汤 娟, 丁友超 , 曹锡忠, 齐 琰, 钱 凯
(江苏出入境检验检疫局工业产品检测中心,江苏 南京210001)
荧光增白剂(FWAs)是一种能激发入射光线产生荧光,使所染物质获得类似荧石效应的荧光染料,广泛应用于纺织纤维、纸张、塑料、涂料和合成洗涤剂,其中应用于纺织纤维的FWAs 种类最多。经FWAs 处理过的纺织品,不仅改善外观,提高品质和档次,同时提升了商业价值,因而FWAs 的消费量越来越高。目前,我国纺织品中常用FWAs 的品种主要包括双三嗪氨基二苯乙烯类型、二苯乙烯联苯类型、双苯并唑类型、二苯乙烯基苯类型、吡唑啉类型、香豆素类型等[1]。
FWAs 中含有一些特别活跃的分子,较易迁移至角质层或血液里,且不易分解,其可大大削减人体免疫力,甚至会造成血液系统受损;FWAs 对皮肤黏膜有强烈的刺激作用,使人体出现皮肤起皱、汗液减少、红肿瘙痒、感染出血或紫斑溃烂等症状,甚至会引发变态反应性皮炎或接触性皮炎等疾病[2];乌鲁木齐市疾病预防控制中心报道FWAs 能与伤口外的蛋白质结合,阻碍伤口愈合;被人体吸收后能使人体细胞出现变异性倾向,其毒性聚集在肝脏或其他重要器官,成为潜在的致癌因素[3]。因此建立快速检测纺织品中FWAs 的方法非常紧急和必要。
目前,FWAs 的检测方法主要包括高效液相色谱-荧光法(HPLC-FLD)[4]、高效液相色谱-二极管阵列检测法(HPLC-DAD)[5]和液相色谱-质谱联用法(LC-MS)[6,7],研究基质主要集中于纸[8,9]、洗涤剂[10]、食品材料[11,12]、水[13-15]等。这些方法涉及的FWAs 不仅种类少,溶剂使用量大,更重要的是不符合开发绿色环保分析方法的发展趋势。
超高效合相色谱(ultra performance convergence chromatography,UPC2)技术是一种以超临界流体色谱技术原理为基础,以CO2为主要流动相的最新分离技术。该技术具有有机溶剂使用量少、黏度低、传质性能好、分离效率高、绿色环保等优点[16]。本研究利用UPC2技术建立了纺织品中8 种FWAs(见表1)的快速、简单的检测方法。
表1 8 种FWAs 的化学信息Table 1 Chemical information of the eight FWAs
表1 (续)Table 1 (Continued)
ACQUITY UPC2系统(美国Waters 公司),配ACQUITY UPC2PDA 检测器。ACQUITY UPC2HSS C18 SB 色谱柱(100 mm×3.0 mm,1.8 μm);ACQUITY UPC2CSH Fluoro-phenyl 色谱柱(100 mm×3.0 mm,1.7 μm);ACQUITY UPC2BEH色谱柱(100 mm ×3.0 mm,1.7 μm)(美国Waters公司)。PL602-L 和ML54 型电子天平(感量分别为0.01 g 和0.000 1 g,梅特勒-托利多仪器上海有限公司);KQ-250DB 型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);0.22 μm 有机相针式过滤器(上海安谱科学仪器有限公司)。
FWAs 标准品:FP(纯度>90.0%)、KCB(纯度>98.0%)、OB(纯度>98.0%)和KSN(纯度>95.0%)购于TCI 化成工业发展有限公司;SWN(纯度99%)购于J&K 公司;DT(纯度>85%)和ER-Ⅱ(纯度>85%)购于浙江珊瑚化工有限公司;ER-Ⅰ(纯度>65%)购于江苏格罗瑞化学有限公司。甲醇、乙腈、乙醇和异丙醇(色谱纯,德国Merck 公司)。三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺和二甲苯(分析纯,南京化学试剂有限公司)。二氧化碳(纯度≥99.99%,南京天泽气体有限公司)。
1.2.1 色谱条件
ACQUITY UPC2HSS C18 SB 色谱柱(100 mm×3.0 mm,1.8 μm);系统背压为13.10 MPa;色谱柱温度为60 ℃;进样量为2 μL;分析时间为12 min;流动相分别为超临界CO2(A 相)和甲醇(B相);梯度洗脱程序:0.0 ~0.5 min,95% A;0.5 ~9.0 min,95%A ~85%A;9.0 ~10.0 min,85%A ~95% A;10.0 ~12.0 min,95% A。流 速 为1.5 mL/min;检测波长为350 nm。
1.2.2 标准溶液的配制
分别准确称取50 mg 各种荧光增白剂(精确至0.1 mg)于10 mL 棕色容量瓶中,用乙醇溶解并定容至刻度,配成质量浓度为5 g/L 的单一标准储备液,于-4 ℃下避光保存。
分别吸取1 mL 单一标准储备液至50 mL 棕色容量瓶中,用乙醇定容至刻度,配成100 mg/L 的混合标准工作液,逐级稀释成所需的系列标准工作液。
1.2.3 样品前处理
将样品剪成5 cm × 1 cm 的碎片,准确称取(1.00 ±0.01)g 样品,用不含FWAs 的白色细线扎紧,在25 mL 沸腾的二甲苯上方垂直放置30 min,使冷凝溶剂从样品上流过,提取液冷却至室温后,于70 ℃旋转蒸发至干,用1 mL 乙醇溶解,用0. 22 μm有机相针式过滤器过滤至进样小瓶中,供超高效合相色谱仪测定。
8 种FWAs 中含有同分异构体和结构类似物,分离难度较大。色谱柱的选择是色谱分离方法的核心,本实验首先考察了具有明显差异的不同固定相色谱柱对8 种荧光增白剂分离的影响,即:ACQUITY UPC2HSS C18 SB 色谱柱(100 mm×3.0 mm,1.8 μm);ACQUITY UPC2CSH Fluoro-phenyl 色谱柱(100 mm × 3.0 mm,1.7 μm);ACQUITY UPC2BEH 色谱柱(100 mm ×3.0 mm,1.7 μm)。从图1 可见,在相同条件下,ACQUITY UPC2HSS C18 SB 色谱柱的分离效果明显好于其他两者。
图1 不同色谱柱对8 种荧光增白剂的分离效果Fig.1 Effect of different columns on the separation of the eight FWAs
UPC2系统中少量的有机溶剂对分析物的分离具有重要影响。不同的有机溶剂具有不同的选择性和洗脱能力,超临界CO2作为UPC2的主要流动相,可与全部有机溶剂互溶,因而为辅助溶剂的选择提供了很宽的范围。本实验主要讨论了4 种常用有机溶剂(甲醇、乙腈、乙醇、异丙醇)对8 种FWAs 分离的影响。从图2 可以看出,4 种有机溶剂对8 种FWAs 的洗脱能力大小顺序为甲醇>乙醇>异丙醇>乙腈,且选择差异性明显,其中甲醇和异丙醇的分离效果较好,但异丙醇黏度较高,柱压偏高,且峰形较宽;乙腈和乙醇对8 种FWAs 的分离效果较差,乙腈使峰形展宽严重,且峰形较差;乙醇不能将SWN与杂质分开,且KCB 与ER-Ⅰ为共同出峰。因此实验选择甲醇作为辅助有机溶剂。
图2 不同有机溶剂对8 种FWAs 分离效果的影响Fig.2 Effect of different organic solvents on the separation of the eight FWAs
UPC2与一般液相色谱相比,分离温度和压力的改变能够更为显著地改变流动相的密度,从而改变其分离能力。较高的柱温导致流动相的密度变小而增加保留时间,较高的压力导致流动相的密度变大而缩短保留时间,因此温度和压力是建立UPC2方法中的两个重要参数。通常UPC2可设置的柱温为35 ~65 ℃,压力为11.72 ~24.14 MPa,但压力低于12.41 MPa 时,CO2会从超临界态转变为更接近气态的状态,影响其极性和密度,最终影响分析物的分离效果。综合考虑,实验考察了不同柱温(40、50、60 ℃)和不同系统背压(13.10、13.79、14.48 MPa)对8 种FWAs 分离的影响。从图3 可以看出,随着柱温的升高,保留时间延长,60 ℃时待测物均达到基线分离。而由图4 可见,系统背压的升高仅缩短了保留时间,对分离效果影响较小,但过高的背压会使系统压力过高。因此实验将柱温设为60 ℃,系统背压设为13.10 MPa。
图3 不同温度对8 种FWAs 分离的影响Fig.3 Effect of different temperatures on the separation of the eight FWAs
采用三维(3D)检测模式,分别对8 种FWAs 单一标准溶液进行紫外扫描,扫描范围为210 ~500 nm,8 种FWAs 的最大吸收波长见表2。结合工作效率和检测灵敏度,采用350 nm 对8 种FWAs 同时进行扫描检测。
表2 8 种FWAs 的最大吸收波长Table 2 Maximum wavelengths (λmax)of the eight FWAs
有关染料检测的文献及本实验室常用的前处理方法有甲醇[17,18]、三氯甲烷[4,7]或N,N-二甲基甲酰胺超声提取和N,N-二甲基甲酰胺或二甲苯循环提取。本研究比较了上述几种提取方法的提取情况,图5 显示了每种提取方法对8 种FWAs 的提取总量。对于同一自制阳性样品,二甲苯循环提取的提取效率最高,甲醇超声和N,N-二甲基甲酰胺超声的提取效率最低,仅为二甲苯循环提取效率的1.7%和3.3%。实验研究的8 种FWAs 均应用于化学纤维,此类纤维的生产需经高温高压,因而超声提取率不如循环提取,因此实验采用二甲苯循环提取作为样品前处理方法。
图4 不同系统背压对8 种FWAs 分离的影响Fig.4 Effect of auto back pressure regulators ()on the separation of the eight FWAs
图5 不同提取方法的提取效果Fig.5 Extraction efficiencies of different extraction methods
配制8 种FWAs 的质量浓度分别为1.0、2.0、5.0、10.0 和20.0 mg/L 的系列混合标准溶液,按1.2.1 节所述方法进行超高效合相色谱分析,以FWAs 的峰面积(y)为纵坐标,质量浓度(x,mg/L)为横坐标,建立标准曲线,得到FWAs 的线性回归方程。以信噪比为10(S/N =10)计算得到分析方法的定量限(LOQ)。从表3 可见,8 种FWAs 在1.0~20.0 mg/L 范围内线性良好(r≥0.999 1),LOQ在0.70 ~0.95 mg/L 之间。
以阴性涤纶样品为基质,采用标准添加法进行回收率和精密度测定,在2.0、5.0 和10.0 mg/kg 添加水平下的平均回收率在90.9% ~96.5%之间,相对标准偏差(RSD,n =6)在2.8% ~4.2% 之间(见表4),可见本方法的实验精密度能够满足分析要求。
表3 8 种FWAs 的线性方程、相关系数(r)及定量限(LOQ)Table 3 Linear equations,correlation coefficients (r)and limits of quantification (LOQs)of the eight FWAs
表4 不同添加水平下8 种FWAs 的回收率及精密度(n =6)Table 4 Recoveries and relative standard deviations (RSDs)of the eight FAWs at different spiked levels (n =6)
采用本方法检测8 块含FWAs 的纺织品,结果表明,8 块纺织品中均检出ER-Ⅰ和ER-Ⅱ,含量分别为189.4 ~424.3 mg/kg 和193.5 ~603.4 mg/kg。典型阳性样品的超高效合相色谱图见图6。
图6 一个阳性样品的色谱图Fig.6 Chromatogram of a positive sample
通过优化辅助有机溶剂、柱温及系统背压等条件,建立了纺织品中8 种FWAs 的超高效合相色谱法。本方法分析时间短,能够在12 min 内使8 种FWAs 达到有效分离。仪器分析中使用的流动相以CO2为主,与普通液相色谱法相比,大大降低了有机试剂的使用,能够满足建立绿色环保分析方法的需求,同时也降低了检测成本。
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