固相微萃取-頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法測定美甲貼中6種揮發(fā)性有機物的含量

鐘少芬，莫健文，劉煜平，張 玄，龔志超

(1.東莞理工學院 化學工程與能源技術學院，東莞523808;2.廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院 東莞市特種設備檢測技術服務中心，東莞523120)

近年來，美甲貼是在青年女性中頗為流行的一種指甲裝飾品，但其成分卻對美甲者帶來一定的健康風險。制造商為了使美甲貼快速固化，通常會加入大量容易揮發(fā)的酮類和酯類化合物，這些化合物在揮發(fā)時容易產(chǎn)生令人不適的刺激性氣味，對室內(nèi)空氣產(chǎn)生染污，美甲者在長期吸入的情況下，對神經(jīng)系統(tǒng)可能產(chǎn)生危害，還對鼻黏膜有強烈的刺激性，增加美甲者患上呼吸道疾病、小產(chǎn)、胎兒發(fā)育異常及癌癥的機率[1]。美國疾病控制與預防中心(CDC)的研究表明，美甲技師的肌肉骨骼疾病、皮膚問題、呼吸道刺激、頭痛等病癥，通常與工作場所空氣質(zhì)量較差有關[2]。REUTMAN 等[3]研究發(fā)現(xiàn)，美甲技師與正常人對照組的心肺功能差異和職業(yè)暴露有明確的相關性。

目前，萃取揮發(fā)性成分的方法主要有同時蒸餾萃取法、動態(tài)頂空萃取法、靜態(tài)頂空萃取法、超聲波輔助萃取法、水蒸餾法、溶劑萃取法和固相微萃取法等，以上方法各有利弊，在美甲貼中揮發(fā)性有害物質(zhì)的測定研究過程中有許多阻礙因素[4-5]。固相微萃取-頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法是一種無需溶劑，全自動性高，靈敏度高的分析方法，由于在整個提取過程中不使用任何有機溶劑，可以真實地反映樣品中所含的揮發(fā)性有機物的化學信息[6-10]。該技術已在揮發(fā)性有機物的研究中獲得廣泛應用，但在美甲貼中揮發(fā)性有機物的研究上還鮮有報道。試驗選擇丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6種揮發(fā)性有機物為研究對象，一方面是因為美甲貼中的有害物質(zhì)主要由這6種物質(zhì)組成，總含量達到90%以上，這對測定美甲貼中的揮發(fā)性有機物具有良好的代表性;另一方面，響應值較高的乙苯及間二甲苯等揮發(fā)性有機物在指甲油中的測定已有相關報道[11]，試驗不再進行研究。

本工作經(jīng)過相關研究分析，對測定美甲貼中揮發(fā)性有機物的固相微萃取-頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法進行技術改進，通過降低不利狀況的影響，使其分析結果更加接近于美甲貼揮發(fā)性組分的真實情況，以期為研究美甲貼中不同揮發(fā)性有機物的整體信息和真實性評價提供一定的理論基礎。

1 試驗部分

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.1 儀器與試劑

7820A 型氣相色譜儀;5977E 型質(zhì)譜儀;Combi-xt PAL 型三合一多功能自動進樣器;ATY124型電子天平。

6種揮發(fā)性有機物的混合標準儲備溶液:1 000 mg·L－1，分別稱取丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6 種標準品0.100 0 g，用甲醇溶解并轉移至100 m L 容量瓶中，混合均勻，備用。

6種揮發(fā)性有機物的混合標準溶液:1 000μg·L－1，用甲醇將6 種揮發(fā)性有機物的標準儲備溶液稀釋為1 000μg·L－1的混合標準溶液。

6種揮發(fā)性有機物的混合標準溶液系列:分別移取6種揮發(fā)性有機物的混合標準溶液2，10，50，100，150，250μL于裝有0.001 0 g聚乙烯膜的頂空瓶中，配制成2，10，50，100，150，250 ng的混合標準溶液系列。

3種市售美甲貼(產(chǎn)地分別為美國、韓國和中國);聚乙烯膜為基體;丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6種標準品均為色譜純，且純 度 分 別 為99.8%，99.3%，99.9%，99.9%，99.99%，99.99%。

1.2 儀器工作條件

1)頂空條件 孵化溫度為36 ℃;孵化時間為15 min;振動器轉速為300 r·min－1;固相微萃取溫度為常溫;樣品萃取次數(shù)為10次;固相微萃取老化溫度為300 ℃。

2)色譜條件 HP-VOC 色譜柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm);載 氣 為 高 純 氦 氣(純 度 為99.999%)，流量為1 m L·min－1;進樣口溫度為250℃;分流進樣，分流比為10∶1;進樣量為1 m L。柱升溫程序:初始溫度為40 ℃，保持5 min;以10 ℃·min－1的速率升溫至150 ℃，保持2 min;再以15 ℃·min－1的 速 率 升 溫 至250 ℃，保 持5 min。

3)質(zhì)譜條件 電子轟擊離子源(EI);電離能量為70 eV;離子源溫度為230 ℃;選擇離子掃描模式;掃描范圍為35～300 amu。

其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

1.3 試驗方法

稱取0.001 0 g美甲貼樣品置于20 m L 螺口頂空瓶內(nèi)，將從固相微萃取-頂空自動進樣器中萃取到的揮發(fā)性有機物注入氣相色譜-質(zhì)譜儀中，按照儀器工作條件進行測定，使用標準譜庫(NIST 2011)與標準物質(zhì)相結合的方法進行定性分析，利用外標法進行定量分析。

2 結果與討論

2.1 頂空條件的選擇

2.1.1 孵化溫度

試驗考察了孵化溫度對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響，結果見圖1。

圖1 孵化溫度對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響Fig.1 Effect of incubation temperature on response values of the 6 volatile organic compounds

由圖1可知:揮發(fā)性有機物的響應值隨著孵化溫度的升高而增大，這屬于分子熱擴散現(xiàn)象，擴散速率與溫度成正比，但溫度升高對揮發(fā)性有機物在萃取溶劑中的溶解與擴散產(chǎn)生不同的影響，且會加劇萃取溶劑本身的揮發(fā)，使得目標揮發(fā)性有機物易從樣品中揮發(fā)，難以保留在萃取液中[11]。與此同時，試驗主要考慮美甲貼在人體平均溫度下對揮發(fā)性有機物的影響，因此，試驗選擇的孵化溫度為人體的正常溫度36 ℃。

2.1.2 孵化時間

試驗考察了孵化時間對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響，結果見圖2。

圖2 孵化時間對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響Fig.2 Effect of incubation time on response values of the 6 volatile organic compounds

由圖2可知:美甲貼中6種揮發(fā)性有機物的響應值隨著孵化時間的延長而增加，且乙酸異丙酯和丙酮在孵化15 min后的增長速率比其他組分要大得多。頂空是將樣品密封在一個容器中，在一定溫度下放置一段時間使樣品與樣品上方氣體達到平衡，分析樣品上方氣體成分的技術。如果某些組分的增長速率過快，容器內(nèi)平衡時該組分就會占有較多的量，抑制了其他組分的擴散，導致其他組分的測定結果偏低。試驗采用各組分增長速率相對一致的孵化時間，能讓所有組分的測定結果更加準確，另外，較短的萃取時間對辛烷、乙酸乙酯、苯、甲苯、乙苯等弱極性小分子更有利[12]，試驗選擇的孵化時間為15 min。

2.1.3 振動器的轉速

試驗考察了振動器的轉速對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響，結果見圖3。

由圖3可知:振動器的轉速對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響不大，試驗選擇振動器默認設置的轉速300 r·min－1。

2.1.4 樣品萃取次數(shù)

試驗考察了樣品萃取次數(shù)對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響，結果見圖4。

圖3 振動器的轉速對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響Fig.3 Effect of vibrator speed on response values of the 6 volatile organic compounds

圖4 樣品萃取次數(shù)對6種揮發(fā)性有機物響應值的影響Fig.4 Effect of extraction times of sample on response values of the 6 volatile organic compounds

由圖4可知:6種揮發(fā)性有機物的響應值隨著樣品萃取次數(shù)的增多而增大;當樣品萃取次數(shù)為10次時，6種揮發(fā)性有機物的響應值達到較大值;繼續(xù)增大樣品萃取次數(shù)，6種揮發(fā)性有機物的響應值增加緩慢。為了節(jié)省分析時間，試驗選擇的樣品萃取次數(shù)為10次。

2.2 標準曲線與檢出限

按照試驗方法對6種揮發(fā)性有機物的混合標準溶液系列進行測定，以6種揮發(fā)性有機物的質(zhì)量為橫坐標，與其對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。6種揮發(fā)性有機物均在2～250 ng內(nèi)與其對應的峰面積呈線性關系，線性回歸方程和相關系數(shù)見表2。

按照試驗方法對低含量樣品平行測定7次，計算標準偏差s，以3.14倍的標準偏差計算方法的檢出限(3.14s)，結果見表2。

2.3 實際樣品的測定

對樣品1、樣品2和樣品3 等3個實際美甲貼樣品進行加標回收試驗，加標量分別為5，50，100，150，200 ng，按照試驗方法對其平行測定7次，計算各化合物的回收率和測定值的相對標準偏差(RSD)，結果見表3。

表2 線性參數(shù)和檢出限Tab.2 Linearity parameters and detection limits

實際樣品的色譜圖見圖5。

一位女性使用了美甲貼后呆在20 m2的密閉空間內(nèi)4 h，指甲上的美甲貼所釋放出的揮發(fā)性有機物能讓室內(nèi)空氣中總揮發(fā)性有機物質(zhì)量濃度上升至0.69 mg·m－3，而根據(jù)國家標準GB/T 1883－2002規(guī)定室內(nèi)空氣的總揮發(fā)性有機物質(zhì)量濃度不得超過0.6 mg· m－3，顯 然 測 定 結 果 已 經(jīng) 超 過 了 這一指標。在日常工作中，一般的辦公室女性都工作8 h，在20 m2的工作環(huán)境里工作女性的人數(shù)一般為4個，而且在夏天大家都會在密閉的空調(diào)房里工作。在這些因素影響下，室內(nèi)空氣中總揮發(fā)性有機物實際質(zhì)量濃度會更加高。在超標環(huán)境下工作肯定對人的健康帶來不少的影響，增加人體患病的機率。

表3 精密度和回收試驗結果(n＝7)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝7)

圖5 實際樣品的色譜圖Fig.5 Chromatogram of the substantial sample

本工作采用固相微萃取-頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法對美甲貼釋放出的6種揮發(fā)性有機物進行測定，該方法簡單、高效、準確。前處理過程與分析過程一體化，直接分析，操作簡單，可為研究美甲貼釋放出的揮發(fā)性有機物對人體危害提供科學的技術支持。