中空纤维液相微萃取-高效液相色谱法测定纺织品中10种含氯苯酚类化合物


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高永刚¹, 牛增元¹, 张艳艳², 叶曦雯¹, 包艳³, 蔡发¹, 王新¹, 苏杰¹, 曲京武¹

1. 山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心, 山东青岛 266003;
2. 青岛市产品质量监督检验研究院, 山东青岛 266022;
3. 中国科学院青岛生物能源与过程研究所, 山东青岛 266063

收稿日期：2016-05-20

基金项目：质检总局科技计划项目（2015IK209）；质检公益性行业专项（201410015-03）

通讯联系人： Tel:(0532)88968060,E-mail:zyniuqd@163.com

摘要：建立了中空纤维液相微萃取-高效液相色谱法测定纺织品中10种含氯苯酚类化合物的方法。系统地优化了影响萃取效率的因素，得到的最佳萃取条件为：萃取溶剂为正己烷，接受相NaOH溶液的浓度为0.10 mol/L，萃取时间为60 min，搅拌速度为600 r/min。在最佳萃取条件下，10种含氯苯酚在0.01～1.00 mg/L范围内线性关系良好（r>0.999），10种含氯苯酚的检出限（信噪比为3）为0.01 mg/kg，富集倍数为95～101。在空白样品中添加0.01、0.05和0.1 mg/kg 3个不同水平的10种含氯苯酚类化合物，其平均回收率为78.8%～105.1%，相对标准偏差为0.3%～7.3%。研究结果表明该方法灵敏度高、简便、准确，可用于纺织品中含氯苯酚类化合物的测定。

关键词：高效液相色谱中空纤维液相微萃取含氯苯酚类化合物纺织品

Determination of 10 chlorinated phenols in textiles by high performance liquid chromatography with hollow fiber liquid phase micro-extraction

GAO Yonggang¹, NIU Zengyuan¹, ZHANG Yanyan², YE Xiwen¹, BAO Yan³, CAI Fa¹, WANG Xin¹, SU Jie¹, QU Jingwu¹

1. Technical Center for Inspection & Quarantine of Shandong Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau, Qingdao 266003, China ;
2. Qingdao Testing Research Institute of Product Quality, Qingdao 266022, China ;
3. Qingdao Institute of Biomass Energy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266063, China

Received: 2016-05-20

Foundation Item: Science and Technology Project of Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine (No. 2015IK209); Special Funds for Public Welfare Projects of Quality Inspection (No. 201410015-03).

^* Corresponding author. Tel:(0532)88968060,E-mail:zyniuqd@163.com

Abstract: A method was investigated for the determination of 10 chlorinated phenols in textiles by hollow fiber liquid phase micro-extraction (HF-LPME) coupled with high performance liquid chromatography (HPLC). The experimental conditions of hollow fiber liquid-phase micro-extraction were optimized, such as the nature of organic solvent, the concentration of acceptor phase, stirring rate, extraction time. The optimum extraction conditions were as follows: hexane was used as the organic solvent; the concentration of NaOH solution as acceptor phase was 0.10 mol/L; the stirring rate was 600 r/min; and the extraction time was 60 min. Under the optimal conditions, the calibration curves of the 10 chlorinated phenols were obtained in the range of 0.01-1.00 mg/L (r>0.999); the limits of detection (S/N=3) of the chlorinated phenols were 0.01 mg/kg; and the enrichment factors were 95-101. The proposed method was applied for the determination of the 10 chlorinated phenols in real textile samples. The average recoveries were in the range of 78.8%-105.1% at the spiked levels of 0.01, 0.05 and 0.1 mg/kg; and the relative standard deviations (RSDs) were in the range of 0.3%-7.3%. This method is sensitive, simple, accurate and suitable for the determination of chlorinated phenols in textile samples.

Key words: high performance liquid chromatography (HPLC) hollow fiber (HF) liquid phase micro-extraction (LPME) chlorinated phenols textiles

含氯苯酚类化合物在纺织业中用途广泛,是纺织品、皮革、织造浆料和印花色浆中普遍采用的一种防霉防腐剂^[1]。含氯苯酚类化合物是一种强毒性物质,对人体具有致畸和致癌性^[2]。Oeko-Tex 100标准^[3]明确将三氯苯酚(trichlorophenol,TrCP)、四氯苯酚(tetrachlorophenol,TeCP)、五氯苯酚(pentachlorophenol,PCP)列入有害物质,规定Ⅰ类产品即婴幼儿用服装中6种三氯苯酚含量总计不得超过0.20mg/kg,3种四氯苯酚含量总计不得超过0.05 mg/kg,五氯苯酚含量不得超过0.05 mg/kg。

目前,纺织品中含氯苯酚类化合物的检测方法有气相色谱法^[4]、气相色谱-质谱法^[5-7]、液相色谱-串联质谱法^[8]等。以上方法仅针对其中的2～4种进行测定,并不适用于全部含氯苯酚类化合物,且气相色谱法测定含氯苯酚类化合物时,前处理需采用衍生化法,过程繁琐,不利于快速检测;液相色谱法测定含氯苯酚类化合物虽不需衍生化,但检测灵敏度达不到技术法规要求。

中空纤维液相微萃取(HF-LPME)是20世纪90年代发展起来的一种微萃取技术^[9-12],由于其具有操作方便、消耗溶剂少、富集效果好等优点而被广泛应用。以多孔的中空纤维为微萃取溶剂(接受相)的载体,集萃取和富集于一体。大分子化合物、悬浮颗粒等被具有微孔结构的中空纤维膜过滤,净化效果十分显著。目前,HF-LPME作为一种样品前处理技术已经被应用于水环境中除草剂、硝基酚类和含氯苯酚类化合物的测定^[13-16]。但目前还未见HF-LPME用于纺织品中含氯苯酚类化合物的测定报道。本研究建立了HF-LPME-HPLC测定纺织品中10种含氯苯酚类化合物的方法,不仅可一步完成含氯苯酚类化合物的萃取、富集和净化,还可弥补HPLC检测灵敏度低的缺陷,提高方法的检测灵敏度和检测效率。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

Agilent 1260高效液相色谱仪(美国Agilent公司); R215旋转蒸发仪(瑞士BUCHI公司);超声波发生器(昆山市超声仪器有限公司);磁力搅拌器配微型转子(德国IKA公司);聚丙烯中空纤维管(直径600 μm,壁厚200 μm,孔径0.2μm,美国Membrane公司); ZORBAX SB-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm,美国Agilent公司);锥形内插管(100 μL,带塑料支脚,美国Agilent公司)。

TrCP标准品、TeCP标准品和PCP标准品的纯度均不小于98%,购自德国Dr. Ehrenstorfer公司。上述含氯苯酚类标准品均用甲醇配制成1000 mg/L的标准储备液,储存于4 ℃冰箱。使用时用甲醇逐级稀释标准储备液至所需浓度。乙腈、丙酮、甲醇均为色谱纯,购自美国TEDIA公司;其余试剂均为国产分析纯;实验用水为超纯水,电阻率为18.2MΩ·cm。

1.2 色谱条件

色谱柱:ZORBAX SB-C18柱;柱温:50 ℃;进样量:10 μL。流动相A: 20 mmol/L乙酸铵溶液;流动相B:乙腈;流速:1.0mL/min。梯度洗脱程序:0～2.0 min,30%B～45%B; 2.0～18.0 min,45%B; 18.0～18.1 min,45%B～30%B; 18.1～23.0 min,30%B。检测波长:205 nm(TrCP)、210 nm(TeCP)、220 nm(PCP)。

1.3 样品前处理

取5.0～10.0g代表性样品,将其剪碎至5 mm×5 mm以下,混匀。称取2.0 g(精确至1 mg)试样,置于样品瓶中,加入30 mL丙酮,在超声波发生器中提取20 min。将提取液转移至鸡心瓶中,残渣再用30 mL丙酮超声提取,并入鸡心瓶。将鸡心瓶置于旋转蒸发仪上,于40 ℃水浴中缓慢浓缩至近干,向其中加入3 mL正己烷振荡,混匀。将正己烷溶液转移至另一样品瓶中。

1.4 萃取过程

将微型搅拌转子放入样品瓶中,样品瓶置于磁力搅拌器上。将聚丙烯中空纤维管截成长约4.5 cm的小段,在乙腈中超声清洗10 min,取出自然晾干,备用。取一根中空纤维管,将事先吸入1 mL超纯水的一次性无菌注射器尖端部分插入中空纤维管内腔,用超纯水清洗中空纤维管内腔和外壁,然后向中空纤维管内注入0.10 mol/L的NaOH溶液,用金属铜线捆扎中空纤维管两端后迅速将中空纤维管放入盛有正己烷溶液的样品瓶中,在600 r/min的搅拌转速下萃取60 min。萃取结束后剪开纤维管两端,一端插入事先吸入20 μL甲醇-水(1:1,v/v)溶液(用3 mol/L盐酸溶液调节pH=1)的微量进样针,另一端插入锥形内插管中,将液体推入锥形内插管,待测。

2 结果与讨论

2.1 接受相的选择

含氯苯酚类化合物呈弱酸性,以适量的碱作接受相可使其以离子状态存在,增加其在接受相中的溶解度,从而提高萃取效率。常用的接受相为强碱性NaOH溶液和弱碱性NH₃·H₂O溶液体系。本试验考察了不同浓度的NaOH溶液和NH₃·H₂O溶液作为接受相时萃取效率的变化情况。选取具有代表性的2,3,6-TrCP、2,3,4,5-TeCP和PCP作为目标化合物,添加到阴性样品中进行试验。结果(见图 1)表明,在0.01～020mol/L范围内,萃取效率随着NaOH溶液、NH₃·H₂O溶液浓度的增大而增大,当碱溶液浓度为0.10 mol/L时达最大值。继续增大接受相浓度,萃取效率反而降低,原因可能是强碱性对化合物以及仪器响应都产生了一定的影响。根据萃取过程分析,含氯苯酚在中空纤维界面遇碱离子化而被萃取到接受相溶液中。随接受相溶液浓度的增大,含氯苯酚离子状态增加,但浓度达到0.10 mol/L时,离子状态达到最大值,在接受相中的溶解度最大,进而萃取效率也最高。另外,在相同浓度下,NaOH的萃取效率比NH₃·H₂O高。因此本试验选择0.10 mol/L的NaOH作为接受相。

图 1 不同浓度的NaOH及NH₃·H₂O接受相对含氯苯酚类化合物萃取效率的影响 Fig. 1 Effects of the different concentrations of NaOH and NH₃·H₂O solutions as the acceptor phases on the extraction efficiencies of the chlorinated phenols TrCP: trichlorophenol; TeCP: tetrachlorophenol; PCP: pentachlorophenol.

2.2 萃取溶剂的选择

样品中的含氯苯酚类化合物一般采用丙酮作萃取溶剂^[4]。考虑到采用中空纤维管浓缩净化时,萃取溶剂既要对分析组分的溶解度足够大,在水中的溶解度又要小,以尽量减少萃取过程中的损失。由于丙酮与水互溶,不适合作为中空纤维管的萃取溶剂,因此,需要转换萃取溶剂。满足以上萃取条件的常用有机溶剂有正己烷、甲苯、氯苯和正辛醇。如图 2所示，在相同条件下,以2,3,6-TrCP、2,3,4,5-TeCP和PCP作为代表化合物(浓度均为1 mg/L),比较中空纤维管在甲苯、氯苯、正辛醇、正己烷中的萃取效果。结果表明,NaOH接受相在正己烷中萃取效果最好,萃取效率高,又因其价格便宜且对人体及环境影响最小,故选取正己烷作为萃取溶剂。

图 2 正己烷、甲苯、氯苯及正辛醇对含氯苯酚类化合物的萃取效果 Fig. 2 Extraction results of chlorinated phenols with hexane,methylbenzene,chlorobenzene and 1-octanol

2.3 搅拌速度

在中空纤维液相微萃取过程中,扩散速度影响待测物的转移。本试验考察了搅拌速度在0～1000r/min内变化时对含氯苯酚类化合物萃取效率的影响。试验结果(见图 3)表明,在转速低于600 r/min时,萃取效率随着转速的增大而增大;在转速为600 r/min时,萃取效率达到最大值;在转速高于600 r/min时,萃取效率逐渐减小。这是由于增大转速能增大目标物的扩散速度,进而增大萃取效率,但转速太高会造成纤维膜表面附着气泡,进而造成萃取效率的降低。因此本试验选择搅拌速度为600 r/min。

图 3 搅拌速度对含氯苯酚类化合物萃取效率的影响 Fig. 3 Effects of the stirring rates on the extraction efficiencies of chlorinated phenols

2.4 萃取时间

萃取实质上是目标化合物在两相之间的动态传质过程,需要一定时间才能达到平衡。在中空纤维液相微萃取中,待测物要通过中空纤维壁被接受相接受。因此,延长萃取时间有利于待测物的转移,进而能提高萃取效率。本试验考察了不同萃取时间(30、40、50、60、80、90和100 min)对含氯苯酚类化合物萃取效率的影响。结果(见图 4)表明:在30～60 min时，目标化合物的萃取效率随萃取时间的加长而增大,在60 min时达到最大值,萃取基本平衡,萃取效果最好,故选择萃取时间为60 min。

图 4 萃取时间对含氯苯酚类化合物萃取效率的影响 Fig. 4 Effects of the extraction time on the extraction efficiencies of chlorinated phenols

2.5 富集倍数

萃取后接受相中分析物的浓度与萃取前样品溶液中分析物浓度的比值为富集倍数(EF),按EF=c₁/c₂(其中c₁为分析物在接受相中的质量浓度,c₂为样品溶液的初始质量浓度)计算。对1mg/L的含氯苯酚标准溶液进行分析测定,得到2,3,6-TrCP、2,3,4,5-TeCP和PCP的富集倍数分别为95、98和101,说明本法对含氯苯酚均有较大程度的富集,有利于样品中痕量含氯苯酚的分析。

此外,为了验证本方法对10种含氯苯酚的萃取富集效果和萃取前后分析物性质是否发生变化,将10种含氯苯酚标准溶液的直接进样色谱图与液相微萃取富集后进样的色谱图进行了比较(见图 5),10种含氯苯酚的保留时间与色谱峰形基本没有变化,这说明萃取前后分析物性质没有变化。

图 5 含氯苯酚类化合物标准溶液(1 mg/L)在液相微萃取前后的色谱图 Fig. 5 Chromatograms of chlorinated phenol standard solution (1 mg/L) before and after LPME

2.6 净化效果

由于中空纤维膜具有微孔结构,在萃取富集时一些大分子化合物、悬浮颗粒等能被中空纤维膜过滤掉,因此适用于复杂基质的样品预处理。本方法对经中空纤维管富集提取后的样品溶液与未经中空纤维管富集的样品溶液进行了比较。结果(见图 6)表明,本方法净化效果明显,具有突出的样品净化功能,可用于复杂基质样品的直接分析。

图 6 样品溶液经中空纤维管萃取前后的色谱图 Fig. 6 Chromatograms of sample solution before and after HF-LPME

2.7 线性范围和检出限

取10种含氯苯酚标准储备液,配制成质量浓度为0.01、0.05、0.10、0.50和1.00mg/L的标准混合溶液,按1.4节所述方法进行萃取,经HPLC分析,用色谱峰面积(Y)对分析物的质量浓度(X,mg/L)进行线性回归。在0.01～1.00 mg/L范围内,相关系数均大于0.999。以3倍信噪比(S/N=3)计算方法的检出限。线性方程、相关系数和检出限见表 1。

表 1 10种含氯苯酚化合物的线性方程、相关系数和检出限 Table 1 Linear equations,correlation coefficients (r²) and limits of detection (LODs) of the 10 chlorinated phenols

2.8 加标回收率

以不含目标化合物的棉、丝、涤纶样品作为空白基质,分别添加0.01、0.05和0.1 mg/kg 3个水平的混合标准溶液,每个水平平行测试6次,计算平均加标回收率,结果见表 2。回收率为78.8%～105.1%,相对标准偏差为0.3%～7.3%,可以满足痕量分析的要求。

表 2 10种含氯苯酚在空白样品中的加标回收率和相对标准偏差(n=6) Table 2 Spiked recoveries and RSDs of the 10 chlorinated phenols in the blank samples (n=6)

2.9 阳性样品测定

选用棉、涤纶和丝3种标准贴衬织物作为阴性基质样品,采用纺织品生产工艺流程分别制备添加0.05、0.5和10.0 mg/kg 3个水平混合标准溶液的阳性样品。纯棉样品选用变性淀粉浆料;涤纶样品选用聚乙烯醇类浆料;丝样品选用聚丙烯酰胺类浆料。向每种浆料中添加3种不同水平的含氯苯酚标准化合物,样品在浆料中充分浸泡上浆,经热烧碱溶液退浆后于30 ℃烘干。对制备好的阳性样品进行6次平行测定,相对标准偏差(RSDs)为1.3%～10.0%(见表 3)。

表 3 纺织品中含氯苯酚类化合物的测定(n=6) Table 3 Determination of the chlorinated phenols in the textiles (n=6)

3 结论

本方法以中空纤维膜作为微萃取溶剂的载体,集萃取、富集、分离和净化于一体,具有萃取效率高、消耗有机溶剂少、快速、灵敏等优点,还具有突出的样品净化功能,可用于复杂基质样品的直接分析。回收率和精密度均符合要求,能满足实际样品中含氯苯酚类化合物的测定要求。

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