超聲波輔助萃取同位素稀釋質(zhì)譜法測(cè)定聚氯乙烯中6種鄰苯二甲酸酯*

王衛(wèi)華，邵明武，馬聯(lián)弟

(中國計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100013)

鄰苯二甲酸酯(PAEs)類化合物作為增塑劑被廣泛應(yīng)用于玩具、食品包裝、個(gè)人護(hù)理品等數(shù)百種日常產(chǎn)品中。由于和聚合物間沒有化學(xué)鍵合，在產(chǎn)品使用過程中鄰苯二甲酸酯會(huì)遷移出來而被人體攝入。研究表明，鄰苯二甲酸酯具有類雌激素作用，干擾內(nèi)分泌，有致癌性［1–2］，尤其是嬰幼兒常常把玩具、嬰兒奶嘴等放入口中，這些物品中含有的鄰苯二甲酸酯從而得以進(jìn)入唾液，進(jìn)而進(jìn)入消化系統(tǒng)，給嬰幼兒肝臟、生殖系統(tǒng)、腎臟造成損害，甚至引發(fā)癌癥［2］。因此很多國家和地區(qū)對(duì)兒童玩具及護(hù)理產(chǎn)品中鄰苯二甲酸酯的含量有明確的限量規(guī)定，歐盟和美國大多規(guī)定鄰苯二甲酸酯的總含量不得超過0.1%，我國相應(yīng)限量標(biāo)準(zhǔn)也在制定過程中。

目前常用的塑料中鄰苯二甲酸酯提取方法有索氏提取法［3–4］、超聲提取法［2］、微波萃取法［5］，常用溶劑有二氯甲烷、乙酸乙酯等，提取后直接進(jìn)樣或經(jīng)固相萃取柱凈化后進(jìn)樣。此外還有溶解沉淀法［1，6］，采用四氫呋喃溶解樣品后，加入正己烷或甲醇沉淀聚合物，取清液測(cè)定。常用測(cè)定儀器有氣相色譜儀、液相色譜儀、氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀。筆者基于中、日、韓計(jì)量比對(duì)，研究了超聲波輔助萃取同位素稀釋質(zhì)譜測(cè)定PVC中鄰苯二甲酸方法，由韓國標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院(KRISS)負(fù)責(zé)樣品制備及均勻性、穩(wěn)定性檢驗(yàn)，測(cè)定6種常見鄰苯二甲酸酯，結(jié)果滿意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀：6890N/5975B型，美國安捷倫科技有限公司；

精密電子天平：XP26型，分辨力為0.001 mg，瑞士梅特勒–托利多集團(tuán)；

分析天平：CP324S型，分辨力為0.1 mg，德國賽多利斯集團(tuán)；

超聲波清洗儀：8510型，美國必能信(Branson)科技有限公司；

高速冷凍離心機(jī)：3–18K型，德國西格瑪(Sigma)公司；

冷凍研磨機(jī)：Sample Pre 6870型，美國SPEX公司；

玻璃樣品瓶：瓶蓋帶聚四氟乙烯襯墊；

鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)：純度不小于99.9%，美國Chemservice公司；

鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)：純度不小于98.4%，美國Chemservice公司；

鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)：純度不小于99.0%，美國Sigma-Aldrich公司；

鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)：純度不小于98.8%，美國Sigma-Aldrich公司；

鄰苯二甲酸二正辛酯(DNOP)：純度不小于99.6%，美國Sigma-Aldrich公司；

鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)：純度不小于98.0%，德國Dr. Ehrenstorfer公司；

同位素內(nèi)標(biāo)：6種鄰苯二甲酸酯D4標(biāo)記物純度均不小于98%，美國劍橋同位素實(shí)驗(yàn)室(CIL)；

甲醇、四氫呋喃：色譜純，德國Merck公司。

1.2 溶液配制

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液和同位素標(biāo)記溶液

使用XP26型精密電子天平分別稱取6種鄰苯二甲酸酯及其氘代試劑純品各約50 mg至小玻璃稱量托中(精確至0.001 mg)，記錄稱量質(zhì)量后轉(zhuǎn)移至250 mL磨口錐形瓶中，根據(jù)純品稱取質(zhì)量和甲醇密度，準(zhǔn)確加入一定體積的甲醇(約100 mL)，混合均勻，得到500 μg/mL的鄰苯二甲酸酯標(biāo)記和非標(biāo)記溶液，用棕色安瓿瓶分裝，每瓶5 mL，冷藏待用。

根據(jù)樣品初測(cè)得到的各組分濃度，分別取約2 mL單一標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用甲醇配制為混合標(biāo)準(zhǔn)和混合同位素標(biāo)記物溶液，使得各組分濃度約為9.0～10.0 μg/mL，并盡量保證標(biāo)記物和非標(biāo)記物混合溶液中相應(yīng)組分的濃度一致，用于樣品制備時(shí)同位素標(biāo)記物的添加及工作標(biāo)準(zhǔn)的配制。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

根據(jù)樣品處理后待測(cè)液的濃度，取適量混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及混合同位素標(biāo)記物溶液配制工作標(biāo)準(zhǔn)，使工作標(biāo)準(zhǔn)和樣品中待測(cè)物濃度、同位素標(biāo)記物濃度均保持一致。同時(shí)，樣品待測(cè)液由甲醇和四氫呋喃按體積比2∶1組成，應(yīng)向工作標(biāo)準(zhǔn)中準(zhǔn)確添加適量四氫呋喃保持其體系與待測(cè)液相同。

1.3 樣品制備

接收到同一批樣品共3瓶，每瓶10 g，樣品為PVC塑料顆粒，直徑約2～3 mm。分析前將每瓶樣品分別進(jìn)行冷凍研磨，整瓶樣品均研磨至粉末狀后用玻璃瓶密封冷藏儲(chǔ)存，待測(cè)。

使用萬分之一天平準(zhǔn)確稱取0.05 g PVC粉末樣品至20 mL玻璃樣品瓶中，加入5 mL四氫呋喃至樣品中，密封，室溫下超聲30 min加速樣品溶解。樣品完全溶解后，向其中加入同位素內(nèi)標(biāo)的甲醇混合溶液5 mL(其同位素內(nèi)標(biāo)含量與樣品中待測(cè)物含量須一致)，精確記錄加入內(nèi)標(biāo)重量后，再次加入5 mL甲醇，搖勻，使聚氯乙烯聚合物形成沉淀。靜置約5 min，取適量上層清液至1.5 mL離心管中，于4℃以20 000 r/min高速離心5 min，將上清液轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣瓶中進(jìn)樣測(cè)定。

處理每批樣品時(shí)，同時(shí)做一份空白樣品，除不加樣品外，其它步驟與樣品處理相同。

1.4 儀器工作條件

1.4.1 氣相色譜條件

色 譜 柱：HP–5MS 型 (30 m×0.32 mm，0.25 μm)； 進(jìn)樣體積：1 μL；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；載氣：高純氦氣；柱流量：1 mL/min，恒流模式；升溫程序：50℃保持1 min，以10℃/min升溫至220℃，保持5 min，再以5℃/min升溫至280℃，保持5 min。

1.4.2 質(zhì)譜條件

EI源；電離能量：70 eV；接口溫度：280℃；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；采用分段選擇離子方式監(jiān)測(cè)，分段時(shí)間及選擇離子見表1。

表1 目標(biāo)物及標(biāo)記物選擇離子

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法的優(yōu)化

在美國消費(fèi)品安全委員會(huì)(CPSC)標(biāo)準(zhǔn)方法［6］基礎(chǔ)上，前處理采用四氫呋喃對(duì)聚氯乙烯樣品進(jìn)行溶解的方法，為更好地保障樣品完全溶解、目標(biāo)物充分提取，增加了超聲波輔助萃取步驟，并選擇超聲30 min以保證萃取效果；在沉淀溶劑的選擇上，主要對(duì)比了正己烷和甲醇的沉淀效果，結(jié)果表明這兩種沉淀試劑對(duì)測(cè)定結(jié)果沒有明顯影響，但甲醇沉淀的樣品溶液更加澄清，沉淀更為完全，因此確定甲醇為沉淀溶劑；此外，采用了同位素稀釋質(zhì)譜法，以同位素試劑為內(nèi)標(biāo)，消除了回收率、進(jìn)樣體積誤差等因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

需要注意的是，不少塑料材質(zhì)的實(shí)驗(yàn)器皿中含有鄰苯二甲酸酯，在實(shí)驗(yàn)過程中容易造成干擾，因此應(yīng)盡量減少使用塑料制品。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)處理好的樣品置于色譜進(jìn)樣瓶中擱置時(shí)間太長也可能使干擾增多，以DEHP，DNOP為例，處理好后當(dāng)天測(cè)定(圖1)與隔天測(cè)定(圖2)對(duì)比，出現(xiàn)了許多干擾物，可能是由于樣品瓶蓋與樣品溶劑作用產(chǎn)生，因此樣品制備好后應(yīng)盡快測(cè)定。在使用單點(diǎn)法–同位素稀釋質(zhì)譜法測(cè)定時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)工作溶液與樣品溶液中待測(cè)物含量、同位素內(nèi)標(biāo)含量應(yīng)盡可能一致，否則測(cè)定結(jié)果會(huì)有偏差。

圖1 樣品處理后當(dāng)天測(cè)定譜圖

圖2 樣品處理后隔天測(cè)定譜圖

2.2 氣相色譜–質(zhì)譜條件的選擇與優(yōu)化

采用HP–5MS柱對(duì)樣品進(jìn)行分離測(cè)定，由于鄰苯二甲酸酯類化合物種類多，樣品提取液中存在較多干擾物，在方法優(yōu)化過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)DBP，DEHP色譜峰存在干擾，導(dǎo)致峰形不對(duì)稱、測(cè)定結(jié)果重復(fù)性差，經(jīng)過升溫程序的優(yōu)化，降低初始溫度、升溫速率，提高了目標(biāo)物與干擾物的分離度。

在質(zhì)譜選擇離子的選擇上，首先考慮目標(biāo)物質(zhì)譜圖上豐度最高的離子，但除DMP外，其余目標(biāo)物豐度最高的離子均為m/z149，不具備特征性，若選擇低質(zhì)量端的離子，質(zhì)譜本底易對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，因此，以豐度較高、質(zhì)量數(shù)較大為原則選擇了定量離子；同時(shí)，為提高單個(gè)離子的掃描速率，提高目標(biāo)物靈敏度，采用分段掃描方式采集數(shù)據(jù)，取得了較好的定量結(jié)果。

2.3 樣品選擇離子色譜圖

經(jīng)過儀器條件優(yōu)化，在最終確定的1.4儀器工作條件下，樣品的選擇離子色譜圖如圖3。

圖3 樣品選擇離子色譜圖

2.4 測(cè)定結(jié)果的不確定度

比對(duì)樣品共3瓶，均來自同一批樣品，經(jīng)過預(yù)備實(shí)驗(yàn)初步測(cè)定各待測(cè)物濃度后，正式測(cè)定時(shí)每瓶樣品平行測(cè)定兩次，分兩天進(jìn)行。每次測(cè)定時(shí)3瓶樣品各取一份子樣，同時(shí)做一份試劑空白樣品，防止測(cè)定過程中引入干擾物。

定量方法采用單點(diǎn)校正法，儀器測(cè)定時(shí)按照空白→標(biāo)準(zhǔn)→樣品→標(biāo)準(zhǔn)順序進(jìn)行，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次，取3次測(cè)定平均值作為一個(gè)有效結(jié)果。樣品中各組分含量按式(1)計(jì)算：

式中：cs——PVC樣品中待測(cè)組分濃度，μg/g；

Is——儀器測(cè)得樣品中待測(cè)組分與其同位素標(biāo)記物峰面積比；

Istd——儀器測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)中各組分與其同位素標(biāo)記物峰面積比；

mi,s——樣品中添加內(nèi)標(biāo)溶液質(zhì)量，g；

mi，std——標(biāo)準(zhǔn)中添加內(nèi)標(biāo)溶液質(zhì)量，g；

Wstd——標(biāo)準(zhǔn)溶液中鄰苯二甲酸酯的絕對(duì)量，μg；

ms——取樣質(zhì)量，g。

由計(jì)算公式分析可知，測(cè)定所用同位素稀釋質(zhì)譜法所得結(jié)果不確定度主要來源于樣品、內(nèi)標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)的稱量和配制過程，儀器測(cè)定的重復(fù)性及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度定值的不確定度。本次比對(duì)采用重量法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程引入的不確定度很小，可以忽略，在不確定度評(píng)估過程中主要考慮儀器重復(fù)性及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度引入的不確定度。最終測(cè)定結(jié)果及擴(kuò)展不確定度數(shù)據(jù)(k=2)列于表2。

表2 測(cè)定結(jié)果及擴(kuò)展不確定度

2.5 比對(duì)結(jié)果

最終統(tǒng)計(jì)的中國、韓國、日本3國計(jì)量院比對(duì)結(jié)果顯示，除DEP測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.4%以外，其它5種鄰苯二甲酸酯相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7%～1.2%，所有測(cè)定結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為1.8%～4.9%，3家實(shí)驗(yàn)室的測(cè)定結(jié)果取得很好的一致性。

中日韓3國實(shí)驗(yàn)室均采用溶解–沉淀法進(jìn)行樣品前處理，GC/IDMS法測(cè)定。采用四氫呋喃溶解樣品后，韓國、日本計(jì)量院使用正己烷沉淀聚合物，中國使用甲醇沉淀，結(jié)果表明這兩種不同的沉淀溶劑對(duì)該樣品的測(cè)定結(jié)果無明顯影響。

4 結(jié)語

采用四氫呋喃為提取溶劑、超聲波輔助萃取目標(biāo)物，再以甲醇沉淀高聚物分子后，冷凍離心取上清液進(jìn)行GC/MS分析，采用同位素稀釋質(zhì)譜法測(cè)定PVC中6種鄰苯二甲酸酯增塑劑，該方法準(zhǔn)確度高、操作簡便。應(yīng)用該方法對(duì)中日韓國家計(jì)量院比對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7%～3.0%，6種鄰苯二甲酸酯測(cè)定結(jié)果與其它兩國取得等效一致，證明了該方法的可靠性。

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