HPLC－ICP－MS联用技术测定玩具中痕量可迁移有机锡

王 欣，幸苑娜，陈泽勇，林浩学

（深圳市计量质量检测研究院，广东 深圳 518109）

有机锡化合物 （organo－tin compounds，OTC）在工农业领域应用广泛，其中主要用作生产塑料的稳定剂。在光和热的作用下，塑料容易变脆失色，加入有机锡添加剂可以明显的减小这种作用［1］。目前一烃基和二烃基锡用作塑料的稳定剂，占有机锡总产量的70%。此外，自从20世纪50年代Van der Kerk等［2］发现三取代有机锡具有强烈的杀生作用以来，三苯基锡（TPhT）、三丁基锡（TBT）已被广泛用于船体防污涂料、防腐剂、杀虫剂等［1］，但这同时也对生物体产生不良影响，例如TBT的使用导致全球海洋污染［3］，牡蛎等海洋软体动物畸变［4］，从而导致人类和其他野生动物产生生殖系统障碍与疾病。目 前，欧 盟 REACH 法 规 （1907／2006／EC）［5］已明确限制了二丁基锡（DBT）、三苯基锡、三丁基锡和二辛基锡（DOT）这4种有机锡的使用。

我国是世界上最大的玩具出口国。近年来，限制玩具中有害物质含量，一直是全球关注的焦点话题。有机锡的工业用途，导致其可能在玩具用织物、木料、塑料、涂层中残留。欧盟于2009年6月18日通过玩具安全新指令［6］（2009／48／EC），明确规定了玩具中可迁移有机锡的限量要求，对于固体、液体材料及玩具涂层的限值分别为0.9、0.2、12mg／kg，除以稀释倍数后的上机浓度仅为18、4、240μg／L，已达到痕量级。目前消费品中有机锡的检测采用气相色谱－火焰光度法（GC－FPD）或气相色谱－质谱法（GC／MS）（参照 GB／T 20385—2006［7］），在乙酸缓冲溶液中用四乙基硼化钠将有机锡衍生后，正己烷萃取、分离、干燥后上机测定，虽然能分析多种有机锡形态，但样品前处理过程复杂，尤其是衍生化步骤很难掌握，易导致回收率不稳定；此外，上述国标方法的仪器检测低限为0.10mg／kg，灵敏度难以达到欧盟玩具安全新指令的要求。因此，建立一种快速、灵敏、准确测定玩具中痕量可迁移有机锡的方法具有十分重要的意义。

由于有机锡既含有金属元素，又具有有机物的性质，因此，将有机物分离技术（如气相（GC）、高效液相（HPLC）、毛细管电泳（CE））与某些特征检测技术（如原子吸收（AAS）、原子发射（AES）、质谱（MS）等）相结合的联用技术是目前发展的趋势［8－18］。Rajendran等［8］将底泥样品中的无机锡、丁基锡、苯基锡衍生后，采用GC－ICPMS分析，方法检出限可达0.23～0.48ng／g。由于ICP－MS一般采用液体进样，其与气相连接接口技术较复杂，目前应用不多。已有文献报道采用 HPLC－ICP－MS分离测定海底沉积物［9－12］、海水［13］、海产品［14－15］中的有机锡，但种类仅限于丁基锡和苯基锡。有机锡化合物的存在形式多为氯化物，因此也常用强阳离子交换色谱。Ebdon等［10］利用强阳离子交换柱和乙酸铵缓冲液对各种形式烷基锡进行分离，并给出较满意的结果。

本研究针对2009／48／EC对玩具可迁移有机锡的限量要求，采用 HPLC－ICP－MS联用技术，建立DBT、TPhT、TBT和DOT这4种欧盟禁用有机锡的高效分离测定方法，为各类玩具样品中痕量有机锡的分析测定提供方法参考。

1 试验部分

1.1 仪器与装置

7700x型电感耦合等离子体质谱仪:美国Agilent公司产品，配有八极杆碰撞反应池；1260型高效液相色谱仪:美国Agilent公司产品；Mili－Q Element纯水机:美国 Millipore公司产品；水浴控温摇床:德国Julabo公司产品。

1.2 材料与试剂

Waters Acquity UPLC HSS T3分析柱（3×100mm×1.8μm）:美国 Waters公司产品；DBT、TPhT、TBT和 DOT 标准品:德国 Dr.Ehrenstorfer公司产品；三乙胺（99.5%）:阿拉丁试剂公司产品；乙腈（HPLC级）、盐酸（UP级）:德国 Merck公司产品；冰乙酸（UP级）；实验用水（电阻率大于18.2MΩ·cm）:由 Mili－Q Element纯水机制得。

1.3 试验方法

1.3.1 取样 取样方法参见国家玩具安全技术规范（GB 6675—2003）［19］。

1）玩具表面涂层（油漆、清漆、油墨、聚合物涂层等）、木料:在室温下采用机械刮削方法，从样品表面刮取，并通过孔径为0.5mm的筛子筛分出不少于100mg的测试试样。

2）天然或合成纺织物、塑料:从可接触部分（从材料截面厚度最小处剪下测试试样，以保证试样表面积与质量之比尽可能最大）取不少于100mg样品，剪成尺寸不大于6mm的测试试样。

1.3.2 样品前处理 欧盟对可迁移的定义是“模拟材料在吞咽后与胃酸持续接触一段时间的条件下，从玩具材料中提取的溶出物”，因此，使用0.07mol／L盐酸，设定2h萃取时间模拟整个迁移过程（GB 6675—2003［19］）。

称取一定量（0.1000g）的样品放入锥形瓶中，加入5.0mL 0.07mol／L HCl溶液与试样混合，在37℃的恒温水浴摇床上振荡1h，然后在37℃恒温放置1h，过滤后作为样液待测。每个样品做2次平行试验，同时做空白试验。

1.3.3 仪器条件 主要工作条件列于表1和表2。ICP－MS采用铂采样锥、截取锥及有机进样专用炬管。每次实验前仔细调节质谱仪的一系列参数以获得最优信噪比，并保证基线的稳定性。HPLC与ICP－MS之间由PEEK管连接，以色谱进样阀为质谱工作的触发信号，在线测量118Sn＋、117Sn＋。

1.3.4 标准系列的配制 取DBT、TPhT、TBT和DOT混合标准储备溶液，用流动相配制成标准系列，其中DBT、TPhT、TBT的浓度范围为0.8～100μg／L，DOT由于检出限较高，浓度范围为2.4～300μg／L。

表1 高效液相色谱的主要工作参数Table 1 The main operation parameters of HPLC

表2 电感耦合等离子体质谱主要工作参数Table 2 The main operation parameters of ICP－MS

2 结果与讨论

2.1 HPLC－ICP－MS联机条件优化

本试验分离4种有机锡的流动相为V（乙腈）∶V（水）∶V（乙酸）＝65∶23∶12的混合溶液，pH 3.0，0.1%三乙胺作为离子对试剂添加到流动相中，其中有机溶剂比例达77%，高有机负载会导致ICP－MS分析信号不稳定，乙腈和乙酸在高温下分解所产生的碳会导致ICP－MS锥口堵塞。因此，本试验另加入一路Ar／O2混合气（80%Ar），这样有机物与适量O2反应，生成CO2气体，避免炬管和锥口积碳［20］。但是，如果加入过量氧气，ICP的能量大量消耗于O2的分解，会造成检测灵敏度下降，且过量的高温氧气会对采样锥造成损害，因此需要适当控制O2的加入量。本试验设置Ar／O2混合气的加入比例为30%，刚好能够消除锥口积碳又不损伤锥体。此外，还将雾室温度设置成－5℃，以减少到达等离子体的有机溶剂总量。

2.2 谱峰定性

以118Sn的峰面积作为定量依据，但质量数118处存在一些多原子离子干扰，如40Ar78Se＋、81Br37Cl＋等。自然界中Sn有8种同位素，其中118Sn占24.22%，117Sn占7.68%，Sn的自然丰度比118Sn／117Sn为3.15。图1为DBT、TPhT、TBT和DOT混合溶液在保留时间2.860、3.412、6.898、28.370min处，m／z 118与m／z 117 的峰面积比分别为 3.17、3.16、3.14、3.21，均接近118Sn／117Sn自然丰度比，由此可以判断这4个峰均是Sn，而非40Ar78Se＋、81Br37Cl＋之类的多原子干扰离子。进一步根据各有机锡单体标准溶液的保留时间，判断出峰顺序为DBT、TPhT、TBT和DOT。

图1 有机锡混合溶液在不同质荷比下的色谱图Fig.1 Chromatogram of mixed solution of organo－tin compounds at different m／z

2.3 离子对试剂对分离效果的影响

Chiron等［9］报道了采用甲醇－水－乙酸体系作为流动相分离丁基锡和苯基锡。本试验发现用乙腈替代甲醇，峰形更加尖锐，因此最终选择的流动相为V（乙腈）∶V（水）∶V（乙酸）＝65∶23∶12的混合溶液，0.1%三乙胺作为离子对试剂添加到流动相中。本试验着重考察了流动相中不同浓度的三乙胺对分离效果的影响，结果示于图2。若不加三乙胺，DBT和TPhT分离度差，且极性较小的DOT由于通过烷基链与C18柱有强烈亲和作用，不出峰；若流动相中加入0.05%三乙胺，DBT和TPhT分离度显著改善，DOT也在34.265min出峰；将流动相中三乙胺比例提高至0.1%，DOT 保留时间减小为28.370min；再进一步提高三乙胺比例至0.15%，对DBT和TPhT的分离度及DOT的保留时间影响不大。因此，选择将0.1%三乙胺作为离子对试剂添加到流动相中，以提高分离度、减少保留时间。

2.4 线性拟合及检出限

按照上述方法测定4种有机锡混合溶液标准系列，结果示于图3。DBT、TPhT、TBT浓度范围0.8～100μg／L，DOT浓度范围2.4～300 μg／L，以各浓度色谱峰峰面积对应质量浓度绘制标准工作曲线，得回归方程，4种有机锡的线性相关系数均优于0.99987，结果示于图4。通过逐步稀释法确定信噪比（S／N）为3时，各色谱峰的对应浓度，得出在50μL进样量下，本方法对DBT、TPhT、TBT及DOT的检出限分别为0.08、0.24、0.14和0.65μg／L；可以满足欧盟玩具安全新指令（2009／48／EC）的要求。

2.5 方法的准确度和精密度

为了验证该方法的准确度和精密度，选取4类玩具可接触部分有机锡阴性样品（涂层、塑料、木料、织物）进行加标试验，计算加标回收率；同时进行7次平行样的独立分析，方法精密度列于表3。可以看出，方法精密度均优于4.7%，5μg／L加标水平的回收率为80.7%～96.3%，50μg／L加标水平的回收率为83.5%～100.4%。

图2 有机锡混合溶液在不同浓度三乙胺流动相的色谱图Fig.2 Chromatogram of mixed solution of organo－tin compounds at different concentrations of triethylamine in mobile phase

图3 4种有机锡混合溶液标准系列色谱图Fig.3 Chromatogram of 4organo－tin compounds standard solutions

2.6 实际样品测定结果

测试试样购自深圳各大商场、超市的玩具产品，共40个测试试样，含4大类主要玩具材料，包括涂层、塑料、木料、织物。从测试结果看，根据2009／48／EC的限值要求，有1个玩具用织物试样DBT严重超标，该织物为PU（聚氨酯）革，可能是由于其生产工艺采用了DBT作为聚氨酯固化促进剂；有1个玩具涂层样品DBT、TPhT总量超标。

图4 4种有机锡色谱峰峰面积与对应浓度的线性关系Fig.4 Linear correlation of 4organo－tin compounds chromatographic peak areas as a function of concentrations

表3 加标回收率和精密度测定结果Table 3 Recoveries and precisions of the method

3 结论

本研究针对2009／48／EC对玩具可迁移有机锡的限量要求，通过模拟人工胃液提取的方法，采用HPLC－ICP－MS联用技术建立了DBT、TPhT、TBT和DOT这4种欧盟禁用有机锡的高效分离测定方法，与目前的三项国标方法相比，本方法无需样品衍生化步骤，操作简便、快速、灵敏度高。我国玩具企业只有密切关注新法规的要求和生效日期（2009／48／EC于2011年7月20日实施，化学性能要求于2013年7月20日生效），选择更优质的上游原材料供应链，进一步提高产品质量，保证产品安全，才能更好地应对新的绿色贸易壁垒，保持并扩大产品在欧盟的市场份额。

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