2，2'，4，4'-四溴二苯醚的有機純度分析

崔厚祥 陳 玲 廖澤榮 羅思婷 花秀兵

（廣東省計量科學(xué)研究院，廣東 廣州 510405）

0 引言

多溴二苯醚（Polybrominateddiphenyl ethers，PBDEs），化學(xué)通式為C12H（0-9）Br（1-10）O，是一組溴原子數(shù)不同的二苯醚的同系物，共209種[1]。因具有優(yōu)異的阻燃性能，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品中。并因其具有內(nèi)分泌干擾、生殖毒性和致癌等生物毒性而備受關(guān)注[1-2]。自2004年起，歐盟開始禁止使用PBDEs。

質(zhì)量平衡法應(yīng)用最廣泛。質(zhì)量平衡法中的關(guān)鍵是有機純度的測定[3]。該文即采用質(zhì)量平衡法進行2，2'，4，4'-四溴二苯醚（BDE-47）純度定值，在此基礎(chǔ)上進行甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制，并獲批為國家二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW（E）084484。保證了該類化合物測定結(jié)果的溯源性、準(zhǔn)確性和在世界范圍內(nèi)的可比性，為環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)檢驗以及生物科學(xué)等領(lǐng)域檢測提供了可靠的技術(shù)支撐。

1 試驗部分

1.1 試驗設(shè)備和試劑

7890A/5975B型氣質(zhì)聯(lián)用儀、7890B型氣相色譜儀配FID檢測器，生產(chǎn)廠家為美國安捷倫科技公司；e2695型液相色譜儀，配2998型二極管陣列檢測器，生產(chǎn)廠家為美國沃特世公司；C20卡式水分測定儀，生產(chǎn)廠家為美國梅特勒托利多公司；CPA225D電子天平，生產(chǎn)廠家為德國賽多利斯公司。

2，2’，4，4’-四溴二苯醚，標(biāo)稱純度為≥98%，生產(chǎn)廠家為加拿大多倫多研究化學(xué)公司，批號為5-TMH-85-4，定量分析前經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用和核磁共振進行了定性確認(rèn)；甲醇，色譜純，德國默克公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 液相色譜方法的建立

準(zhǔn)確稱取2，2'，4，4'-四溴二苯醚50 mg，用甲醇定容至25 mL，制得濃度為2.0 mg/mL的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液。將此溶液進行HPLC-DAD分析。液相色譜條件如下：C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，i.d.，5 μm），流動相為甲醇-水（90%～10%，V-V），流速為1.0mL/min，柱溫30℃，進樣量2μL。

1.2.2 液相色譜測定樣品的純度

在原料樣品瓶中的上、中、下位置隨機抽取11個樣品，準(zhǔn)確稱量其質(zhì)量，配制濃度為2.0 mg/mL甲醇中BDE-47溶液，按照所優(yōu)化的液相色譜方法進行純度測定，每瓶測定2次。

1.2.3 氣相色譜分析

將1.2.1節(jié)中所制得的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液進行氣相色譜分析，色譜條件如下：色譜柱為HP-5，0.32 mm×0.25 μm ×30 m，19091J-413；進樣口溫度為250 ℃；檢測器溫度為250 ℃；進樣量2 μL，不分流。柱溫初始溫度為60 ℃，保留0.5 min，先以5 ℃/min升溫至100 ℃，再以10 ℃/min升溫至250 ℃，保留6.5 min。

1.2.4 氣質(zhì)分析

精確稱取2，2'，4，4'-四溴二苯醚50.1mg，用甲醇定容至50 mL棕色容量瓶中，得到濃度為1.02 mg/mL的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液。將所配制的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液進行氣質(zhì)聯(lián)用分析。氣質(zhì)條件如下：進樣口溫度為250 ℃；連接口溫度為280℃；離子源溫度為230 ℃；柱流速為1mL/min；進樣量為1 μL，分流比為1：10；掃描范圍為（50～550）u；溶劑延遲為3min；色譜柱為HP-5MS，30 m×0.32 mm×0.25 μm；初始柱溫為60 ℃，以5 ℃/min升溫至200 ℃，保留22 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 液相色譜法測定BDE-47有機純度結(jié)果

對比純甲醇、純乙腈以及乙腈（90%）-水（10%），可以看到甲醇（90%）-水（10%）作為流動相時，雜質(zhì)的分離效果最佳。因此，該研究選擇甲醇（90%）-水（10%）作為流動相，在此0.08基礎(chǔ)上進行分析方法的優(yōu)化和雜質(zhì)分離結(jié)果的考察。

先在190nm～400nm對樣品進行全波長掃描，確定BDE-47的檢測波長為210 nm。

在210 nm檢測波長條件下，按照1.2.1節(jié)所述液相色譜條件得到BDE-47液相色譜分析結(jié)果，如圖1所示。對照樣品液相色譜圖和空白液相色譜圖，BDE-47含有2種有機雜質(zhì)，并且雜質(zhì)組分A、雜質(zhì)組分B與主體組分得到較好的分離。

圖1 BDE-47的液相色譜分析圖

在此條件下，在（0.1～2200）mg/L濃度范圍內(nèi)，BDE-47峰面積與質(zhì)量濃度的線性擬合系數(shù)為0.9992。

將所配制的11個樣品進行液相色譜分析，采用峰面積歸一化，得到純度分析結(jié)果，見表1。

表1 BDE-47的高效液相色譜峰測定結(jié)果

經(jīng)格拉布斯和狄克遜異常值檢驗方法判斷，無異常值。且經(jīng)檢驗符合正態(tài)分布，取11個樣品測量的平均值0.9866為BDE-47液相色譜的純度定值結(jié)果。

2.2 氣相色譜測定BDE-47的純度

根據(jù)1.2.3節(jié)的氣相色譜條件，得到氣相色譜分離效果，如圖2所示。

從圖2可以看出，其與液相色譜一致，氣相色譜也分析得到2個雜質(zhì)峰，且2個雜質(zhì)組分A、雜質(zhì)組分B與主體成分可以得到有效分離。在（1～2500）mg/L濃度范圍內(nèi)，2，2’，4，4’-四溴二苯醚峰面積與質(zhì)量濃度的線性擬合系數(shù)為0.9992。

圖2 BDE-47液相色譜分析圖

將11個樣品進行氣相色譜分析，得到純度分析結(jié)果，見表2。

表2 BDE-47氣相色譜純度測定結(jié)果

經(jīng)格拉布斯和狄克遜異常值檢驗方法判斷，無異常值。且經(jīng)檢驗符合正態(tài)分布，因此取11個樣品測量的平均值0.9886為BDE-47氣相色譜的純度定值結(jié)果。

2.3 2，2’，4，4’-四溴二苯醚的色譜定值結(jié)果

將2，2'，4，4'-四溴二苯醚液相色譜和氣相色譜得到的純度結(jié)果進行等精度檢驗[4]，如公式（1）～公式（3）所示。

查科科倫檢驗臨界表，C

取2種測量方法所得純度值的平均值為BDE-47的有機純度定值結(jié)果，如公式（4）所示。

2.4 雜質(zhì)的定性分析

由氣相色譜和液相色譜分析結(jié)果可知，BDE-47中含有2種有機雜質(zhì)，因此采用氣質(zhì)聯(lián)用分析以對雜質(zhì)進行初步定性。根據(jù)1.2.4節(jié)的分析條件，得到BDE-47的分析結(jié)果。

根據(jù)質(zhì)譜檢索結(jié)果，雜質(zhì)A為2，2'，4，4'，5-五溴二苯醚，雜質(zhì)B為2，2'，4，4'，6-五溴二苯醚。

2.5 有機純度定值的不確定度評定

BDE-47的有機純度為氣相色譜定值純度和液相色譜定值純度的平均值，因此BDE-47有機純度定值的不確定度包括液相色譜法定值的不確定度、氣相色譜法定值的不確定度以及方法差異引入的不確定度分量[5-6]。

2.5.1 液相色譜引入的不確定度

高效液相色譜法定值引入的不確定度包括測量重復(fù)性引入的不確定度、波長差異引入的不確定度。

2.5.1.1 測量重復(fù)性引入的不確定度

重復(fù)性不確定度由測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差給出，從表1可得公式（5）。

2.5.1.2 波長差異引入的不確定度

參照J(rèn)JF1855-2020《純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值技術(shù)規(guī)范有機純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)》，波長差異引入的不確定度按照公式（6）進行評定。

式中：u2,HPLC為波長差異引入的不確定度；u2-i為雜質(zhì)i的響應(yīng)因子差異引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，計算如公式（7）所示。

式中：Bimaxλ為雜質(zhì)i最大響應(yīng)波長下的峰面積百分比；Bicharλ為雜質(zhì)i定值波長下的峰面積百分比。

在不同波長下進行純度分析，得到主體成分BDE-47、雜質(zhì)A和雜質(zhì)B在不同波長下各組分的分析結(jié)果，見表3。

表3 不同波長下各組分色譜峰面積百分比

因此，波長差異引入的不確定度為1.85×10-3。

合成重復(fù)性引入的不確定度與波長差異引入的不確定度，液相色譜定值引入的不確定度為1.99×10-3。

2.5.2 氣相色譜法引入的不確定度

氣相色譜法引入的不確定度包括重復(fù)性引入的不確定度和響應(yīng)差異引入的不確定度。

2.5.2.1 重復(fù)性引入的不確定度

從表2可得重復(fù)性引入的不確定度為1.85×10-4。

2.5.2.2 氣相色譜法響應(yīng)差異引入的不確定度

氣相色譜法定值的另外一個不確定度主要是各化合物在FID上響應(yīng)因子差異引入的不確定度。參照J(rèn)JF1855-2020《純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值技術(shù)規(guī)范有機純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)》，響應(yīng)因子的差異引入的不確定度計算如公式（8）所示。

式中：u2,GC氣相色譜響應(yīng)差異引入的不確定度；Xi為雜質(zhì)i的含量；n為雜質(zhì)的個數(shù)，fi與f0分別為雜質(zhì)i和主體成分的有效碳數(shù)，其計算如公式（9）和公式（10）所示。

式中：Mi為雜質(zhì)i的相對分子質(zhì)量；Ci為雜質(zhì)i的碳總相對原子質(zhì)量，即分子式中碳數(shù)目與碳相對原子量的乘積。

式中：M0為主成分的相對分子質(zhì)量；C0為主成分的碳總相對原子質(zhì)量，即分子式中碳數(shù)目與碳相對原子量的乘積。

根據(jù)BDE-47的液相色譜圖和氣相色譜圖，在主體成分的后面有2個雜質(zhì)出峰。根據(jù)2.4節(jié)中對雜質(zhì)的氣質(zhì)定性分析，雜質(zhì)組分A為2，2'，4，4'，5-五溴二苯醚，雜質(zhì)組分B為2，2'，4，4'，6-五溴二苯醚。根據(jù)公式（9）和公式（10）分別計算得到f0=0.296，fi=0.255。氣相色譜響應(yīng)差異引入的不確定度計算結(jié)果見表4。

表4 氣相色譜響應(yīng)差異引入的不確定度

因此得到公式（11）、公式（12）。

2.5.3 色譜定值引入的不確定度

合成液相色譜和氣相色譜定值引入的不確定度分量，BDE-47的有機純度定值不確定度為1.62×10-3。取k=2，BDE-47有機純度的擴展不確定度為0.4%。

3 結(jié)語

量值準(zhǔn)確性是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)最重要的特性之一，定值是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究的關(guān)鍵步驟。該文建立了氣相色譜和液相色譜測定2，2'，4，4'-四溴二苯醚有機純度定值方法，進行了準(zhǔn)確定值和不確定度評估。分析結(jié)果表明氣相色譜和液相色譜得到的結(jié)果是一致的。在此基礎(chǔ)上研制了2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，符合均勻性、穩(wěn)定性及量值溯源的要求，通過了國家二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定級鑒定，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW（E）084484。多溴二苯醚是一類應(yīng)用廣泛的溴系阻燃劑及其代謝產(chǎn)物，該分析方法的建立為該類化合物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制提供了參考方法，并保證了測量結(jié)果的溯源性和準(zhǔn)確可比性。