賴曉芳, 馮岸紅, 幸苑娜, 葉淋泉, 林志惠, 陳澤勇

(深圳市計量質(zhì)量檢測研究院, 廣東 深圳 518131)

研究論文

固相萃取-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法測定兒童手推車中3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑

賴曉芳, 馮岸紅*, 幸苑娜, 葉淋泉, 林志惠, 陳澤勇

(深圳市計量質(zhì)量檢測研究院, 廣東 深圳 518131)

有機(jī)磷酸酯是一類重要的磷系阻燃劑,由于其具有類似持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants, POPs)的性質(zhì),歐美等國家已紛紛設(shè)立相關(guān)法規(guī)限制其在兒童用品中的使用。目前國際和國內(nèi)均未有兒童手推車中有機(jī)磷酸酯阻燃劑的檢測標(biāo)準(zhǔn)。本文建立了兒童手推車中3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑的超聲萃取-弗羅里硅土固相萃取柱凈化-氣相色譜/質(zhì)譜檢測方法。該方法的加標(biāo)回收率為89.5%～107.3%,檢出限(3S/N)為0.01 mg/kg,定量限(10S/N)為0.1 mg/kg,能較好地排除基質(zhì)干擾,適用于兒童手推車軟墊材料中3種有機(jī)磷酸酯的定性和定量分析。37個樣品的分析結(jié)果表明,磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)的檢出率為81.1%,含量范圍為1.0～15 312.8 mg/kg,依據(jù)歐盟玩具新指令2014/79/EU, TCPP超標(biāo)(>5 mg/kg)率為32.4%;其中2個樣品中還檢出了磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)和磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCP),含量范圍為6.2～44.1 mg/kg,均已超標(biāo)?？梢?市場上的兒童手推車存在較高的有機(jī)磷酸酯阻燃劑暴露風(fēng)險。

固相萃取;氣相色譜/質(zhì)譜法;有機(jī)磷酸酯阻燃劑;兒童手推車

有機(jī)磷酸酯(organophosphate esters, OPEs)是一類重要的磷系阻燃劑,被廣泛應(yīng)用于軟、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂、聚酯纖維及橡膠為原材料的塑料、家具、紡織、化工和電子等行業(yè)[1]。據(jù)相關(guān)報道,各大生產(chǎn)商為應(yīng)對各類阻燃標(biāo)準(zhǔn),向約80%的嬰兒產(chǎn)品中添加了阻燃劑[2]。大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)磷酸酯阻燃劑性質(zhì)十分穩(wěn)定,具有生物累積性[3]、致癌毒性[4]、生殖毒性[3]和致突變性[5]。因此,歐盟、美國等紛紛設(shè)立相關(guān)法規(guī)限制有機(jī)磷酸酯阻燃劑在兒童用品中的使用。如美國紐約州A4741-2013法案要求自2015年12月1日起,凡旨在供給3歲以及3歲以下兒童使用的兒童護(hù)理產(chǎn)品不得含有磷酸三(2-氯乙基)酯(tris(2-chloroethyl) phosphate, TCEP)和磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(tris[2-chloro-1-(chloromethyl)ethyl]phosphate, TDCP)。2014年6月,歐委會發(fā)布2014/79/EU指令,規(guī)定供36個月以下兒童使用的玩具以及設(shè)計放入口中的玩具中,TCEP、TDCP和磷酸三(2-氯丙基)酯(tris(2-chloro-1-methylethyl) phosphate, TCPP)各項含量不得超過5 mg/kg。兒童手推車是一類具有彈性填充材料,意為兒童提供安全和舒適支撐作用的兒童產(chǎn)品。近年來,各類阻燃劑在兒童手推車等兒童軟墊類產(chǎn)品中的使用已受到了廣泛關(guān)注。目前,國際和國內(nèi)尚未有兒童手推車中有機(jī)磷酸酯阻燃劑的檢測標(biāo)準(zhǔn)。本文旨在建立兒童手推車中3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑的檢測方法,以應(yīng)對歐美貿(mào)易技術(shù)壁壘,保障我國兒童用品的順利出口。

目前有機(jī)磷酸酯阻燃劑的研究主要集中在水體[6,7]、沉積物[8]、空氣[9]等環(huán)境領(lǐng)域,氣相色譜法[10]、氣相色譜-質(zhì)譜法[11]和液相色譜-質(zhì)譜法[12]是目前常用的檢測分析方法。近年來,消費(fèi)品中的有機(jī)磷酸酯阻燃劑也有相關(guān)報道。紡織品方面,王成云等[13]和幸苑娜等[14]報道了采用氣相色譜-質(zhì)譜法測定紡織品中的有機(jī)磷阻燃劑,王成云等[15]還報道了紡織品中6種有機(jī)磷阻燃劑的微波輔助萃取-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法。皮革制品方面,張偉亞等[16]采用混合模式吸附劑固相萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測定了皮革中的磷酸三(2-氯乙基)酯。此外,馬強(qiáng)等[11]對玩具中3種有機(jī)磷阻燃劑的測定進(jìn)行了研究。目前尚未有兒童手推車中有機(jī)磷酸酯阻燃劑測定的相關(guān)研究報道。本文采用超聲萃取、固相萃取柱凈化后進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜測定,建立了兒童手推車中TCEP、TCPP和TDCP等3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑的測定方法。該方法準(zhǔn)確,操作較簡單,基質(zhì)干擾小,可用于兒童手推車類軟墊產(chǎn)品的實(shí)際檢測工作。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

Agilent 6890N-5975C氣相色譜-質(zhì)譜儀(美國Agilent公司); SK2510HP超聲萃取儀(上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司); Laborota 4003旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(德國Heidolph公司);固相萃取裝置(美國Supelco公司); Turbo VAP LV氮吹濃縮儀(美國Caliper公司);弗羅里硅土(florisil, 6 mL/1 g)、硅膠(silica, 6 mL/1 g)和HLB(3 mL/200 mg)固相萃取柱(美國Waters公司);有機(jī)相濾膜(0.22 μm)(日本島津公司)。

TCEP(純度>98.5%)、TCPP(純度>95.5%)和TDCP(純度>96%)均購于德國Dr. Ehrenstorfer公司;正己烷、二氯甲烷、乙腈均為色譜純,由德國Merck公司提供;丙酮、乙酸乙酯均為分析純,均由廣州化學(xué)試劑廠提供。

1.2 樣品前處理

1.2.1樣品萃取

選取兒童手推車中的彈性填充材料(如坐墊棉、扶手棉等)作為樣品進(jìn)行研究。將樣品剪成小于0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的小塊,準(zhǔn)確稱取1.0 g(精確至0.000 1 g)樣品于50 mL玻璃瓶中,加入30 mL二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶劑,超聲萃取0.5 h。將樣品溶液全部轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中,于35 ℃水浴中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮約至1 mL,待凈化。

1.2.2樣品凈化

用6 mL正己烷-二氯甲烷(1∶1, v/v)對弗羅里硅土柱進(jìn)行活化；加入樣品濃縮液后,用3 mL正己烷-二氯甲烷(1∶1, v/v)淋洗,不收集;最后用6 mL丙酮-二氯甲烷(1∶1, v/v)洗脫,收集洗脫液,氮吹至近干,用正己烷定容至1 mL,過0.22 μm有機(jī)濾膜后進(jìn)行GC-MS測定。

1.3 儀器測定

色譜柱:DB-5MS UI(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度:250 ℃;載氣:氦氣,純度≥99.999%,流速為1 mL/min;進(jìn)樣量:1 μL,不分流進(jìn)樣,1 min后開閥;升溫程序:初始溫度為100 ℃,保持1 min后以30 ℃/min的速率升至250 ℃,繼續(xù)以10 ℃/min的速率升至300 ℃,保持2 min。

質(zhì)譜電離方式:電子轟擊(EI)源;電離能量:70eV;離子源溫度:230 ℃;傳輸線溫度:300 ℃;質(zhì)量掃描方式:采用全掃描與選擇離子掃描同時掃描的方式。全掃描范圍:m/z50～500;選擇離子掃描的掃描離子見表1中的定性和定量離子。

表1 有機(jī)磷酸酯阻燃劑的定性和定量離子

圖1 不同進(jìn)樣口溫度條件下3種OPEs的色譜圖Fig.1 Chromatograms of the three OPEs at different inlet temperatures

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測條件的優(yōu)化

2.1.1進(jìn)樣口溫度

三是加強(qiáng)內(nèi)控管理。省業(yè)務(wù)主管部門要建立廉政風(fēng)險內(nèi)控制度，同時加強(qiáng)對市縣和用款單位的政策指導(dǎo)、培訓(xùn)和督促，壓實(shí)市縣責(zé)任，確保市縣和用款單位對下放具體項目審批權(quán)的資金“接得住”“管得好”。

考察了進(jìn)樣口溫度分別為200、250、300和320 ℃時3種目標(biāo)化合物的響應(yīng)情況。從圖1發(fā)現(xiàn),當(dāng)進(jìn)樣口溫度為200 ℃時,TDCP響應(yīng)較低;升高溫度至250 ℃時,TDCP的響應(yīng)隨之升高,而TCEP和TCPP則無明顯變化;繼續(xù)升高進(jìn)樣口溫度至300 ℃時,TDCP響應(yīng)有所提升,但是增加不明顯,且TCPP的響應(yīng)開始呈現(xiàn)下降趨勢;當(dāng)溫度升至320 ℃時,TCPP下降更明顯,TDCP也出現(xiàn)了下降的趨勢,而TCEP基本無變化,說明較高的進(jìn)樣口溫度對TCPP和TDCP影響較大。這可能是由于TCPP和TDCP在高溫下發(fā)生分解所致[17]。綜合考慮后選用250 ℃作為進(jìn)樣口溫度。

2.1.2其他條件

對程序升溫條件進(jìn)行了優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑的有效分離(見圖2)。另外,實(shí)驗(yàn)還對各個化合物的駐留時間(dwell time)進(jìn)行了優(yōu)化,以保證其良好的峰形和靈敏度。發(fā)現(xiàn)當(dāng)所選定性、定量離子的駐留時間為10 ms時,其掃描循環(huán)數(shù)約為15,各化合物的峰形和靈敏度都得到了較大改善。

圖2 3種有機(jī)磷酸酯在最佳分離條件下的色譜圖Fig.2 Chromatogram of the three OPEs under optimal separation conditions

2.2 提取方法的優(yōu)化

鑒于所選取的兒童手推車樣品多為多孔隙填充材料,為獲得盡可能高的提取效率以及提高操作簡易性,采用超聲方式對樣品進(jìn)行提取。TCEP和TDCP辛醇水分配系數(shù)的對數(shù)值(logKow)值分別為1.44和3.65,而TCPP的logKow值為2.59,位于兩者之間[18],故TCPP的萃取效率在一定程度上能代表兩者的萃取效率。由于較難獲得3種目標(biāo)物的陽性樣品,且考慮制樣不均勻等因素,本實(shí)驗(yàn)對陽性樣品中TCPP的提取效率進(jìn)行了考察,并以此作為TCEP和TDCP的參考萃取效率。實(shí)驗(yàn)考察了乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮和二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶劑等對TCPP的萃取效率。結(jié)果表明,二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶劑具有最佳的萃取效率。同時對不同萃取時間(15、30、60和90 min)進(jìn)行了考察。結(jié)果表明,當(dāng)萃取時間為30 min時,TCPP已基本萃取完全,繼續(xù)增加萃取時間,含量不再增加。后續(xù)對3種目標(biāo)物的陽性樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,過程如下:采用二氯甲烷-正己烷(1∶1, v/v)混合溶劑對該樣品進(jìn)行了15、30、60和90 min的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)(取出萃取液后重新加入溶劑再萃取),結(jié)果發(fā)現(xiàn),60 min的萃取結(jié)果已小于30 min萃取結(jié)果的5%,可認(rèn)為當(dāng)萃取時間為30 min時,3種目標(biāo)化合物已萃取完全。故選擇30 min為超聲萃取時間。

2.3 凈化條件的優(yōu)化

2.3.1SPE柱的選擇

表2 3種固相萃取柱的回收率

圖3 3種固相萃取柱的凈化效果比較Fig.3 Comparison of purification effectiveness of the three SPE columns

為考察3種固相萃取柱對樣品中3種目標(biāo)化合物的凈化效果,實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對空白樣品加標(biāo),超聲萃取后分別經(jīng)硅膠、弗羅里硅土和HLB固相萃取柱凈化,比較其凈化效果。從圖3可以看出,硅膠柱凈化效果較差,凈化后TCEP和TCPP出峰處呈鼓包狀,無法對目標(biāo)物進(jìn)行準(zhǔn)確定性和定量分析;HLB柱和弗羅里硅土柱均對3種化合物有較好的凈化效果,目標(biāo)物出峰處均無干擾,實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物和雜質(zhì)的有效分離,但是樣品經(jīng)HLB柱后共洗脫的雜質(zhì)較多,而弗羅里硅土柱的共洗脫雜質(zhì)較少。這可能是由于兩者對目標(biāo)化合物的保留機(jī)理不同所致。HLB柱對3種目標(biāo)化合物的保留能力極弱,機(jī)理上屬于保留雜質(zhì);而弗羅里硅土柱對目標(biāo)化合物保留能力較強(qiáng),機(jī)理上屬于保留目標(biāo)物。所以,樣品經(jīng)HLB柱后雜質(zhì)較多,可能是由于HLB柱對目標(biāo)物和雜質(zhì)均具有弱保留能力,使得目標(biāo)物和雜質(zhì)共同被洗脫下來;而樣品經(jīng)弗羅里硅土柱后共洗脫雜質(zhì)較少,則可能是在淋洗階段已將大部分雜質(zhì)去除。綜合以上考慮,本實(shí)驗(yàn)選取弗羅里硅土柱對3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑進(jìn)行凈化。

2.3.2洗脫溶劑的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)比較了正己烷-二氯甲烷(1∶1, v/v)、二氯甲烷、二氯甲烷-丙酮(1∶1, v/v)和丙酮對3種目標(biāo)物的洗脫效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用二氯甲烷-丙酮(1∶1, v/v)混合溶劑洗脫具有較好的回收率。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對二氯甲烷-丙酮混合溶液的體積比進(jìn)行了優(yōu)化。選擇不同體積比(4∶1、2∶1、1∶1、1∶2)的二氯甲烷-丙酮混合溶液作為洗脫溶劑,比較其洗脫效果。結(jié)果顯示,隨著丙酮比例的增加,回收率逐漸上升;但當(dāng)二氯甲烷-丙酮的體積比增至1∶2時,洗脫液顏色加深,且雜質(zhì)明顯增加。綜合考慮回收率和雜質(zhì)分離效果,選擇二氯甲烷-丙酮(1∶1, v/v)混合溶劑作為洗脫溶劑。

2.4 方法評價

2.4.1線性范圍、檢出限和定量限

在最優(yōu)的萃取和測定條件下,對該方法的線性范圍、檢出限和定量限進(jìn)行了評價。配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,得到各目標(biāo)化合物的線性范圍、線性方程(x為質(zhì)量濃度(mg/L),y為峰面積)和相關(guān)系數(shù),結(jié)果見表3。采用樣品空白基質(zhì)溶液逐級稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液,以3倍信噪比確定了方法的檢出限(LOD)為0.01 mg/kg,以10倍信噪比確定了方法的定量限(LOQ)為0.1 mg/kg(見表3)。本文方法靈敏度高,能滿足日常檢測需要,為應(yīng)對兒童用品國際貿(mào)易技術(shù)壁壘提供了技術(shù)支持。

表3 有機(jī)磷酸酯的線性關(guān)系、檢出限和定量限

y: peak area;x: mass concentration, mg/L.

表4 兒童手推車中有機(jī)磷酸酯的含量

-: not detected.

2.4.2回收率和精密度

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下對添加水平分別為0.1和5.0 mg/kg的空白加標(biāo)樣品進(jìn)行回收率測定。結(jié)果表明,6次平行測定的回收率范圍為89.5%～107.3%,且相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤8.9%,表明該方法可靠,可用于兒童手推車樣品中3種有機(jī)磷酸酯的測定。

2.5 實(shí)際樣品的測定

本實(shí)驗(yàn)對19部兒童手推車進(jìn)行了采樣,共采集了37個樣品,并進(jìn)行了3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑的測試,結(jié)果見表4。TCPP的檢出率最高(81.1%),含量范圍為1.0～15 312.8 mg/kg,超標(biāo)(>5 mg/kg)率為32.4%,且有2個樣品中檢出了TCEP和TDCP,均已超標(biāo)(3號樣品的譜圖見圖4)。由此,可以推斷兒童手推車中普遍存在有機(jī)磷酸酯阻燃劑的暴露風(fēng)險。

圖4 實(shí)際樣品中有機(jī)磷酸酯的色譜圖Fig.4 Chromatogram of OPEs in a real sample

3 結(jié)論

本研究建立了超聲萃取-固相萃取柱凈化-氣相色譜/質(zhì)譜法對兒童手推車樣品中3種有機(jī)磷酸酯阻燃劑進(jìn)行檢測。該方法具有靈敏度高、重現(xiàn)性好等特點(diǎn),且定性能力強(qiáng),能很好地排除基質(zhì)干擾。分析的37批次樣品中,TCPP檢出率高達(dá)81.1%,超標(biāo)率為32.4%。2個樣品中檢出了TCEP和TDCP,且均已超標(biāo)。由此可以推斷兒童手推車中存在較高的有機(jī)磷酸酯阻燃劑暴露風(fēng)險。

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Determination of three organophosphate ester flame retardants in baby carriages by gas chromatography-mass spectrometry combined with solid phase extraction

LAI Xiaofang, FENG Anhong*, XING Yuanna, YE Linquan, LIN Zhihui, CHEN Zeyong

(ShenzhenAcademyofMetrologyandQualityInspection,Shenzhen518131,China)

Organophosphate esters (OPEs) are high-production-volume chemicals used as flame retardants. Some western countries (e. g. America and European Union) have imposed restrictions on OPEs in baby products due to their similar persistent-organic-pollutants (POPs) properties. So far, there is no domestic or foreign standard for OPEs flame retardants in baby carriages. Ultrasonic extraction was used to extract three OPEs from baby carriages, and the extracts were purified by a florisil solid phase extraction (SPE) column, and finally detected by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The spiked recoveries of the three OPEs were in the range of 89.5% to 107.3%. The limits of detection (3S/N) were 0.01 mg/kg, and the limits of quantification (10S/N) were 0.1 mg/kg. This method could eliminate matrix effects and give accurate qualitative analytical results for the three OPE flame retardants in baby carriages. Thirty-seven samples were analyzed and the tris(2-chloro-1-methylethyl) phosphate (TCPP) detection rate was up to 81.1% with the mass concentration range of 1.0-15 312.8 mg/kg, and 32.4% of the samples exceeded the European Union directive(2014/79/EU)for TCPP(>5 mg/kg), as well as tris(2-chloroethyl) phosphate (TCEP) and tris[2-chloro-1-(chloromethyl)ethyl]phosphate(TDCP) in two samples, which were in the range of 6.2-44.1 mg/kg. Thus, relatively high OPEs flame retardants risk was presented in baby carriages.

solid phase extraction (SPE); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); organophosphate ester (OPE) flame retardants; baby carriages

10.3724/SP.J.1123.2015.05019

2015-05-13

O658

:A

:1000-8713(2015)11-1186-06

*通訊聯(lián)系人.Tel:(0755)29068212,E-mail:fah814@163.com.