蒽油为黄绿色油状液体,能溶于乙醇和乙醚,不溶于水,部分溶于热苯、氯苯等有机溶剂,有强烈的刺激性,遇高温明火可燃。蒽油的主要成分为蒽、菲、芘、荧蒽,属于多环芳烃(PAHs)物质,都具有多环共轭结构,有较强的紫外吸收和荧光效应,是一类致癌、致畸、致突变的持久性有机污染物;蒽油、蒽被欧盟化学品注册、评估、许可和限制法规(REACH法规)列为高关注度物质。本文主要研究REACH法规高度关注的蒽油及其主要成分蒽、菲、芘、荧蒽。
目前分离和测定多环芳烃的主要方法有薄层色谱法(TLC)[ 1 ]、气相色谱法(GC)[ 2 ]、高效液相色谱法(HPLC)[ 3, 4 ]和气相色谱-质谱联用法(GC-MS)[ 5 ]等。目前玩具中可能含有蒽油的主要为塑料和橡胶材料[ 6 ],行业标准SN/T 1877.7-2010《旧轮胎中多环芳烃的测定：气相色谱-质谱法》、SN/T1877.2-2007《塑料原料及其制品中多环芳烃的测定方法》中都有对多环芳烃测定方法的研究,都采用GC-MS进行测定。行业标准SN/T 1877.4-2007《橡胶及其制品中多环芳烃的测定方法》及文献[ 7, 8 ]中关于橡胶和塑料制品中16种多环芳烃的测定采用高效液相色谱法，样品前处理采用微波萃取的方法,但未明确微波萃取的方法和条件。直接采用此方法进行蒽油成分分析较繁杂、耗时长、成本高。蒽油、蒽等物质属于高致癌物质,检出限越低,越能更好地降低其对环境、人体的伤害。行业标准SN/T 1877.4-2007采用液相色谱方法测定蒽、菲、芘、荧蒽的检出限分别为0.5、0.2、0.5、0.2 mg/L。为了进一步降低蒽油、蒽等物质的检出限,提高检测效率,有必要开展对蒽、菲、芘、荧蒽4种成分的检测方法研究。
本文采用二极管阵列(DAD)串联荧光检测(FLD)的高效液相色谱法对玩具中的蒽油成分进行检测,目前未发现有国内文章报道；国内已有文献[ 4, 9, 10 ]报道的二极管阵列检测器和荧光检测器串联方法主要应用于测定环境、土壤、水样中多环芳烃,采用多环芳烃专用柱进行检测。玩具样品较环境等样品的前处理更为复杂,本文专门对样品提取、净化进行了探讨。本文利用荧光检测器高灵敏度的特点,进一步降低了玩具中蒽油成分的检出限,线性范围宽。采用C18柱进行检测,达到同样的分离效果,并降低实验成本、缩短检测时间、增加实验的便捷性。
Agilent 1200液相色谱系统(美国Agilent公司),配备四元梯度泵、在线真空脱气机、100位自动进样器、二极管阵列检测器、荧光检测器;KUDOS型超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司); HGC-24A型氮吹仪(天津恒奥科技发展有限公司)。Sep-park Vac硅胶固相萃取小柱(3 mL, 500 mg)。
蒽-D10(纯度98.5% , Dr. Ehrenstorfer公司);菲、芘、荧蒽(纯度均大于99% , AccuStandard公司);甲醇(色谱纯,美国新天地公司);其余所用试剂均为分析纯。
分别称取10.00 mg的标准样品,用甲醇定容至10 mL,配制成质量浓度为 1000 mg/L 的标准溶液,再稀释成质量浓度分别为0.5、1.0、10、50、100 μ g/L, 0.5、5、10、50、100、1000 mg/L 的标准工作溶液。
蒽油主要存在于玩具的塑料和橡胶材料中,因此先将塑料、橡胶材料剪成1 mm×1 mm左右的颗粒,称取1 g(精确到0.001 g)样品于顶空瓶中,加入10 mL提取液(正己烷-丙酮溶液(1 ∶ 1, v/v)),加盖密封,于60 ℃水浴中超声提取60 min,将提取液转移至具塞试管中,洗涤顶空瓶,合并提取液,用氮气吹至约2 mL溶液,进行净化处理。
采用硅胶小柱进行净化处理,先用5 mL正己烷-甲醇溶液(1 ∶ 1, v/v)活化硅胶小柱,将上述样品提取液转移至已活化的硅胶小柱,控制流速约30滴/min,弃去洗涤液。用5 mL正己烷-二氯甲烷(3 ∶ 2, v/v)溶液进行洗脱,收集洗脱液,氮气蒸发浓缩至近干。用甲醇定容到1 mL,过0.45 μ m有机滤膜,滤液供测定。
将塑料和橡胶材料分开进行回收率的测定。分别称取1 g样品,添加标准溶液至样品中质量浓度分别为0.1 mg/L 和10 mg/L,按照前处理步骤进行处理并测定。0.1 mg/L 加标水平的回收率采用荧光检测器进行检测,10 mg/L 加标水平的回收率采用二极管阵列检测器进行检测。
色谱柱:C18-ODS反相色谱柱(250 mm×4.6 mm, 5 μ m);流动相:甲醇-0.1%(v/v)磷酸(90 ∶ 10, v/v);流速:1 mL/min;柱温:40 ℃;进样量:10 μ L。
二极管阵列检测器检测条件:采集波长为232、292、354 nm,光谱图全波段采集。
荧光检测器检测条件:激发波长250 nm,发射波长为350、420、440 nm,光谱图全波段采集。
分别考察了Agilent公司生产的规格为250 mm×4.6 mm(5 μ m)的C18柱和Waters公司生产的规格为250 mm×4.6 mm(5 μ m)的多环芳烃专用柱,结果显示C18柱和多环芳烃专用柱都对蒽、菲、芘、荧蒽有良好的分离,但是多环芳烃专用柱分析时间较长,进样时间需15 min,且多采用乙腈作为流动相。乙腈毒性较强,对人体伤害较大。C18柱为一般高效液相色谱配备的通用柱,常规实验室配备较多,利用C18柱来检测这4种成分的研究还未有报道。用C18柱对这4种物质进行分析,通过优化色谱条件可以使分离度良好,且降低检出限,缩短进样时间至10 min,避免使用乙腈,达到良好的实验效果。因此选择C18柱作为蒽油成分分离检测的色谱柱。图1为多环芳烃专用柱和C18柱分离蒽油的色谱图。
蒽、菲、芘、荧蒽4种物质呈弱酸性,化学性质相近,调节流动相呈弱酸性有利于使4种物质得到良好的分离度,减少峰形拖尾。固定甲醇为流动相的有机相,分别考察了以水、0.1%磷酸溶液为流动相的水相对目标化合物的分离效果。结果表明,当仅仅采用甲醇-水作为流动相时,蒽、菲这两种物质的分离度较差,而以甲醇-0.1%磷酸溶液作为流动相时,对目标化合物的分离效果最好,能够改善蒽的拖尾现象,峰形对称,溶剂峰小,无基线漂移。因此,采用甲醇-0.1%磷酸(90 ∶ 10, v/v)作为流动相以等度洗脱的方式进行分析。
4种化合物均有荧光特性和较强的紫外吸收,可同时采用二极管阵列检测器和荧光检测器进行信息采集,得出等吸收图。从图2可见,蒽和菲的紫外吸收较为接近,在292 nm时只有蒽有紫外吸收,强度较强;在354 nm时只有菲有紫外吸收;因此得到二极管阵列检测的优化条件:在292 nm下检测蒽(6.683 min),在354 nm下检测菲(6.914 min),在232 nm下检测芘(8.631 min),在232 nm下检测荧蒽(9.702 min)。
用荧光检测器对4种组分进行全波段光谱扫描,在固定250 nm波长激发下采集不同发射波长下的荧光光谱图,使各组分有最大的响应值。由于蒽和菲的荧光发射波长接近,从图3可以看出,在发射波长340～360 nm范围内只有蒽产生荧光,而在400～440 nm范围内只有菲产生荧光,因此选择不同的发射波长,可以对蒽和菲分别定量,解决了蒽和菲两种物质较难分离的问题。在激发波长250 nm下,在350 nm发射波长下检测蒽,在420 nm发射波长下检测荧蒽,在440 nm发射波长下检测菲和芘。各组分峰均选择最高的响应值,从而降低了样品的检出限,标准曲线的线性相关系数均达到0.999以上。在优化的二极管阵列检测和荧光检测条件下,不同质量浓度的标准溶液的荧光检测和二极管阵列检测的谱图见图4。
依据索氏提取方法的原理,将样品置于顶空瓶中,密封加热超声提取,采用正己烷-丙酮作为提取溶剂。由于正己烷和丙酮的挥发性较大,需对提取容器进行密封,采用顶空瓶可以很好地解决这个问题,既防止了蒸气的溢出造成目标物的损失,又可保持气-液平衡,保证提取的效果;超声分散也加速了塑料和橡胶的溶胀效果,能最大化地提取目标分析物。试验表明,提取1次和2次的提取效率相近,因此确定采用顶空瓶于60 ℃水浴下提取1次。
本实验对滤膜过滤、硅胶小柱优化过滤两种方法进行比较。其中直接用滤膜过滤只能去除溶液中固体颗粒,进样后杂质较多,难以分离出目标物。C18柱与硅胶小柱采用相同的固定相基质，对目标物和杂质都具有相似的分配系数，C18柱能够对样品进行吸附、洗脱，说明硅胶小柱同样能够对目标物进行吸附、洗脱，本文采用C18反相色谱柱进行样品的检测,故选择硅胶小柱作为固相萃取的提取柱,以去除样品中的杂质、减少对色谱柱的污染。
文献[ 11 ]报道了甲醇、丙酮、二氯甲烷对多环芳烃的洗脱效果,其中以极性较小的二氯甲烷洗脱效果最好。为了增强洗涤溶液对样品的溶解性,选择二氯甲烷、正己烷溶液作为洗脱液。溶液的沸点较低,易挥发,所需的氮气吹至近干时间较短,适用于样品的快速、批量前处理。
分别测定质量浓度为0.5、1.0、10、50、100 μ g/L, 0.5、5、10、50、100、1000 mg/L 的蒽、菲、芘、荧蒽的混合标准工作溶液,以各组分的峰面积(y)为纵坐标、质量浓度(x)为横坐标绘制标准曲线。结果表明,采用荧光检测器检测时在0.5～1000 μ g/L 范围内呈良好的线性关系,采用二极管阵列检测器检测时在0.5～1000 mg/L范围内呈良好的线性关系,能够满足实际样品中蒽油的检测要求。
由于荧光检测器的高灵敏度,对低浓度的样品有较好的响应强度,而二极管阵列检测器则对高浓度的样品有较好的响应;两种检测器串联使用,使得本方法具有较宽的检出范围,检出范围为0.5 μ g/L～1000 mg/L(见表1),能满足检测的需求。
以产生3倍信噪比(S/N)的化合物的质量浓度定义为方法的检出限(LOD),产生10倍信噪比(S/N)的化合物的质量浓度定义为定量限(LOQ),结果显示蒽、菲、芘、荧蒽的LOD分别为0.1、0.1、0.2、0.3 μ g/L, LOQ分别为0.4、0.2、0.5、0.8 μ g/L。
选取儿童玩具作为分析样品,依据材料不同进行分类,对塑料和橡胶分别处理。取空白样品分别添加两个水平(0.1、10 mg/L )的混合标准溶液,用所建立的前处理方法和色谱条件进行样品检测,每个加标水平平行测定6次。试验结果显示,4种主要成分的加标回收率在70.0% ～120% 范围,相对标准偏差(RSD)在0.7% ～8.8% 范围(见表2),其精密度满足塑料和橡胶材料的玩具中蒽油、蒽的检测要求。
应用本文建立的方法对玩具样品中的塑料和橡胶材料中的蒽油含量进行检测,结果显示塑料玩具材料、橡胶玩具材料中均未检出蒽、菲、芘、荧蒽4种成分(均低于0.5 μ g/L)。
本文建立了固相萃取-二极管阵列检测串联荧光检测的高效液相色谱测定玩具中塑料、橡胶材料中的蒽油含量检测方法,通过对实验条件的选择和优化,确定了样品前处理方法及色谱条件。在0.5 μ g/L～1000 mg/L 范围内均能够对4种物质进行定性、定量检测,检出限低于目前文献报道的相关方法,回收率和精密度均可满足实际样品检测的要求。通过对市售玩具中橡胶、塑料材料中的蒽油含量的考察,样品中未检出目标成分。本文可为玩具中塑料、橡胶材料中的蒽油、蒽检测及对产品质量的监控、应对REACH法规提供技术参考。
2013, Vol. 31 Issue (5): 435-440
PDF (925KB)
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