加速溶剂萃取-高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定聚乳酸材料中4种有机锡化合物

林 鋆，朱 峰，王明葵

(1.国家纺织服装产品质量监督检验中心(福建)，福建 福州 350026；2. 福建省纤维检验局，福建 福州 350026)

有机锡化合物(organotin compounds, OTC)是锡和碳元素直接结合所形成的有机金属化合物，作为塑料稳定剂、杀虫剂、抗菌剂、防污剂及高分子材料合成过程中的催化剂等在工业、农业、化工、交通、卫生等各个行业均有应用[1]。聚乳酸(PLA)是一种具有高度生物相容性、生物可降解性的环境友好型材料，商品化聚乳酸合成中所使用的催化剂主要为锡类化合物[2]。

近年来，有机锡化合物的使用受到广泛关注，其中三丁基锡(TBT)、三苯基锡(TPhT)已被证实具有肝脏毒性、生殖毒性、遗传毒性、免疫抑制毒性等[3]，可导致环境污染[4]。为了控制有机锡化合物对人类健康的危害，欧盟2009/425/EC决议[5]规定：自2010年7月1日起，不得在物品或组件中使用锡含量超过0.1%的三取代有机锡，如三丁基锡和三苯基锡；2012年1月1日起，物品中不得使用含量超过0.1%的二丁基锡(DBT)和二辛基锡(DOT)。欧盟纺织品生态标签Oeko-tex Standard 100[6]规定：三丁基锡、三苯基锡、二丁基锡、二辛基锡在一般纺织品(包括直接接触皮肤、不直接接触皮肤和装饰用纺织品)中的含量分别不得超过1.0、1.0、2.0、2.0 mg/kg；婴幼儿用纺织品的限量还要低一半。我国生态纺织品GB/T 18885—2009[7]也明确了TBT、DBT和TPhT的限量要求。

目前，有机锡化合物形态分析方法主要采用火焰光度法(FPD)[8-9]、原子吸收法(AAS)[10]、原子发射法(AES)[11-12]、质谱法(MS)[1,13-24]等与气相色谱(GC)和液相色谱(LC)联用的技术。由于有机锡化合物沸点较高、热稳定性差，不具备气相色谱直接测定条件，需对有机锡化合物进行衍生化处理，因此样品前处理较复杂、费时；液相色谱法则可以在常温下实现有机锡化合物的分离分析。高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)联用技术结合了HPLC的对有机化合物高效分离、无需衍生和ICP-MS的检测限低、不易受干扰、检测速度快的优点，适合各类基质中不同形态重金属含量的分析[25-26]。

加速溶剂萃取法(ASE)因具有速度快、溶剂用量少、回收率高等特点而被广泛应用[27]。本研究拟采用ASE-HPLC-ICP-MS同时测定聚乳酸材料中TBT、TPhT、DBT、DOT 4种欧盟禁限用的有机锡化合物，旨为加强聚乳酸材料中有机锡化合物的残留监控提供依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

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及MassHunter Workstation数据处理系统；1200型高效液相色谱仪：美国Agilent公司产品，配有在线脱气机及自动进样器；ABW-2001-U型纯水仪：中国艾科浦公司产品；XS105 DualRange型电子天平：瑞士梅特勒-托利多公司产品；有机进样专用矩管：美国Agilent公司产品；ASE-350加速溶剂萃取仪：美国Thermo公司产品。

甲醇(色谱纯)：德国Merck公司产品；乙腈，三乙胺，乙酸(均为色谱纯)：德国CNW公司产品；DBT、TBT、TPhT和DOT标准物质(纯度≥97%)：德国Dr. Ehrenstorfer公司产品；调谐溶液(1 μg/L)：美国Agilent公司产品。

1.2 实验条件

1.2.1色谱条件 Agilent TC-C18液相色谱柱(250 mm×4.6 mm×5 μm)； 流动相：甲醇(A)，35%乙酸水溶液(3.0%三乙胺) (B)；梯度洗脱：0～8 min、65%A，8～17 min、65%A ～75%A，17～30 min、75%A，30～31 min、75%A ～65%A，31～35 min、65%A；流速1.2 mL/min；进样量40.0 μL。

1.2.2ICP-MS条件 射频功率1 550 W，射频电压1.80 V，采样深度7.5 mm，载气流速0.55 L/min，补偿气流速0.22 L/min，雾室温度-5 ℃，蠕动泵速率0.3 r/s，采集元素118Sn+，积分时间0.3 s。

ICP-MS采用有机进样专用矩管。HPLC与ICP-MS用PEEK管连接，管路应尽量短，以减少传输管线死体积引起的色谱峰变宽。

1.3 标准系列溶液的配制

精确称取20 mg DBT、TPhT、TBT、DOT标准品，用甲醇定容至10 mL容量瓶中，作为标准储备溶液，浓度为200 mg/L。准确移取200 mg/L标准储备液，用甲醇定容至100 mL容量瓶中，配制成浓度为2 mg/L的标准工作溶液。

用甲醇逐级稀释，配制成标准系列溶液。其中，DBT、TPhT、TBT的浓度范围为1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、75.0、100 μg/L，DOT的浓度范围为3.0、15.0、30.0、60.0、150.0、225.0、300.0 μg/L。

1.4 样品处理

准确称取1 g(精确至0.001 g)聚乳酸材料样品(剪碎至2 mm×2 mm)，转移至底部放有玻璃纤维素滤纸片的22 mL不锈钢萃取池进行加速溶剂萃取。用V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12的溶剂提取，萃取温度120 ℃，静态萃取时间10 min，冲洗体积为60%萃取池体积。萃取液定容至50 mL，作为待测溶液，经0.45 μm滤膜过滤后，供HPLC-ICP-MS测定。按照上述方法，不加样品进行空白实验。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

2.1.1流动相的选择 选择TC-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm×5 μm)进行分离，采用甲醇-水、甲醇-水-乙酸、乙腈-水、乙腈-水-乙酸等流动相时，DBT和TPhT不能得到很好的分离；与甲醇-水-乙酸、乙腈-水-乙酸相比，甲醇-水、乙腈-水作为流动相时还存在TBT保留时间过长的现象。以浓度50 μg/L混合标准溶液连续进样3次，进一步比较V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12、V(乙腈)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12的提取溶液对有机锡化合物响应的影响。结果表明：在乙腈-水-乙酸体系下，有机锡化合物的响应值随着连续分析次数的增加而逐步减小，其中TPhT和TBT的响应减幅都超过50%。这是由于有机相比例相同时，乙腈中的碳元素含量比甲醇中的高，在等离子体的高温下，更容易分解产生碳粉而使采样锥和截取锥堵塞，最终导致信号不稳定。有文献[19-24]采用引入氩/氧混合气，有机物与氧气反应生成CO2，但是氧气的引入会造成仪器灵敏度的降低和采样锥的伤害；而且需额外配置有氧添加系统和铂制采样锥，成本相对较高，使其在普通的分析实验室较难普及。因此，本实验选择甲醇-水-乙酸体系作为流动相。

2.1.2离子对试剂加入量的选择 采用V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12的溶液作为流动相，考察了流动相中添加0%、0.5%、1.5%、3.0%、5.0%三乙胺对分离效果的影响，示于图1。三乙胺浓度为0.5%与1.5%时，DBT和TPhT的峰形重叠、分离度差；三乙胺浓度提高至3.0%时，DBT和TPhT的分离效果较好；进一步提高三乙胺浓度至5.0%时，DBT和TPhT的峰基线没有分离，分离度不佳。因此，选择3.0%三乙胺作为离子对试剂添加到流动相中以提高分离度。

2.1.3流速选择及梯度洗脱 采用V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12(3.0%三乙胺)的溶液为流动相，比较流速为0.6、0.8、1.0、1.2、1.5 mL/min时对分离度及保留时间的影响，结果示于图2。随着流速的增加，DBT、TPhT、TBT的保留时间减小，流速为1.2 mL/min时，DBT、TPhT、TBT的保留时间分别为5.174、6.179、13.099 min；流速为1.5 mL/min时，DBT的保留时间为4.815 min，TPhT的保留时间为5.023 min，两者的分离度下降。因此，本实验选择的流速为1.2 mL/min。

图1 流动相中添加不同浓度三乙胺时，3种有机锡化合物的色谱图Fig.1 Chromatogram of three organotin compounds at different concentration of triethylamine in mobile phase

图2 流速与保留时间的关系 Fig.2 The relationship between flow rate and retention time

由于DOT的碳链较长，与C18柱有较强的作用力，容易被TC-C18色谱柱保留，而无法被流动相洗脱。本实验采用梯度洗脱，改善了DOT在反相条件下的分离效果和峰形，减少了DOT的保留时间，30 min内可完成分离分析，最佳分离条件见1.2.1。

2.2 样品前处理条件的优化

2.2.1萃取溶剂的选择 本研究采用加速溶剂萃取法，以甲醇、V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12、V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=75∶23∶12的溶液为萃取溶剂，进行样品中有机锡化合物提取效果的对比实验。准确称取1.0 g(精确至0.001 g)空白样品，添加有机锡标准溶液，制成有机锡含量为3.0 mg/kg的阳性样品。将样品置于22 mL萃取池中，固定萃取温度80 ℃，静态萃取时间10 min，萃取后定容至50 mL，平行测定3个样品，考察各萃取溶剂对样品中DBT、TPhT、TBT、DOT萃取效率的影响，结果列于表1。结果表明：甲醇和V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=75∶23∶12的溶液对DBT的萃取效果不佳；V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12的溶液对4种有机锡化合物的回收率都在80%以上。因此，选择V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12的溶液作为萃取溶剂。

2.2.2ASE提取方法的选择 以V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12为萃取溶剂，考察萃取温度和静态萃取时间对样品中有机锡化合物萃取效率的影响。

按2.2.1的样品处理方法考察60、80、100、120 ℃萃取温度对样品中DBT、TPhT、TBT、DOT萃取效率的影响，结果示于图3。结果表明：随着萃取温度的升高，各有机锡化合物的回收率也提高，当萃取温度为120 ℃时，回收率接近100%。因此，选择萃取温度为120 ℃。

表1 不同溶剂对回收率的影响

图3 萃取温度对回收率的影响 Fig.3 The effect of extraction temperature on the recovery

固定萃取温度为120 ℃，按2.2.1的样品处理方法考察5、10、20、30、40 min静态萃取时间

对样品中DBT、TPhT、TBT、DOT萃取效率的影响，结果示于图4。结果表明：随着静态萃取时间的增加,DBT的萃取效率提高，当静态萃取10 min时，各有机锡化合物的萃取效果最佳；延长静态萃取时间，萃取效率没有明显提高。因此，选择静态萃取时间为10 min。

图4 静态萃取时间对回收率的影响 Fig.4 The effect of static extraction time on the recovery

2.3 方法的线性及检出限

按照最佳的仪器条件，测定1.3所配制的混合标准系列溶液，以质量浓度(μg/L)为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线，得到回归方程。结果显示，4种有机锡化合物在较宽的浓度范围内线性关系良好，相关系数均优于0.999。在本实验条件下，向阴性样品空白中添加4种有机锡化合物，采用1.4样品处理方法，按信噪比S/N=3得出检出限(LOD)，信噪比S/N=10得出定量下限(LOQ)，结果列于表2。定量限浓度加标样品处理得到的色谱图示于图5。

表2 4种有机锡化合物的线性范围、回归方程、相关系数、检出限及定量下限

2.4 方法的准确度和精密度

采用优化的实验方法，选取了聚乳酸材料阴性样品，分别添加定量限、5倍定量限及参照Oeko-tex Standard 100限量值3个浓度水平的有机锡化合物混合标准溶液，每个浓度水平平行测定7次，计算平均加标回收率和相对标准偏差，结果列于表3。在定量限、5倍定量限和Oeko-tex Standard 100限量值3个加标水平下，平均回收率分别为82.7%～88.4%、89.5%～91.5%和91.6%～103.5%，相对标准偏差为4.3%～7.8%。可见，该方法能满足聚乳酸材料中4种有机锡化合物的分析要求。

2.5 实际样品的测定结果

对购自聚乳酸材料厂家以及留样的8个聚乳酸材质样品进行分析测定。结果表明：在2件样品中检出含有DBT，含量分别为0.5 mg/kg和1.9 mg/kg；所有样品中均未检出TPhT、TBT和DOT，符合欧盟REACH法规[5]、Oeko-tex Standard 100[6]和GB/T 18885—2009[7]的限量要求。

图5 4种有机锡化合物的色谱图Fig.5 Chromatogrm of 4 organotin compounds

化合物加标水平/(mg/kg)平均回收率/%相对标准偏差/%0.0386.75.9DBT0.1590.74.31.099.76.10.03384.94.9TPhT0.16589.55.40.5103.47.80.05588.45.1TBT0.27589.74.70.591.65.60.10282.75.4DOT0.5191.56.81.02103.56.5

3 结论

建立了以V(甲醇)∶V(水)∶V(乙酸)=65∶23∶12的溶液为提取溶剂，在120 ℃对聚乳酸材料中4种有机锡化合物进行加速溶剂萃取和HPLC-ICP-MS测定。该方法灵敏度高，无需样品衍生化步骤，各项技术指标均满足国内外相关法规的要求，适用于聚乳酸材料中有机锡化合物残留的监控。

参考文献：

[1] 李艳明，胡勇杰，刘金华，等. 气相色谱-质谱法测定纺织助剂中的有机锡[J]. 色谱，2011，29(4)：353-357.

LI Yanming，HU Yongjie，LIU Jinhua，et al. Determination of organotin compounds in textile auxiliaries by gas chromatography-mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Chromatography，2011，29(4)：353-357(in Chinese).

[2] 黄 伟，李 弘，张全兴. 生态友好材料聚乳酸的合成研究进展[J]. 化学通报，2012，75(12)：1 069-1 075.

HUANG Wei，LI Hong，ZHANG Quanxing. Recent advances in synthesis of eco-friendly polymers based on polylactic acid[J]. Chemistry，2012，75(12)：1 069-1 075(in Chinese).

[3] 林 殷，王新豫，洪 菁. 消费品中有机锡化合物分析方法研究进展[J]. 检验检疫学刊，2012，22(3)：68-71.

LIN Yin，WANG Xinyu，HONG Jing. Advances in analytical methods for organotin compounds in consumer goods[J]. Inspection and Quarantine Science，2012，22(3)：68-71(in Chinese).

[4] MICHAEL A C. A review of organotin regulatory strategies, pending actions, related costs and benefits[J]. Science of the Total Environment，2000，258(1/2)：21-71.

[5] 2009/425/EC, Commission Decision of 28 May 2009 Amending Council Directive 76/769/EEC as Regards Restrictions on the Marketing and Use of Organostannic Compounds for the Purpose of Adapting Its Annex I to Technical Progress. Offical Journal of the European Communities, 2009.

[6] International Association for Research and Testing in the Field of Textile Ecology. OEKO-TEX®Standard 100[S/OL]. https://www.oeko-tex.com/media/init_data/downloads/%E4%B8%80%E8%88%AC%E5%92%8C%E7%89%B9%E6%AE%8A%E6%A2%9D%E6%AC%BE_cns.pdf. 2013.

[7] GB/T 18885—2009 生态纺织品技术要求[S]. 北京：中国标准出版社，2009.

[8] WASIK A，CIESIELSKI T. Determination of organotin cornpounds in biological sarnples using accelerated solvent extraction,sodium tetraethylborate ethylation, and multicapillary gas chrornatography-flarne photornetric detection[J]. Anal Bioanal Chem，2004，378(5)：1 357-1 363.

[9] 赵孔祥，赵云峰，付武胜，等. 气相色谱-脉冲火焰光度法测定水产品中有机锡的研究[J]. 中国食品卫生杂志，2008，20(2)：130-135.

ZHAO Kongxiang，ZHAO Yunfeng，FU Wusheng，et al. Study on assay method of multicomponent organotins in aquatic products by gas chromatography with pulsed flame photometric detector[J]. Chinese Journal of Food Hygiene，2008，20(2)：130-135(in Chinese).

[10] 徐福正，江桂彬，韩恒斌. 气相色谱与气相色谱与原子吸收联用及其在有机锡化合物形态分析中的应用[J]. 分析化学，1995，11：1 308-1 312.

XU Fuzheng，JIANG Guibin，HAN Hengbin. Atomic absorption detector coupled with a gas chromatography and its application in analysis of organo-tin species[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry，1995，11：1 308-1 312(in Chinese).

[11] DIRKX W M R， LOBINSKI R， ADAMS F C. Sp-eciation Analysis of organotin by GC-AAS and GC-AES after extraction and derivatization[J]. Techniques and Instrumentation in Analytical Chemistry，1995，17：357-409．

[12] ZACHARIADIS G A，ROSENBERG E. Determination of butyl- and phenyltin compounds in human urine by HS-SPME after derivatization with tetraethylborate and subsequent determination by capillary GC with microwave-induced plasma atomic emission and mass spectrometric detection[J]. Talanta，2009，78(2)：570-576.

[13] GB/T 20385-2006 纺织品 有机锡化合物的测定[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[14] 胡志国. 气相色谱-质谱法测定纺织品中的有机锡[J]. 质谱学报，2005，26(1)：59-61.

HU Zhiguo. Determination of the organotin in textiles by gas chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Chinese Mass Spectrometry Society，2005，26(1)：59-61(in Chinese).

[15] 李 英，李 彬，刘 丽，等. 气相色谱-质谱法同时测定聚氯乙烯塑料制品中的10种有机锡化合物[J]. 色谱，2009，27(1)：69-73.

LI Ying，LI Bin，LIU Li，et al. Simultaneous determination of ten organotin compounds in polyvinyl chloride plastics using gas chromatography-mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Chromatography，2009，27(1)：69-73(in Chinese).

[16] WANG X P，JIN H Y，DING L，et al. Organotin speciation in textile and plastics by microwave-assisted extraction HPLC-ESI-MS[J]. Talanta，2007，75(2)：556-563.

[17] 徐 琴，牛增元，叶曦雯，等. 液相色谱-质谱法对电子电气产品塑料部件中有机锡的测定[J]. 2009，28 (11)：1 270-1 274.

XU Qin，NIU Zengyuan，YE Xiwen，et al. Determination of organotin compounds in plastic components of electrical and electronic products by liquid chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Instrumental Analysis，2009，28 (11)：1 270-1 274(in Chinese).

[18] 祝伟霞，刘亚风，杨冀州. 阳离子固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定皮革制品中的4种三取代有机锡化合物[J]. 色谱，2010，28(9)：867-871.

ZHU Weixia，LIU Yafeng，YANG Jizhou. Determination of four triorganotin residues in leather products by ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry and cation solid-phase extraction[J]. Chinese Journal of Chromatography，2010，28(9)：867-871(in Chinese).

[19] 于振花，张 杰，王小如. 高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定沉积物中多种有机锡[J]. 分析化学，2011，39(4)：544-547.

YU Zhenhua，ZHANG Jie，WANG Xiaoru. Speciation analysis of organotin compounds in sediment by hyphenated technique of high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry，2011，39(4)：544-547(in Chinese).

[20] 荆 淼，于振花，王小如，等. 高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱技术测定海水中锡化学形态[J]. 分析化学，2008，36(2)：235-237.

JING Miao，YU Zhenhua，WANG Xiaoru，et al. Determination of organotin compounds by liquid chromatography coupled with inductively Coupled plasma mass spectrometric detection[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry，2008，36(2)：235-237(in Chinese).

[21] 毛雪金，李 娟，万益群. 高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法同时测定紫菜中三丁基锡和三苯基锡[J]. 南昌大学学报：理科版，2012，36(2)：143-146.

MAO Xuejin，LI Juan，WAN Yiqun. Simultaneous determination of tributyltin and triphenyltin in laver by high performance liquid chromatography with inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Journal of Nanchang University(Natural Science)，2012，36(2)：143-146(in Chinese).

[22] 王 欣，幸菀娜，陈哲勇，等. HPLC-ICP-MS联用技术测定玩具中痕量可迁移有机锡[J]. 质谱学报，2013，34(2)：115-120.

WANG Xin，XING Yuanna，CHEN Zeyong，et al. Determination of trace migratory organo-tin in toys by HPLC-ICP-MS[J]. Journal of Chinese Mass Spectrometry Society，2013，34(2)：115-120(in Chinese).

[23] 崔维刚，李景喜，陈发荣，等. 高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定浒苔中总锡及有机锡形态[J]. 分析试验室，2011，29(7)：49-52.

CUI Weigang，LI Jingxi，CHEN Farong，et al. Determination of total tin and organotin compounds in enteromorpha with high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Analysis Laboratory，2011，29(7)：49-52(in Chinese).

[24] 崔彦杰，巢静波，康天放，等. 高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定牡蛎中的有机锡[J]. 质谱学报，2011，32(2)：82-85.

CUI Yanjie，CHAO Jingbo，KANG Tianfang，et al. Determination of organotins in oyster by HPLC-ICP-MS[J]. Journal of Chinese Mass Spectrometry Society，2011，32(2)：82-85(in Chinese).

[25] 刘湘生，何小青，陈翁翔，等. 高效液相色谱电感耦合等离子体质谱联用技术HPLC-ICP-MS进展[J].现代科学仪器，2003，4：38-42.

LIU Xiangsheng，HE Xiaoqing，CHEN Wengxiang，et al. The Development of high-performance liquid chromatography combined with inductive coupling plasma mass spectrometry[J]. Modern Scientific Instruments，2003，4：38-42(in Chinese).

[26] 黄志勇，吴熙鸿，胡广林，等. 高效液相色谱/电感耦合等离子体质谱联用技术用于元素形态分析的研究进展[J]. 分析化学，2002，30(11)：1 387-1 393.

HUANG Zhiyong，WU Xihong，HU Guanglin，et al. Speciation analysis with hyphenated technique of high performance liquid chromatography and inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry，2002，30(11)：1 387-1 393(in Chinese).

[27] 牟世芬. 加速溶剂萃取的原理及应用[J]. 环境化学，2001，20(3)：299-300.

MOU Shifen. The Principle and application of accelerated solvent extraction[J]. Environmental Chemistry，2001，20(3)：299-300(in Chinese).