蔡錦安，劉志健，袁嘉偉，潘永紅，葉元堅

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東　廣州　511447)

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固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定橡膠密封材料中N-亞硝胺

蔡錦安，劉志健，袁嘉偉，潘永紅，葉元堅*

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東廣州511447)

摘要：建立了固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(SPME/GC-MS)測定橡膠密封材料中N-亞硝基-N-甲基苯胺(NMPhA)、N-亞硝基-N-乙基苯胺(NEPhA)和N-亞硝基二苯基胺(NDPheA)3種N-亞硝胺化合物含量的方法。樣品參考國標GB/T 24153-2009進行預處理后，采用固相微萃取進行提取，對影響固相微萃取效率的纖維涂覆種類、萃取時間、攪拌速度和萃取溫度等條件進行優(yōu)化。在優(yōu)化條件下，方法的線性范圍為5~500 μg/L，相關(guān)系數(shù)(r)均大于0.99，檢出限為0.5 μg/kg，回收率為77%~92%，相對標準偏差(RSD,n=6)為3.8%~7.7%。

關(guān)鍵詞：橡膠密封材料；固相微萃?。粴庀嗌V-質(zhì)譜法；N-亞硝胺

橡膠密封材料作為機械基礎(chǔ)件，廣泛用于生活飲用水管道系統(tǒng)，起密封連接等作用。然而，大部分橡膠材料在生產(chǎn)加工過程均添加有硫化劑和硫化促進劑，以便進行高溫硫化成型，使橡膠硫化的同時具有良好彈性。這些硫化促進劑大多數(shù)含有仲胺結(jié)構(gòu)，在硫化過程中易產(chǎn)生N-亞硝胺類物質(zhì)[1]。近年來，多種橡膠制品中均有N-亞硝胺檢出[2-6]。

橡膠密封材料中N-亞硝胺的含量較低，然而現(xiàn)階段測定N-亞硝胺的主要依據(jù)標準GB/T 24153-2009[7]的測定下限僅為0.5 mg/kg，且測試前需對預處理樣品提取液進行凈化，操作繁瑣，靈敏度低，無法滿足日益嚴格的檢測需要。目前，產(chǎn)品中低濃度N-亞硝胺的檢測方法主要有氣相色譜-正化學源質(zhì)譜法(GC-PCI/MS)[8]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS/MS)[9]、氣相色譜-化學電離源串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-CI-MS/MS)[10]和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)[11]等。但這類方法需要昂貴的儀器，因此橡膠密封材料中痕量N-亞硝胺的檢測較難普及。

固相微萃取技術(shù)(Solid-phase microextraction，SPME)是一種集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的樣品前處理與富集技術(shù)，已在多個領(lǐng)域得到廣泛應用[12-16]。本文利用SPME技術(shù)進行提取，對影響萃取效率的條件(纖維涂覆種類、萃取時間、攪拌速度和萃取溫度等)進行優(yōu)化，建立了SPME/GC-MS測定飲用水管道系統(tǒng)用橡膠密封材料中3種N-亞硝胺化合物的方法。與國標方法相比，該方法簡化了前處理步驟，操作簡單，靈敏度高，能在不同實驗室開展使用。

1實驗部分

1.1儀器與試劑

Agilent 7890B-5977A氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)，配EI源檢測器(美國安捷倫公司)。固相微萃取裝置及萃取頭：100 μm PDMS(聚二甲基硅氧烷)；75 μm CAR/PDMS(碳分子篩/聚二甲基硅氧烷)；65 μm DVB/PDMS(二乙烯基苯/聚二甲基硅氧烷)；85 μm PA(聚丙烯酸酯)(美國Supelco公司)。

N-亞硝基-N-甲基苯胺(NMPhA)、N-亞硝基-N-乙基苯胺(NEPhA)、N-亞硝基二苯基胺(NDPheA)標準溶液，溶劑為甲醇，濃度均為100 mg/L(美國o2si公司)。甲醇(農(nóng)殘級，美國Tedia公司)。

1.2儀器工作條件

1.2.1色譜條件Agilent 1701色譜柱(30 m×320 μm×1.00 μm)；升溫程序：初始溫度50 ℃，保持7 min，以8 ℃/min升至150 ℃后，以15 ℃/min升至240 ℃，保持1.5 min。載氣及流速：高純氦氣，流速1.8 mL/min；進樣口溫度：300 ℃；進樣方式：不分流進樣。

表1　3種化合物的選擇離子掃描參數(shù)

*quantitative ion

1.2.2質(zhì)譜條件電離方式：EI源；電離能量：70 eV；離子源溫度：250 ℃；掃描方式：選擇離子掃描(SIM)，溶劑延遲：3 min；各物質(zhì)的特征選擇離子參數(shù)見表1。

1.3實驗方法

1.3.1樣品預處理參考國標GB/T 24153-2009[7]及文獻[4]對樣品進行預處理：取代表性試樣，用適當工具將其碎至邊長為3 mm以下的顆粒，混勻。稱取混勻試樣5.0 g(精確至0.01 g)置于錐形瓶中，加入30 mL甲醇，超聲提取30 min。提取液移入濃縮瓶中，再向錐形瓶中加入20 mL甲醇，重復提取1次，合并提取液。濃縮瓶置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，控制真空度為21.3~16.3 kPa，于35 ℃水浴中緩慢濃縮至小于4.5 mL。取下濃縮瓶，于旋渦混勻器上充分旋轉(zhuǎn)振蕩1 min(以便于瓶壁上所粘附物質(zhì)溶入提取液)，然后將濃縮瓶中樣液移入5 mL棕色容量瓶中。另取0.5 mL甲醇淋洗濃縮瓶壁，于旋渦混勻器上充分旋轉(zhuǎn)振蕩1 min 后，移入容量瓶合并，用甲醇定容至5 mL，搖勻。

1.3.2固相微萃取處理萃取頭為CAR/PDMS。使用前萃取頭需置于GC進樣口，在載氣保護下300 ℃老化1 h以去除原有雜質(zhì)。預處理后的試液移至有磁力攪拌子的樣品瓶中，將SPME萃取頭浸入試液中，30 ℃以800 r/min萃取30 min后取出，將萃取頭插入GC-MS進樣口解析3 min進行檢測。

圖1　不同萃取頭的萃取效果比較圖Fig.1　Comparison of nitrosamines response by different SPME fiber coatings

2結(jié)果與討論

2.1萃取條件的優(yōu)化

本研究對萃取頭、萃取時間、攪拌速度及萃取溫度4個因素進行了優(yōu)化，使用溶液為500 μg/L的N-亞硝胺混合標準溶液。

2.1.1萃取頭的優(yōu)化不同萃取頭類型對目標物質(zhì)的萃取吸附能力不同。萃取組分的選擇由目標萃取物的極性、固-液兩相分配系數(shù)等參數(shù)共同作用而成。本研究考察了4種萃取頭對3種化合物的萃取效果(見圖1)。由圖1可見，CAR/PDMS對3種化合物均具有較好的吸附，DVB/PDMS次之，PDMS僅有微弱的吸附，而PA萃取頭對該3種化合物沒有吸附作用，該結(jié)果與文獻報道相符[13]?？梢?，CAR/PDMS對多數(shù)N-亞硝胺類物質(zhì)具有較高的提取能力，因此實驗選取CAR/PDMS為最優(yōu)萃取頭。

2.1.2萃取時間的選擇考察了不同萃取時間(5，15，30，60 min)對萃取效果的影響。結(jié)果顯示，隨著萃取時間的增加，萃取效率逐漸增大。但萃取時間大于30 min后，萃取效率增加緩慢，這是由于萃取目標物在被萃取頭萃取時，初始萃取效果隨著萃取時間增長明顯，但當目標物在萃取頭與被測溶液之間達到平衡后，萃取頭內(nèi)部涂層需更多時間才能充分接觸到目標物進行萃取，因此萃取效率增加緩慢?？紤]到實驗效率，本研究最終選取30 min作為SPME的最佳萃取時間。

2.1.3攪拌速度的選擇考察了不同攪拌速度(0，400，800，1 200 r/min)對萃取效果的影響。結(jié)果顯示，隨著攪拌速度的增加，萃取效率逐漸增大，這是由于攪拌速度的增加使溶液中分析物的擴散速度加快，減少了因萃取后局部濃度下降帶來的影響，使得萃取效率有所增大，當攪拌速度大于800 r/min后，萃取效率無明顯變化。綜合考慮，最終選取800 r/min為最佳攪拌速度。

圖2　3種N-亞硝胺混合標準品的色譜圖Fig.2　Chromatogram of 3 N-nitrosamines standard mixture

2.1.4萃取溫度的選擇考察了不同萃取溫度(20，30，40 ℃)對萃取效率的影響。結(jié)果顯示，隨著溫度的增加，萃取效率也增大，但由于所用溶劑為甲醇，溫度過高會導致溶劑揮發(fā)，故選取30 ℃為最佳萃取溫度。

在上述最優(yōu)條件下，萃取500 μg/L N-亞硝胺混標所得的總離子流(TIC)圖見圖2。

2.2線性范圍、檢出限、回收率與精密度

在優(yōu)化條件下，對5，25，50，100，200，500 μg/L系列濃度的N-亞硝胺標準溶液進行SPME萃取，以各組分的濃度(x,μg/L)為橫坐標，對應的峰面積(y)為縱坐標，繪制標準曲線。所得線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)(r)見表2。以各物質(zhì)的特征離子峰信噪比S/N≥3為檢出限，結(jié)合樣品前處理的稀釋倍數(shù)計算得到各化合物的檢出限為0.5 μg/kg。

采用標準加入法，在橡膠密封圈空白樣品中分別添加不同濃度的混合標準溶液進行測定，每個添加水平(25，100，200 μg/kg)平行測定6次，其加標回收率和相對標準偏差(RSD)見表2。結(jié)果顯示，方法的平均回收率為77%~92%，RSD(n=6)為3.8%~7.7%。

表2　3種N-亞硝胺的線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)、回收率及相對標準偏差

表3　本方法與標準方法對樣品的檢測結(jié)果(n=6)

*no detected

2.3與標準方法的比較

選取1份橡膠密封圈空白樣品，添加不同濃度的混合標準溶液，制成濃度水平為100，500 μg/kg的加標樣品，每個加標樣分別用本方法與國標GB/T 24153-2009方法進行實驗，分別測定6次，加標回收率和RSD結(jié)果見表3。由表3可見，對于500 μg/kg的加標樣品，兩種方法均能測出，且本方法由于利用了SPME的富集濃縮效果，所得回收率優(yōu)于國標方法；對于100 μg/kg的低濃度加標樣品，國標方法無法測出含量，而本方法仍能很好地測出。另外，從實驗操作上，SPME萃取法只需浸入試液中即可富集，而國標方法使用固相萃取技術(shù)則需要凈化濃縮。因此，與國標方法相比，本方法的操作更加簡便，靈敏度更高。

表4　橡膠密封材料樣品的檢測結(jié)果

*no detected

2.4實際樣品的檢測

應用本文建立的方法對10份飲用水管道系統(tǒng)用橡膠密封材料進行檢測。結(jié)果表明，部分產(chǎn)品中存在一定量的被測物，其中4份樣品檢出NMPhA，3份樣品檢出NEPhA，1份樣品檢出NDPheA(見表4)，應引起有關(guān)部門的重視。

3結(jié)論

本文建立了固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定飲用水管道系統(tǒng)用橡膠密封材料中3種N-亞硝胺的方法。與國標相比，該方法簡化了前處理步驟，具有操作簡單和靈敏度高等特點，可作為橡膠密封材料產(chǎn)品中N-亞硝胺物質(zhì)的檢測方法。

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Determination of N-Nitrosamines in Rubber Sealing Material by SPME/GC-MS

CAI Jin-an，LIU Zhi-jian，YUAN Jia-wei，PAN Yong-hong，YE Yuan-jian*

(Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute，Guangzhou511447，China)

Abstract：A solid-phase microextraction(SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry was developed for the determination of N-nitroso-N-methylaniline(NMPhA)，N-nitroso-N-ethylamine(NEPhA) and N-nitrosodiphenylamine(NDPheA) in rubber sealing material.The samples were pretreated by GB/T 24153-2009 standard method，and then extracted by SPME.Influences of fibers species，extraction time，mixing speed and temperature on extraction efficiencies of three N-nitrosamines were optimized.Under the optimized experimental conditions，the linear ranges of NMPhA，NEPhA and NDPheA were between 5 μg/L and 500 μg/L with correlation coefficients(r) larger than 0.99. The method detection limits were 0.5 μg/kg.The average recoveries were in the range of 77%-92% with relative standard deviations(RSD，n=6) of 3.8%-7.7%.

Key words：rubber sealing material;solid-phase microextraction; gas chromatography-mass spectrometry;N-nitrosamine

中圖分類號：O657.63; O623.73

文獻標識碼:A

文章編號：1004-4957(2016)02-0245-04

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2016.02.019

*通訊作者：葉元堅，博士，高級工程師，研究方向：涂料膠粘劑類產(chǎn)品檢測，Tel：020-82022369，E-mail:silence_ye@163.com

基金項目：國家質(zhì)檢總局科技計劃項目(2013QK283)

收稿日期：2015-10-22；修回日期：2015-11-19