紡織品中甲醛的超快速液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定

李志剛，戴鴿

（1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江紹興312000；2.寧波申洲針織有限公司，浙江寧波315000）

甲醛是一種致癌、致畸的劇毒物質(zhì)，具有一定的生物毒性，可以引起基因突變，給人體健康帶來(lái)很大的安全隱患。但在紡織領(lǐng)域，甲醛卻有著十分重要的作用，固色劑及抗皺整理劑中都含有游離甲醛，含有甲醛的紡織面料在穿著和使用過(guò)程中會(huì)逐漸釋放出游離甲醛，與人體呼吸道及皮膚接觸引發(fā)呼吸道及皮膚炎癥，還會(huì)對(duì)眼睛產(chǎn)生刺激。個(gè)別生產(chǎn)廠家為降低成本，使用甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)極高的廉價(jià)助劑，對(duì)人體十分有害。為此，國(guó)家質(zhì)檢總局于2001年發(fā)布了國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 18401—2001《紡織品甲醛含量的限定》，對(duì)各類紡織品和服裝的甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)作出嚴(yán)格限定。甲醛的檢測(cè)方法主要有分光光度法[1-5]、催化發(fā)光法[6]、流動(dòng)注射法[7]、液相色譜法[8-11]、電化學(xué)法[12]、頂空氣相色譜法[13]、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[14-15]以及液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法[16]等。分光光度法是各類樣品中甲醛檢測(cè)的最常見(jiàn)方法之一，簡(jiǎn)便快速，不足之處在于如果樣品提取液有顏色，就有可能干擾測(cè)定，影響定性和定量。液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜以其靈敏度高、抗干擾力強(qiáng)以及定性能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、水質(zhì)、土壤以及生物制品等的檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)采用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)紡織品中的游離甲醛進(jìn)行檢測(cè)，取得了滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：甲醛GBW（E）081701 100 mg/L（北京海岸鴻蒙標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)有限公司），酚試劑（自制），乙腈、甲酸（HPLC級(jí)，德國(guó)Merck公司），實(shí)驗(yàn)用水為Milli-Q高純水。

儀器：Prominence UFLC XR型超快速高分離液相色譜儀（包含LC-20AD輸液泵、SIL-20AC自動(dòng)進(jìn)樣器、CTO-20AC柱溫箱和DGU-20A3脫氣機(jī)）（日本島津株式會(huì)社），AB 5500型三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀（包含數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)）（美國(guó)AB SCIEX公司），全玻璃溶劑過(guò)濾器（美國(guó)Waters公司），Legend RT型離心機(jī)（德國(guó)Heraeus公司），KQ-2200型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），Milli-Q型純水系統(tǒng)（美國(guó)Millipore公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

取10 g具有代表性的紡織面料，剪碎、混勻，稱取1.0 g于50 mL離心管中，加入10 mL水，蓋緊蓋子，放入（40±2）℃水浴中超聲提取30 min，8 000 r/min離心5 min，取上清液9.5 mL，加入0.5 mL 0.1 g/L酚試劑（稱取0.01 g酚試劑加水溶解，并定容至100 mL，冰箱冷藏保存，可穩(wěn)定3天），充分混勻后過(guò)0.2μm濾膜，進(jìn)樣測(cè)定。

1.2.2 測(cè)試條件

色譜條件：色譜柱Shim-pack XR-ODSⅡ（2.0 mm×75 mm，1.7μm）；流速0.35 mL/min；進(jìn)樣量5μL；流動(dòng)相A相0.1%甲酸，B相乙腈（含0.1%甲酸）；梯度程序0～1.00 min 10%～90%B，1.00～4.00 min 90%B，4.00～4.01 min 90%～10%B，4.01～6.00 min 10%B。

質(zhì)譜條件：電噴霧離子源（ESI）；正離子掃描；多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式（MRM）；電噴霧電壓（IS）5 500 V；霧化氣壓力（GS1）50.0 psi；氣簾氣壓力（CUR）20.0 psi；碰撞氣壓力（CAD）8.0 psi；輔助氣壓力（GS2）50.0 psi；離子源溫度（TEM）500℃；掃描時(shí)間10 ms；碰撞室入口電壓（EP）10.0 V；碰撞室出口電壓（CXP）11.0 V；去簇電壓（DP）200 V；定量離子對(duì)192.0→164.0、碰撞氣能量（CE）20 eV；定性離子對(duì)192.0→150.0、碰撞氣能量（CE）30 eV。

典型的MS/MS圖和MRM圖見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 生成物典型的MS/MS圖

圖2 生成物典型的MRM圖

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)譜條件優(yōu)化以及裂解推斷

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)甲醛與酚試劑反應(yīng)，生成產(chǎn)物利用質(zhì)譜檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到對(duì)甲醛進(jìn)行定性和定量的目的。將100μg/L甲醛與酚試劑完全反應(yīng)后的生成物注入ESI源中，用蠕動(dòng)泵以10μL/min連續(xù)注射，在ESI（+）和ESI（-）離子檢測(cè)模式下分別進(jìn)行一級(jí)質(zhì)譜掃描分析，得到響應(yīng)值高而且穩(wěn)定的準(zhǔn)分子離子峰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，生成物在ESI（+）離子檢測(cè)模式下得到的質(zhì)子化分子離子峰強(qiáng)度大而且穩(wěn)定。為此，實(shí)驗(yàn)選擇在ESI（+）模式下進(jìn)行，隨后優(yōu)化去簇電壓（DP），對(duì)準(zhǔn)分子離子峰[C9N3SH9+H]+進(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜掃描，得到二級(jí)質(zhì)譜碎片離子的全譜信息，選擇兩對(duì)響應(yīng)值高的特征離子對(duì)作為定量及定性離子對(duì)，分別優(yōu)化其碰撞氣能量（CE）。最后對(duì)霧化氣壓力、氣簾氣壓力、離子源溫度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化后的二級(jí)MS/MS質(zhì)譜圖（如圖1所示）上出現(xiàn)了m/z=164.0、150.0、136.0以及122.0等多個(gè)碎片離子，其中m/z=164.0和150.0最為穩(wěn)定，分別被選作為定量離子和定性離子，m/z=164.0為[C9N3SH9+H]+母離子失去[NCH2]碎片之后形成的子離子，m/z=150.0為[C9N3SH9+H]+母離子失去[N2CH2]碎片之后形成的子離子。

2.2 流動(dòng)相優(yōu)化

通過(guò)質(zhì)譜條件優(yōu)化得知，該生成物在離子源中絕大多數(shù)都是以正離子形式穩(wěn)定存在，為提高檢測(cè)靈敏度，嘗試在流動(dòng)相中添加適量甲酸，以提高化合物的電離程度。圖3中，化合物的靈敏度隨著甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而提高，當(dāng)甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.1%時(shí)，化合物的靈敏度不再提高，而且質(zhì)譜響應(yīng)也不太穩(wěn)定，可能原因是離子源內(nèi)H+質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)大反而會(huì)引起化合物電離不穩(wěn)定。所以，選擇在乙腈/水中添加0.1%甲酸作為流動(dòng)相，使待測(cè)化合物既有合理的保留時(shí)間，又能充分洗脫強(qiáng)保留的干擾物質(zhì)。

圖3 甲酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)生成物靈敏度的影響

2.3 樣品前處理?xiàng)l件的選擇

2.3.1 超聲提取時(shí)間

圖4、圖5結(jié)果顯示，在超聲30 min后進(jìn)行測(cè)定，陽(yáng)性樣品結(jié)果達(dá)到最大；陰性加標(biāo)樣品的平均回收率為95.7%，為此選擇超聲30 min后離心。

圖4 超聲時(shí)間對(duì)陽(yáng)性樣品的提取效率

圖5 超聲時(shí)間對(duì)陰性加標(biāo)樣品回收率的影響

2.3.2 甲醛與酚試劑反應(yīng)的穩(wěn)定時(shí)間

用水逐級(jí)稀釋100 mg/L甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液至10μg/L，取出9.5 mL加入0.5 mL酚試劑，充分混勻后進(jìn)樣測(cè)定。如表1所示，所有時(shí)間段的測(cè)定結(jié)果基本一致，說(shuō)明該生成物能在10 h內(nèi)處于穩(wěn)定，適用于批量樣品的檢測(cè)。

表1 不同時(shí)間下生成物的穩(wěn)定性

2.4 基質(zhì)效應(yīng)

在利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)過(guò)程中，基質(zhì)效應(yīng)是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，因?yàn)榛|(zhì)效應(yīng)會(huì)對(duì)測(cè)定的準(zhǔn)確度、精密度產(chǎn)生影響。基質(zhì)效應(yīng)的計(jì)算公式是某一質(zhì)量分?jǐn)?shù)的基質(zhì)加標(biāo)峰面積/同一質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)峰面積，計(jì)算值越接近1，基質(zhì)效應(yīng)越小，反之基質(zhì)效應(yīng)越大。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在陰性樣品提取液中加入一定量的甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，經(jīng)提取測(cè)定，與同一質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較來(lái)考察其基質(zhì)效應(yīng)。取不含甲醛的空白滌綸和純棉樣品各1份進(jìn)行前處理，得到樣品基質(zhì)溶液，然后加入適量甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 mg/L），配制成5.0μg/L的基質(zhì)加標(biāo)溶液，進(jìn)樣測(cè)定，隨后再測(cè)定5.0μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液，計(jì)算基質(zhì)效應(yīng)。結(jié)果顯示滌綸和純棉樣品的基質(zhì)效應(yīng)分別為0.98和0.99，故所建方法的基質(zhì)效應(yīng)可以忽略。實(shí)驗(yàn)采用外標(biāo)法對(duì)紡織面料中的甲醛進(jìn)行定量分析。

2.5 方法驗(yàn)證

2.5.1 線性范圍與檢出限

吸取100 mg/L甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液100μL，用水稀釋并定容至10 mL，此甲醛中間液的質(zhì)量濃度為1 mg/L，分別吸取適量于6個(gè)10 mL容量瓶中，用水定容至刻度，制備成不同質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)系列，再分別取出9.5 mL，加入0.5 mL酚試劑，充分混勻后，在所建的色質(zhì)譜條件下進(jìn)行測(cè)定。以化合物的質(zhì)譜響應(yīng)峰面積（Y）對(duì)甲醛質(zhì)量濃度（ρ）進(jìn)行線性回歸，如圖6所示，在制備的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性方程為Y=3.88×104ρ+6.11×103，相關(guān)系數(shù)為0.999 4，檢出限（LOD，S/N=3）為10.0μg/kg。

圖6 生成物的線性回歸曲線

2.5.2 準(zhǔn)確度與精密度

分別稱取滌綸和純棉樣品各6份，每份2.0 g，用微量移液器準(zhǔn)確加入一定量的甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，制備成10.0、50.0和400.0μg/kg的低、中、高3個(gè)水平，按照所建立的方法進(jìn)行樣品前處理和測(cè)定。每個(gè)加標(biāo)水平重復(fù)測(cè)定6次，計(jì)算方法的準(zhǔn)確度（以回收率計(jì)）和精密度[以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSDs）計(jì)]，結(jié)果如表2所示。3個(gè)水平的甲醛均具有較好的準(zhǔn)確度與精密度，滌綸和純棉樣品的平均回收率分別為92.5%～98.6%和91.4%～97.1%，精密度分別為2.89%～3.81%和2.95%～3.45%。

表2 平均回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）

2.6 樣品測(cè)定

應(yīng)用所建立的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)購(gòu)自浙江各大商場(chǎng)及個(gè)體經(jīng)營(yíng)門店的滌綸、錦綸、純棉、混紡以及純麻等5個(gè)品種的25份樣品進(jìn)行檢測(cè)，其中1份滌綸、兩份混紡和1份純麻檢出甲醛，分別為37.8、3.2、6.9和24.3 mg/kg。依據(jù)GB 18401—2001《紡織品 甲醛含量的限定》的規(guī)定，所有樣品均符合直接接觸皮膚類甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能超過(guò)75 mg/kg的限量要求。

2.7 與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法比較

選取4份陽(yáng)性樣品采用GB/T 2912.1—2009《紡織品甲醛的測(cè)定第1部分：游離和水解的甲醛（水萃取法）》和所建立的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表3所示，兩種方法用于1份滌綸和1份純棉測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.4%和0.8%，兩份混紡利用現(xiàn)行方法檢測(cè)時(shí)因質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于方法檢出限（20 mg/kg）而未檢出。由此可見(jiàn)，所建立方法和現(xiàn)行方法相比較無(wú)顯著性差異，由于所建立方法檢出限低，更能滿足紡織品中較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)甲醛的測(cè)定。

表3 兩種測(cè)定方法比較

3 結(jié)論

利用甲醛與酚試劑反應(yīng)，生成穩(wěn)定的具有較高質(zhì)譜響應(yīng)的化合物，建立了超快速液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定紡織品中甲醛的方法，該方法簡(jiǎn)便、快速、靈敏、準(zhǔn)確，檢出限比GB/T 2912.1—2009《紡織品甲醛的測(cè)定第1部分：游離和水解的甲醛（水萃取法）》的20 mg/kg提高了2 000倍，所建立方法與現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)陽(yáng)性樣品的檢測(cè)結(jié)果非常吻合，適用于紡織品中甲醛的定性定量分析。