高效液相色譜法測定鞋類產(chǎn)品中EVA和PU材料中的苯乙酮

蔚 彪,馮徐根,楊 萌,白子竹,韓 軍

(北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院 國家紡織及皮革產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,北京 100025)

苯乙酮,又稱乙酰苯,是最簡單的芳香酮,其主要用作制藥及其他有機合成的原料,也用于配制香料。用作溶劑時,苯乙酮有沸點高、性質(zhì)穩(wěn)定等特點。在歐盟67/548/EEC危險物質(zhì)的分類、包裝、標示指令的2014年修訂版相關(guān)規(guī)定,苯乙酮屬于有毒有害物質(zhì),毒性等級為4級,對皮膚和眼睛有刺激傷害;并且STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中附錄4限定苯乙酮不超過10 mg/kg,目前我國尚無鞋類和鞋類部件中苯乙酮的限量要求。

目前測定苯乙酮的方法主要有氣相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜法、頂空氣相色譜法、高效液相色譜法[1-6],但是在鞋類用熱塑材料中暫無液相色譜的檢測標準方法。文中采用高效液相色譜法對熱塑材料中苯乙酮進行定性定量,通過優(yōu)化前處理條件和儀器條件,建立了熱塑材料中苯乙酮的分析方法。

1 試驗部分

1.1 主要儀器及試劑

儀器:Agilent 1260 Infinity液相色譜儀(美國安捷倫科技有限公司);電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司);JP-040超聲波發(fā)生器(深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司);全玻璃微孔過濾器(規(guī)格1 000 mL,天津津騰實驗設(shè)備有限公司);QL-866旋渦混合器(江蘇海門市其林貝兒儀器制造有限公司);0.45μm 100尼龍過濾膜(美國安捷倫科技有限公司)。

試劑:苯乙酮標準品(德國Dr Ehrenstorf er公司);色譜級甲醇、乙腈(Fisher Scientific);色譜級丙酮(Dik ma Technologies);色譜級甲基叔丁基甲醚、正己烷、甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃(Fisher Scientific)。

材料:白色EVA材料、黑色PU材料(經(jīng)監(jiān)測含有苯乙酮)。

1.2 標準品的配制

稱取適量苯乙酮標準品,以色譜級甲醇為溶劑,配制成濃度為880 mg/L的標準儲備液。取1 mL標準儲備液,以色譜級甲醇為溶劑,定容至25 mL,得到濃度為35.2 mg/L的中間儲備液。按試驗所需依次將標準工作液稀釋到特定濃度。

1.3 試驗步驟

取代表性鞋樣樣品,將其剪碎至5 mm×5 mm小片,混勻。稱取1.0 g(精確至0.01 g)試樣3份(供平行試驗用),置于50 mL具塞錐形瓶中,加入40 mL甲醇,將反應(yīng)器密閉,搖勻,使所有試樣浸于液體中,于超聲波提取器中水浴提取50 min后過濾,過0.45μm濾膜后,供液相色譜測定和確證。

1.4 HPLC條件

色譜柱:Aglient Zor bax Eclipse XDB C18(4.6 mm×150 mm×5μm);

流速:0.6 mL/min;

柱溫:30℃;

進樣量:5μL;

流動相A:超純水;

流動相B:甲醇;

梯度洗脫,0~6 min,流動相B:70%~70%;6~8 min,流動相B:70%~100%;8~11 min,流動相B:100%~70%;

檢測波長:244 n m。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件優(yōu)化

2.1.1 檢測波長的選擇

采用1.408 mg/L的苯乙酮標準溶液在190~400 n m下的紫外光譜全掃描,結(jié)果如圖1所示,在244 n m和280 n m處都有吸收,為提高分析方法的靈敏度,選擇244 n m作為試驗檢測波長。

圖1 苯乙酮二極管陣列檢測器紫外吸收光譜

2.1.2 流動相的選擇

由于甲醇和乙腈的截止吸收波長分別為190 n m和210 n m,其對苯乙酮檢測的干擾都較小。比較了甲醇-水、乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)3種不同的流動相,首先選擇甲醇-水體系,考察了不同甲醇和水配比(95∶5、90∶10、85∶15、80∶20、70∶30、60∶40)下,苯乙酮在反相色譜柱上的保留時間。由于苯乙酮屬于極性物質(zhì),隨著甲醇比例減小,苯乙酮在色譜柱上的保留時間延長,同時峰形變寬。當甲醇-水的體積比為70∶30時,目標峰在4.16 min出峰,保留時間適中,峰形較好。檢測實際樣品時,在流速為0.6 mL/min時,非極性基質(zhì)出峰較長,遠遠加大檢測時間,因此在6~8 min增加100%甲醇,將所有雜質(zhì)沖洗出色譜柱。

用乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)兩種流動相檢測低濃度樣品時,基線不穩(wěn)定,同時甲醇-水(0.1%甲酸)峰形較差,目市場上色譜級乙腈的價格高于甲醇的價格,因此,綜合考慮選擇甲醇-水作為本試驗的最佳流動相。

圖2 甲醇-水流動相體系

圖3 乙腈-水流動相體系

2.2 提取條件

2.2.1 提取溶劑的選擇

超聲波萃取技術(shù)是一種常用的萃取技術(shù),利用超聲波產(chǎn)生的數(shù)以萬計的50~500μm的微小氣泡的空化作用來達到提取效果,成本低、操作簡單、萃取效率高,因此采用超聲波萃取。

以陽性聚氨酯鞋底樣品為測試樣,考察了甲醇、乙酸乙酯、丙酮、甲基叔丁基醚、甲苯、正己烷、四氫呋喃作為萃取溶劑,在30℃超聲波水浴中萃取測試樣60 min,自然降到常溫,注射器過濾后上機。四氫呋喃和乙酸乙酯幾乎無法用注射器(有機濾膜和無機濾膜)過濾,進樣更是造成針座和留通閥的堵塞。丙酮和甲苯用注射器比較困難,進樣也會造成堵塞。結(jié)果見表1。

表1 萃取溶劑對萃取效率的影響

由表1可知,四氫呋喃、乙酸乙酯、丙酮和甲苯的萃取液容易堵塞儀器;甲基叔丁基醚萃取效率最低,甲醇次之,正己烷萃取效率最高。本試驗是以甲醇-水為流動相,綜合考慮以甲醇為萃取溶劑。

2.2.2 提取溫度的選擇

以1.0 g陽性EVA鞋底樣品為測試樣,10 mL甲醇分別在20、30、40、50、60、70℃下超聲萃取60 min,考察不同萃取溫度對萃取效率的影響。因為甲醇的沸點是67.4℃,在70℃下甲醇已經(jīng)沸騰,致使萃取瓶內(nèi)壓力過大而產(chǎn)生安全問題,故80℃不作為測試溫度。結(jié)果見表2。

表2 提取溫度對EVA中苯乙酮提取效率的影響

由表2可知,隨著溫度的升高,苯乙酮的萃取效率逐漸增大,在40℃達到最大;溫度超過40℃后,苯乙酮的萃取效率不再增大,而是略有降低且逐漸趨于平穩(wěn)。綜合安全、環(huán)保和效率最大化,本試驗選擇40℃為最佳萃取溫度。

2.2.3 提取時間的選擇

以甲醇為萃取溶劑,在超聲溫度為40℃下分別測定萃取時間為10、20、30、40、50、60、70、80 min的黑色熱塑材料陽性樣品中苯乙酮的提取效率,比較不同萃取時間對苯乙酮提取效率的影響,結(jié)果如圖4所示。

圖4 萃取時間對熱塑材料樣品中苯乙酮萃取效率的影響

由圖4可知,從10 min到40 min,隨著萃取時間的增加,萃取液中到苯乙酮含量逐漸增加;從40 min到50 min,隨著萃取時間到增加,萃取液中到苯乙酮含量逐漸趨于平穩(wěn),在50 min達到最大,故本試驗選擇50 min為最佳提取時間。

2.2.4 提取體積的選擇

在超聲溫度為40℃下,分別稱取1.0 g黑色熱塑材料陽性樣品在10、20、30、40、50、60 mL甲醇中萃取40 min,比較不同萃取體積對苯乙酮提取效率的影響,結(jié)果見表3。

表3 萃取溶劑體積對苯乙酮萃取效率的影響

在不同的萃取溶劑體積下,從10 mL到30 mL萃取液中的苯乙酮效率沒有達到最大,但是由于萃取溶劑體積較小,濃度已經(jīng)達到飽和,無法繼續(xù)萃取出苯乙酮,在40 mL時苯乙酮的萃取效率達到最大,再增大溶劑體積,萃取效率增長趨于平穩(wěn),綜合考慮溶劑的利用率和萃取效率,本試驗選擇40 mL甲醇作為萃取溶劑的體積。

2.3 線性方程和檢出限

取一陰性白色熱塑材料樣品,按2.3方法進行處理得到空白基質(zhì)溶液,移取適量中間儲備液用空白基質(zhì)溶液配制濃度分別為0.352、0.704、1.408、3.52、7.04、14.08、35.2 mg/L的標準溶液工作曲線,按2.4儀器條件進行上機分析,苯乙酮在上述濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,線性方程Y=58.597 19X-10.107 151,相關(guān)系數(shù)R2=0.999 17,可以很好滿足定量分析的需要。方法檢出限采用空白基質(zhì)添加標準溶液完成前處理步驟后進行儀器分析,當S/N=7.3時得出苯乙酮的方法檢出限為0.14 mg/kg。

2.4 回收率和精密度

對同一待測樣品(樣品中苯乙酮含量未檢出)添加不同濃度水平的苯乙酮標準品溶液,采用HPLC測定方法的回收率和精密度,每個濃度水平制備5個平行樣,按2.3樣品前處理進行測試,測試結(jié)果見表4。試驗證明苯乙酮的平均回收率為90.40%~94.91%,相對標準偏差(RSD)為2.25%~6.36%,說明試驗測試精密度較好。

表4 方法的回收率和精密度

2.5 實際樣品測定

采用上述方法對市售鞋樣上的熱塑材料樣品進行檢測,結(jié)果顯示:24個熱塑樣品中共有6個檢出,檢出率為25%,苯乙酮含量范圍在4.9~170 mg/kg,參照STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中對苯乙酮不超過10 mg/kg的限量要求,有4個鞋樣樣品超出限量17倍,說明了苯乙酮在鞋類熱塑材料中的應(yīng)用較為廣泛,風(fēng)險較大。我國應(yīng)適當加強對鞋類中的苯乙酮的監(jiān)測。

3 結(jié)束語

運用高效液相色譜分析方法,采用甲醇超聲波萃取,優(yōu)化液相色譜和前處理條件,能夠?qū)π怑VA和PU中的苯乙酮進行精確定性和定量,建立了利用液相色譜測定鞋類產(chǎn)品中苯乙酮的分析方法。本方法具有簡便、快捷,能在12 min內(nèi)出檢測結(jié)果,測定結(jié)果準確。在14.08~563.2 mg/kg濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.999 17,加標回收率在90.40%~94.91%之間,相對標準偏差在2.25%~6.36%之間,方法檢出限為0.14 mg/kg,精密度高,低于氣質(zhì)的檢出限[7]。