皮革制品中光引發(fā)劑含量的測(cè)定

吳澤穎，裴文藝，畢中昱，?；莼?，張敏

（1. 常州工學(xué)院化工與材料學(xué)院，江蘇常州213032；2. 常州進(jìn)出口工業(yè)及消費(fèi)品安全檢測(cè)中心，江蘇 常州213022）

為了使皮革制品更美觀從而對(duì)消費(fèi)者具有吸引力，同時(shí)也為了對(duì)皮革表面進(jìn)行保護(hù)，在皮革制品出廠前往往要加涂飾劑而使其更加光亮，并延長(zhǎng)其使用壽命。傳統(tǒng)的熱固化皮革涂飾劑，需要采用電路絲等熱固化手段進(jìn)行烘干處理，存在著耗能大，環(huán)境危害大而且對(duì)外貿(mào)易出口受到限制等缺點(diǎn)[1]。20 世紀(jì)60年代末，德國(guó)開(kāi)發(fā)了紫外光固化（UV）涂料，其受到紫外光照射后，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，涂層快速聚合和交聯(lián)，使得固化流程大大縮短[2]。UV 涂料不僅干燥速度快、色彩鮮艷光亮，而且耗能少、不使用揮發(fā)性有機(jī)溶劑、安全環(huán)保，在皮革領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸發(fā)展起來(lái)[3,4]。然而，有研究表明，UV 涂料技術(shù)中的關(guān)鍵組分，對(duì)涂料固化速度起決定作用的光引發(fā)劑，如果在固化過(guò)程中未完全反應(yīng)，會(huì)發(fā)生化學(xué)和物理遷移，從而轉(zhuǎn)移到人體或土壤中，給自然環(huán)境和人體帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，特別是某些具有致癌性、生殖毒性的光引發(fā)劑[5-7]。

目前，對(duì)于這些光引發(fā)劑的分析主要集中在食品和食品包裝領(lǐng)域。例如，塑料食品包裝表面的UV涂料中的光引發(fā)劑會(huì)通過(guò)包裝，遷移進(jìn)入食品中造成污染，從而影響人體健康[8,9]。采用的分析方法主要有高效液相色譜法、氣相色譜法與質(zhì)譜的聯(lián)用等[10-15]。

針對(duì)皮革制品中可能存在的苯乙酮和二苯甲酮類(lèi)光引發(fā)劑，本文建立了超聲提取、固相萃?。⊿PE）凈化與GC-(TQ)MS 相結(jié)合的方法，對(duì)于皮革制品中光引發(fā)劑的定量和定性分析具有簡(jiǎn)便、快捷、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，可以為皮革制品制造企業(yè)的質(zhì)量控制提供方法依據(jù)，為環(huán)境、生物等樣品中此類(lèi)物質(zhì)的分析提供思路，更可以為政府部門(mén)對(duì)于這些化合物的監(jiān)管和控制提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

乙腈、二氯甲烷、丙酮和甲醇為色譜純級(jí)別，正己烷為農(nóng)殘級(jí)，均購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

8 種光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)品來(lái)自于上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司，其信息如表1 所示。

5 mL 無(wú)針注射器、25 mm×0.22 μm 尼龍濾膜（與注射器配套使用）和25 mL 棕色具塞Pyrex 瓶，購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；OASIS?HLB SPE（60 mg）小柱，來(lái)自于美國(guó)Waters 公司；2 mL GC-MS/MS 進(jìn)樣小瓶，購(gòu)自美國(guó)Aglient 有限公司。

表1 光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)品的信息Tab. 1 Information of the used photoinitiator standards

皮革制品樣品共39 個(gè)，其中，13 個(gè)購(gòu)自于本地超市和商場(chǎng)，26 個(gè)購(gòu)自于網(wǎng)絡(luò)。購(gòu)自于本地超市和商場(chǎng)的13 個(gè)樣品中，共有8 個(gè)皮鞋樣品、4 個(gè)皮帶樣品和1 個(gè)皮夾樣品。購(gòu)自于網(wǎng)絡(luò)的26 個(gè)樣品中，共有13 個(gè)皮鞋樣品，6 個(gè)皮帶樣品和7 個(gè)皮夾樣品。樣品總計(jì)皮鞋21 個(gè)、皮帶10 個(gè)、皮夾8 個(gè)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

GC-MS/MS 聯(lián)用儀，型號(hào)為7890A-7000B，購(gòu)自美國(guó)Agilent 有限公司；電子天平，型號(hào)為FA1004D，購(gòu)自上海越平科學(xué)儀器有限公司；超聲波發(fā)生器，型號(hào)為JL-CQ250S，購(gòu)自上海吉理超聲儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，型號(hào)為RE-32，購(gòu)自上海雅榮生化儀器有限公司。

1.3 樣品前處理

市售皮革制品按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 33392-2016皮革和毛皮化學(xué)試驗(yàn)禁用偶氮染料中4-氨基偶氮苯的測(cè)定》中的規(guī)定進(jìn)行取樣和制備，并在溫度20 ℃和相對(duì)濕度65%的標(biāo)準(zhǔn)空氣條件下（常州市波肯紡織檢測(cè)有限公司）完成試樣的制備、保存和稱(chēng)量過(guò)程。

用分析天平稱(chēng)取1 g 樣品，精確至0.0001 g，置于Pyrex 瓶中。加入10 mL 乙腈超聲波提取20 min，提取3 次后合并提取液。合并后的提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至小于5 mL 后，氮?dú)饩徛抵两桑瑲埩粑镉?.0 mL乙腈溶解后進(jìn)行SPE 凈化。SPE 小柱首先使用5 mL甲醇活化、5 mL 去離子水平衡后，加入乙腈溶解后的殘留物上樣，加入5 mL 含5%甲醇的去離子水淋洗后，將SPE 柱抽干，然后用5 mL 乙腈進(jìn)行洗脫，洗脫液用氮?dú)獯抵两珊螅瑴?zhǔn)確加入2 mL 乙腈溶解，經(jīng)0.22 μm 濾膜過(guò)濾后供GC-(TQ)MS 測(cè)定。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：分別準(zhǔn)確稱(chēng)取8 種光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)品各約0.1 g，精確至0.0001 g，置于100 mL 棕色容量瓶中，用乙腈定容，分別得到濃度約為1000 mg/L 的各光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，于4 ℃避光保存?zhèn)溆谩?/p>

混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：用移液槍分別從約為1000 mg/L 的光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液中各移取1000 μL 于10 mL 棕色容量瓶中，用乙腈定容，得到每種光引發(fā)劑濃度約為100 mg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：使用乙腈對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液進(jìn)行逐級(jí)稀釋?zhuān)吹玫交旌蠘?biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.5 GC-MS/MS 分析條件

GC-MS/MS 分析采用美國(guó)Agilent 有限公司的HP-5MS 色譜柱，色譜柱柱長(zhǎng)為30 m，內(nèi)徑為0.25 mm，膜厚為0.25 μm。流動(dòng)相使用純度≥99.999%的氦氣，流量為1 mL/min。

初始柱溫為60 ℃，以10 ℃/min 的升溫速率，加熱至100 ℃，然后以5 ℃/min 的升溫速率，加熱至200 ℃，然后以3 ℃/min 的升溫速率，加熱至245 ℃，然后以20 ℃/min 的升溫速率，加熱至300 ℃，并保持5 min。后運(yùn)行溫度為320 ℃，后運(yùn)行時(shí)間為5 min。

進(jìn)樣口溫度為320 ℃，進(jìn)樣量為1 μL，進(jìn)樣方式為分流進(jìn)樣，分流比為20∶1。

質(zhì)譜離子源為電子轟擊（EI）離子源，電子轟擊能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為300℃，四級(jí)桿溫度為150 ℃，溶劑延遲的時(shí)間為5 min。定性采用全掃描模式（SCAN），掃描范圍為50～300 amu，閾值：150。定量采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式（MRM）。

1.6 回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的測(cè)定

采用空白標(biāo)準(zhǔn)添加法進(jìn)行回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的測(cè)定。于標(biāo)準(zhǔn)空氣條件下，取不含有8 種光引發(fā)劑的空白皮革制品樣品，分別添加不同濃度水平的光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，每個(gè)濃度水平制備六個(gè)空白標(biāo)準(zhǔn)添加平行樣品，避光保存，擱置一夜，使溶劑揮發(fā)。次日，將標(biāo)準(zhǔn)添加后的皮革制品樣品按照1.3 進(jìn)行樣品前處理，并按照1.5 進(jìn)行GC-(TQ)MS 分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理方法的建立

2.1.1 超聲提取條件的確立

2.1.1.1 提取溶劑的選擇

首先，設(shè)計(jì)空白標(biāo)準(zhǔn)添加實(shí)驗(yàn)，在超聲提取1 次，提取時(shí)間為10 min 條件下，分別考查乙腈、二氯甲烷、丙酮、甲醇和正己烷這五種溶劑對(duì)光引發(fā)劑提取效率的影響，GC-(TQ)MS 分析結(jié)果如表2 所示。

由表2 數(shù)據(jù)可知，在提取時(shí)間及次數(shù)相同的條件下，對(duì)于每種光引發(fā)劑，除甲醇外，采用另外4 種溶劑進(jìn)行提取時(shí)，效率均可以達(dá)到85%以上。但是GC-(TQ)MS 分析結(jié)果顯示，選擇丙酮、二氯甲烷或正己烷作為提取溶劑時(shí)，即使經(jīng)過(guò)SPE 凈化后，總離子流圖中仍然存在雜峰較多，基質(zhì)效應(yīng)明顯的問(wèn)題。因此，最終使用乙腈作為提取溶劑并優(yōu)化其他提取參數(shù)。

2.1.1.2 提取時(shí)間的選擇

其次，設(shè)計(jì)空白標(biāo)準(zhǔn)添加實(shí)驗(yàn)，使用乙腈作為提取溶劑，超聲提取1 次，分別考查提取時(shí)間為10、20、30、40 和50min 時(shí)，8 種光引發(fā)劑的超聲提取效率，GC-MS/MS 分析結(jié)果如下表3 所示。

從表3 中可以明顯看出，在不同提取時(shí)間下，光引發(fā)劑的提取效率有顯著的變化。當(dāng)提取時(shí)間從10 min 增加到20 min 時(shí)，提取效率提升明顯，這一趨勢(shì)在提取時(shí)間從20 min 增加到30 min 時(shí)逐漸放緩，當(dāng)提取時(shí)間進(jìn)一步增加到40 min 時(shí)，提取效率并沒(méi)有明顯的增加。因此，綜合考慮實(shí)驗(yàn)時(shí)間和效率兩方面因素，最終確立提取時(shí)間為20 min。

表2 5 種溶劑對(duì)光引發(fā)劑的提取效率Tab.2 Extraction rates of photoinitiators using five solvents

表3 不同提取時(shí)間下光引發(fā)劑的提取效率Tab.3 Extraction rates of photoinitiators under different exaction time

2.1.1.3 提取次數(shù)的選擇

最后，設(shè)計(jì)空白標(biāo)準(zhǔn)添加實(shí)驗(yàn)，使用乙腈作為提取溶劑，時(shí)間20 min，考查提取次數(shù)對(duì)提取效率的影響。提取次數(shù)分別為1、2、3、4 和5 次時(shí)，8 種光引發(fā)劑提取效率的GC-MS/MS 分析結(jié)果如表4 所示。

從表4 中可以得出，隨著提取次數(shù)的增加，提取效率也隨之增加。提取次數(shù)從1 次增加到2 次時(shí)變化最為明顯，并在3 次后均逐漸趨于穩(wěn)定。其中，提取1次時(shí)效率最低，從提取3 次開(kāi)始，萃取效率即達(dá)到99.3%以上，而提取次數(shù)的進(jìn)一步增加幾乎對(duì)提取效率不產(chǎn)生明顯的影響。因此，本文結(jié)合不同提取次數(shù)對(duì)光引發(fā)劑提取效率的影響和實(shí)驗(yàn)效率，最終確立提取次數(shù)為3 次。

2.1.2 SPE 小柱的選擇

由于皮革制品樣品的基質(zhì)較為復(fù)雜，因此采用SPE 對(duì)樣品的超聲提取液進(jìn)行凈化。本文分別考察了四種SPE 小柱的凈化效果，分別為Sep-Pak Carbon/NH2、Sep-Pak C18、Oasis HLB、和ProElut CARB。GC-(TQ)MS 分析結(jié)果表明，使用Oasis HLB 小柱時(shí)，雜質(zhì)干擾最少，同時(shí)回收率較高。因此，本文最終選用Oasis HLB 小柱對(duì)提取液進(jìn)行凈化。

2.2 GC-MS/MS 分析方法的建立及驗(yàn)證

2.2.1 GC-(TQ)MS 分析方法的建立

表4 不同提取次數(shù)時(shí)光引發(fā)劑的提取效率Tab.4 Extraction rates of photoinitiators under different exaction cycles

表5 GC-MS/MS 分析方法參數(shù)Tab. 5 Parameters of GC-(TQ)MS analysis method

針對(duì)光引發(fā)劑的分離，考慮到溫度對(duì)分離的影響以及基質(zhì)效應(yīng)等，優(yōu)化了升溫速率，并采用分階段升溫方式。在1.5 中程序升溫條件下，8 種光引發(fā)劑均得到了基線分離，且峰形對(duì)稱(chēng)，分離效果較好。

隨后，分別對(duì)光引發(fā)劑的質(zhì)譜條件進(jìn)行優(yōu)化。首先在SCAN 模式下進(jìn)行分析，m/z 掃描范圍為50～300 amu，閾值為150，得到總離子流圖。在每個(gè)光引發(fā)劑的質(zhì)譜圖中分別選擇豐度最高和特異性最強(qiáng)的兩個(gè)離子為母離子，然后優(yōu)化不同的碰撞能量，并進(jìn)行子離子的選擇。最終選擇豐度最高的一對(duì)離子為定量離子對(duì)，特異性最強(qiáng)的一對(duì)離子為定性離子對(duì)。

在上述優(yōu)化后的GC-(TQ)/MS 分析條件下分析，得到光引發(fā)劑保留時(shí)間、定量和定性離子對(duì)、碰撞能量比如表5 所示。

2.2.2 GC-MS/MS 分析方法的驗(yàn)證

2.2.2.1 檢出限（LOD）和定量限（LOQ）

對(duì)光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行逐級(jí)稀釋?zhuān)缓筮M(jìn)行GC-(TQ)MS 分析，使用MRM 模式進(jìn)行掃描。檢出限（LOD）和定量限（LOQ）分別定義為當(dāng)信號(hào)/噪聲比（S/N）為3 和10 時(shí)的濃度，可得到光引發(fā)劑的LOD 和LOQ 如表6 所示。

由表6 分析結(jié)果可知，8 種光引發(fā)劑LOD 在0.004～0.016 mg/kg 之間，LOQ 在0.008～0.030 mg/kg范圍內(nèi)，方法LOD 和LOQ 均較低，靈敏度較高。

2.2.2.2 線性及線性范圍

對(duì)于8 種光引發(fā)劑，分別在0.020～10.00 mg/L 范圍內(nèi)，每個(gè)數(shù)量級(jí)配制五個(gè)濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，并采用MRM 模式，分別進(jìn)行GC-(TQ)MS 定量分析，從而得到不同濃度水平下，光引發(fā)劑的峰面積。然后，以峰面積對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的濃度做圖，并進(jìn)行線性回歸曲線擬合，得到線性回歸方程，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性以相關(guān)系數(shù)的平方（R2）表示，結(jié)果見(jiàn)表7。

從表7 中R2數(shù)據(jù)可知，在0.020～10.00 mg/L 范圍內(nèi)，方法R2均在0.9990 以上，線性關(guān)系較好。

2.2.2.3 回收率和精密度

通過(guò)空白標(biāo)準(zhǔn)添加實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行回收率和精密度的測(cè)定，添加水平分別為20、200 和2000 μg/L，每個(gè)添加水平測(cè)定6 個(gè)平行樣品，經(jīng)SPE 凈化后，GC-(TQ)MS 分析結(jié)果如表8 所示，其中精密度用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviations，RSDs，n=6）表示。

從表8 中回收率和RSD 數(shù)據(jù)可可以看出，在3個(gè)添加水平下，回收率在86.5%～98.3%之間，RSD 均小于8.0%，方法準(zhǔn)確性好，精密度高，可用于皮革制品中光引發(fā)劑含量的分析。

2.3 實(shí)際樣品分析

實(shí)際樣品的GC-(TQ)MS 分析結(jié)果表明，共有7個(gè)樣品中有光引發(fā)劑檢出，7 個(gè)樣品均為皮鞋，其中3個(gè)購(gòu)自于本地超市，占所有本地超市和商場(chǎng)的皮鞋樣品的37.5%，其余4 個(gè)樣品來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)，占所有來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)的皮鞋樣品的30.8%。陽(yáng)性樣品信息及光引發(fā)劑含量如表9 所示，表中分析結(jié)果為光引發(fā)劑在皮革中的含量。

表6 GC-(TQ)MS 分析方法的LOD 和LOQTab.6 LOD and LOQ of GC-MS/MS analysis method

表7 GC-MS/MS 分析方法的線性范圍Tab.7 Linear ranges of GC-MS/MS analysis method

表8 光引發(fā)劑的回收率和RSDsTab.8 Recoveries and RSDs of photoinitiators

表9 陽(yáng)性樣品分析結(jié)果1）Tab. 9 Testing results of positive samples

在所有陽(yáng)性樣品中，BP 的分布最廣泛，7 個(gè)樣品中均含有BP，顯示BP 為皮革制品中使用較廣的光引發(fā)劑，也是含量較高的光引發(fā)劑，有2 個(gè)樣品中BP含量均高于10 mg/kg。除BP 外，PAP、2-MBP、4-MBP和CBP 均僅在1～2 個(gè)樣品中有檢出，且含量較低。除了這五種光引發(fā)劑外，本文研究的另外三種光引發(fā)劑：3-HAP、4-EAP 和4-HAP 均未有檢出。

3 結(jié)論

本文建立了皮革制品中8 種光引發(fā)劑的GC-(TQ)MS 分析方法，方法靈敏度高、線性范圍寬，線性好。采用超聲提取和SPE 凈化的方式處理皮革制品樣品，回收率高、穩(wěn)定性好。實(shí)際樣品的分析結(jié)果顯示，BP 在皮革制品中存在較廣泛，含量相對(duì)較高。隨著皮革制品的使用，這些光引發(fā)劑可能對(duì)人體健康產(chǎn)生一定影響。同時(shí)，隨著這些產(chǎn)品的廢棄進(jìn)入環(huán)境，對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生的效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。