紡織品中禁用偶氮染料還原條件的研究

文/王韜

含有禁用偶氮染料的紡織品與人體接觸，禁用偶氮染料被皮膚吸收后，可與人體內(nèi)的還原酶相作用生成致癌芳香胺，因而禁用偶氮染料的檢測已成為國際服裝貿(mào)易中最重要的品質(zhì)監(jiān)控項目之一。因此我國強制性標(biāo)準(zhǔn)GB 18401—2010中明確規(guī)定了偶氮染料的檢出限量值為20mg/kg。

歐盟、德國以及我國都相應(yīng)制定了紡織品、皮革及毛皮中禁用偶氮染料的檢測方法。GB/T 17592—2011和EN 14362-1：2012中的操作步驟是將紡織品剪成小塊在檸檬酸鹽緩沖溶液中于70℃保溫30min，之后加入連二亞硫酸鈉溶液還原30min，還原后使用乙醚在硅藻土柱中提取，后經(jīng)旋蒸、氮氣吹掃濃縮后，使用氣相色譜-質(zhì)譜或液相色譜-質(zhì)譜進行檢測。上述檢測方法結(jié)果可靠，但是過程繁瑣，需要大量提取試劑，耗時長，并且氣質(zhì)或液質(zhì)儀器昂貴，僅適合某些有條件的實驗室。近年來，偶氮染料檢出率逐年降低，陽性樣品的檢出率不足1%。人們積極探索快篩方法，從而實現(xiàn)快速鑒別陽性樣品。其中主要的研究方向是采用液液萃取代替硅藻土柱提取，采用顯色的方法代替儀器檢測。比如2012年的歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 14362-1：2012中給出了禁用偶氮染料的快篩方法：在一定pH值的檸檬酸鹽緩沖體系中先控制溫度還原，再經(jīng)叔丁基甲醚進行液液萃取測定，使得提取溶劑的用量從80mL減少到約5mL。山東出入境的葉熙雯等人發(fā)展了快速顯色方法，經(jīng)還原萃取提純后顯色，可方便快捷地鑒別陽性樣品。

雖然人們在萃取和檢測的改進研究方面做了很多工作，但是對于改進還原體系從而縮短試驗時間的報道比較少，葉熙雯等比較了幾種還原方式，通過比較強堿、強酸、弱堿和弱酸等4種還原體系，發(fā)現(xiàn)在強堿性體系還原得到的芳香胺的含量高于在弱堿或弱酸條件下芳香胺的含量，并且發(fā)現(xiàn)在強堿條件下煮沸可有效縮短還原時間。然而在中性或弱酸性條件下煮沸是否能夠有效縮短還原時間還不明確。為了模擬人體的pH值（中性或弱酸性條件），本文在中性（純水）和弱酸性（檸檬酸鹽緩沖溶液）條件下，考察煮沸對于芳香胺檢出量的影響。通過將水浴溫度由70℃升高到100℃，考察芳香胺的檢出量是否會受到影響，探究改變pH值對于芳香胺檢出量的影響，以及將還原時間由30 min縮短到10 min，芳香胺的檢出量變化情況。

1 試驗部分

1.1 主要儀器和試驗試劑

儀器：電子天平、可控溫的恒溫水浴器、可控溫的超聲水浴鍋、真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、硅藻土提取柱、容量瓶（100mL和1000mL）、玻璃試管（100mL）、稱量瓶（40mL）、磨口圓底燒瓶（100mL）、電磁爐、水浴鍋。

試劑：乙酸乙酯（分析純）、連二亞硫酸鈉（分析純）、甲醇（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、三水合檸檬酸（分析純）、乙醚（分析純）、20種禁用芳香胺標(biāo)準(zhǔn)品（色譜純，Chemservice公司）、2，4，5－三氯苯胺（分析純）、蒽－d10（分析純）、萘－d8（分析純）。

1.2 樣品信息

選擇3種有檢出物質(zhì)的樣品，具體信息見表1。

表1 樣品信息

1.3 試劑配制

（1）新鮮制備的連二亞硫酸鈉水溶液（200mg/mL）：取40g干粉狀的連二亞硫酸鈉（含量≥85%），溶解于200mL的去離子水中，試驗時即配即用。

（2）檸檬酸鹽緩沖液（0.06mol/L，pH=6.0），加熱至100℃：取6.263g檸檬酸和3.160g氫氧化鈉加入去離子水溶解定容至500mL。

（3）芳香胺的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（1000mg/L）：采用乙酸乙酯溶解致癌芳香胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，配制成質(zhì)量濃度約為1000 mg/L的芳香胺儲備液。

(2)研究區(qū)域土壤重金屬Cd、Pb、Cu、Zn和Ni均已殘渣態(tài)為主要存在形態(tài)，除Cu元素外，其余4種元素的3種活性組分之和比例均較高，尤其是Cd元素，其有效態(tài)略高于穩(wěn)定態(tài)，生物活性最強，生物有效性大小順序為Cd>Pb>Ni>Zn>Cu。

（4）混合內(nèi)標(biāo)儲備液（1000mg/L）：采用乙酸乙酯溶解2,4,5－三氯苯胺（CAS號：636-30-6）、萘－d8（CAS號：1146-65-2）、蒽－d10（CAS號：1719-06-8），配制成質(zhì)量濃度為1000mg/L的混合內(nèi)標(biāo)儲備液。

（5）混合內(nèi)標(biāo)工作液（20mg/L）：采用移液槍量取1 mL的混合內(nèi)標(biāo)儲備液，置于50mL的容量瓶中，之后采用乙酸乙酯定容，得到質(zhì)量濃度為20mg/L的內(nèi)標(biāo)工作液。

（6）混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：采用乙酸乙酯稀釋混合內(nèi)標(biāo)工作液，從而將芳香胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液稀釋成濃度為20mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.4 試驗方法

1.4.1 試樣的制備與處理

選取含有偶氮染料的陽性樣品，裁剪成尺寸約為5mm×5mm的小片。稱取1.00g，精確至0.01g，置于玻璃反應(yīng)器中，加入17mL的檸檬酸鹽緩沖溶液或17mL純水，再加入3.0mL的保險粉溶液（新鮮配制），在密閉反應(yīng)器中用力振搖，使所有試樣充分潤濕。然后將密閉反應(yīng)器置于（100±2）℃水浴中，加熱還原10min～30min，還原后取出，于2min內(nèi)冷卻至室溫。

1.4.2 萃取和濃縮

用玻璃棒用力擠壓反應(yīng)器中的試樣，將反應(yīng)后的溶液全部轉(zhuǎn)移至硅藻土提取柱內(nèi)，靜置吸附約15min，之后用4×20mL乙醚分4次沖洗反應(yīng)器中的試樣，每次洗提后，需將乙醚和試樣進行混合，然后將乙醚潷入硅藻土提取柱中，將洗提液收集到100mL的圓底燒瓶。

1.4.2.2 濃縮

將上述收集的盛有乙醚提取液的圓底燒瓶置于真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上，于35℃左右的低真空下濃縮（約剩余1.0mL），之后用緩慢的氮氣流小心吹掃燒瓶內(nèi)殘存的乙醚，使其濃縮至近干。

1.4.3 GC/MSD內(nèi)標(biāo)法定量分析

1.4.3.1 GC/MSD分析方法

采用經(jīng)校準(zhǔn)的移液槍準(zhǔn)確移取1.0mL的內(nèi)標(biāo)溶液，加入濃縮至近干的圓底燒瓶中，混勻后靜置。移取1μL的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液與試樣的混合溶液，注入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，根據(jù)芳香胺的特征離子進行定性，之后根據(jù)色譜的峰面積進行定量分析。

1.4.3.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析條件

色譜柱（毛細(xì)管柱）：Agilent DB-5 MS色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）；質(zhì)譜接口溫度：270℃；進樣口溫度：250℃；進樣量：1μL；進樣方式：不分流進樣；掃描方式：全掃描；質(zhì)量掃描范圍：35aum～500aum；離子化形式：EI；載氣：氦氣(純度＞99.999%)；流速：1.0mL/min；電離電壓：70eV；溶劑延遲：3.0min；升溫梯度：在60℃，以15℃/min的速度升溫至150℃，之后保持3min，再以20℃/min的速度升溫至200℃，保持1min，以15℃/min的速度升溫至230℃，保持2min后，以10℃/min的速度升溫至280℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 緩沖溶液體系下還原時間的選取

為了縮短還原時間，方便操作，我們在樣品管中加入檸檬酸鹽緩沖溶液和保險粉溶液后，放入100℃水浴中加熱30min、20min和10min，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測芳香胺的含量。

由表2可知，把水浴溫度升高到100℃，可以達(dá)到良好的還原效果，芳香胺的含量超過了采用國標(biāo)的還原條件所測出的芳香胺的含量，反應(yīng)時間由原來的保溫30min加上還原裂解30min，縮減到10min之內(nèi)完成，說明升高溫度能夠有效地加快反應(yīng)的速度。由于水的沸點是100℃，不需要采用控溫裝置進行精確控溫，易于操作。

表2 還原時間對芳香胺檢出量的影響（緩沖溶液）

2.2 用純水代替緩沖液還原時間的選取

本文嘗試將檸檬酸鹽緩沖溶液替換為純水，從而體系的pH值由6增加到7，其他條件不變，考察檢出的芳香胺的含量是否會受影響。

從表3可以看出，芳香胺的檢出量高于采用國標(biāo)方法所測得的芳香胺的檢出量，而且反應(yīng)時間從30min縮短到10min，不會導(dǎo)致芳香胺檢出量的降低。此外，在純水體系還原所得到的芳香胺的檢出量也略高于在檸檬酸鹽緩沖溶液體系下還原所得到的芳香胺的檢出量。因此，pH值的輕微改變不會導(dǎo)致檢測結(jié)果的很大差異。由于純水廉價易得，是最主要的環(huán)保試劑，所以可選擇純水作為反應(yīng)的溶劑進行快速篩查。

表3 還原時間對芳香胺檢出量的影響（純水）

3 結(jié)論

為了實現(xiàn)禁用偶氮染料的快速檢測，我們對還原方法進行了改進。通過考察還原溫度和時間對結(jié)果的影響，我們發(fā)現(xiàn)在100℃的沸水浴中，用純水代替檸檬酸鹽緩沖溶液，偶氮染料的還原裂解反應(yīng)不受影響，芳香胺的檢出量更高。此外，反應(yīng)時間對芳香胺的影響較小，但是時間延長會使芳香胺的濃度略有降低，可選擇10min作為還原時間。該方法將直接用沸水浴代替70℃水浴，用純水代替檸檬酸緩沖溶液，整個試驗過程縮短了50min，不需要精準(zhǔn)控溫裝置，易于操作，可將加熱煮沸的還原方法與芳香胺的快速顯色等快篩方法相結(jié)合在紡織品生產(chǎn)企業(yè)推廣，從而實現(xiàn)禁用偶氮染料的快速篩查。