 取DBT、TPhT、TBT和DOT混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，用流動(dòng)相配制成標(biāo)準(zhǔn)系列，其中DBT、TPhT、TBT的濃度范圍為0.8～100μg／L，DOT由于檢出限較高，濃度范圍為2.4～300μg／L。

表1 高效液相色譜的主要工作參數(shù)Table 1 The main operation parameters of HPLC

表2 電感耦合等離子體質(zhì)譜主要工作參數(shù)Table 2 The main operation parameters of ICP－MS

2 結(jié)果與討論

2.1 HPLC－ICP－MS聯(lián)機(jī)條件優(yōu)化

本試驗(yàn)分離4種有機(jī)錫的流動(dòng)相為V（乙腈）∶V（水）∶V（乙酸）＝65∶23∶12的混合溶液，pH 3.0，0.1%三乙胺作為離子對(duì)試劑添加到流動(dòng)相中，其中有機(jī)溶劑比例達(dá)77%，高有機(jī)負(fù)載會(huì)導(dǎo)致ICP－MS分析信號(hào)不穩(wěn)定，乙腈和乙酸在高溫下分解所產(chǎn)生的碳會(huì)導(dǎo)致ICP－MS錐口堵塞。因此，本試驗(yàn)另加入一路Ar／O2混合氣（80%Ar），這樣有機(jī)物與適量O2反應(yīng)，生成CO2氣體，避免炬管和錐口積碳［20］。但是，如果加入過量氧氣，ICP的能量大量消耗于O2的分解，會(huì)造成檢測(cè)靈敏度下降，且過量的高溫氧氣會(huì)對(duì)采樣錐造成損害，因此需要適當(dāng)控制O2的加入量。本試驗(yàn)設(shè)置Ar／O2混合氣的加入比例為30%，剛好能夠消除錐口積碳又不損傷錐體。此外，還將霧室溫度設(shè)置成－5℃，以減少到達(dá)等離子體的有機(jī)溶劑總量。

2.2 譜峰定性

以118Sn的峰面積作為定量依據(jù)，但質(zhì)量數(shù)118處存在一些多原子離子干擾，如40Ar78Se＋、81Br37Cl＋等。自然界中Sn有8種同位素，其中118Sn占24.22%，117Sn占7.68%，Sn的自然豐度比118Sn／117Sn為3.15。圖1為DBT、TPhT、TBT和DOT混合溶液在保留時(shí)間2.860、3.412、6.898、28.370min處，m／z 118與m／z 117 的峰面積比分別為 3.17、3.16、3.14、3.21，均接近118Sn／117Sn自然豐度比，由此可以判斷這4個(gè)峰均是Sn，而非40Ar78Se＋、81Br37Cl＋之類的多原子干擾離子。進(jìn)一步根據(jù)各有機(jī)錫單體標(biāo)準(zhǔn)溶液的保留時(shí)間，判斷出峰順序?yàn)镈BT、TPhT、TBT和DOT。

圖1 有機(jī)錫混合溶液在不同質(zhì)荷比下的色譜圖Fig.1 Chromatogram of mixed solution of organo－tin compounds at different m／z

2.3 離子對(duì)試劑對(duì)分離效果的影響

Chiron等［9］報(bào)道了采用甲醇－水－乙酸體系作為流動(dòng)相分離丁基錫和苯基錫。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用乙腈替代甲醇，峰形更加尖銳，因此最終選擇的流動(dòng)相為V（乙腈）∶V（水）∶V（乙酸）＝65∶23∶12的混合溶液，0.1%三乙胺作為離子對(duì)試劑添加到流動(dòng)相中。本試驗(yàn)著重考察了流動(dòng)相中不同濃度的三乙胺對(duì)分離效果的影響，結(jié)果示于圖2。若不加三乙胺，DBT和TPhT分離度差，且極性較小的DOT由于通過烷基鏈與C18柱有強(qiáng)烈親和作用，不出峰；若流動(dòng)相中加入0.05%三乙胺，DBT和TPhT分離度顯著改善，DOT也在34.265min出峰；將流動(dòng)相中三乙胺比例提高至0.1%，DOT 保留時(shí)間減小為28.370min；再進(jìn)一步提高三乙胺比例至0.15%，對(duì)DBT和TPhT的分離度及DOT的保留時(shí)間影響不大。因此，選擇將0.1%三乙胺作為離子對(duì)試劑添加到流動(dòng)相中，以提高分離度、減少保留時(shí)間。

2.4 線性擬合及檢出限

按照上述方法測(cè)定4種有機(jī)錫混合溶液標(biāo)準(zhǔn)系列，結(jié)果示于圖3。DBT、TPhT、TBT濃度范圍0.8～100μg／L，DOT濃度范圍2.4～300 μg／L，以各濃度色譜峰峰面積對(duì)應(yīng)質(zhì)量濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得回歸方程，4種有機(jī)錫的線性相關(guān)系數(shù)均優(yōu)于0.99987，結(jié)果示于圖4。通過逐步稀釋法確定信噪比（S／N）為3時(shí)，各色譜峰的對(duì)應(yīng)濃度，得出在50μL進(jìn)樣量下，本方法對(duì)DBT、TPhT、TBT及DOT的檢出限分別為0.08、0.24、0.14和0.65μg／L；可以滿足歐盟玩具安全新指令（2009／48／EC）的要求。

2.5 方法的準(zhǔn)確度和精密度

為了驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確度和精密度，選取4類玩具可接觸部分有機(jī)錫陰性樣品（涂層、塑料、木料、織物）進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn)，計(jì)算加標(biāo)回收率；同時(shí)進(jìn)行7次平行樣的獨(dú)立分析，方法精密度列于表3?？梢钥闯觯椒ň芏染鶅?yōu)于4.7%，5μg／L加標(biāo)水平的回收率為80.7%～96.3%，50μg／L加標(biāo)水平的回收率為83.5%～100.4%。

圖2 有機(jī)錫混合溶液在不同濃度三乙胺流動(dòng)相的色譜圖Fig.2 Chromatogram of mixed solution of organo－tin compounds at different concentrations of triethylamine in mobile phase

圖3 4種有機(jī)錫混合溶液標(biāo)準(zhǔn)系列色譜圖Fig.3 Chromatogram of 4organo－tin compounds standard solutions

2.6 實(shí)際樣品測(cè)定結(jié)果

測(cè)試試樣購(gòu)自深圳各大商場(chǎng)、超市的玩具產(chǎn)品，共40個(gè)測(cè)試試樣，含4大類主要玩具材料，包括涂層、塑料、木料、織物。從測(cè)試結(jié)果看，根據(jù)2009／48／EC的限值要求，有1個(gè)玩具用織物試樣DBT嚴(yán)重超標(biāo)，該織物為PU（聚氨酯）革，可能是由于其生產(chǎn)工藝采用了DBT作為聚氨酯固化促進(jìn)劑；有1個(gè)玩具涂層樣品DBT、TPhT總量超標(biāo)。

圖4 4種有機(jī)錫色譜峰峰面積與對(duì)應(yīng)濃度的線性關(guān)系Fig.4 Linear correlation of 4organo－tin compounds chromatographic peak areas as a function of concentrations

表3 加標(biāo)回收率和精密度測(cè)定結(jié)果Table 3 Recoveries and precisions of the method

3 結(jié)論

本研究針對(duì)2009／48／EC對(duì)玩具可遷移有機(jī)錫的限量要求，通過模擬人工胃液提取的方法，采用HPLC－ICP－MS聯(lián)用技術(shù)建立了DBT、TPhT、TBT和DOT這4種歐盟禁用有機(jī)錫的高效分離測(cè)定方法，與目前的三項(xiàng)國(guó)標(biāo)方法相比，本方法無需樣品衍生化步驟，操作簡(jiǎn)便、快速、靈敏度高。我國(guó)玩具企業(yè)只有密切關(guān)注新法規(guī)的要求和生效日期（2009／48／EC于2011年7月20日實(shí)施，化學(xué)性能要求于2013年7月20日生效），選擇更優(yōu)質(zhì)的上游原材料供應(yīng)鏈，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證產(chǎn)品安全，才能更好地應(yīng)對(duì)新的綠色貿(mào)易壁壘，保持并擴(kuò)大產(chǎn)品在歐盟的市場(chǎng)份額。

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