兒童用品中亞硝胺檢測(cè)方法研究進(jìn)展

李 丕 白 樺 張 慶 李文濤 呂 慶 李海玉 王 燁 郭項(xiàng)羽

（中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院 北京 100123）

1 前言

亞硝胺是一類具有-N-N=O結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，在100多年前被發(fā)現(xiàn)，但直到1956年英國(guó)學(xué)者M(jìn)agee和Barnes發(fā)現(xiàn)N-亞硝基二甲胺（NDMA）對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物具有強(qiáng)致癌活性，亞硝胺才受到世界范圍的廣泛關(guān)注。迄今為止已發(fā)現(xiàn)的300多種亞硝胺中90%左右可以誘發(fā)39種動(dòng)物不同器官的腫瘤，并且一次大量攝取和少量多次攝取均可誘發(fā)腫瘤[1]。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（Environment Protection Agency, EPA）污染物風(fēng)險(xiǎn)信息集成系統(tǒng)（Integrated Risk Information System, IRIS）將亞硝胺的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)定為B2，即具有潛在人體致癌性[2]。亞硝胺廣泛分布在土壤、工業(yè)廢水、橡膠制品、皮革、化妝品、煙草及腌制食品中，可通過(guò)呼吸道、消化道、皮膚吸收等途徑進(jìn)入人體產(chǎn)生危害，其靶器官包括肝、腎、肺等。1980年，Preussmann發(fā)現(xiàn)嬰兒奶嘴、橡膠奶嘴含有揮發(fā)性的亞硝胺，可遷移到唾液中[3]。1982年，Havery和Fazio發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)消毒器對(duì)嬰兒奶嘴和牛奶或嬰兒藥方消毒時(shí)，牛奶和藥液中被混入亞硝胺[4]。兒童成長(zhǎng)過(guò)程中，不可避免地會(huì)使用到橡膠奶嘴、安撫奶嘴，以及磨牙膠、嬰兒牙刷、氣球等橡膠制品，為保護(hù)兒童免受亞硝胺致癌物的污染，有必要開發(fā)兒童用品中亞硝胺的檢測(cè)方法。另外我國(guó)是玩具出口大國(guó)，為保障玩具對(duì)外出口貿(mào)易的順利進(jìn)行，有必要建立適應(yīng)于我國(guó)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 兒童用品中亞硝胺污染情況

近30年來(lái)，研究人員陸續(xù)在嬰兒奶嘴[4,5]、安撫奶嘴[6]、氣球[2,7,8]、乳膠手套[9,10]、牙齒矯正器的橡皮圈[11]等橡膠制品中發(fā)現(xiàn)亞硝胺及其前體物質(zhì)。

2001年荷蘭市場(chǎng)上57個(gè)氣球樣品用人造唾液遷移1h，全部檢測(cè)出二甲基亞硝胺及其前體物質(zhì)；60%的樣品中檢測(cè)出二丁基亞硝胺及其前體物質(zhì)；其余還檢測(cè)出二乙基亞硝胺、亞硝基二芐胺、二異丙基亞硝胺和亞硝基嗎琳；僅有一個(gè)樣品符合限量標(biāo)準(zhǔn)[7]。

德國(guó)學(xué)者Altkofer W 對(duì)德國(guó)市場(chǎng)上的氣球進(jìn)行了亞硝胺含量檢測(cè)，結(jié)果顯示：2001年對(duì)16個(gè)氣球樣品檢測(cè)，不合格率81%；2003年對(duì)14個(gè)氣球樣品檢測(cè)，不合格率93%；超出德國(guó)的限量標(biāo)準(zhǔn)0.01mg/kg[8]。

2011-2012年，幸苑娜等對(duì)我國(guó)市場(chǎng)上的氣球樣品、嬰兒奶嘴樣品進(jìn)行亞硝胺含量檢測(cè)，氣球樣品中檢出N-亞硝基二甲胺、N-亞硝基二乙胺、N-亞硝基二丁胺，N-亞硝基吡咯烷，含量超標(biāo)[2,12]；奶嘴樣品未檢出[12]。2012年，楊榮靜等對(duì)我國(guó)市場(chǎng)上的嬰兒奶嘴樣品進(jìn)行亞硝胺含量檢測(cè)，其中3個(gè)樣品N-亞硝基二乙胺、N-亞硝基二丁胺超標(biāo)[13]。

3 兒童用品中的亞硝胺來(lái)源及種類

兒童用品中的亞硝胺主要產(chǎn)生于橡膠的硫化成型過(guò)程。絕大多數(shù)橡膠制品都要通過(guò)高溫硫化最終成型，該過(guò)程需使用硫化促進(jìn)劑。具有仲胺基的硫化催化劑在硫化過(guò)程中會(huì)給出仲胺，仲胺與空氣中或配合劑中的氮氧化物NOX（主要是NO2）在酸性環(huán)境或催化劑條件下會(huì)生成穩(wěn)定的N-亞硝胺，如反應(yīng)式（1）所示：

常用的硫化促進(jìn)劑如次磺酰仲胺類、秋蘭姆類、二硫代氨基甲酸鹽類等大多具有仲胺結(jié)構(gòu)。歐洲研究人員以促進(jìn)劑二硫化四甲基秋蘭姆（TMTD）為例研究產(chǎn)生的N-亞硝胺種類和含量，發(fā)現(xiàn)N-亞硝胺的生成及產(chǎn)量受很多因素影響，但促進(jìn)劑TMTD的添加量越大，硫化后檢測(cè)到的NDMA也越多[14]。另外，使用帶仲胺基硫化催化劑的乳膠玩具在使用和存儲(chǔ)過(guò)程中也可能產(chǎn)生亞硝胺[14]。

兒童用橡膠制品中的亞硝胺種類由所使用的硫化劑的結(jié)構(gòu)決定，主要是脂肪族亞硝胺（氮原子上取代基為烴基）、雜環(huán)類亞硝胺（氮原子上取代基含有氧原子等）和芳香族亞硝胺（氮原子上取代基含有苯環(huán)）。常被列入兒童用品中檢測(cè)項(xiàng)目的一些亞硝胺的結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 兒童用品中的亞硝胺

4 兒童用品中的亞硝胺的相關(guān)法規(guī)及政策

1993年，歐盟官方發(fā)布了93/11/EEC指令，規(guī)定彈性體或橡膠奶嘴和安撫奶嘴中總亞硝胺的遷移量不得高于0.01mg/kg，總可亞硝化物質(zhì)的遷移量不得高于0.1mg/kg。

1999年，歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)出臺(tái)了嬰兒橡膠奶嘴及撫慰品中遷移出亞硝胺及可亞硝化物質(zhì)的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)（BS EN 12868: 1999）[15]，方法給出了11種亞硝胺的檢測(cè)方法，規(guī)定該類產(chǎn)品中N-亞硝胺的總含量不得高于0.01mg/kg。

1999年，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)出臺(tái)了嬰兒奶嘴中亞硝胺含量的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)（ASTM F1313-90 (2009)）[16]給出了8種揮發(fā)性亞硝胺的檢測(cè)方法，每種亞硝胺含量不得高于0.01mg/kg，N-亞硝胺的總含量不得高于0.02mg/kg。

2001年10月歐盟發(fā)表的《未來(lái)化學(xué)品政策戰(zhàn)略白皮書》，已將可產(chǎn)生N-亞硝胺類化合物硫化劑DTDM（二硫化嗎啉）和某些秋蘭姆類促進(jìn)劑（如TMTD等）列入限期淘汰的化學(xué)品。

2008年，德國(guó)對(duì)《德國(guó)商品法》中有關(guān)3歲以下兒童用氣球及橡膠玩具所含亞硝胺的現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，規(guī)定總亞硝胺的遷移量不得超過(guò)0.05mg/kg，總可亞硝化物質(zhì)的遷移量不得高于1.0mg/kg；并規(guī)定小于36個(gè)月的兒童所使用的玩具的入口部分的亞硝胺及可亞硝化物質(zhì)的遷移量必須滿足93/11/EEC指令中的相關(guān)規(guī)定。

2009年6月，歐盟在官方刊物上正式發(fā)布了《玩具安全新指令》（2009/48/EC），規(guī)定供3歲以下嬰兒使用的玩具和供兒童放入口中的玩具嚴(yán)禁使用亞硝胺；工藝過(guò)程無(wú)法避免的，其總亞硝胺的遷移量不得高于0.05 mg/kg，總可亞硝化物質(zhì)的遷移量不得高于1.0 mg/kg。

2009年我國(guó)最新發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)橡膠及彈性體材料 N-亞硝基胺的測(cè)定（GB/T 24153-2009）規(guī)定橡膠和彈性體材料中12種N-亞硝胺，每種含量不得高于0.5 mg/kg[17]。

5 亞硝胺的分析檢測(cè)方法

5.1 前處理方法

相對(duì)于亞硝胺總量檢測(cè)，兒童用品中亞硝胺遷移量檢測(cè)更有實(shí)際意義。遷移量的測(cè)定，一般先用模擬體系溶液（模擬唾液、模擬汗液等）對(duì)兒童用品進(jìn)行遷移，再用二氯甲烷對(duì)遷移到模擬體系溶液中的亞硝胺進(jìn)行液液萃取，濃縮檢測(cè)[1,15]。但是液液萃取耗費(fèi)大量有機(jī)溶劑、操作繁瑣，并且對(duì)于水溶性較強(qiáng)的亞硝胺（如NDMA）回收率不高，固相萃取技術(shù)逐漸成為普遍使用的前處理手段[12,18,19]。近年來(lái)，一些新的提取濃縮手段，如固相微萃取[20-22]，液液微萃取[23]也開始應(yīng)用于亞硝胺的提取濃縮。但目前應(yīng)用最廣泛的是固相萃取方法。

亞硝胺的限量非常嚴(yán)格，直接檢測(cè)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作及儀器要求較高，對(duì)亞硝胺進(jìn)行柱前衍生再檢測(cè)能使靈敏度提高1個(gè)數(shù)量級(jí)[24]。但衍生化方法操作步驟較為繁瑣，應(yīng)用并不廣泛。

5.2 儀器分析方法

很長(zhǎng)一段時(shí)間，對(duì)于痕量揮發(fā)性亞硝胺的測(cè)定是一項(xiàng)困難而又耗時(shí)的工作。早期的檢測(cè)手段有薄層層析法、紫外光譜鑒定法等。1975年Fine等人首先發(fā)明了對(duì)亞硝基結(jié)構(gòu)具有檢測(cè)特異性的熱能分析儀（TEA）[25]，從而成為檢測(cè)亞硝胺的專屬儀器。后來(lái)，氮磷檢測(cè)器（NPD）[26-28]、氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）[27,29,30]、電子捕獲檢測(cè)器（ECD）[29,31]等均用于亞硝胺的檢測(cè)。近年來(lái)，隨著儀器的發(fā)展，質(zhì)譜儀（MS）越來(lái)越多地用于亞硝胺的檢測(cè)，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GCMS），液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）逐漸成為應(yīng)用最多的檢測(cè)手段。

5.2.1 氣相色譜-熱能分析儀聯(lián)用法

氣相色譜-熱能分析儀聯(lián)用（GC-TEA）檢測(cè)亞硝胺的工作原理為：含有亞硝胺的樣品在GC分離后進(jìn)入熱解器，亞硝胺化合物分子中的N-NO鍵較弱，在熱解器中發(fā)生離解，產(chǎn)生亞硝酰基*NO，*NO與臭氧（O3）在真空反應(yīng)室中反應(yīng)，生成激發(fā)態(tài)的NO2*，受激的NO2*迅速衰減，返回到基態(tài)NO2，并發(fā)射出近紅外線（600-3000nm），發(fā)出的光線強(qiáng)度與亞硝胺的濃度成正比，由此對(duì)亞硝胺進(jìn)行定量測(cè)定。

熱能分析儀作為檢測(cè)亞硝胺的專屬儀器，特異性高，靈敏度高（檢測(cè)限為pg級(jí)），目前約有95%的亞硝胺檢測(cè)工作是通過(guò)色譜與熱能分析儀聯(lián)用完成的。兒童用橡膠制品中亞硝胺檢測(cè)參照最廣泛的歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 12868: 1999，以及美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的橡膠奶嘴中揮發(fā)性亞硝酸總量檢測(cè)方法ASTM F1313-90 (1999)[16]均采用氣相色譜-熱能分析儀聯(lián)用法。另外，其他產(chǎn)品中亞硝胺檢測(cè)較為權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)天然乳膠制安全套中亞硝胺遷移量的檢測(cè)方法ISO 29941:2010[32]，以及我國(guó)對(duì)食品、卷煙主流煙氣總粒相物中亞硝胺測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.26-2003[33]，GB/T 23228-2008[34]，均采用氣相色譜-熱能分析儀聯(lián)用檢測(cè)。

同時(shí)，熱能分析儀專用性強(qiáng)，并且價(jià)格昂貴，使用受到一定限制。近年來(lái)隨著儀器的發(fā)展，質(zhì)譜儀逐漸成為除熱能分析儀之外使用最為廣泛的檢測(cè)儀器，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外不斷有相關(guān)研究報(bào)道。

5.2.2 色譜-質(zhì)譜儀聯(lián)用法

質(zhì)譜儀靈敏度高、定性準(zhǔn)確、適用范圍廣，儀器從單級(jí)質(zhì)譜到多級(jí)質(zhì)譜，低分辨質(zhì)譜到高分辨質(zhì)譜不斷發(fā)展，近十年成為檢測(cè)亞硝胺的一個(gè)重要手段。

亞硝胺分子量較小，采用單級(jí)質(zhì)譜分析時(shí)，使用EI源時(shí)，特征碎片離子不明顯，受背景干擾較嚴(yán)重。而CI源是一種軟化學(xué)電離源，主要獲得準(zhǔn)分子離子峰，少有碎片離子，響應(yīng)靈敏度高；同時(shí)亞硝胺類化合物具有弱堿親核性，常采用PCI源進(jìn)行定量檢測(cè)。當(dāng)樣品基質(zhì)復(fù)雜時(shí)，為了防止假陽(yáng)性，也采用PCI-MS/MS分析。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署出臺(tái)的飲用水中亞硝胺檢測(cè)方法EPA 521即采用正化學(xué)源串聯(lián)質(zhì)譜法，檢測(cè)飲用水中7種亞硝胺，檢測(cè)限達(dá)到1.2-2.1ng/L[18]。

由于CI源只能在低溫條件下工作，離子源易受污染，大量分析時(shí)需對(duì)離子源進(jìn)行頻繁清洗。多級(jí)質(zhì)譜選擇性好，靈敏度高，使用EI源多反應(yīng)檢測(cè)模式（MRM）能有效克服背景干擾，因此EI-MS/MS也經(jīng)常用于亞硝胺的定量分析。

幸苑娜先后采用氣相色譜-正化學(xué)源質(zhì)譜法[12]和氣相色譜-電子轟擊源串聯(lián)質(zhì)譜法[2]檢測(cè)了橡膠制品中7種N-亞硝胺，檢測(cè)限達(dá)到1.25μg/kg，遠(yuǎn)低于93/11/EEC的限量要求。封棣采用氣相色譜-質(zhì)譜法檢測(cè)了橡膠制品中6種亞硝胺，靈敏度與氣相色譜-熱能分析儀法相當(dāng)[22]。2008年，西班牙學(xué)者Carles Planas采用氣相色譜高分辨質(zhì)譜檢測(cè)了水中的9種亞硝胺，定量限達(dá)到0.08-1.7ng/L[35]。2011年，Romina Pozzi采用氣相色譜-正化學(xué)源質(zhì)譜法測(cè)定水中9種亞硝胺，定量限達(dá)到1-2ng/L[19]。2012年，日本學(xué)者Suchul Yoon采用氣相色譜-正化學(xué)源串聯(lián)質(zhì)譜法，同位素內(nèi)標(biāo)檢測(cè)了廢水中8種亞硝胺，定量限達(dá)到0.4-3.3ng/L[36]。

氣相色譜用于檢測(cè)基質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單的揮發(fā)性亞硝胺非常方便，但對(duì)于一些難揮發(fā)、極性強(qiáng)（如N-亞硝基二乙醇胺）和熱不穩(wěn)定的亞硝胺，以及基質(zhì)比較復(fù)雜的樣品，如化妝品、血液、尿液、細(xì)胞液等，通常采用液相色譜作為分析手段。N-亞硝基二乙醇胺的正辛醇/水分配系數(shù)lg Kow=-1.28（lg Kow＜1為親水性化合物），溶于水及極性有機(jī)溶劑，不溶于非極性溶劑，適合采用液相色譜檢測(cè)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織檢測(cè)化妝品中的N-亞硝基二乙醇胺的標(biāo)準(zhǔn)ISO 15819[37]，即采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法。Li Chenchen采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)了家兔血液中的亞硝胺代謝物[38]，Wang Wanfeng采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)了飲用水中的9種亞硝胺[39]。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了兒童用品中亞硝胺的來(lái)源、污染情況、政策法規(guī)及已有的檢測(cè)方法。質(zhì)譜法，尤其是串聯(lián)質(zhì)譜法以選擇性好、靈敏度高、普適性強(qiáng)的特點(diǎn)，越來(lái)越成為定量測(cè)定亞硝胺的重要手段。亞硝胺類物質(zhì)極性范圍較寬，從非極性到中等極性到強(qiáng)極性都有分布，國(guó)際上對(duì)兒童用品中亞硝胺檢測(cè)要求的種類越來(lái)越多，已有的研究報(bào)告中的檢測(cè)指標(biāo)多為6-9種亞硝胺，極性較為相近，但對(duì)于極性分布較寬的亞硝胺的檢測(cè)任務(wù)，如何建立一個(gè)簡(jiǎn)單的、合適的前處理方法，得到良好的回收率是一個(gè)挑戰(zhàn)。我國(guó)是玩具出口大國(guó)，為保障玩具對(duì)外出口貿(mào)易的順利進(jìn)行，有必要建立適應(yīng)于我國(guó)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

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