KOH超聲萃取/氣相色譜-質(zhì)譜法同時檢測紡織品中19種含氯苯酚

呂明旭， 胡 蘋， 廖耀祖

(1.黎明職業(yè)大學(xué) 新材料與鞋服工程學(xué)院，福建 泉州 362000；2.東華大學(xué) a.材料科學(xué)與工程學(xué)院，b.纖維材料改性國家重點實驗室， 上海 201620)

含氯苯酚(chlorophenols，CPs)常用作鞋服產(chǎn)品的防腐、防霉、防蛀劑[1]，廣泛存在于紡織產(chǎn)業(yè)鏈的各種紡織助劑中。但含氯苯酚是一種持久性有機污染物，它可以通過皮膚接觸而被吸收，從而在人體內(nèi)蓄積，導(dǎo)致人體免疫系統(tǒng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)失調(diào)，具有潛在的致癌、致畸作用，對人體健康、環(huán)境安全危害較大[2]，因此受到越來越多的關(guān)注。許多歐美國家紛紛出臺標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)法規(guī)，對含氯苯酚的含量加以限制[3]。GB/T 18885—2020《生態(tài)紡織品技術(shù)要求》和Oeko-Tex Standard 100(2018版)對含氯苯酚的最嚴(yán)格限量為:嬰兒用品小于0.05 mg/kg，其他類產(chǎn)品小于0.50 mg/kg。

目前皮革制品中含氯苯酚的檢測標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 17070∶2015[4]、GB/T 22808—2021[5]均采用水蒸氣蒸餾法，這些方法步驟繁瑣，使用的設(shè)備和玻璃器皿多，分析時間長，不適于大批量樣品的快速分析[6]。GB/T 18 414.1—2006[7]采用碳酸鉀溶液室溫超聲萃取含氯苯酚，萃取效率低。GB/T 18414.2—2006[8]采用丙酮溶劑超聲萃取含氯苯酚，丙酮為有機溶劑，萃取紡織品中含氯苯酚目標(biāo)物的同時也易將色素和染料萃取下來，導(dǎo)致樣品基質(zhì)復(fù)雜[9]。含氯苯酚的檢測方法主要有氣相色譜-電子捕獲檢測法[10]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[11]、高效液相色譜法[12]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[13]。氣相色譜-電子捕獲檢測法的靈敏度較高，但在定性分析上不如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法，且一氯、二氯目標(biāo)物的響應(yīng)值不高。高效液相色譜法不需要乙酸酐衍生化，超聲萃取后可直接測定，但檢測器的專屬性和特異性較差，易產(chǎn)生假陽性。高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法普及率不高，難以推廣。

氫氧化鉀(KOH)溶液超聲萃取含氯苯酚的研究鮮有文獻(xiàn)報道，本文采用KOH溶液對紡織品中的含氯苯酚進(jìn)行超聲萃取，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對含氯苯酚進(jìn)行掃描，依據(jù)目標(biāo)化合物的保留時間和特征離子峰面積分別進(jìn)行定性、定量檢測。該方法的設(shè)備簡單，操作簡便，含氯苯酚的萃取率高，適合批量樣品的檢測要求，可實現(xiàn)紡織品中19種含氯苯酚化合物的同時檢測。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：7890A-5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國安捷倫公司)；BSA223S型電子天平儀器(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司)；KQ-400KDE型數(shù)控超聲波清洗器，超聲功率為400 W(昆山市超聲儀器有限公司)；MMV-1000W型分液漏斗振蕩器(日本理化器械株式會社)；孔徑0.45 μm聚四氟乙烯濾膜(天津市津騰實驗設(shè)備有限公司)；超純水系統(tǒng)(美國密理博公司)；40和60 mL棕色管狀玻璃瓶。

試劑：正己烷(色譜純，美國天地有限公司)；KOH，碳酸鉀(K2CO3)，乙酸酐(均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；含氯苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為50 mg/L，德國Dr.Ehrenstorfer公司)；四氯鄰甲氧基苯酚(TCG)標(biāo)準(zhǔn)品(內(nèi)標(biāo)，純度為99.00%，德國Dr.Ehrenstorfer公司)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

取5個60 mL棕色管狀玻璃瓶，移取24 mL濃度為0.1 mol/L的K2CO3溶液、1 mL濃度為2 mol/L的KOH溶液和0.125 mL質(zhì)量濃度為2 mg/L的TCG內(nèi)標(biāo)溶液，分別加入5、25、50、100、200 μL質(zhì)量濃度為1 mg/L的19種含氯苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，繼續(xù)加入0.3 mL乙酸酐和5.0 mL正己烷萃取溶劑，旋緊瓶蓋。將棕色玻璃瓶放在分液漏斗振蕩器上，以320 r/min的速率振蕩萃取30 min。萃取液靜置15 min待兩相分層，取上層正己烷有機相進(jìn)行測試，標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度分別為1、5、10、20、40 μg/L。

1.3 樣品前處理

取具有代表性的紡織品材料，剪碎樣品至尺寸5 mm×5 mm以下，混勻待測。準(zhǔn)確稱取紡織品試樣1.000 g，放入40 mL棕色管狀玻璃瓶中，加入19 mL濃度為2 mol/L的KOH溶液、1 mL質(zhì)量濃度為2 mg/L的TCG內(nèi)標(biāo)溶液，在70 ℃下超聲水浴萃取2 h。萃取結(jié)束后，取出棕色管狀玻璃瓶，靜置，待樣品萃取液溫度冷卻至室溫。

移取24 mL濃度為0.1 mol/L的K2CO3溶液和1 mL紡織品試樣萃取液，置于60 mL棕色管狀玻璃瓶中，繼續(xù)加入0.3 mL乙酸酐和2.0 mL正己烷萃取溶劑，蓋上瓶蓋。將該棕色玻璃瓶置于分液漏斗振蕩器上，以320 r/min的速率振蕩萃取30 min。萃取液靜置15 min待兩相分層后，移取上層正己烷有機相，經(jīng)孔徑為0.45 μm濾膜過濾后供氣相色譜-質(zhì)譜測試。

1.4 氣相色譜-質(zhì)譜條件

Agilent DB-5MS型超高惰性毛細(xì)管色譜柱(20 m×0.18 mm×0.18 μm)；進(jìn)樣口溫度為280 ℃；進(jìn)樣量為1 μL。進(jìn)樣方式：脈沖不分流，脈沖壓力為200 kPa，脈沖時間為0.75 min。載氣：高純氦，恒定流速為0.72 mL/min。升溫程序：初始溫度為80 ℃，保持0.60 min，以25 ℃/min升溫速率升至250 ℃，保持0.50 min。

離子源為電子轟擊源；電離能量為70 eV；離子源、四極桿溫度分別為230、150 ℃；溶劑延遲時間為3.2 min；傳輸線溫度為280 ℃；質(zhì)量監(jiān)測范圍為質(zhì)荷比(m/z)40～400；選擇離子監(jiān)測(SIM)，保留時間及定量、定性離子如表1所示。

表1 含氯苯酚及內(nèi)標(biāo)物乙?；a(chǎn)物保留時間及定量、定性離子Table 1 Retention time, quantitative/qualitative ions of chlorophenol and internal standard substance acetates

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取方式的選擇

目前國內(nèi)針對紡織品中含氯苯酚的萃取主要有3種方法，分別是水蒸氣蒸餾法，有機溶劑如丙酮、甲醇超聲萃取法，堿性溶液如K2CO3溶液超聲萃取法。堿性溶液萃取的原理是將樣品中的含氯苯酚都轉(zhuǎn)化成含氯苯酚鹽，含氯苯酚鹽易溶于水，經(jīng)乙酸酐衍生后生成含氯苯酚乙酸酯，再用正己烷液液萃取含氯苯酚乙酸酯目標(biāo)物。含氯苯酚分子含有一個酚羥基，其電離后呈弱酸性，與堿性強的物質(zhì)更容易反應(yīng)，與堿性弱的物質(zhì)較難反應(yīng)。與K2CO3、NaOH等溶液相比，KOH溶液的堿性更強，且強堿性溶液對紡織品有一定的腐蝕作用，使紡織品中的含氯苯酚被大量萃取出來[14]。

KOH溶液不宜用于索氏萃取，而在相同溫度和時間內(nèi)，烘箱高溫萃取的反應(yīng)不如超聲萃取劇烈，因此，本試驗采用超聲萃取紡織品中的含氯苯酚?，F(xiàn)有方法檢出的含氯苯酚目標(biāo)物主要包括2,4,6-TriCP、2,3,4,6-TeCP、PCP，為保證試驗結(jié)果具有代表性，選取同時含有這3種目標(biāo)物的陽性紡織品材料，進(jìn)行超聲萃取條件的選擇試驗。

2.2 萃取濃度的選擇

在60 ℃萃取1 h條件下，研究不同濃度(0.1、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0 mol/L)的KOH溶液對紡織品材料中含氯苯酚萃取量的影響，如圖1所示。由圖1可知，紡織品中含氯苯酚的萃取量隨著KOH濃度的增大而逐漸增大，但濃度過高的堿性溶液嚴(yán)重影響乙酸酐的乙酰化反應(yīng)效量。隨著KOH濃度增大，一方面提高了萃取量，另一方面又抑制目標(biāo)物和內(nèi)標(biāo)物乙酰化反應(yīng)，且高濃度的KOH溶液易對玻璃器皿及儀器造成損害。綜合考慮，本試驗選擇2.0 mol/L的KOH進(jìn)行后續(xù)研究。

圖1 KOH濃度對含氯苯酚和內(nèi)標(biāo)物乙酰化的影響Fig.1 Effect of KOH concentration on the acetylation of CPs and internal standard substance

2.3 萃取溫度的選擇

當(dāng)KOH濃度為2.0 mol/L時，在不同超聲萃取溫度(40、45、50、55、60、65、70 ℃)下萃取1 h對含氯苯酚萃取量的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，萃取溫度越高，含氯苯酚的萃取量也越大，其中，2,4,6-TriCP在60 ℃時萃取量達(dá)到最大，70 ℃基本保持不變，2,3,4,6-TeCP和PCP在70 ℃時萃取量達(dá)到最大。這可能是因為在較高的溫度下，KOH溶液中的離子活度上升，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率加快，同時高溫下KOH溶液的腐蝕能力增強，加快了萃取溶液與紡織品材料之間的交換效率，提高了萃取量?？紤]到本文方法采用超聲水浴，溫度超過70 ℃，水會大量蒸發(fā)，水浴的溫度變得難以控制，因此，本試驗選擇70 ℃作為超聲萃取溫度。

圖2 萃取溫度對含氯苯酚萃取量的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction content of CPs

2.4 萃取時間的選擇

當(dāng)KOH濃度為2.0 mol/L時，在70 ℃下研究不同萃取時間(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 h)對含氯苯酚萃取量的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：在萃取0.5～2.0 h時，隨著萃取時間的增加，樣品中的含氯苯酚萃取量逐漸增大；當(dāng)萃取時間超過2.0 h時，萃取量不再發(fā)生明顯變化。因此本試驗選擇2.0 h作為超聲萃取時間。

圖3 萃取時間對含氯苯酚萃取量的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction content of CPs

2.5 樣品萃取液的穩(wěn)定性

將萃取液在室溫條件下放置，放置時間分別為0、6、18、24、30、42、48、72 h，每個時間點每次取1 mL超聲后的樣品萃取液衍生，采用氣相色譜-質(zhì)譜儀測試含氯苯酚的含量，考察樣品萃取液的穩(wěn)定性，結(jié)果見表2。萃取液在室溫下放置 24、48、72 h衍生后檢測的結(jié)果與0 h衍生后檢測結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)最大分別為8.2%、 11.0%和11.1%。由此可見，樣品萃取液可在72 h內(nèi)完成衍生測定，這對測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性影響不大。

表2 不同放置時間下樣品萃取液的穩(wěn)定性Table 2 Stability of the extraction solution under different placing time

2.6 線性關(guān)系和檢出限

取19種含氯苯酚乙酸酯標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按照氣相色譜-質(zhì)譜條件進(jìn)行儀器分析測定。以目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)物色譜峰面積比(y)為縱坐標(biāo)，目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度比(x)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，線性方程和線性相關(guān)系數(shù)見表3。

表3 含氯苯酚乙?；a(chǎn)物線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量下限

由表3可知，在質(zhì)量濃度為1～40 μg/L內(nèi)19種目標(biāo)物峰面積與其質(zhì)量濃度呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(r2)均大于0.995。19種含氯苯酚乙酸酯標(biāo)準(zhǔn)溶液的選擇離子色譜圖見圖4，除2,4-DiCP和2,5-DiCP這2種同分異構(gòu)體無法分離，其他17種含氯苯酚目標(biāo)物均能完全分離，圖4中含氯苯酚及內(nèi)標(biāo)物編號同表1。

圖4 含氯苯酚及內(nèi)標(biāo)物乙?；a(chǎn)物選擇離子色譜圖(40 μg/L)Fig.4 Selected ion monitoring chromatogram of chlorophenol and internal standard substance acetates (40 μg/L)

在空白紡織品試樣中添加一低濃度含氯苯酚混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(相當(dāng)于樣品中含氯苯酚含量為0.05 mg/kg)，重復(fù)試驗11次，求11次的標(biāo)準(zhǔn)偏差。3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差定義為方法檢出限，10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差定義為定量下限，具體結(jié)果見表3。由表3可知，19種含氯苯酚的方法檢出限為0.006～0.025 mg/kg，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的限量要求。

2.7 回收率和精密度

稱取1.0 g空白紡織品試樣，分別添加不同含量(0.05、0.50、1.00 mg/kg)的含氯苯酚混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行回收率試驗，每個含量水平進(jìn)行6組平行試驗，采用氣相色譜-質(zhì)譜檢測、內(nèi)標(biāo)法定量，求得回收率和RSD，具體結(jié)果見表4。由表4可知，紡織品試樣中19種含氯苯酚目標(biāo)物的平均回收率為82.7%～113.3%，RSD為1.2%～12.2%，均小于15%。由此說明本文方法的檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠且精密度好。

表4 方法的加標(biāo)回收率和RSDTable 4 Spiked recoveries and RSDs of the method

2.8 實際樣品測試

采用本文建立的檢測方法對成人鞋、服制品類的116個紡織材料(聚氨酯、棉線、聚酯)樣品進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，在7個樣品中檢測出2,4,6-TriCP、2,3,4,6-TeCP、PCP，其他含氯苯酚目標(biāo)物均未檢出。其中檢出次數(shù)最多的目標(biāo)物是2,3,4,6-TeCP和PCP，均檢出5次，2,4,6-TriCP檢出2次。檢出最小含量為2,4,6-TriCP(0.44 mg/kg)，檢出最大含量為2,3,4,6-TeCP(1.83 mg/kg)，大于法規(guī)的限量值(0.50 mg/kg)。

3 結(jié) 語

采用KOH溶液超聲萃取紡織品試樣中的含氯苯酚，建立了氣相色譜-質(zhì)譜同時測定紡織品中19種含氯苯酚的方法。優(yōu)化了超聲萃取的KOH濃度、溫度和時間，選擇濃度為2.0 mol/L的KOH為萃取溶液、萃取溫度為70 ℃、萃取時間為2 h。同時研究了樣品萃取液的穩(wěn)定性，當(dāng)萃取液在72 h內(nèi)完成衍生測定，對檢測結(jié)果的影響不大。該檢測方法具有靈敏度高、操作簡便、定量準(zhǔn)確，適用于紡織品中多種含氯苯酚的分析測定，并在部分紡織品中檢出了3種含氯苯酚目標(biāo)物。