超高效合相色谱仪(ACQUITY Ultra Performance Convergence Chromatography^TM,美国Waters公司),配有二极管阵列检测器;Mars5微波萃取仪(美国培安公司)。

高纯二氧化碳(纯度99.999% ,北京如源如泉科技有限公司),抗氧剂Irgafos 168、Irganox 1076、Irganox 1010、Irganox 330、Irganox 245,光稳定剂Tinuvin PED、Tinuvin 328 (德国BASF公司,详细信息见表1)。甲醇、乙腈、正己烷、异丙醇(色谱纯,美国Fisher公司),氯仿、丙酮、乙酸乙酯、甲苯(分析纯,北京化工厂),甲酸(色谱纯,美国Tedia公司)。添加回收试验所使用的实际样品为自制：在空白聚丙烯中添加不同含量的添加剂，用高速搅拌机混匀，经塑料挤出机加工造粒得到。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 7种添加剂的IUPAC命名、分子式及相对分子质量信息 Table 1 IUPAC names, formulae and relative molecular masses (Mr) of the seven additives Additive IUPAC name Formula Mr Irgafos 168 tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite C42H63O3P 646.92 Irganox 1076 octadecyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate, octadecyl ester C35H62O3 530.87 Irganox 1010 pentaerythritol tetrakis (3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl))propionate C73H108O12 1177.65 Irganox 330 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene C54H78O3 775.32 Irganox 245 triethylene glycol bis(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionate C34H50O8 586.76 Tinuvin PED 2-(benzotriazol-2-yl)-4-methyl-phenol C13H11N3O 225.27 Tinuvin 328 2-(2H-benzotriazol-2-yl)-4,6-di-tert-pentylphenol C22H29N3O 351.49

表1 7种添加剂的IUPAC命名、分子式及相对分子质量信息 Table 1 IUPAC names, formulae and relative molecular masses (Mr) of the seven additives

标准储备液:准确称取7种添加剂样品各5.00 mg(精确至0.01 mg),置于10 mL容量瓶中,用氯仿溶解并定容,得到质量浓度为500 mg/L 的标准储备液,置于-20 ℃下保存。

色谱柱:ACQUITY UPC^2TM BEH 2-EP(100 mm×3.0 mm, 1.7 μ m);柱温:50 ℃;流动相:A相为超临界二氧化碳,B相为甲醇/乙腈(1/1, v/v);流速:2 mL/min;流动相梯度洗脱程序:0～1.5 min内保持1%B,之后2 min内由1%B线性升至20%B,保持0.5 min;再于1 min内线性降至1%B。ABPR: 0～1.5 min内保持12.41 MPa, 1.51 min时升至13.79 MPa,保持至一次流动相洗脱程序完成。样品进样量:1 μ L; PDA检测波长:2D为220 nm, 3D为190～410 nm。

样品经冷冻后粉碎。称取0.5 g(精确到 0.0001 g),加入15 mL乙酸乙酯/氯仿(1/1, v/v)萃取剂,在温度为100 ℃、微波功率为600 W条件下萃取20 min,离心、过滤,氮吹浓缩至1 mL,用正己烷/异丙醇(1/1, v/v)稀释后上机检测。

UPSFC系统的耐压范围在41.37 MPa以下,综合色谱柱的分离效率和系统的耐压能力,经试验将流速确定为2 mL/min。PDA的检测波长选择7种目标物响应强度最高的220 nm。为了得到较好的分离效果,分别优化了样品稀释溶剂、流动相的添加剂、柱温和背压等参数。

2.1.1 色谱柱的选择

从表1可以看出7种化合物的结构较为复杂,相对分子质量较高,尽管不同添加剂具有不同的极性官能团,但整体极性不大,而且能微溶于甲醇,因此可以用超临界色谱进行分析。

超临界色谱的分离机理趋向于正相色谱。本实验考察了两种不同填料相同规格(100 mm×3.0 mm, 1.7 μ m)的色谱柱ACQUITY UPC^2TM BEH 2-EP和ACQUITY UPC^2TM BEH,由于BEH 2-EP的固定相是在亚乙基桥杂化颗粒(BEH)表面键合了2-乙基吡啶,因此对具有极性官能团的化合物具有较好的选择性。实验采用ACQUITY UPC^2TM BEH 2-EP色谱柱,在1.3节色谱条件下,超高效超临界色谱对7种添加剂的分离效果见图1, 7种添加剂能在4 min内出峰,而且峰形尖锐,获得了较好的分离效果。

图 1 ACQUITY UPC2TM BEH 2-EP色谱柱对7种添加剂的色谱分离图 Fig. 1 Chromatogram of the seven additives on anACQUITY UPC2TM BEH 2-EP column

2.1.2 上机样品的稀释溶剂对分离效果的影响

在超临界色谱中上机样品所用的稀释溶剂对分离效果影响较大^{[ 14 ]}。尤其当流动相中添加剂的比例较低时,通过进样系统采样而引入的样品稀释溶剂就会成为流动相中二氧化碳的添加剂与流动相共同作用,对样品的色谱分离效果产生影响。在流速为2 mL/min、添加剂为甲醇/乙腈(1/1, v/v)、柱温50 ℃、背压12.41 MPa、检测波长220 nm条件下,分别比较了以甲醇/乙腈(1/1, v/v)和正己烷/异丙醇(1/1, v/v)为稀释溶剂对7种添加剂分离效果的影响(见图2)。由于正己烷和异丙醇本身的极性较弱,在流动相添加剂为甲醇/乙腈(1/1, v/v)、进样量1 μ L条件下,对流动相的洗脱能力影响不大,因此对分离结果基本没有影响;而稀释液为甲醇和乙腈混合溶剂时,由于此混合液的极性较强,会使流动相的洗脱能力增强,而对流出较快的化合物的分离有影响,前3个化合物的保留时间缩短,同时分离度变差,因此本实验选择的稀释溶剂是正己烷/异丙醇(1/1, v/v)。该现象与常规液相色谱不同,常规液相色谱为了防止伸舌头峰的出现,通常使用初始流动相稀释样品。

图 2 不同稀释溶剂条件下7种添加剂的色谱分离图 Fig. 2 Chromatograms of the seven additives indifferent diluting solvents

2.1.3 流动相添加剂的选择

超临界二氧化碳是非极性溶剂,对非极性化合物具有一定的洗脱能力;为了增强流动相的极性,以保证极性组分都能够洗脱出来,需要加入添加剂。常用的流动相添加剂的极性由大到小依次是甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈。根据样品的性质,本试验考察了分别以甲醇、甲醇/乙腈(1/1, v/v)作为添加剂,在流速2 mL/min、稀释溶剂正己烷/异丙醇(1/1, v/v)、柱温50 ℃、背压12.41 MPa、检测波长220 nm时对样品分离效果的影响。如图3所示,两种添加剂的分离效果都较好,但是使用甲醇作为添加剂时, Irgafos 168和 Tinuvin 328没有达到完全基线分离，且Tinuvin PED略有拖尾，Irganox 1076 峰形展宽严重。当选用甲醇/乙腈(1/1，v/v)时，Irgafos 168和 Tinuvin 328达到完全基线分离，Tinuvin PED 拖尾现象略有改善，Irganox 1076峰形和峰灵敏度有明显改善。为进一步改善Tinuvin PED的峰形， 在流动相添加剂甲醇/乙腈(1/1, v/v)中加入0.1%的甲酸,各化合物的保留时间缩短,同时峰形变得更尖锐, Tinuvin PED的拖尾现象有一定的改善，酸的引入增强了流动相对组分的洗脱能力；但酸会导致基线噪音的升高，从而影响化合物的检出限，因此，实验选择甲醇/乙腈(1/1，v/v)作为流动相添加剂进行定量分析。

图 3 不同流动相添加剂条件下7种添加剂的色谱分离图 Fig. 3 Chromatograms of the seven additives indifferent mobile phase additives

微波辅助萃取能够使萃取剂快速进入样品基质,将添加剂从固体中提取出来。由于7种添加剂都是极性较弱的化合物,因此试验分别对比了乙酸乙酯、氯仿、丙酮、甲苯以及乙酸乙酯/氯仿(1/1, v/v)和氯仿/丙酮(1/1, v/v)混合溶液作为萃取剂时的萃取效果,实验结果表明乙酸乙酯/氯仿(1/1, v/v)对样品的萃取效率最高。微波提取效率主要与提取温度、时间、有机溶剂用量以及微波功率有关,采用正交试验进行了四因素三水平的试验设计,实验结果显示当微波功率为600 W、提取温度为100 ℃、时间为20 min、有机溶剂用量为15 mL时,目标物的回收率最高。

配制不同质量浓度的混合标准工作液,在优化的实验条件下进行测定,采用外标法定量,通过Masslynx 4.1软件得到化合物的响应面积(纵坐标)和质量浓度(横坐标)的线性关系(见表2), 7种添加剂的线性范围在2～100 mg/L 之间,线性相关系数均大于0.997,表明线性关系良好。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的规定,将信噪比大于3时的质量浓度作为该化合物的检出限,信噪比大于10时的质量浓度为定量限,经测定,7种添加剂的检出限和定量限分别在0.2～0.5 mg/L 和0.5～2 mg/L 之间。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 7种添加剂的线性方程、相关系数、检出限和定量限 Table 2 Linear equations, correlation coefficients (r),LODs and LOQs of the seven additives Additive Standard curve r LOD/ (mg/L) LOQ/ (mg/L) Irgafos 168 Y=15.966X-0.507 0.999 0.2 0.5 Irganox 1076 Y=3.978X-5.559 0.997 0.5 1 Irganox 1010 Y=12.615X+11.513 0.998 0.2 0.5 Irganox 330 Y=21.570X+5.072 0.999 0.2 0.5 Tinuvin 328 Y=21.928X-5.676 0.997 0.5 1 Irganox 245 Y=13.166X+6.708 0.999 0.2 0.5 Tinuvin PED Y=6.911X-63.691 0.999 0.5 2 Y: peak area; X: mass concentration, mg/L. Linear range: 2-100 mg/L.

表2 7种添加剂的线性方程、相关系数、检出限和定量限 Table 2 Linear equations, correlation coefficients (r),LODs and LOQs of the seven additives

参照实际聚合物制品中添加剂的添加量,试验设定了低、中、高3个浓度水平的添加回收试验。将7种添加剂添加到空白的聚丙烯粉料中并利用塑料挤出机造粒。 每个添加水平用造粒机平行制备3个样品，每个样品做3个平行萃取实验后各测定3次，计算平均值。 如表3所示,7种添加剂的回收率在69.9% ～118.9%之间,相对标准偏差低于10%(n=9),能够满足实际分析的需求。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 7种添加剂的加标回收率及相对标准偏差(n=9) Table 3 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of the seven additives spiked in blank polypropylene sample (n=9) Additive Spiked level/% Recovery/% RSD/% Irgafos 168 0.05 80.8 1.7 0.1 89.6 3.1 0.2 90.9 8.9 Irganox 1076 0.05 97.5 3.3 0.1 106.6 5.3 0.2 102.2 1.5 Irganox 1010 0.05 88.8 1.3 0.1 77.6 0.4 0.2 80.0 0.2 Irganox 330 0.05 84.0 0.3 0.1 78.0 0.3 0.2 69.9 2.7 Tinuvin 328 0.05 88.0 2.2 0.1 74.0 4.4 0.2 71.7 1.3 Irganox 245 0.05 110.0 2.6 0.1 80.0 0.9 0.2 73.9 1.2 Tinuvin PED 0.05 118.9 7.5 0.1 113.0 1.1 0.2 117.7 7.0

表3 7种添加剂的加标回收率及相对标准偏差(n=9) Table 3 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of the seven additives spiked in blank polypropylene sample (n=9)

本实验检测了市场上某一汽车内饰聚合物制品,经测定,该产品中含有抗氧剂Irgafos 168和Irganox 1010,含量分别为1.75 mg/g和0.71 mg/g。