分散固相萃取/氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質譜法檢測紙張中的20種芳香胺

周培琛，梁 暉，鄧其馨，張建平，黃延俊，黃華發(fā)，劉澤春，劉江生，許寒春，謝 衛(wèi)

(福建中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心，福建 廈門 361022)

偶氮染料廣泛應用于紡織品、包裝紙和皮革等材料的染色，部分合成偶氮染料在自然條件下會降解為芳香胺，可能對人體產(chǎn)生一定危害[1-2]。因此在紡織品、包裝紙、皮革及廢水處理等行業(yè)，各個國家和地區(qū)均頒布了芳香胺的檢測標準[3-7]，對芳香胺的檢測方法也有相當廣泛的研究[8-18]。煙用紙張印有圖案，且與人體存在口觸或手觸等接觸，因此其安全性備受關注。目前，已有研究建立了液相色譜-串聯(lián)質譜聯(lián)用法(LC-MS/MS)[19-20]、氣相色譜-質譜聯(lián)用法(GC-MS)[21]等用于檢測芳香胺及其遷移率。但這些方法一般需過柱、濃縮、復溶等較為復雜的前處理步驟。分散固相萃取技術(d-SPE)可有效去除基質干擾[22-23]，避免繁瑣的樣品前處理，提高檢測效率?；诖耍狙芯客ㄟ^優(yōu)化色譜、質譜檢測條件，結合分散固相萃取技術，建立了同時檢測煙用紙張中20種芳香胺的氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質譜聯(lián)用法(GC-MS/MS)，以提高檢測效率。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A-7000B氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質譜儀(美國Agilent公司)；Elma P300H型可恒溫水浴的超聲儀(德國Elma公司)；2-16P型離心機(美國Sigma公司)；Max Q2000型振蕩器(美國Thermo公司)；Talboys數(shù)顯型多管式渦旋振蕩器(美國Troemner公司)；ML204型電子天平(瑞士Mettler Toledo公司)；Turbo VapⅡ型氮吹濃縮儀(美國Zymark公司)。

叔丁基甲醚(色譜純)、連二亞硫酸鈉(分析純，85%)購于百靈威科技有限公司；檸檬酸(分析純，上海沃凱化學試劑有限公司)；氫氧化鈉、無水硫酸鈉均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司；3種分散固相萃取試劑盒：150 mg無水硫酸鎂和25 mg N-丙基乙二胺(PSA)的2 mL試劑盒(5982-5021)，150 mg無水硫酸鎂和50 mg PSA的2 mL試劑盒(5982-5022)，150 mg無水硫酸鎂、50 mg PSA和50 mg C18的2 mL試劑盒(5982-5122)，以及0.45 μm有機相PTFE經(jīng)濟型濾膜均購自美國Agilent公司。

100 μg/mL芳香胺混合標準溶液(迪馬科技)；萘-D8(NA-D8，>98%，百靈威科技有限公司)；2,4,5-三氯苯胺(99%，美國AccuStandard公司)；蒽-D10(AN-D10，97.9%，德國Dr. Ehrenstorfer公司)。實驗用水為超純水，由Milli-Q超純水系統(tǒng)(德國Merck Millipore公司)制備。

1.2 溶液配制

分別稱取0.010 g(精確至0.1 mg)萘-D8、2,4,5-三氯苯胺和蒽-D10于燒杯中，加入適量叔丁基甲醚待完全溶解后，全部轉移到100 mL棕色容量瓶中，以叔丁基甲醚定容至刻度，配成1 000 μg/mL的混合內(nèi)標儲備液。再用叔丁基甲醚逐級稀釋為10、0.5 μg/mL的混合內(nèi)標工作液。

準確轉移1 mL 100 μg/mL的芳香胺混合標準溶液至10 mL棕色容量瓶中，用叔丁基甲醚定容至刻度，配成10 μg/mL的芳香胺混合標準工作液。

分別準確移取一定量的芳香胺混合標準儲備液至10 mL棕色容量瓶，各加入0.5 mL 10 μg/mL混合內(nèi)標工作溶液，定容得2.0、1.0、0.4、0.1 μg/mL的芳香胺混合標準工作液。

分別準確移取0.2、0.1 mL 2 μg/mL的芳香胺混合標準工作溶液至10 mL棕色容量瓶中，加入0.5 mL 10 μg/mL混合內(nèi)標工作液，配成0.04、0.02 μg/mL的芳香胺混合標準工作液。

1.3 樣品前處理

1.3.1 試樣制備及提取接裝紙、內(nèi)襯紙和盒包裝紙分別按照YC 171-2009[24]、YC 264-2008[25]和YC/T 207-2006[26]裁取，然后剪成約0.5 cm×0.5 cm的碎片，混合均勻。

按照文獻方法[19]對紙張樣品進行預處理(還原偶氮染料為芳香胺)，然后向三角瓶中分別加入4 mL 10 mol/L的氫氧化鈉溶液、0.5 mL 10 μg/mL混合內(nèi)標工作液、10 mL叔丁基甲醚和15 g無水硫酸鈉，于200 r/min振蕩40 min，靜置2 min。取上清液到d-SPE試劑盒中，于2 000 r/min渦旋振蕩2 min，然后以6 000 r/min離心5 min，取上清液供檢測。

1.3.2 儀器條件色譜柱：Agilent HP-5 MS UI(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)；載氣：He(純度≥99.999%)；進樣量：1 μL；進樣口溫度：300 ℃；進樣模式：不分流進樣，1.5 min后以100 mL/min吹掃，2.5 min后開啟載氣節(jié)省，載氣節(jié)省流量為20 mL/min；柱流量：1 mL/min；柱溫箱升溫程序：初始溫度50 ℃，保持1.5 min，以40 ℃/min升至120 ℃，再以5 ℃/min升至310 ℃，共41.25 min。傳輸線溫度：300 ℃；碰撞氣(N2,純度≥99.999%)流量2.25 mL/min；猝滅氣(He)流量1.5 mL/min；離子源溫度：300 ℃；四極桿溫度：150 ℃；多反應監(jiān)測(MRM)模式檢測；內(nèi)標法定量。

圖1 芳香胺總離子流色譜圖Fig.1 TIC of the certain aromatic aminesthe number 1-20 were as same as those in Table 1

2 結果與討論

2.1 色譜及質譜條件優(yōu)化

2.1.1 色譜條件的優(yōu)化已報道方法多數(shù)采用弱極性的HP-5 MS[8-9,14]或VF-5 MS[10,12]，或者中等極性的DB-35MS[3,11]毛細管柱，配合不同的升溫程序，均可有效分離目標化合物。本實驗發(fā)現(xiàn)，采用HP-5 MS色譜柱，結合優(yōu)化后的升溫程序，20種芳香胺及內(nèi)標物分離良好，且峰形對稱，可在30 min內(nèi)全部出峰(圖1)。

2.1.2 質譜條件的優(yōu)化使用2 μg/mL的芳香胺混合標準工作液在m/z45～350范圍內(nèi)進行全掃描，選擇質核比較大、豐度較高的1～2個特征離子為前級離子，對其進行碎裂離子掃描，碰撞電壓為5～60 eV，每隔5 eV遞增。選擇豐度較高的離子對為定量離子對，再選擇豐度較小的2個離子對為定性離子對。最佳MRM采集參數(shù)如表1所示。

表1 芳香胺及內(nèi)標物的保留時間及MRM參數(shù)Table 1 Retention time and parameters of MRM of aromatic amines and internal standards

*indicated that certain azo colorants which could generatep-aminoazobenzene would be reduced as aniline andp-phenylenediamine in this method[3,6].If aniline and/orp-phenylenediamine was detected from the sample,p-aminoazobenzene should be determined according to the reference methods[4,7];**:quantitative ions

2.2 前處理條件的優(yōu)化

2.2.1 叔丁基甲醚的用量加標紙張樣品在pH 6.0的檸檬酸緩沖溶液中經(jīng)連二亞硫酸鈉還原后，添加NaOH、內(nèi)標溶液、無水硫酸鈉和一定體積的叔丁基甲醚溶液(5、10、20、30、40、50 mL)，振搖萃取，考察芳香胺的響應情況。結果顯示：叔丁基甲醚用量在10 mL及以上時，大多數(shù)化合物的響應比(目標物峰面積與內(nèi)標物峰面積的比值)基本趨于平穩(wěn)。因此選擇10 mL叔丁基甲醚溶液萃取待測樣品。

2.2.2 NaOH的用量在偏酸性的溶液中，芳香胺以銨鹽的形態(tài)存在，通過調(diào)節(jié)溶液pH值可形成游離態(tài)的芳香胺，有利于有機溶劑萃取[11]。由于還原偶氮染料時所用的檸檬酸緩沖溶液的pH值約為6.0，因此分別向經(jīng)還原處理后的加標紙張樣品溶液中加入一定量10 mol/L NaOH溶液(1、2、3、4、5 mL)考察目標物的響應情況。結果表明：加入NaOH后，對氯苯胺、2-萘胺等目標物的響應比基本不變，聯(lián)苯胺、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷等目標物的響應比隨NaOH的用量增大略有升高，加入4 mL NaOH后目標物的響應比趨于穩(wěn)定。這可能是因為聯(lián)苯胺等化合物的氨基較多、分子結構較復雜，需較強的堿性環(huán)境才能完全轉化為游離態(tài)化合物，因此使用4 mL 10 mol/L NaOH將銨鹽形態(tài)的芳香胺轉化為游離態(tài)。

2.2.3 凈化方式及d-SPE試劑盒的選擇由于紙張樣品印刷所用油墨來源復雜，許多干擾物質可能被萃取到叔丁基甲醚中。C18和PSA具有良好的凈化能力[27]，考察了3種分散固相萃取試劑盒(5982-5021、5982-5022、5982-5122)的凈化效果，并與采用濾膜過濾的樣品進行比較。結果表明：對于大部分目標物，濾膜過濾后的響應比小于試劑盒凈化后的響應比，這可能是樣品基質抑制了目標物的響應；不同試劑盒凈化后的響應比無顯著差異，僅小部分目標物(如3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲基聯(lián)苯胺等)經(jīng)5982-5122試劑盒凈化后的響應比高于其他兩種試劑盒。因此實驗采用5982-5122試劑盒凈化萃取液。

2.3 方法的檢出限、定量下限、回收率與相對標準偏差

按“1.3.1”方法對空白原紙進行處理(不添加內(nèi)標)，分別取7份1 mL空白凈化液，氮吹至近干。取1份加1 mL 0.5 μg/mL的混合內(nèi)標工作液，其余6份分別加入1 mL不同濃度的芳香胺混合標準工作液，復溶，配成基質配標工作溶液，在優(yōu)化條件下測定，以待測目標物峰面積與內(nèi)標峰面積之比(Y)對目標物濃度與相應內(nèi)標物質的濃度之比(X)繪制標準曲線。結果顯示，20種芳香胺在其質量濃度范圍內(nèi)線性良好，相關系數(shù)(r2)大于0.99。分別以3倍和10倍信噪比(S/N)計算得20種芳香胺的檢出限(LOD)和定量下限(LOQ)為0.05～2.1 ng/mL和0.18～5.5 ng/mL。采用標準加入法考察20種芳香胺的回收率，結果顯示，20種芳香胺在低、中、高3個加標水平下的回收率為80.7%～128%，相對標準偏差(RSDs，n=7)為0.79%～6.5%(表2)。表明方法的準確度和精密度可滿足分析要求。

表2 20種芳香胺的線性方程、線性系數(shù)(r2)、線性范圍、加標回收率、相對標準偏差、檢出限及定量下限Table 2 Regression equation,correlation coefficients(r2),linear range,spiked recoveries,RSDs,LODs and LOQs of 20 aromatic amines

(續(xù)表2)

No.Added(ng·mL-1)Regressionequationr2Linearrange/(μg·mL-1)Recovery/%RSD/%LOD/(ng·mL-1)LOQ/(ng·mL-1)1510,20,50Y=0.655X-0.11540.99510.04～2.0121,91.4,83.73.5,3.0,3.91.03.01610,20,50Y=0.330X-0.06080.99420.04～2.0124,90.0,80.73.1,3.5,3.21.12.51710,20,50Y=0.168X-0.00760.99570.02～0.4082.1,90.6,1163.0,4.1,4.11.54.01810,20,50Y=0.296X-0.02420.99570.02～2.099.9,89.2,88.53.4,1.4,2.61.03.01910,20,50Y=0.463X-0.03330.99900.02～2.096.7,90.0,90.04.0,2.4,2.40.62.02010,20,50Y=0.402X-0.02270.99240.02～0.4093.2,104,1286.5,4.7,3.31.03.0

*the number 1-20 as same as in Table 1

圖2 陽性樣品總離子流色譜圖Fig.2 TIC of the positive samplethe peak number were as the same as those in Table 1

2.4 實際樣品分析

采用本方法檢測7個接裝紙、6個內(nèi)襯紙和12個盒包裝紙樣品。在1個盒包裝紙檢出4-氯苯胺和2,4-二氨基甲苯(圖2)；4個盒包裝紙分別檢出鄰氨基苯甲醚、2,4-二氨基甲苯和3,3′-二甲氧基聯(lián)苯胺各一種，檢出的目標物含量為0.20～1.5 mg/kg，遠低于國標限量要求[28-29]。

3 結 論

將樣品中的偶氮染料還原為芳香胺后，在堿性條件下以叔丁基甲醚萃取，萃取液經(jīng)d-SPE試劑盒凈化后，以GC-MS/MS法檢測，建立了紙張中芳香胺的測定方法。本方法簡便快捷，靈敏度高，無需過柱、氮吹、復溶等步驟，可用于紙張中芳香胺的快速檢測。

致謝：感謝福建鑫葉投資管理集團有限公司為本研究提供了陽性樣品，確保實驗順利開展。