纺织品禁用偶氮染料的能力验证方法关键点分析

张 珏， 张欢嘉

(现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123)



纺织品禁用偶氮染料的能力验证方法关键点分析

张 珏， 张欢嘉

(现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123)

国家认证认可监督管理委员会(CNCA)早已将纺织品禁用偶氮染料的测定作为能力验证计划中A类项目之一，是中国合格评定国家认可委员会(CNAS)实验室每年能力验证必考项目之一。此检测方法的特点是：前处理过程中要求的试剂和设备多，操作步骤多，试验时间长。本文总结了作者长期的实验心得和多次能力验证的经验，对该检测方法的关键点进行了详细分析，以供CNAS能力验证参加者和纺织品实验人员参考借鉴。

纺织品；禁用偶氮染料；GC-MS；CNAS；实验方法，能力验证

偶氮染料是指分子结构中含有偶氮基，与其连接部分至少含有一个芳香族结构的染料。经多年研究表明，大多数偶氮染料本身没有直接的致癌作用，但是部分偶氮染料被禁用是因为在一定条件下，尤其是色牢度不好的时候，染料会从织物上转移到人体皮肤，并在人体分泌物的作用下，发生还原分解反应，分解出某些致癌芳香胺，这些有害芳香胺化合物会被人体吸收，经过一系列活化作用使人体细胞的DNA发生结构与功能的变化，成为人体病变的诱因。

长期以来，纺织品禁用偶氮染料的检测进展受到世界各国的广泛关注。早在1994年，德国政府就以法律形式正式禁止了含有20种有害芳香胺的染料生产和销售，我国在国家强制标准GB 18401-2003中，明确规定了23种禁用芳香胺化合物，并于2012年9月1日正式实施了第三版的国家推荐标准GB/T 17592-2011《纺织品 禁用偶氮染料的检测》。欧洲标准化委员会(CEN)也在2011年12月批准了新版的欧盟标准EN14362-1:2012《纺织品-某些源于偶氮着色剂的芳香胺的测定方法》以替代早已在全球被广泛或引用的EN14362-1:2003和EN14362-2:2003。由此可见，禁用偶氮检测的标准在不断更新和进步，对实验人员的能力水平也有更高的要求。而参加能力验证项目，则是对实验室的能力进行客观评定的重要手段之一。

能力验证是指利用实验室间比对来确定实验室能力的一种活动，实际上它是为确保实验室维持较高的校准和检测水平而对其能力进行考核、监督和确认的一种活动。利用能力验证的结果，可以较好的反映一个实验室的综合检测能力和关键技术人员的实际检测水平。每年中国纤维检验局检验中心都会组织一批实验室参加能力验证计划。以2013年为例，当年共有160家实验室报名参加，但只有154家实验室反馈了数据，两个不同的测试样品获得满意的结果(包括补测)的实验室分别为148家和149家，满意率分别为96.1%和96.8%。2015年华测检测认证集团股份有限公司组织的禁用偶氮染料能力验证结果显示，共42家实验室报名，39家实验室反馈结果，其中获得满意的结果数量34家，满意率为87.2%。对于我国数以千计的各级出入境系统、质检院所、纤检系统和行业实验室而言，这样的参加率和满意率差强人意，检测水平亟待提高。

在纺织品禁用偶氮染料的能力验证中，采用稳健(Robust)技术进行统计分析。定量结果偏大或者偏小都会导致数据离群而获得不满意的结果。由于样品前处理过程复杂，国家标准中对样品前处理和上仪器检测的描述太简单，关键的操作事项并没有明确描述。本文在国家标准的基础上，补充完善了注意事项和总结归纳操作的关键点，以飨读者。

1 能力验证实施流程

(1)项目发布和报名：能力验证的实施单位每年都会在其官网发布该年度的能力验证项目计划，包括项目名称、计划代码、报名截止时期，项目实施时间等。有意参加能力验证的实验室，需提前安排好时间，对整个流程的时间节点有清楚认知，按照规定时间报名并付费。

(2)准备工作：报名参加后，及时检查标准品是否有效。因为有些进口标准品购买耗时长久。在样品发放前一周，做好各项准备工作，包括仪器的清洁、维护和自检、检定工作，检查试剂是否合格。收到能力验证的样品后，一般有20天左右的时间进行试验测定，时间非常宽裕，

(3)样品测定安排：提供的样品一般重量为2.5g左右，按照国标规定一次试验使用1.0g，可以进行多次测定。第一天使用0.5g左右的量测定，估算大概的结果，检查与标准曲线的范围是否适用。一般能力验证样品的测定值都在100mg/kg～300mg/kg左右，需要经过稀释步骤，将测定值落在标准曲线的范围内使用。第二天将两个1.0g的样品平行测定，最终取其平均值上报结果。

2 试剂

(1)乙醚:国标规定使用乙醚，但在欧盟标准中，采用甲基叔丁基醚(MTBE)代替了乙醚，同样有研究表明，MTBE效果比乙醚好。

(2)柠檬酸盐缓冲液：在国标中规定使用0.06mol/L，pH6.0的柠檬酸盐缓冲液，并注明是取12.526g柠檬酸和6.320g氢氧化钠溶于1000mL水中。柠檬酸试剂(AR级)一般是一水和物，需要换算成柠檬酸的实际量来称量。使用前应对柠檬酸盐缓冲液的pH值进行测定，并用高浓度氢氧化钠溶液校正。

(3)连二亚硫酸钠：在还原裂解过程中，连二亚硫酸钠作为还原剂，其作用非常重要。由于连二亚硫酸钠具有暴露于空气中易吸湿后被氧化、变质的特性，故平常应密闭、避光保存在干燥器中。使用前检查外观是否有结块等异常，正常的试剂是白色或者淡黄色，均匀的、粉末状固体。必要时，采用保险粉浓度指示试纸进行含量测试，或者使用新购的、质量有保障的试剂。连二亚硫酸钠水溶液性质特别不稳定，溶于水后剧烈放热并开始氧化变质，故标准中规定要新鲜制备。做法是：提前1min将称量好的保险粉转移到干燥的容量瓶中，加水到一半容量后，密闭超声溶解10秒，待完全溶解后加水至刻度，并充分振荡混匀后使用。

(4)芳香胺标准工作溶液：使用有证的、24种禁用芳香胺标准物质混合储备溶液，采用内标法，用3种混合内标溶液将其稀释到合适的浓度。浓度范围一般从2ng/mL～50ng/mL。本试验不宜使用外标法，必须使用内标法测定。

3 设备

(1)硅藻土柱：硅藻土柱是控制芳香胺回收率的关键因素之一。国标虽然描述了自制硅藻土柱时的用量和装填步骤，但是对硅藻土的纯度、色泽、颗粒形状、粒径大小、填充松紧度等都没有进一步说明，而这些因素都会影响检测结果。市售的商品化硅藻土柱填充质量有保障，但使用前应做回收率试验，检验该批次商品的质量。

(2)真空旋转蒸发器：建议使用带有真空度控制功能的仪器，由于旋蒸比较剧烈，必须将反应控制在合适的温度和真空度范围内，防止样液爆沸。建议使用国外知名品牌、高档的旋蒸仪，可有效降低芳香胺的损失，提高回收率。

(3)反应器：具密封塞，最好是螺旋盖密封塞，内有硅胶垫圈密封。

(4)氮吹仪：国标中没有要求配置该仪器，但在氮吹步骤需要使用到，故应添置。无需加热装置，单流量阀，能够控制氮气流量即符合要求。

4 前处理过程

试样的前处理过程按顺序可分为以下5个步骤：润湿/还原裂解、液-液萃取、旋蒸浓缩、样液定容、超声过滤进样等。

4.1 润湿/还原裂解

在润湿步骤，要求在反应器内将试样浸没于柠檬酸盐缓冲液中，充分振荡润湿后在70±2℃条件下保温30min。在还原裂解步骤，即加入连二亚硫酸钠水溶液后，应立即密闭充分振摇后再保温30min，此30min必须严格控制，因为时间短会导致反应不完全，相应地检测结果偏低；超时则还原裂解反应过度，有可能导致检测结果偏高。国标中又有规定“30min后取出并于2min内降低到室温”，该冷却步骤是为了终止还原裂解反应，所以降温必须要快速。

4.2 液-液萃取

(1)萃取时间：国标中规定，将反应液全部倒入提取柱内，任其吸附15min。此处的15min是指反应液完全渗透进入硅藻土柱后，开始计时。由于样品的原因，经常会有反应液滞留在硅藻土柱顶部空间，无法完全渗透的情况。

(2)洗提方式和试剂：萃取过后需要用溶剂多次洗提硅藻土柱，将芳香胺化合物冲洗出来再浓缩进气质联用仪检测。国标规定是用4次、每次20mL的乙醚洗提试样，而欧标规定用甲基叔丁基醚(MTBE)分4次，10mL+10mL+20mL+40mL的方式洗提试样。有研究表明，后者的洗提效果好于前者。所以针对能力验证样品，建议采用欧标会得到较好的回收率和定量结果。

(3)控制流速：国标和欧标中都简明地提到了要控制溶剂流速，但是没有说明如何控制和具体流速。流速对芳香胺回收率有较大影响，建议使用聚四氟乙烯材质的考克阀，速率控制在2～3mL/min为宜。

4.3 旋蒸浓缩

(1)旋蒸温度：旋转蒸发仪的温度和真空度对芳香胺的回收率有很大的影响，而国标中对此并没有特别说明。国标使用乙醚，故规定旋转温度为35℃。若采用MTBE，则将水浴锅温度设定在45～50℃为宜。温度过高，则旋蒸太过于激烈，将导致有害芳香胺损失，温度低，则旋蒸耗时过久甚至无法继续旋蒸。

(2)旋蒸真空度：国标和欧标中都没有对真空度有明确规定，只要求“低真空”。常压下乙醚的沸点为34.6℃，MTBE的沸点为55.2℃，随着真空压力的降低，乙醚和MTBE的沸点随之降低。若温度和真空度配合条件不当，会造成液体爆沸或者旋蒸速度过快，从而导致芳香胺的流失。在使用MTBE作为溶剂时，真空度控制在500mBar左右为宜。

(3)旋蒸瓶大小和旋蒸瓶旋转速度：对于这两点因素，国标和欧标都没有做出任何规定。旋蒸瓶容量大则蒸发面积大，蒸发速率快，不容易控制蒸发结束的时间点，很容易导致样液蒸干，而旋蒸步骤是绝不能将样品蒸干的；旋蒸瓶小，会导致蒸发面积小，样液蒸发慢，同时条件不当引起爆沸时，样液更容易流失。根据经验，最终进入旋蒸步骤的MTBE为60～70mL，故蒸发瓶选用150mL容量的较为适宜。旋蒸瓶旋转速度取决于试样的粘度大小，粘度大的样品用低速，MTBE粘度很小，故旋蒸开始时可以设置中速(80r/min)左右，接近旋蒸完毕时再回调至低速为宜。

4.4 浓缩试样

国标规定“浓缩至近1mL，再用缓氮气流驱除乙醚溶液，使其浓缩至近干”。由于旋蒸速率较快，操作人员必须在现场密切观察，严禁蒸干。在旋蒸浓缩到3～5mL时及时关闭旋蒸仪，将旋蒸瓶放在氮吹仪的缓慢氮气流下吹扫，继续浓缩到1mL左右。国标中试样前处理过程的最后一个步骤的最后一句话，也是极其重要的一句话，就是“使其浓缩至近干”。何谓“近干”？标准没有详细说明，而紧接着下一步操作就是“准确移取1.0mL甲醇加入圆底烧瓶中，混匀，静置。然后取1.0μL试样溶液进GC-MS检测”。

定量结果按照外标法，计算公式如下：

式中：

Xi——试样中分解出芳香胺i的含量，单位为mg/kg

Ai——样品测试溶液中芳香胺i的峰面积(或峰高)

Ci——标准工作溶液中芳香胺i的浓度，mg/L

V——样品测试溶液中最终体积，单位为mL

Ais——标准工作溶液中芳香胺i的峰面积

m——试样质量，单位为g

由于“近干”的影响，V值实际是大于1.0mL的，但V值理论上必须按照甲醇的量(V=1.0mL)来计算，故“近干”的结果是导致检测结果比实际值偏小。

举例说明，配制标准溶液时，将100μg的某有害芳香胺标准物质，分别稀释到1.0mL、1.1mL和1.2mL的甲醇中，则理论计算知其浓度是100μg/mL、90.9μg/mL和83.3μg/mL。通过贝塞尔公式，标准偏差为8.35，三次测量的平均值的标准偏差(A类不确定度)为4.82。所以“近干”若分别代表是0.1mL和0.2mL，则计算的偏差就很大。故在能力验证中不能使用外标法，必须使用内标法。内标法是一种加入内标物质，用以间接计算定量的方法，在定量样品中某组分含量时，加入内标物质以消除仪器随机误差的波动而对分析结果产生的影响，用以提高定量结果的准确度。内标法通过校正，通过质谱的计算机计算，修正了“近干”对结果的不利影响，所以定量结果更准确可靠。

4.5 内标法的操作

按照国标规定，准确移取1mL内标溶液加入圆底烧瓶中。注意此内标溶液必须与稀释标准曲线所用的内标溶液一致，一般用10ng/mL的浓度即可满足试验要求。

4.6 超声过滤

国标中没有规定这一步操作。在旋转蒸发后有些颜色染料粘附在旋蒸瓶内壁，使用甲醇溶解可能不完全，所以需要短暂超声内壁，全部洗脱后将样液用0.45μm有机膜过滤进气相色谱质谱联用仪(GC-MS)检测。此举可以降低GC-MS的色谱柱污染和延长色谱柱的使用寿命。

5 仪器检测

(1)气相色谱质谱联用仪方法开发：由于24种芳香胺种类较多，在进行质谱扫描方法优化时，必须进行全扫描模式(Full Scan)和单离子扫描模式(SIM)相结合的方式。Full Scan模式是为了获得更多离子信息以进行离子丰度检测和辅助定性化合物，SIM扫描模式是为了定量结果更准确，重现性更好。在做SIM扫描时必须设置分段扫描模式(Segment)，具体做法是，按照芳香胺的保留时间顺序，将4～5个禁用芳香胺设为一组设定扫描的起止时间，此举可以提高质谱扫描精度，降低仪器工作负荷。

(2)液相色谱条件(HPLC/DAD)：在GC-MS检测出禁用芳香胺后，可以用HPLC/DAD辅助定性芳香胺，进行确证试验。

6 结语

本文将繁杂的纺织品禁用偶氮染料测定的过程，结合能力验证的特点，分为5大部分、16个小项目进行了详细的阐述，指出了试验过程中的各个关键点，为能力验证参加者提供了详细的参考。参加能力认证不仅仅是为了应付检查，更重要的是此举可以督促实验室提升数据的准确性和数据链的完整性，加强实验各个环节的常态化改进，持续提升实验室检测水平。

陈荣圻，王建平.禁用偶氮染料及其代用(第二版).北京：中国纺织出版社，2008.

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纺织品中禁用偶氮染料的测定能力验证计划结果报告报告:CTI-AF15029077.深圳： 华测检测认证集团股份有限公司， 2015.

张薇.纺织品禁用偶氮染料检测方法国标与欧标的比较及检测方法的优化.上海:东华大学化学化工与生物工程学院，2014.

2016-08-08