高效液相色谱-质谱法测定生活用纸中烷基酚聚氧乙烯醚

左 莹 孙多志 韩 陈 李洁君 陈静茹

(上海市质量监督检验技术研究院，上海，201114)

烷基酚聚氧乙烯醚 (APEO)是目前广泛使用的非离子表面活性剂之一，主要代表是壬基酚聚氧乙烯醚 (NPEO)和辛基酚聚氧乙烯醚 (OPEO)，在制浆造纸中被用做蒸煮渗透剂、脱墨剂、柔软剂等［1］，用以改善产品润湿性能，增加纸张的吸水性以及平滑柔软的手感。

随着科学技术进步及人们对事物两面性问题认识的加深，经过广泛的研究和论证，已证明APEO对生物和环境具有潜在的危害。APEO具有一定的刺激性，会降解成更具持久性、毒性更强的代谢物，该代谢物属于环境激素化学物质，可以通过各种途径侵入人体，具有类似雌性激素的作用，危害人体正常激素分泌，导致男性精子数量减少，生殖器官出现异常［2］。

生活用纸主要包括卫生纸、纸巾纸、厨房纸、口罩纸和纸尿裤等，在日常生活中使用极其频繁，如果生活用纸产品中存在大量的APEO，则该物质通过与人口、鼻、眼睛等身体部位直接接触对皮肤和眼睛造成刺激和伤害，而且生活用纸 (如纸巾纸)也常用于擦拭水果和食品器皿，生活用纸中的有害物质经食物和食品器皿进入人体，扰乱人体的激素分泌，危害人体健康。在2009年7月，欧盟官方公报公布了2009/568/EC决议，其中规定了生活用纸产品中不应使用APEO。

目前，国外关于APEO的检测标准为ASTM D 2357—2011用红外线吸收法进行表面活性剂质量分类的标准，但是该标准是测定表面活性剂产品质量分类的标准，而非产品含量测定方法的标准。国内对于烷基酚聚氧乙烯醚的测定相关标准为GB/T 23322—2009纺织品表面活性剂的测定 烷基酚聚氧乙烯醚。至今为止，尚无关于生活用纸中APEO检测方法的标准。

文献报道APEO的检测方法主要有:液相色谱法［3-4］、气相色谱质谱法［5］、液相色谱-核磁共振光谱联用法［5］、液相色谱质谱法，包括电喷雾电离源(ESI源)和大气压力化学电离源 (APCI源)［7-9］，其研究对象主要集中在纺织品和皮革产品。其中，气相色谱质谱法可以直接测定聚合度较低的APEO，但对于高聚合度的APEO需要衍生化之后测定［2］。从目前来看，液相色谱质谱联用法是检测APEO最广泛、最成熟的方法。本研究建立了高效液相色谱质谱联用法测定生活用纸中APEO的分析方法，并优化了分析方法的各个参数，同时，考察了样品溶液的稳定性。

1 实验

1.1 试剂与仪器

乙腈、甲醇、异丙醇、丙酮均为色谱纯。超纯水。辛基酚聚氧乙烯醚 (OPEO)标样，纯度＞98%，平均聚合度 n=3，5，7～8，12～13，16，9～10。壬基酚聚氧乙烯醚 (NPEO)标样，纯度＞98%，平均聚合度 n=1～2，4，7～8，9～10，14，20。

Agilent 1260-6460液相色谱-三重四级杆串联质谱仪，配ESI源，超声波水浴。

1.2 样品制备

将生活用纸样品剪至5 mm×5 mm以下的碎片，称取2 g于40 mL样品瓶中，加入20 mL甲醇，在水浴超声中超声30 min。然后将样品溶液移入50 mL容量瓶中，用1 mL的甲醇清洗3次后，再加入20 mL萃取液超声，重复一次上述萃取步骤，再用少量甲醇冲洗样品，过滤后定容，于液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定。

1.3 仪器分析条件

色谱柱:Agilent EC-C18，50 mm ×3.0 mm ×2.7 μm;流动相:80%甲醇+20%(10 mmol/L)乙酸铵;流量:0.4 mL/min;柱温:35℃;进样量:5 μL。

正离子模式;选择离子扫描模式 (SIM);毛细管电压3500 V;喷嘴电压500 V;干燥气温度325℃;干燥气流量7 L/min;雾化气压力45 psi(1 psi=6.896 kPa);鞘气温度325℃;鞘气流量10 L/min;监测离子质荷比 (m/z):150～1500。

APEO根据其聚氧乙烯聚合度的不同，其定量离子在SIM模式下的m/z见表1。

表1 定量离子在SIM模式下的m/z

表1 定量离子在SIM模式下的m/z

聚合度n聚合度n［M+NH4］+m/z OPEO NPEO 1 268 282 11 708 722 2 312 326 12 752 766 3 356 370 13 796 810 4 400 414 14 840 854 5 444 458 15 884 898 6 488 502 16 928 942 7 532 546 17 972 986 8 576 590 18 1016 1030 9 620 634 19 1060 1074 10 664 678 20 1104 1118［M+NH4］+m/z OPEO NPEO

2 结果与讨论

2.1 萃取液的选择

实验选择有机溶剂甲醇、异丙醇、丙酮、乙腈以及水作为萃取液。分别称取2 g含有NPEO的卫生纸样品于5个40 mL样品瓶中，分别加入20 mL的上述萃取液，超声萃取30 min，冷却后过滤，采用液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定样品溶液的浓度。将使用不同萃取液萃取后所得的样品溶液的谱图叠加，比较不同萃取液的萃取效率，其结果如图1所示。

由图1可知，不同萃取液萃取效率为:甲醇＞丙酮＞乙腈＞异丙醇＞水，所以本实验选择甲醇作为萃取液。

2.2 样品萃取方式的选择

分别称取2 g含有NPEO的卫生纸样品于3个40 mL样品瓶，分别加入20 mL甲醇，分别采用索氏抽提、水浴超声和水浴振荡的方式进行萃取，超声萃取30 min后，冷却到室温，过滤后采用液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定萃取溶液的浓度。将不同萃取方式所得的样品溶液谱图叠加，比较不同萃取方式的萃取效率，其结果如图2所示。

图1 不同萃取液萃取效率的比较

图2 不同萃取方式萃取效率的比较

由图2可知，三种萃取方式的萃取效率相当。其中，索氏抽提＞水浴超声＞水浴振荡，由于索氏抽提方式中溶剂的使用量较大、萃取时间较长、操作冗长，综合考虑，选本实验择水浴超声方式作为样品的前处理方法。

2.3 超声萃取时间的选择

称取2 g含有NPEO的卫生纸样品于40 mL样品瓶，加入20 mL甲醇，采用水浴超声方式，分别在萃取 5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70 min后，取少量样品溶液，过滤后采用液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定不同时间段萃取溶液的浓度。以超声萃取时间对萃取后样品溶液中NPEO的峰面积作图，实验结果如图3所示。

由图3可知，样品超声萃取30 min后，样品溶液浓度基本无变化，所以选择超声萃取时间为30 min。

2.4 超声萃取次数的选择

图3 不同超声萃取时间下样品溶液的浓度 (峰面积)变化

称取2 g含有NPEO的卫生纸样品于40 mL样品瓶中，加入20 mL甲醇，采用水浴超声萃取30 min后，将萃取后的溶液过滤，采用液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定萃取后样品溶液的浓度。然后将溶液全部倒出，用1 mL的甲醇清洗3次后，重新加入20 mL甲醇，再水浴超声萃取30 min后，重复以上步骤，依次测定2、3、4、5、6次萃取后样品溶液的浓度，将萃取后样品溶液谱图叠加，比较萃取1次、萃取2次及萃取3～6次样品溶液浓度，结果如图4所示。

图4 不同萃取次数萃取效率的比较

由图4可知，样品在水浴超声萃取2次后已萃取完全，所以选择样品超声萃取2次。

2.5 仪器分析条件的选择和优化

APEO是由分子结构中不同聚合度 (1～20)的聚氧乙烯组成的一系列混合物，易溶于甲醇，微溶于水。APEO结构为:

其中，当x=8时为OPEO;当x=9时为NPEO。n代表聚合度。

正相色谱可以分离烷基数相同、聚氧乙烯聚合度不同的APEO，但不能分离烷基数不同的APEO;反相色谱则可以分离烷基数不同的APEO，由于聚氧乙烯的链长短并不影响APEO的疏水性，所以不同聚合度的APEO会在反相色谱条件下同时洗脱，只出一个色谱峰，这样可以大大增加色谱峰的强度和灵敏度［11］。NPEO和 OPEO标样的总离子流图如图 5所示。

图5 NPEO和OPEO总离子流图

选择反相色谱法，使用不同聚合度的APEO在同一个色谱峰上的峰面积叠加来进行定量，如选择多反应监测 (MRM)模式，则需要对每一个母离子或子离子的峰面积积分，然后叠加再计算，其定量过程复杂，在不分离不同聚合度的APEO化合物的前提下，使用MRM模式意义不大。而SIM模式相对于Scan既可以定性又可以定量，所以质谱扫描模式选择SIM。

文献报道APEO对碱金属离子和NH+4具有一定的亲和性，加入离子化试剂可以增加离子峰的强度，有效减少其他加合离子峰的生成和出现［9］。实验分别考察了甲醇+水和甲醇+乙酸铵流动相，在SIM模式下形成 ［M+Na］+、 ［M+H］+、 ［M+H2O］+和 ［M+NH4］+，结果表明，在聚合度n为1～4时，离子强度 ［M+Na］+＞ ［M+NH4］+＞ ［M+H2O］+，离子强度 ［M+Na］+只略大于 ［M+NH4］+;在n为5～20时，离子强度 ［M+NH4］+＞［M+Na］+＞ ［M+H2O］+，［M+NH4］+离子强度远远大于 ［M+Na］+。因此选择甲醇+乙酸铵为流动相，［M+NH4］+为定量离子。

2.6 APEO标样的选择

APEO是一系列不同聚合度的混合物。实验表明，APEO化合物的系列分子离子峰在质谱图中类似于正态分布，其相邻聚合度的分子离子峰的质量数相差44。将1.1中不同聚合度的APEO标样配制成相同的浓度后采用液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定，结果表明，相同浓度但聚合度不同的标样色谱峰的峰面积数值相差较大，所以在定量的过程中选择合适的标样对定量的结果影响非常大。在样品的实际测定过程中，需要用全扫描，即样品的质谱图必须含有［M+NH4］+，NPEO质荷比为 (238+44n)、OPEO质荷比为 (224+44n)的一系列分子离子峰，这些分子离子峰呈现一定的正态分布，每一个分子离子峰其相邻质量数相差44，可确定化合物为APEO，根据其质谱的分布情况，确定样品的平均聚合度，然后选择与样品平均聚合度尽可能一致的标样［8，11-12］，再在SIM条件下测定。以NPEO为例，其标样和样品质谱图如图6和图7所示。由图6和图7可知，NPEO(9～10)标样和NPEO(9～10)样品的质谱图非常相近，即NPEO(9～10)标样的聚合度和NPEO(9～10)样品的聚合度一致。因此，本实验选择NPEO(9～10)作为标样。

图6 NPEO(9～10)标样质谱图

图7 NPEO(9～10)样品质谱图

2.7 样品溶液的稳定性

选取含有NPEO的卫生纸样品溶液及以质量浓度0.4 mg/L的OPEO(9～10)标样作为模拟溶液，在48 h内，每隔1 h分别采用液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定其浓度。以溶液保存时间对溶液的浓度作图，并计算平均值在正负3倍标准偏差的区间范围，考察含有NPEO的卫生纸样品溶液及OPEO标样模拟溶液在48 h内的稳定性。实验结果分别见图8和图9。

图8 含有NPEO的卫生纸样品溶液稳定性

图9 OPEO(9～10)标样模拟溶液稳定性

由图8和图9可知，样品溶液的浓度在平均值的正负3倍偏差范围内。绘制48个样品溶液浓度的概率图，并计算其统计学P值。NPEO溶液浓度统计P值为0.531，OPEO溶液浓度统计P值为0.121，均大于0.05，数据呈正态分布，说明样品在处理后48 h内完成测定，其样品溶液浓度是稳定的。

2.8 线性和检出限

将标准溶液配制成0.05～0.50 mg/L，采用液相色谱-三重四级杆串联质谱仪测定，以APEO的浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线。APEO的线性回归方程、相关系数、检出限 (3 S/N)如表2所示。

2.9 回收率和重复性

取经测定不含有NPEO的纸巾纸作为空白样品分别在0.4 mg/kg(3 S/N)、1.0 mg/kg(10 S/N)以及50 mg/kg的3个浓度水平附近加标，并将每一个加标溶液平行测定6次，计算其相对标准偏差 (RSD)以及回收率，结果如表3所示。

对于NPEO(9～10)，除了在0.4 mg/kg(3 S/N)和1.0 mg/kg(10 S/N)的2个浓度水平附近用纸巾纸空白样品进行3倍检出限和10倍检出限加标之外，再使用含有 NPEO(9～10)的卫生纸样品，分别在100 mg/kg、150 mg/kg和200 mg/kg 3个浓度加标，并将每一个加标溶液平行测定6次，计算其RSD及回收率，结果如表3所示。

由表3可知，APEO样品回收率在72.0%～102.2%之间，RSD在0.69% ～6.7%，可满足分析要求。

2.10 样品分析

在市场上购买80批次的生活用纸样品，其中包括:卫生纸样品20批次、纸巾纸样品28批次、厨房用纸样品3批次、卫生巾样品11批次、擦手纸样品2批次、纸尿裤样品16批次，按照规定的实验方法进行检测。检测结果发现80批次的生活用纸样品中:2个批次纸巾纸样品、7个批次的卫生纸样品、2个批次的卫生巾样品以及1个批次的厨房用纸样品中检出含有NPEO，其中主要为平均聚合度9～10的NPEO，检出NPEO含量水平为7.73～446 mg/kg。80个批次样品均未检出OPEO。

表2 APEO的线性回归方程、相关系数以及检出限

表3 重复性 (m=6)和回收率实验结果

3 结论

本实验以壬基酚聚氧乙烯醚 (NPEO)和辛基酚聚氧乙烯醚 (OPEO)为代表，研究了采用高效液相色谱法测定生活用纸中烷基酚聚氧乙烯醚 (APEO)的一种分析方法。

3.1 测定生活用纸中APEO时，样品制备的最佳条件为:使用甲醇作为萃取液、水浴超声萃取30 min、水浴超声萃取2次。

3.2 在液相色谱-三重四级杆串联质谱仪分析条件的优化中，通过对比不同流动相中APEO形成的不同加合离子峰的强度，最终选择 ［M+NH4］+作为定量离子，大大提高了检测的灵敏度。

3.3 大批量的生活用纸样品检测表明，生活用纸中主要使用的APEO是平均聚合度为9～10的NPEO。所以在实验过程中，可以将NPEO(9～10)作为测定过程中的首选标样。

3.4 本测定方法中APEO的检出限为0.075～0.50 mg/kg，回收率为72.0% ～102.2%，相对标准偏差为0.69% ～6.7%，线性相关系数均大于0.9990。

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