紡織品中4-氨基偶氮苯檢測(cè)的研究進(jìn)展

茅文良, 盧 坤, 趙 準(zhǔn), 吳 穎, 于 菲

(浙江方圓檢測(cè)集團(tuán)股份有限公司, 浙江 紹興 312000)

4-氨基偶氮苯是一種有害芳香胺,早在20世紀(jì)已被歐盟理事會(huì)第97/684/EC號(hào)指令、德國(guó)的《食品及日用消費(fèi)品法》及紡織品生態(tài)標(biāo)志Oeko-Tex Standard 100等列為致癌物質(zhì)。但直至2006年德國(guó)官方方法《消費(fèi)品檢驗(yàn) 可裂解出4-氨基偶氮苯的偶氮染料的檢驗(yàn)與測(cè)定》公布,國(guó)內(nèi)外對(duì)紡織品中的4-氨基偶氮苯檢測(cè)才有一個(gè)合適、有效的方法[1-3]。隨后,歐盟和中國(guó)等借鑒此方法建立了各自的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)作為紡織品生產(chǎn)、出口大國(guó),目前采用的紡織品中4-氨基偶氮苯檢測(cè)方法主要有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23344—2009《紡織品 4-氨基偶氮苯的測(cè)定》和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 14362-3:2017《紡織品 禁用偶氮染料的檢測(cè) 第3部分4-氨基偶氮苯的測(cè)定法》兩種(以下分別簡(jiǎn)稱(chēng)GB法和EN法)。該EN法版本等同引用ISO標(biāo)準(zhǔn)同年版本(但之前的ISO標(biāo)準(zhǔn)引用的是EN法2012年版本)；至于Oeko-Tex Standard 100及德國(guó)官方方法,現(xiàn)在引用的方法也是EN法?？梢钥吹?近幾年國(guó)外關(guān)于4-氨基偶氮苯的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法,多以EN法為參照,趨于統(tǒng)一,并時(shí)常修改。而GB法是近十年前發(fā)布的,較EN法為代表的現(xiàn)行國(guó)外標(biāo)準(zhǔn),小部分內(nèi)容已存在差異。本文首先從檢測(cè)技術(shù)的細(xì)節(jié)上比較這兩種方法的差異,并總結(jié)了國(guó)內(nèi)相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的幾種優(yōu)化方法。希望借此能為相關(guān)工作者對(duì)不同檢測(cè)方法的解讀、標(biāo)準(zhǔn)方法將來(lái)可能的修訂及中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)化運(yùn)用提供幫助。

1 GB法與EN法的差異

為模擬紡織品實(shí)際使用的環(huán)境,按GB/T 17592—2011《紡織品 禁用偶氮染料的測(cè)定》等方法的要求,禁用偶氮染料需在弱酸環(huán)境(接近人體皮膚環(huán)境)下被裂解還原生成芳香胺[4-5]。不同于聯(lián)苯胺等其他芳香胺,裂解生成的4-氨基偶氮苯在此環(huán)境下仍會(huì)繼續(xù)裂解。為測(cè)得4-氨基偶氮苯含量,GB法和EN法均需要將弱酸環(huán)境改為4-氨基偶氮苯更能穩(wěn)定存在的堿性環(huán)境,并降低了反應(yīng)的溫度及還原劑的濃度[6-8]。兩種標(biāo)準(zhǔn)方法基本原理與步驟相似:先將樣品置于堿性環(huán)境中,采用保險(xiǎn)粉(連二亞硫酸鈉)在40 ℃水浴中還原,后用液-液分配方法振蕩萃取分解出的目標(biāo)物,最后采用色譜法定性定量。但同時(shí)兩種方法之間的部分細(xì)節(jié)處理也存在著差異,有些差異甚至導(dǎo)致兩種方法的檢測(cè)結(jié)果明顯不一致。

1.1 試樣預(yù)處理的差異

EN法要求含化纖纖維(除粘纖外)的樣品先采用二甲苯剝離其中可能含有的分散染料,即對(duì)纖維進(jìn)行脫色處理,再對(duì)剝離的染料進(jìn)行還原反應(yīng)(萃取法)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)試樣未完全褪色時(shí),應(yīng)重新取樣再進(jìn)行直接還原反應(yīng)(非萃取法)。要注意的是,萃取法針對(duì)的是分散染料染色的纖維,最主要是聚酯纖維。其他化纖如錦綸,也可能使用了分散染料染色[3],因此這類(lèi)材料也需要先進(jìn)行萃取法實(shí)驗(yàn)。GB法正文中采用的是非萃取法,對(duì)含滌綸等織物是否采用萃取法未明確闡述[9-10]。GB法可能是考慮到禁用偶氮染料的檢測(cè)只是一種模擬人體接觸紡織品時(shí)安全狀況的考察,而紡織品在實(shí)際使用時(shí)又極少遇到其附著的分散染料被有機(jī)試劑高度萃取的極端情況。GB法將萃取法部分作為資料性目錄,以供檢測(cè)參考。據(jù)了解,國(guó)內(nèi)許多檢測(cè)機(jī)構(gòu)按GB法檢測(cè)4-氨基偶氮苯時(shí),一般默認(rèn)不采用萃取法。故含有以4-氨基偶氮苯為中間體的分散染料的樣品采用GB法和EN法時(shí),檢測(cè)結(jié)果可能明顯不同。

1.2 還原劑配制后處理方式的不同

GB法和EN法都采用保險(xiǎn)粉水溶液作為還原劑,質(zhì)量濃度也都是200 g/L。但GB法要求還原劑新鮮配制,在配制好后立即使用。而EN法配制方法較為特殊,2012年版本的EN法要求保險(xiǎn)粉在配制后密封保存1 h才開(kāi)始使用,并在10 min內(nèi)用完。2017年版本則要求還原劑在配制好后密封保存55 min,再轉(zhuǎn)移至一敞口容器中保持5 min后開(kāi)始使用。本文通過(guò)具體樣品的檢測(cè),研究了還原劑配制后存放時(shí)間對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

選取了一羊毛織物(事先已驗(yàn)證為4-氨基偶氮苯陽(yáng)性樣品),按非萃取法處理,采用還原劑配制后不同的處理方式,觀察其對(duì)4-氨基偶氮苯檢測(cè)結(jié)果的影響。同時(shí)研究了其對(duì)回收率實(shí)驗(yàn)的影響,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 還原劑配制后保存時(shí)間對(duì)檢測(cè)結(jié)果及回收率的影響Tab.1 Influence of storing time of reducing agent on the recovery and test result

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,還原劑配制后保存時(shí)間對(duì)檢測(cè)結(jié)果及回收率的影響較大。由于保險(xiǎn)粉在配制時(shí),接觸了水分、濕氣、氧氣,很容易被分解成其他產(chǎn)物[11]。傅科杰等[12]發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)粉在配制好1 h后,其質(zhì)量濃度下降15%～35%,這可能使得織物上存在的禁用偶氮染料未能充分裂解,導(dǎo)致EN法測(cè)定值低于GB法的結(jié)果。而在加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)中,加入的還原劑會(huì)裂解一小部分4-氨基偶氮苯,也可能是保險(xiǎn)粉在長(zhǎng)時(shí)間接觸水和氧氣后,其反應(yīng)活性降低[13],減小了對(duì)4-氨基偶氮苯的裂解能力。故在上述實(shí)驗(yàn)中,還原劑存置時(shí)間越久,回收率越高。

1.3 校準(zhǔn)溶液的不同

考慮到裂解生成的4-氨基偶氮苯會(huì)在振蕩萃取過(guò)程中有損失,在配制EN萃取法用于定量的校準(zhǔn)溶液時(shí),要求將100 μL質(zhì)量濃度為500 mg/L的4-氨基偶氮苯儲(chǔ)備液加入到堿液中,用5.0 mL叔丁基甲醚振蕩萃取后,取有機(jī)相為4-氨基偶氮苯的校準(zhǔn)溶液,其理論質(zhì)量濃度應(yīng)為10.0 mg/L。但考慮到甲醇的存在,部分叔丁基甲醚會(huì)在振蕩萃取后仍滯留在水相中,不能被叔丁基甲醚完全萃取[8],其實(shí)際濃度要小于理論濃度。GB法的校準(zhǔn)溶液則是儲(chǔ)備液直接稀釋的,無(wú)需上述步驟。因此只考慮校準(zhǔn)溶液配制的影響因素時(shí),EN法計(jì)算陽(yáng)性樣品含量時(shí),要比GB法計(jì)算值要高。

此外,這兩種標(biāo)準(zhǔn)方法在其分析方法及目標(biāo)物限量值的規(guī)定等方面也存在差異。GB法采用的色譜分析方法為高效液相色譜法HPLC和氣質(zhì)聯(lián)用法GC-MS。GB法作為一個(gè)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn),其中并未給出相應(yīng)的限量值,而其被引用的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 18401—2010《國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》,主要借鑒了Oeko-Tex Standard 100標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定限量值為20 mg/kg。EN法采用的色譜分析方法中,除了包含HPLC和GC-MS外,同時(shí)提供了薄層色譜法TIC和毛細(xì)管電泳法CE兩種方法的資料,并規(guī)定了限量值。由于TIC的檢測(cè)靈敏度不如前兩種色譜法(HPLC、GC-MS),其檢出低限較高,又考慮到EN法作為一個(gè)整體方法,歐盟對(duì)其檢測(cè)的靈敏度要求適當(dāng)放寬,以30 mg/kg作為限量值,用于判斷樣品是否含有來(lái)源于禁用偶氮染料的4-氨基偶氮苯[3]。

2 檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化的研究進(jìn)展

自紡織品中4-氨基偶氮苯檢測(cè)方法公布以來(lái),國(guó)內(nèi)對(duì)其檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化的研究一直保持高度關(guān)注。相關(guān)研究主要集中在纖維上分散染料的剝離方法的改進(jìn),目標(biāo)物4-氨基偶氮苯萃取效果的提高及快速定性方法的研發(fā)。

2.1 染料剝離方法的改進(jìn)

GB法中采用了二甲苯或氯苯在高溫下,以回流方式抽提試樣上的分散染料,存在一定的缺點(diǎn):如脫色耗時(shí)長(zhǎng),染料萃取不完全,試劑難驅(qū)除及試劑本身對(duì)檢測(cè)人員及自然環(huán)境有中等毒害性。沈俊杰等[14]針對(duì)上述問(wèn)題,以易揮發(fā)、低毒性的丙酮為試劑,按快速溶劑萃取法萃取滌綸上的分散染料?？焖偃軇┹腿〖夹g(shù)是一種全新的自動(dòng)萃取技術(shù),具有萃取時(shí)間短、溶解力大、穿透力強(qiáng)、提取效率高的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法提高了萃取效率,縮短了濃縮時(shí)間,降低了工作強(qiáng)度。

孫峰等[15]采用低沸點(diǎn)試劑二氯甲烷在超聲波中萃取滌綸上的染料,二氯甲烷在60 ℃常壓下蒸餾可被完全驅(qū)除；曾立平[16]在40 ℃下采用N,N-二甲基甲酰胺,以直接振蕩的方式對(duì)含聚酯類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行褪色。這些方法可避免在高溫下使用大量苯系溶劑,改善了繁瑣的抽提過(guò)程。

2.2 萃取效果的提高

薛建平等[17]探究了反應(yīng)器豎放式、45°斜放式和橫臥式三種放置振蕩方式對(duì)萃取結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,后兩種方法因反應(yīng)器中的溶劑和樣品有較長(zhǎng)的振動(dòng)距離,混合更為劇烈,因此可獲得較好的提取效果。但考慮到反應(yīng)器可能存在旋蓋未完全旋緊而導(dǎo)致提取液漏出的情況,建議檢測(cè)時(shí)采用45°斜放式為宜。

丁力進(jìn)[18]研究發(fā)現(xiàn),在非萃取法中一小部分4-氨基偶氮苯殘留于萃取環(huán)境中的纖維,未能被溶劑完全萃取,所以非萃取法的回收率較萃取法的低；并比較了甲醇、乙醚、二氯甲烷、丙酮、正己烷5種常用定容試劑對(duì)方法回收率的影響。結(jié)果表明，無(wú)論在萃取法還是非萃取法中,正己烷較其他試劑有更高的回收率。

徐建云等[19]將樣品置于弱酸性緩沖液中經(jīng)保險(xiǎn)粉還原裂解后,加入堿液和乙酸乙酯,采用超聲波萃取已生成的4-氨基偶氮苯。該方法時(shí)間短,操作簡(jiǎn)化。與標(biāo)準(zhǔn)方法相比,該方法在節(jié)約成本和提高檢測(cè)效率上均有明顯優(yōu)勢(shì)。

陳安德等[20]針對(duì)GB法中叔丁基甲醚的萃取效果不夠理想等缺陷,采用固相萃取的方法(大孔樹(shù)脂)將4-氨基偶氮苯從水相提取出來(lái)。由于4-氨基偶氮苯在大孔樹(shù)脂中吸附能力強(qiáng)于水、無(wú)機(jī)物,以此來(lái)達(dá)到固定的目的。并通過(guò)4-氨基偶氮苯在有機(jī)溶劑中的吸附能力優(yōu)于大孔樹(shù)脂來(lái)達(dá)到洗脫的目的,最終實(shí)現(xiàn)萃取分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,使用HD500吸附樹(shù)脂對(duì)4-氨基偶氮苯的吸附固定及洗脫分離的效果較好,回收效果總體優(yōu)于GB法。

2.3 快速定性法的研發(fā)

李引等[21]根據(jù)芳香胺重氮化-偶合顯色反應(yīng)原理,以鄰甲氧基苯酚作為亞硝酸與4-氨基偶氮苯重氮化反應(yīng)產(chǎn)物的偶聯(lián)劑,建立了4-氨基偶氮苯的分光光度法測(cè)定方法。在此基礎(chǔ)上,張清智等[22]研究了紡織品中4-氨基偶氮苯的快速測(cè)定方法。在試樣經(jīng)保險(xiǎn)粉還原后,生成的4-氨基偶氮苯經(jīng)叔丁基甲醚萃取和鹽酸溶液反萃取,在酸性環(huán)境中,與過(guò)量亞硝酸鈉反應(yīng)生成重氮鹽；再加入氨基磺酸銨,使反應(yīng)介質(zhì)呈弱堿性,重氮鹽與之后加入的鄰甲氧基苯酚進(jìn)行顯色反應(yīng)。根據(jù)顯色液是否顯紅色,來(lái)定性分析是否含有4-氨基偶氮苯。與GB方法相比,該方法最大優(yōu)勢(shì)是能快速判定是否為陽(yáng)性樣品,并減少了對(duì)大型色譜儀器的依賴(lài)。

3 陽(yáng)性樣品的特征

4-氨基偶氮苯陽(yáng)性樣品在外觀等方面呈現(xiàn)一定的特征,據(jù)此可有助于檢測(cè)工作者在面對(duì)繁重的偶氮檢測(cè)業(yè)務(wù)時(shí),提高工作效率。

陽(yáng)性樣品的材質(zhì)。以4-氨基偶氮苯為中間體的偶氮染料并不多,主要以分散染料和酸性染料為主[7],而這些染料多應(yīng)用于含有滌綸、羊毛的織物中。相對(duì)于其他材質(zhì),這兩類(lèi)纖維中4-氨基偶氮苯檢出率較大。

陽(yáng)性樣品的顏色。由于相應(yīng)法規(guī)存在漏洞,能裂解生成4-氨基偶氮苯的染料未完全禁產(chǎn),并仍被某些印染廠家使用[3],如C.I.酸性紅116、C.I.酸性綠33、C.I.分散紅151、C.I.分散橙149、C.I.分散黃7、23、56、218。其中部分染料用于混拼灰色、綠色和黑色等復(fù)合型分散染料。所以陽(yáng)性樣品的顏色以紅、橙、黃、綠及灰、黑色居多[23]。

萃取液的顏色。低濃度的4-氨基偶氮苯在萃取試劑叔丁基甲醚中呈黃色,高濃度時(shí)呈橙色。非萃取法的萃取液中,有色共萃物一般較少,所以陽(yáng)性樣品的萃取液,特別是靜置幾分鐘后,顏色一般接近黃、橙色；而萃取法的有色共萃物較多,萃取液的顏色以暗紅色居多。據(jù)筆者檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,萃取液非無(wú)色,可能是陽(yáng)性檢出的必要不充分條件,即萃取液若為無(wú)色時(shí),可基本排除檢出的可能。當(dāng)然這一經(jīng)驗(yàn)僅供參考,最終應(yīng)以色譜儀器測(cè)試結(jié)果為準(zhǔn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜合以上研究發(fā)現(xiàn),GB法和EN法中部分檢測(cè)技術(shù)細(xì)節(jié)的不同,如預(yù)處理方法的選擇,還原液及校準(zhǔn)溶液不同的配制方式,將導(dǎo)致方法間的差異。雖然上述優(yōu)化的技術(shù)仍有缺陷,如快速溶劑萃取儀器價(jià)格昂貴,現(xiàn)階段難以大范圍推廣,并由于快速萃取中為高溫高壓環(huán)境,存在染料分子分解的風(fēng)險(xiǎn),且分解方式可能與保險(xiǎn)粉還原裂解方式不一致；利用大孔樹(shù)脂進(jìn)行固相萃取的前處理較為復(fù)雜,耗時(shí)較長(zhǎng)；芳香胺顯色反應(yīng)易受常檢出的苯胺及有色共萃物干擾,但可以看到,紡織品中4-氨基偶氮苯的檢測(cè)技術(shù)朝著省時(shí)、微量化、高效及快速的方向發(fā)展。這些優(yōu)化技術(shù)對(duì)于某些樣品在一定的檢測(cè)條件下是可行的,可為檢測(cè)方法將來(lái)可能的修訂提供有力參考。