高效液相色譜法測(cè)定人造革中甲酰胺殘留量

侯煥瑤，倪力軍，欒紹嶸，張立國(guó)

（華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海 200237）

引言

甲酰胺又稱為氨基甲醛，是一種易引起過敏反應(yīng)的有毒有害物質(zhì)，對(duì)眼睛和皮膚有一定的刺激，吸入后對(duì)健康也有一定的危害，長(zhǎng)時(shí)間暴露于甲酰胺還會(huì)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是具有致畸、致癌，且具生殖毒性的物

質(zhì)(CMR)[1-3]。在國(guó)外，歐盟將甲酰胺視為1B 類致癌物質(zhì)，2012年歐洲化學(xué)品管理署(ECHA)將甲酰胺作為第7 批13 項(xiàng)高度關(guān)注物質(zhì)(SVHC)。甲酰胺作為發(fā)泡劑，在人造革及相關(guān)發(fā)泡產(chǎn)品的生產(chǎn)中被用來增加產(chǎn)品的柔韌性，可以防止產(chǎn)品斷裂并降低生產(chǎn)成本[4]。目前以人造革為原料或含有人造革的產(chǎn)品在日常生活中屢見不鮮[5-6]，其中殘留的甲酰胺會(huì)對(duì)人類健康造成危害。因此，對(duì)發(fā)泡材料中殘留甲酰胺進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控非常必要。

目前已有較多文獻(xiàn)報(bào)道酰胺類溶劑的檢測(cè)，但涉及甲酰胺溶劑殘留量測(cè)定的并不多見[7-8]。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34842-2017[9]中規(guī)定了鞋類及鞋類部位中發(fā)泡材料甲酰胺的化學(xué)試驗(yàn)方法，該標(biāo)準(zhǔn)中甲酰胺的測(cè)定用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)，檢出限為10 mg/kg，分析成本和檢出限較高。歐盟玩具指令2009/48/EC 附件Ⅱ附件C 中規(guī)定泡沫玩具中甲酰胺的總釋放量從測(cè)試開始至28 日之內(nèi)不得超過20 ug/m3，這一檢測(cè)方法耗時(shí)長(zhǎng)，手續(xù)繁瑣。目前較常見的甲酰胺檢測(cè)方法為氣相色譜-質(zhì)譜法[10-13]、氣相色譜法[14-15]，樣品前處理通常是將樣品經(jīng)粉碎后先用溶劑多次超聲提取。在某些檢測(cè)皮革中酰胺類溶劑殘留量的研究報(bào)道中，提取液還需經(jīng)過固相萃取柱凈化處理[16-17]，再通過氮吹或旋蒸濃縮提取液后再進(jìn)行檢測(cè)。這些甲酰胺殘留檢測(cè)方法中存在樣品前處理復(fù)雜繁瑣、易于造成甲酰胺的損失，影響測(cè)試準(zhǔn)確度，或檢出限偏高等問題。

本文研究中發(fā)現(xiàn)常規(guī)的溶劑（如丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯）難以充分提取人造革中的痕量甲酰胺，采用乙腈提取樣品時(shí)甲酰胺的色譜峰面積最大，提取效率最好，進(jìn)一步采用高效液相色譜（HPLC）方法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該分析方法甲酰胺的檢出限比文獻(xiàn)[17-20]報(bào)道的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法以及氣相色譜法的檢出限要低。該方法簡(jiǎn)便快速、靈敏度高、檢出限低，為人造革、瑜伽墊等相關(guān)發(fā)泡材料中甲酰胺的測(cè)定提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和材料

甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)品（純度98.5%，上海梯希愛化成工業(yè)有限公司）；甲醇（色譜級(jí)，純度≥90%，≤100%，默克股份兩合公司）；乙醇（分析純，純度99.7%，上海泰坦科技股份有限公司）；乙酸乙酯（色譜級(jí)，純度99.0%，上海阿拉丁試劑有限公司）；丙酮（分析純，純度99.5%，上海泰坦科技股份有限公司）；乙腈（色譜級(jí)，純度≥90%，≤100%，默克股份兩合公司）；0.22 um 有機(jī)過濾膜（泰坦科技股份有限公司）；人造革，橡塑保溫材料，瑜伽墊以及EVC 地墊樣品購(gòu)于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

1.2 設(shè)備和儀器

AL-204 電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；KQ-200KDE 超聲波發(fā)生器（昆山市超聲儀器有限公司）；TU-1800PC T6 新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限公司）；UltiMate 3000 高效液相色譜儀（賽默飛科技有限公司）；7890B 氣相色譜儀（安捷倫科技有限公司）；7890A-5975C 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（安捷倫科技有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取適量的甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)品，用乙腈逐級(jí)稀釋，配制成甲酰胺質(zhì)量濃度分別為0.1、0.2、0.4、0.8、1.6 mg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3.2 樣品前處理

將待檢測(cè)樣品剪碎成粒徑大小約2 mm，準(zhǔn)確稱樣1.00 g，置于25 mL 具塞試管中，加入10 mL 提取溶劑，塞緊瓶塞，置于超聲波發(fā)生器中水浴常溫提取1 h，得待檢測(cè)溶液，經(jīng)0.22 um 有機(jī)濾膜過濾后，進(jìn)色譜儀進(jìn)行分析。

1.4 儀器工作條件

HPLC 條件：安捷倫ZORBAX SB-C18 色譜柱：4.6×250 mm 粒徑5 um，進(jìn)樣體積為10 μL，柱溫25℃，檢測(cè)波長(zhǎng)196 nm，0～5 min 采用等度洗脫法，5～35 min 時(shí)采用梯度洗脫法。洗脫時(shí)間為40 min，流速為1 mL/min，流動(dòng)相A 為水，流動(dòng)相B 為乙腈。0 min 時(shí)流動(dòng)相組成為99%A+1%B，5 min 時(shí)99%A+1%B，10 min 時(shí)95%A+5%B，15 min 時(shí)85%A+15%B，20 min時(shí)75%A+25%B，25 min 時(shí)65%A+35%B，30 min 時(shí)55%A+45%B，35 min 時(shí)50%A+50%B。

GC 條件：色譜柱:Agilent J&W HP-INNOWAX(0.25 mm×30 m×0.25 μm)；載氣：高純氮?dú)?，體積流量1 mL/min，分流比10∶1；升溫程序：起始溫度為50 ℃，維持5 min，以每分鐘20 ℃速率升至240 ℃，維持5 min；進(jìn)樣口溫度為250 ℃，隔墊吹掃流量3 mL/min，壓力：9.086 psi；檢測(cè)器溫度為270 ℃。

GC-MS 條件：Agilent HP-5 毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）安捷倫科技有限公司；載氣：He（純度為99.999%）；流速：0.7 mL/min，5 min后0.57 mL/min；壓力：4.0019 psi；分流進(jìn)樣，分流比10 ∶1；進(jìn)樣口溫度250 ℃；隔墊吹掃流量3 mL/min；輔助加熱器280 ℃；升溫程序：初始溫度50℃，保留4 min，以20 ℃/min 升至180 ℃，保持1 min，以20 ℃/min 升至280 ℃，保持10 min。電離方式：電子轟擊離子源(EI)，電子能量70 eV；四級(jí)桿溫度：150 ℃；離子源溫度：230 ℃；掃描模式：SIM（m/z 45；m/z 44；m/z 29）；溶劑延遲2.5 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測(cè)器波長(zhǎng)的選擇

將甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)品用乙腈作為溶劑配置成一定濃度的溶液后，在二極管陣列下掃描，以波長(zhǎng)（nm）為橫坐標(biāo)，吸光度（Abs）為縱坐標(biāo)繪制出甲酰胺紫外吸收光譜圖，結(jié)果見圖1。從圖1 中可以看出，甲酰胺在196 nm附近具有最大吸收，因此，選擇196 nm 為檢測(cè)波長(zhǎng)。

圖1 甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)品的紫外吸收光譜圖

2.2 樣品前處理?xiàng)l件的考察

2.2.1 萃取溶劑的選擇

甲酰胺在常溫下是一種無色無味的油狀液體，當(dāng)其含雜質(zhì)時(shí)略有氨的氣味，有吸濕性，幾乎不溶于醚類或含氯溶劑，微溶于苯，能與水、甲醇、乙醇、丙酮和低級(jí)酯混溶。本文實(shí)驗(yàn)過程中，分別考察了甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯和乙腈為提取溶劑時(shí)，相同人造革樣品在同一色譜條件下的高效液相色譜圖見圖2，不同溶劑制備的供試品溶液中甲酰胺的含量見表1。當(dāng)甲醇作為提取溶劑時(shí)，受人造革樣品中其他物質(zhì)的干擾，甲酰胺不能得到良好分離，無法準(zhǔn)確地對(duì)甲酰胺進(jìn)行定性及定量分析；由圖2 可知，用乙腈、丙酮、乙醇、乙酸乙酯為提取溶劑時(shí)，在保留時(shí)間2.68 min 附近出現(xiàn)了甲酰胺色譜峰，但色譜峰的峰面積為乙腈＞丙酮＞乙酸乙酯＞乙醇，表明乙醇和乙酸乙酯對(duì)人造革中殘留甲酰胺的提取效率不及乙腈。乙腈作為提取溶劑提取人造革時(shí)不僅可以得到峰形較佳的色譜峰，而且受樣品雜質(zhì)干擾小，提取效率高，故選擇乙腈作為提取溶劑。

表1 不同提取溶劑的高效液相色譜分析結(jié)果Tab.1 Results of HPLC analysis with different extraction solvents

圖2 不同溶劑提取的供試品溶液的高效液相色譜圖

2.2.2 超聲提取時(shí)間的考察

以乙腈作為提取溶劑，將人造革樣品采用1.3.2所述步驟制備供試品溶液，采用1.4 節(jié)中所述HPLC法考察超聲20、30、40、50、60、90、120 min 時(shí)，溶液中甲酰胺含量，結(jié)果如圖3 所示。從圖中可以看出，隨著超聲時(shí)間的增加，甲酰胺含量隨之增加，但達(dá)到一定時(shí)間后，溶液中甲酰胺含量趨于穩(wěn)定。因此，超聲時(shí)間定為60 min。

圖3 不同超聲時(shí)間下測(cè)得的甲酰胺含量

2.3 線性關(guān)系、方法檢出限和定量限

取1.3.1 節(jié)中配制的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液用1.4 所述HPLC 條件進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，在0.1～1.6 mg/L 的范圍內(nèi)，線性回歸方程為y= 0.4743x+0.00005，相關(guān)系數(shù)R2為0.9999，可見甲酰胺在本實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，按3 倍和10 倍的信噪比分別確定方法的檢出限和定量限，方法的檢出限和定量限分別為0.11 mg/kg 和0.36 mg/kg。

2.4 加標(biāo)回收率和精密度

對(duì)含有甲酰胺的人造革樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，稱取人造革樣品1.00 g，在9 份平行樣品中分別進(jìn)行81%，101%，122%三個(gè)水平添加，每個(gè)添加水平進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)，回收率見表2，由表2 可知，用乙腈浸提甲酰胺的平均回收率在83.4%～85.7%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.28%～0.93%之間。稱取6份人造革樣品，每份1.00 g，分別添加10 mL 乙腈作為提取溶劑，超聲1 小時(shí)后用高效液相色譜儀進(jìn)行檢測(cè)，得到的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，由表3 可知，重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為2.45%。

表2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=3）Tab. 2 Experimental results of labeled recovery (n=3)

表3 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=6）Tab. 3 Reproducibility test results (n=6)

2.5 不同檢測(cè)方法的比較

以乙腈為提取溶劑，將人造革樣品按照1.3.2節(jié)所述步驟制備供試品溶液，用1.4 節(jié)中所述HPLC法進(jìn)行檢測(cè)，得到的HPLC 譜圖如圖4 所示，測(cè)得人造革樣品甲酰胺的含量為2.1 mg/kg。隨后又將供試品溶液分別用GC 和GC-MS 聯(lián)用法檢測(cè)，無法得到相應(yīng)的色譜峰。文獻(xiàn)[17]中建立的超聲萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法同時(shí)測(cè)定皮革中21 種有害有機(jī)溶劑殘留量，甲酰胺的檢出限為0.09 mg/L；文獻(xiàn)[18]建立的氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定瑜伽墊中甲酰胺殘留量，檢出限為0.03 mg/L；文獻(xiàn)[19]建立的氣相色譜-質(zhì)譜法法分析EVA 泡沫拼圖地墊中的甲酰胺，檢出限為1.5 mg/L；文獻(xiàn)[20]建立的兒童地墊中甲酰胺的氣相色譜測(cè)定法中，甲酰胺的檢出限為0.5 mg/L。以上方法對(duì)甲酰胺的檢出限均高于本文建立方法的檢出限0.011 mg/L。

圖4 人造革中殘留甲酰胺的HPLC 譜圖

2.6 其他產(chǎn)品中甲酰胺殘留量的檢測(cè)

以乙腈為提取溶劑，將塑保溫材料、瑜伽墊、地墊等樣品按照1.3.2 節(jié)所述步驟制備供試品溶液，用1.4 節(jié)中所述HPLC 法進(jìn)行檢測(cè)，得到的HPLC譜圖如圖5 所示，另建立10～240 mg/L 濃度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線對(duì)其進(jìn)行定量分析，測(cè)得三種樣品甲酰胺的含量見表4。從檢測(cè)結(jié)果中可知，三種材料中甲酰胺的殘留量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人造革，其中EVC 地墊中甲酰胺的殘留量可達(dá)2166.8 mg/kg。

圖5 三種樣品中殘留甲酰胺的HPLC 譜圖

表4 三種樣品中殘留甲酰胺的高效液相色譜分析結(jié)果Tab.4 Determination of residual formamide in three samples by HPLC

3 結(jié)論

以乙腈為提取溶劑，超聲提取60 min，可有效提取人造革中的痕量甲酰胺。本文建立的甲酰胺HPLC 測(cè)試方法采用紫外檢測(cè)器，可得到峰形較佳的甲酰胺色譜峰，對(duì)甲酰胺的檢測(cè)具有較高的靈敏度。該方法樣品前處理簡(jiǎn)便快速、檢出限低、可準(zhǔn)確測(cè)定樣品中高于0.36 mg/kg 的甲酰胺殘留量。該分析方法不僅可用于人造革中痕量甲酰胺的檢測(cè)，也可推廣應(yīng)用于橡塑保溫材料、EVC 地墊和瑜伽墊等甲酰胺含量較高材料的檢測(cè)，為含發(fā)泡劑產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)提供了新的高效、簡(jiǎn)便的分析方法。