固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定橡膠密封材料中N-亞硝胺

蔡錦安，劉志健，袁嘉偉，潘永紅，葉元堅(jiān)

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東　廣州　511447)

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固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定橡膠密封材料中N-亞硝胺

蔡錦安，劉志健，袁嘉偉，潘永紅，葉元堅(jiān)*

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東廣州511447)

摘要：建立了固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(SPME/GC-MS)測(cè)定橡膠密封材料中N-亞硝基-N-甲基苯胺(NMPhA)、N-亞硝基-N-乙基苯胺(NEPhA)和N-亞硝基二苯基胺(NDPheA)3種N-亞硝胺化合物含量的方法。樣品參考國(guó)標(biāo)GB/T 24153-2009進(jìn)行預(yù)處理后，采用固相微萃取進(jìn)行提取，對(duì)影響固相微萃取效率的纖維涂覆種類、萃取時(shí)間、攪拌速度和萃取溫度等條件進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化條件下，方法的線性范圍為5~500 μg/L，相關(guān)系數(shù)(r)均大于0.99，檢出限為0.5 μg/kg，回收率為77%~92%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=6)為3.8%~7.7%。

關(guān)鍵詞：橡膠密封材料；固相微萃??；氣相色譜-質(zhì)譜法；N-亞硝胺

橡膠密封材料作為機(jī)械基礎(chǔ)件，廣泛用于生活飲用水管道系統(tǒng)，起密封連接等作用。然而，大部分橡膠材料在生產(chǎn)加工過(guò)程均添加有硫化劑和硫化促進(jìn)劑，以便進(jìn)行高溫硫化成型，使橡膠硫化的同時(shí)具有良好彈性。這些硫化促進(jìn)劑大多數(shù)含有仲胺結(jié)構(gòu)，在硫化過(guò)程中易產(chǎn)生N-亞硝胺類物質(zhì)[1]。近年來(lái)，多種橡膠制品中均有N-亞硝胺檢出[2-6]。

橡膠密封材料中N-亞硝胺的含量較低，然而現(xiàn)階段測(cè)定N-亞硝胺的主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24153-2009[7]的測(cè)定下限僅為0.5 mg/kg，且測(cè)試前需對(duì)預(yù)處理樣品提取液進(jìn)行凈化，操作繁瑣，靈敏度低，無(wú)法滿足日益嚴(yán)格的檢測(cè)需要。目前，產(chǎn)品中低濃度N-亞硝胺的檢測(cè)方法主要有氣相色譜-正化學(xué)源質(zhì)譜法(GC-PCI/MS)[8]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS/MS)[9]、氣相色譜-化學(xué)電離源串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-CI-MS/MS)[10]和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)[11]等。但這類方法需要昂貴的儀器，因此橡膠密封材料中痕量N-亞硝胺的檢測(cè)較難普及。

固相微萃取技術(shù)(Solid-phase microextraction，SPME)是一種集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體的樣品前處理與富集技術(shù)，已在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[12-16]。本文利用SPME技術(shù)進(jìn)行提取，對(duì)影響萃取效率的條件(纖維涂覆種類、萃取時(shí)間、攪拌速度和萃取溫度等)進(jìn)行優(yōu)化，建立了SPME/GC-MS測(cè)定飲用水管道系統(tǒng)用橡膠密封材料中3種N-亞硝胺化合物的方法。與國(guó)標(biāo)方法相比，該方法簡(jiǎn)化了前處理步驟，操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，能在不同實(shí)驗(yàn)室開展使用。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

Agilent 7890B-5977A氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)，配EI源檢測(cè)器(美國(guó)安捷倫公司)。固相微萃取裝置及萃取頭：100 μm PDMS(聚二甲基硅氧烷)；75 μm CAR/PDMS(碳分子篩/聚二甲基硅氧烷)；65 μm DVB/PDMS(二乙烯基苯/聚二甲基硅氧烷)；85 μm PA(聚丙烯酸酯)(美國(guó)Supelco公司)。

N-亞硝基-N-甲基苯胺(NMPhA)、N-亞硝基-N-乙基苯胺(NEPhA)、N-亞硝基二苯基胺(NDPheA)標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶劑為甲醇，濃度均為100 mg/L(美國(guó)o2si公司)。甲醇(農(nóng)殘級(jí)，美國(guó)Tedia公司)。

1.2儀器工作條件

1.2.1色譜條件Agilent 1701色譜柱(30 m×320 μm×1.00 μm)；升溫程序：初始溫度50 ℃，保持7 min，以8 ℃/min升至150 ℃后，以15 ℃/min升至240 ℃，保持1.5 min。載氣及流速：高純氦氣，流速1.8 mL/min；進(jìn)樣口溫度：300 ℃；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣。

表1　3種化合物的選擇離子掃描參數(shù)

*quantitative ion

1.2.2質(zhì)譜條件電離方式：EI源；電離能量：70 eV；離子源溫度：250 ℃；掃描方式：選擇離子掃描(SIM)，溶劑延遲：3 min；各物質(zhì)的特征選擇離子參數(shù)見表1。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1樣品預(yù)處理參考國(guó)標(biāo)GB/T 24153-2009[7]及文獻(xiàn)[4]對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理：取代表性試樣，用適當(dāng)工具將其碎至邊長(zhǎng)為3 mm以下的顆粒，混勻。稱取混勻試樣5.0 g(精確至0.01 g)置于錐形瓶中，加入30 mL甲醇，超聲提取30 min。提取液移入濃縮瓶中，再向錐形瓶中加入20 mL甲醇，重復(fù)提取1次，合并提取液。濃縮瓶置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，控制真空度為21.3~16.3 kPa，于35 ℃水浴中緩慢濃縮至小于4.5 mL。取下濃縮瓶，于旋渦混勻器上充分旋轉(zhuǎn)振蕩1 min(以便于瓶壁上所粘附物質(zhì)溶入提取液)，然后將濃縮瓶中樣液移入5 mL棕色容量瓶中。另取0.5 mL甲醇淋洗濃縮瓶壁，于旋渦混勻器上充分旋轉(zhuǎn)振蕩1 min 后，移入容量瓶合并，用甲醇定容至5 mL，搖勻。

1.3.2固相微萃取處理萃取頭為CAR/PDMS。使用前萃取頭需置于GC進(jìn)樣口，在載氣保護(hù)下300 ℃老化1 h以去除原有雜質(zhì)。預(yù)處理后的試液移至有磁力攪拌子的樣品瓶中，將SPME萃取頭浸入試液中，30 ℃以800 r/min萃取30 min后取出，將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口解析3 min進(jìn)行檢測(cè)。

圖1　不同萃取頭的萃取效果比較圖Fig.1　Comparison of nitrosamines response by different SPME fiber coatings

2結(jié)果與討論

2.1萃取條件的優(yōu)化

本研究對(duì)萃取頭、萃取時(shí)間、攪拌速度及萃取溫度4個(gè)因素進(jìn)行了優(yōu)化，使用溶液為500 μg/L的N-亞硝胺混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.1.1萃取頭的優(yōu)化不同萃取頭類型對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的萃取吸附能力不同。萃取組分的選擇由目標(biāo)萃取物的極性、固-液兩相分配系數(shù)等參數(shù)共同作用而成。本研究考察了4種萃取頭對(duì)3種化合物的萃取效果(見圖1)。由圖1可見，CAR/PDMS對(duì)3種化合物均具有較好的吸附，DVB/PDMS次之，PDMS僅有微弱的吸附，而PA萃取頭對(duì)該3種化合物沒(méi)有吸附作用，該結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道相符[13]?？梢?，CAR/PDMS對(duì)多數(shù)N-亞硝胺類物質(zhì)具有較高的提取能力，因此實(shí)驗(yàn)選取CAR/PDMS為最優(yōu)萃取頭。

2.1.2萃取時(shí)間的選擇考察了不同萃取時(shí)間(5，15，30，60 min)對(duì)萃取效果的影響。結(jié)果顯示，隨著萃取時(shí)間的增加，萃取效率逐漸增大。但萃取時(shí)間大于30 min后，萃取效率增加緩慢，這是由于萃取目標(biāo)物在被萃取頭萃取時(shí)，初始萃取效果隨著萃取時(shí)間增長(zhǎng)明顯，但當(dāng)目標(biāo)物在萃取頭與被測(cè)溶液之間達(dá)到平衡后，萃取頭內(nèi)部涂層需更多時(shí)間才能充分接觸到目標(biāo)物進(jìn)行萃取，因此萃取效率增加緩慢?？紤]到實(shí)驗(yàn)效率，本研究最終選取30 min作為SPME的最佳萃取時(shí)間。

2.1.3攪拌速度的選擇考察了不同攪拌速度(0，400，800，1 200 r/min)對(duì)萃取效果的影響。結(jié)果顯示，隨著攪拌速度的增加，萃取效率逐漸增大，這是由于攪拌速度的增加使溶液中分析物的擴(kuò)散速度加快，減少了因萃取后局部濃度下降帶來(lái)的影響，使得萃取效率有所增大，當(dāng)攪拌速度大于800 r/min后，萃取效率無(wú)明顯變化。綜合考慮，最終選取800 r/min為最佳攪拌速度。

圖2　3種N-亞硝胺混合標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖Fig.2　Chromatogram of 3 N-nitrosamines standard mixture

2.1.4萃取溫度的選擇考察了不同萃取溫度(20，30，40 ℃)對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果顯示，隨著溫度的增加，萃取效率也增大，但由于所用溶劑為甲醇，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致溶劑揮發(fā)，故選取30 ℃為最佳萃取溫度。

在上述最優(yōu)條件下，萃取500 μg/L N-亞硝胺混標(biāo)所得的總離子流(TIC)圖見圖2。

2.2線性范圍、檢出限、回收率與精密度

在優(yōu)化條件下，對(duì)5，25，50，100，200，500 μg/L系列濃度的N-亞硝胺標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行SPME萃取，以各組分的濃度(x,μg/L)為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的峰面積(y)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。所得線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)(r)見表2。以各物質(zhì)的特征離子峰信噪比S/N≥3為檢出限，結(jié)合樣品前處理的稀釋倍數(shù)計(jì)算得到各化合物的檢出限為0.5 μg/kg。

采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，在橡膠密封圈空白樣品中分別添加不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)添加水平(25，100，200 μg/kg)平行測(cè)定6次，其加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)見表2。結(jié)果顯示，方法的平均回收率為77%~92%，RSD(n=6)為3.8%~7.7%。

表2　3種N-亞硝胺的線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)、回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

表3　本方法與標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)樣品的檢測(cè)結(jié)果(n=6)

*no detected

2.3與標(biāo)準(zhǔn)方法的比較

選取1份橡膠密封圈空白樣品，添加不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，制成濃度水平為100，500 μg/kg的加標(biāo)樣品，每個(gè)加標(biāo)樣分別用本方法與國(guó)標(biāo)GB/T 24153-2009方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定6次，加標(biāo)回收率和RSD結(jié)果見表3。由表3可見，對(duì)于500 μg/kg的加標(biāo)樣品，兩種方法均能測(cè)出，且本方法由于利用了SPME的富集濃縮效果，所得回收率優(yōu)于國(guó)標(biāo)方法；對(duì)于100 μg/kg的低濃度加標(biāo)樣品，國(guó)標(biāo)方法無(wú)法測(cè)出含量，而本方法仍能很好地測(cè)出。另外，從實(shí)驗(yàn)操作上，SPME萃取法只需浸入試液中即可富集，而國(guó)標(biāo)方法使用固相萃取技術(shù)則需要凈化濃縮。因此，與國(guó)標(biāo)方法相比，本方法的操作更加簡(jiǎn)便，靈敏度更高。

表4　橡膠密封材料樣品的檢測(cè)結(jié)果

*no detected

2.4實(shí)際樣品的檢測(cè)

應(yīng)用本文建立的方法對(duì)10份飲用水管道系統(tǒng)用橡膠密封材料進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，部分產(chǎn)品中存在一定量的被測(cè)物，其中4份樣品檢出NMPhA，3份樣品檢出NEPhA，1份樣品檢出NDPheA(見表4)，應(yīng)引起有關(guān)部門的重視。

3結(jié)論

本文建立了固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定飲用水管道系統(tǒng)用橡膠密封材料中3種N-亞硝胺的方法。與國(guó)標(biāo)相比，該方法簡(jiǎn)化了前處理步驟，具有操作簡(jiǎn)單和靈敏度高等特點(diǎn)，可作為橡膠密封材料產(chǎn)品中N-亞硝胺物質(zhì)的檢測(cè)方法。

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Determination of N-Nitrosamines in Rubber Sealing Material by SPME/GC-MS

CAI Jin-an，LIU Zhi-jian，YUAN Jia-wei，PAN Yong-hong，YE Yuan-jian*

(Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute，Guangzhou511447，China)

Abstract：A solid-phase microextraction(SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry was developed for the determination of N-nitroso-N-methylaniline(NMPhA)，N-nitroso-N-ethylamine(NEPhA) and N-nitrosodiphenylamine(NDPheA) in rubber sealing material.The samples were pretreated by GB/T 24153-2009 standard method，and then extracted by SPME.Influences of fibers species，extraction time，mixing speed and temperature on extraction efficiencies of three N-nitrosamines were optimized.Under the optimized experimental conditions，the linear ranges of NMPhA，NEPhA and NDPheA were between 5 μg/L and 500 μg/L with correlation coefficients(r) larger than 0.99. The method detection limits were 0.5 μg/kg.The average recoveries were in the range of 77%-92% with relative standard deviations(RSD，n=6) of 3.8%-7.7%.

Key words：rubber sealing material;solid-phase microextraction; gas chromatography-mass spectrometry;N-nitrosamine

中圖分類號(hào)：O657.63; O623.73

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào)：1004-4957(2016)02-0245-04

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2016.02.019

*通訊作者：葉元堅(jiān)，博士，高級(jí)工程師，研究方向：涂料膠粘劑類產(chǎn)品檢測(cè)，Tel：020-82022369，E-mail:silence_ye@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013QK283)

收稿日期：2015-10-22；修回日期：2015-11-19