凝膠滲透色譜/氣相色譜
--質(zhì)譜法測定塑料玩具中16種多環(huán)芳烴

方正杰，劉家榮，孫滕，謝曉輝

（徐州市檢驗檢測中心，江蘇徐州 221000）

塑料玩具為常見的兒童玩具，其主要成分為高分子合成樹脂(聚合物)，另外摻有各種輔助料和添加劑。按照原料聚合物種類塑料玩具的材質(zhì)分為聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物等[1]。

多環(huán)芳烴(PAHs)廣泛存在于各類塑料玩具制品中[2?3]，PAHs是指分子中包兩個及兩個以上苯環(huán)，按照稠環(huán)方式連接形成的化合物的總稱，如萘、菲、蒽、苯并[a]芘等，屬于一種嚴(yán)重污染物質(zhì)，具有強烈的致癌、致畸、致突變性和生殖毒性，且易在人體中長期蓄積。在日常使用玩具過程中，其中含有的PAHs 可能通過皮膚接觸，呼吸道、消化道等途徑進(jìn)入體內(nèi)，危害兒童的身體健康[4?5]。

基于PAHs 的毒性，不少國家或地區(qū)先后出臺指令限制其使用。歐盟REACH 法規(guī)附錄17 第50條及其修訂指令(EU)No：1272/2013[6]要求長期或短期反復(fù)與皮膚或口腔接觸的玩具，包括兒童運動器材和兒童護(hù)理用品中8 種PAHs 中任何一種含量不得超過0.5 mg/kg。德國產(chǎn)品安全委員會發(fā)布的最新PAHs 規(guī)范(AfPS GS 2019：01 PAK)[7]中明確了(GS 標(biāo)志)認(rèn)證的產(chǎn)品中15 種PAHs 限值要求，其中第一類別產(chǎn)品[設(shè)計為放入口中的材料，意圖長時間接觸皮膚(超過30 s)的玩具材料和3 歲及以下兒童使用的產(chǎn)品材料]中苯并[a]芘、苯并[e]芘、苯并[a]蒽等10 種PAHs 任意一種不得超過0.2 mg/kg，萘不得超過1 mg/kg，菲、芘、蒽、熒蒽總量不得超過1 mg/kg，15種PAHs總量不得超過1 mg/kg；第二類別兒童產(chǎn)品[未包含在類別I 中與皮膚長時間接觸(超過30秒)，或者反復(fù)與皮膚短時間接觸的材料]中10種PAHs 任意一種不得超過0.2 mg/kg，萘不得超過2 mg/kg，菲、芘、蒽、熒蒽總量不得超過5 mg/kg，15種PAHs 總量不得超過5 mg/kg。我國目前對玩具中PAHs限值和檢測沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。

目前，標(biāo)準(zhǔn)或文獻(xiàn)報道的塑料玩具中多環(huán)芳烴測定方法主要有液相色譜法、氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法[8?11]。塑料玩具樣品的基體構(gòu)成較為復(fù)雜，其中存在大量的干擾物，很難進(jìn)行直接有效的測定，為此需要針對各類樣品實施復(fù)雜的預(yù)處理。目前標(biāo)準(zhǔn)或文獻(xiàn)報道的多環(huán)芳烴多采用萃取法或溶解沉淀法進(jìn)行提取[12?15]，其中萃取法主要包括索氏提取法、固相萃取法、超聲波提取法、微波萃取、快速溶劑萃取、超臨界流體提取法等。萃取法通常操作較為復(fù)雜，檢測周期長，且提取效率受方法條件影響較大，準(zhǔn)確度不高[16]；溶解-沉淀法操作相對簡單，但基體干擾消除不完全，通常需聯(lián)合固相萃取使用以實現(xiàn)基體凈化，且目標(biāo)化合物的回收率受其在溶解/沉淀溶劑中的溶解度影響較大，方法通用性受限[17?18]。

筆者選擇四氫呋喃作為溶劑充分溶解塑料玩具樣品，克服了提取效率的問題，應(yīng)用凝膠滲透色譜分子排阻原理[19?20]，實現(xiàn)了目標(biāo)小分子與塑料聚合物大分子間的分離凈化，避免了各類塑料復(fù)雜基體對檢測產(chǎn)生的不利影響，以氣相色譜-質(zhì)譜法對目標(biāo)PAHs進(jìn)行定性并定量檢測。該方法適用于不同塑料材質(zhì)中PAHs 的測定，對建立測定不同聚合物塑料中PAHs 的通用檢測方法有較大的參考價值。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：Agilent 7890B/5977B型，美國安捷倫科技有限公司。

凝膠滲透色譜儀：Perpelite GV型全自動凝膠色譜凈化系統(tǒng)，配紫外檢測器及填充凝膠填料的凈化柱，北京萊伯泰科儀器有限公司。

全自動真空定量濃縮儀：syncore R-12型，瑞士步琦有限公司。

超聲波振蕩器：KQ-300DE型，昆山市超聲儀器有限公司。

四氫呋喃、二氯甲烷：色譜純，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司。

二氯甲烷中16 種PAHs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號80017KOM，萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并[a]蒽、?、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、茚并[1，2，3-c，d]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g，h，i]苝，各組分質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

二氯甲烷中5 種內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號80663KM，苊-D10、菲-D10、?-D12、苝-D12、萘-D8，各組分質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

塑料玩具樣品：市場隨機采購兒童塑料游泳池樣品。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 凝膠滲透色譜儀

檢測器波長：254 nm；流動相：四氫呋喃。

1.2.2 氣相色譜儀

氣相色譜柱：HP-5MS 型毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，5%苯基-甲基聚硅氧烷固定液，安捷倫科技有限公司)；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣，分流比為30∶1；程序升溫：初溫為35 ℃，保持2 min，以15 ℃/min升溫至150 ℃，保持5 min，再以3 ℃/min 升溫至290 ℃，保持2 min；載氣：氦氣，流量為1.0 mL/min。

1.2.3 質(zhì)譜儀

離子源：EI 源；離子源溫度：230 ℃；離子化能量：70 eV；接口溫度：280 ℃；四級桿溫度：150 ℃；掃描方式；全掃描；掃描范圍；m/z45～450；溶劑延遲：5.0 min；電子倍增電壓：1 207 V。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品溶液的制備

選擇塑料玩具樣品具有代表性的區(qū)域，取樣，粉碎，精確稱取0.25 g 樣品粉末于凝膠色譜進(jìn)樣瓶中，準(zhǔn)確加入10 mL四氫呋喃，超聲30 min后充分浸泡，使樣品粉末全部溶解。

1.3.2 凝膠色譜凈化

將1.3.1 制備的樣品溶液，轉(zhuǎn)移至凝膠色譜儀上，設(shè)置儀器條件為：色譜運行時間34 min；檢測器波長254 nm；流量5.00 mL/min；Full Loop 進(jìn)樣模式；進(jìn)樣體積5 mL，空白聚合物大分子色譜保留時間為9.850 min，各PAHs 目標(biāo)物色譜保留時間為14～32 min。按此條件處理，PAHs和聚合物大分子能實現(xiàn)很好的分離，凝膠色譜凈化液體收集時間確定為14～32 min。

1.3.3 濃縮

將凈化溶液通過定量濃縮儀濃縮至近干，加入二氯甲烷定量至1 mL，再加入5.0 μL 二氯甲烷中5種內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(各組分質(zhì)量濃度為2 000 mg/L)，上機測定。

1.3.4 樣品分析

以保留時間及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)譜圖對PAHs進(jìn)行定性；以標(biāo)準(zhǔn)曲線內(nèi)標(biāo)法計算得到各多環(huán)芳烴含量(mg/kg)。

2 結(jié)果與討論

2.1 凝膠色譜條件優(yōu)化

稱取待測塑料粉末0.01 g，加入10 mL 四氫呋喃，超聲溶解完全后，上機凝膠滲透色譜，確定聚合物大分子出峰時間。

配制高濃度(100.0 mg/L)的PAHs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行凝膠滲透色譜分析，確定PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中各目標(biāo)物色譜保留時間，調(diào)整凝膠色譜運行時間、流速、進(jìn)樣模式及體積，使得聚合物色譜峰同PAHs色譜峰分離度大于90%，并確定凝膠色譜凈化液收集時間。凝膠色譜圖見圖1，根據(jù)圖1確定凝膠色譜凈化條件，結(jié)果見1.3.2。

圖1 凝膠滲透色譜圖

2.2 氣相色譜條件優(yōu)化

對氣相色譜條件進(jìn)行優(yōu)化，用以改善樣品的分離度。選擇的色譜柱固定液為5%苯基-甲基聚硅氧烷，驗證了不同色譜柱升溫程序、載氣流速、進(jìn)樣口溫度的分離效果。將升溫程序設(shè)定為起始溫度38 ℃，保持2 min，然后15 ℃/min 升溫至150 ℃，保持5 min，再以3 ℃/min 升溫至290 ℃，保持2 min。在此升溫程序下，色譜保留時間最長為30.501 min，各目標(biāo)PAHs均能實現(xiàn)很好的分離效果。在該優(yōu)化條件下，質(zhì)量濃度均為20.0 μg/mL 的目標(biāo)PAHs 的全掃描總離子流色譜圖見圖2。

圖2 16種PAHs及4種內(nèi)標(biāo)物的總離子流色譜圖

2.3 質(zhì)譜掃描范圍及采集方式

方法采用SCAN 模式，掃描范圍為m/z35～270，目標(biāo)PAHs 定量離子、定性離子、保留時間見表1。

表1 16種PAHs的定量離子、選擇離子、保留時間

2.4 線性關(guān)系與檢出限

取5只5 mL容量瓶，預(yù)先加入2 mL二氯甲烷，使用微量進(jìn)樣器精確移取二氯甲烷中16種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液2.5、12.5、25.0、50.0、75.0 μL，用二氯甲烷定容，配制成質(zhì)量濃度分別為1.0、5.0、10.0、20.0、30.0 μg/mL 的PAHs 系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入25.0 μL二氯甲烷中5種內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，使每種溶液中內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度均為10 μg/mL。

按1.2 儀器工作條件，從低濃度到高濃度依次進(jìn)樣分析PAHs 系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，以目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)化合物質(zhì)量濃度的比值為橫坐標(biāo)，以目標(biāo)化合物定量離子響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)化合物定量離子響應(yīng)值的比值為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

按樣品分析全過程，對低濃度PAHs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度約為估計檢出限的3～5倍)連續(xù)7次平行測定，計算測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按照文獻(xiàn)[21]方法計算檢出限。

16種PAHs的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限見表2。結(jié)果顯示，各PAHs目標(biāo)物質(zhì)量濃度為1.0～30.0 μg/mL 時，相關(guān)系數(shù)均不低于0.998。16 種PAHs 的方法檢出限為0.06～0.12 mg/kg。

表2 16種PAHs的定量內(nèi)標(biāo)、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限

2.5 加標(biāo)回收與精密度試驗

在空白塑料樣品中分別加入一定量的二氯甲烷中16種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，同實驗步驟處理，做基體加標(biāo)回收試驗，加標(biāo)水平分別為0.25、0.50、1.0 mg/kg，平行測定7 次，測定值及16 種PAHs 的平均回收率列于表3。結(jié)果表明，16種PAHs的平均回收率為70%～92%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于15%，滿足檢測要求。

3 結(jié)語

建立了塑料玩具中16 種PAHs 的凝膠滲透色譜-氣相色譜-質(zhì)譜測定方法，選用四氫呋喃為溶劑，全溶解塑料材質(zhì)，采用凝膠滲透色譜凈化，實現(xiàn)多環(huán)芳烴小分子同塑料聚合物大分子的分離凈化，氣相色譜-質(zhì)譜法對關(guān)注的16 種PAHs 進(jìn)行定性并定量檢測。該方法應(yīng)用凝膠滲透色譜空間排阻的原理實現(xiàn)了目標(biāo)小分子同塑料聚合物大分子的分離凈化，避免了各類塑料復(fù)雜基體對檢測產(chǎn)生的不利影響，克服了傳統(tǒng)萃取法的操作復(fù)雜、檢測周期長、提取效率和準(zhǔn)確度不高等缺點，該方法操作簡單，自動化運行，準(zhǔn)確可靠，適用于不同聚合物材質(zhì)的塑料玩具中PAHs的測定。