微波辅助萃取-气质联用法同时测定皮革及其制品中21种有害有机溶剂的残留量

王成云，李心恬，唐丽莉，余侃，杨怡然，曾欣莉（.深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心，广东深圳58067；.深圳职业技术学院，广东深圳58055）

微波辅助萃取-气质联用法同时测定皮革及其制品中21种有害有机溶剂的残留量

王成云1，李心恬1，唐丽莉1，余侃1，杨怡然1，曾欣莉2
（1.深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心，广东深圳518067；2.深圳职业技术学院，广东深圳518055）

建立了一种同时测定皮革及其制品中21种有害有机溶剂残留量的气相色谱/质谱联用方法，该方法以甲醇为萃取溶剂，采用微波辅助萃取技术提取皮革及其制品中残留的有害有机溶剂，提取产物经固相萃取柱净化后，直接进行气质联用分析，外标法定量。21种有害有机溶剂的检出限为0.02～0.10 mg/kg，方法的加标平均回收率为82.4%～94.7%，相对标准偏差为1.7%～4.9%。该方法简单快速、灵敏度高、检出限低，可完全满足皮革及其制品中有害有机溶剂残留量检测工作的需要。应用该方法对市售皮革及其制品进行筛查，在部分样品中检出不同含量的多种目标分析物。

微波辅助萃取；气质联用；皮革；有害有机溶剂

1引言

乙二醇醚类有机溶剂、酰胺类有机溶剂和N-甲基吡咯烷酮（NMP）是三类广泛使用的有机溶剂，在皮革工业中大量使用［1-3］，例如N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和N，N-二甲基乙酰胺（DMA）大量用于皮革上色、皮革表面涂装以及贴膜革和移膜革的生产；NMP大量用于皮革涂饰；乙二醇醚单甲醚（EGME）、乙二醇单乙醚（EGEE）、乙二醇单丁醚（EGBE）、二乙二醇二乙醚（DEGDEE）大量用于皮革处理剂中。这些有机溶剂可能会残留在产品中，给消费者带来潜在的危害。随着科技的进步和生活水平的提高，人们对涉及环境安全和人体健康的化学品的使用越来越关注。对这三类有机溶剂的毒性所进行的大量研究表明［4-6］，NMP、部分乙二醇醚类有机溶剂和部分酰胺类有机溶剂会致癌、致畸变。为此，各国纷纷立法限制使用这些有机溶剂［7-12］，且限制使用的有机溶剂种类不断增加，目前已有15种有机溶剂被限制使用，其中11种还被欧洲化学品管理局列入高关注物质（SVHC）清单。欧盟REACH法规规定，涉及SVHC的产品，如果在欧盟销售，则其含量必须满足限量要求，否则产品就会被要求召回，甚至不允许进入欧盟市场。

欧盟对这些有害有机溶剂的严厉限制严重阻碍了我国皮革及其制品的顺利出口，为应对此技术性贸易壁垒，必须加强对皮革及其制品中有害有机溶剂残留量的监控，因此非常有必要建立一种能同时测定包含15种限用有害有机溶剂在内的多种有机溶剂残留量的分析方法。本文采用微波辅助萃取技术提取皮革及其制品中残留的有害有机溶剂，提取产物经固相萃取柱净化后进行GC/MS-SIM分析，建立了一种能同时测定21种有害有机溶剂的气质联用方法，并将其用于市售皮革及其制品中有害有机溶剂残留量的筛查，在多种产品中检出了不同含量的多种有害有机溶剂。

表1 21种有害有机溶剂

2试验部分

2.1仪器与试剂

试验中用到的仪器包括：Varian 3800-CP 1200气质联用仪（美国 Varian公司）；Retch SM 2000织物研磨仪（德国Retch公司）；ETHOS 1微波萃取仪（意大利Milestone公司）；

SmarVapor RE501旋转蒸发仪（德国Dechem-Tech公司）；氮吹仪（青岛海科仪器有限公司）；硅胶固相萃取柱（美国Waters公司，1 g/6 mL）；0.22μm滤膜（美国Anpel公司）。

色谱纯甲醇由美国Tedia公司提供，标准品均由德国Dr. Ehrenstorfer公司提供，相关信息见表1。用甲醇配制混合标准溶液储备液，各组分的浓度见表1。分析纯试剂乙腈、乙醇、甲醇、丙酮、正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚、叔丁基甲醚、石油醚、四氢呋喃均由广州化学试剂厂提供。

自制黑色牛皮革阳性样品：采用浸渍-烘干-焙烘工艺制备，含有NMP、EGDEE、EGDBE、EGDME、DEGDME、DEGDEE等6种目标化合物。

2.2样品前处理

用织物研磨仪将待测样品研磨成粉末，称取约1.0 g样品，置于微波萃取管（材质为聚四氟乙烯）中，加入17 mL甲醇，微波萃取30 min，萃取温度为85℃，冷却至室温后，过滤，用鸡心瓶收集滤液，真空下旋转蒸发至约5 mL，残留液体转移至硅胶固相萃取柱（用5 mL甲醇进行预活化处理）中，使其缓慢流出，收集流出液，液体流出速度控制为约2 滴/s，待滤液快流完时，用5 mL甲醇分多次淋洗固相萃取柱，继续收集流出液。将流出液转移至鸡心瓶中，真空下旋转蒸发至近干，再转移至氮吹仪中，用干燥氮气缓慢吹干。用1mL甲醇溶解残留物，所得溶液用0.22 μm滤膜过滤后直接进行GC/MS-SIM分析。必要时，可进行适当稀释。

2.3分析条件

2.3.1色谱条件

色谱柱：DB-Wax（60 m （0.25 mm（0.25 μm）；升温程序：60℃保持2 min后，以20℃/min的速度升至220℃并保持10 min，再以 50℃/min升至245℃，保持2.5 min；载气：氦气（纯度＞99.999%），流速为0.8 mL/min；进样方式：脉冲分流进样，进样量为1.0 μL，进样口温度为230℃。

2.3.2质谱条件

溶剂延迟：6.2 min；传输线温度：280℃；离子源温度：220℃；四极杆温度：150℃；电离方式：电子轰击（EI）；电离能：70 eV；分析模式：全扫描定性，选择离子定量，特征离子及其丰度比见表2。

表2目标化合物的特征离子及丰度比

3结果与讨论

3.1分析条件的优化

气相色谱分离时，由于被分离的组分在固定相和流动相中分配系数不同，通过在固定相和流动相之间的反复分配，最终实现各组分的分离。色谱柱的固定相的性质对分离效果影响显著，NMP、酰胺类溶剂、乙二醇醚类溶剂的极性均较强，因此极性色谱柱的分离效果较好。考察了8种不同固定相及规格的色谱柱对21种目标化合物的分离效果，结果发现极性柱DB-Wax（60 m（0.25 mm（0.25 μm）的分离效果最好，可将21种目标化合物完全分离开来［13］。

进样口温度、离子源温度、载气流速和分流比均对谱峰面积有影响，经正交实验优化，最终确定分析条件如下：进样口和离子源温度分别为230、200℃，载气流速为0.8 mL/min，分流比为20∶1。在此条件下，对21种有害有机溶剂混标进行分析，得到图1所示的选择离子监测色谱图，图1中各组分的谱峰完全分离，谱峰峰形尖锐而对称。

3.2净化条件的优化

皮革基质十分复杂，大量的伴生杂质往往与目标分析物一起被萃取出来，如果不进行净化处理，则会对目标分析物的测定造成严重的干扰。固相萃取柱净化是皮革样品净化最常用的手段，经固相萃取柱净化后，目标分析物的回收率受固相萃取柱的填料类型及容量、洗脱液的类型及体积、洗脱速度影响［13］。选用的固相萃取柱不仅要对每种组分均有令人满意的回收率，且不能引入新的杂质。分别考察了Waters Sep-Pak Vac Silica柱（1 g/6 mL）、WatersSep-Pak Vac Silica柱（0.5 g/3 mL）、Agilent Bond Elut Si（1 g/6 mL）、Agilent Bon d Elut Al-N柱（0.5 g/3 mL）、Agilent Bond Elut C18柱（1 g/6 mL）、Supelclean LC-Si SPE柱（1 g/6 mL）、Supelclean LC-18 SPE柱（1 g/6 mL）、Supelclean LC-Ph SPE柱（0.5 g/3 mL）、Supelclean LC-Florisil SPE柱（1 g/6 mL）、Supelclean ENVI-18 SPE柱（0.5 g/3 mL）、Supelclean LC-18 SPE柱（0.5 g/3 mL）、CNWBond LC-C18柱（1 g/6 mL）、Anpelclean PA SPE柱（1 g/6 mL）、AccuBond Florisil PR柱（0.5 g/3 mL）、Varian Bond Elut SCX柱（0.5 g/3 mL）、Varian HF Bond Elut C18柱（2 g/12 mL）等16种固相萃取柱对21种有害有机溶剂混合标准溶液的回收率，发现 Waters Sep-Pak Vac Silica柱 （1 g/6 mL）的效果最好，各组分的回收率为92.4%～100.8%，且所得谱图中无杂质峰出现。分别以不含目标分析物的牛皮革、羊皮革和猪皮革为空白基质，分别添加同一浓度的混合标准溶液，考察该固相萃取柱对实际样品的回收率，结果发现，各组分的回收率为87.2%～93.1%，回收率令人满意。采用该柱对1个市售皮革样品萃取液进行净化，并对经与未经净化处理的萃取液进行GC/MS全扫描分析，对比所得谱图，结果发现，经净化后，谱图中基本无杂质峰，而未经净化时，谱图中出现大量杂质峰。经优化，最终净化处理条件如下：选择 Waters Sep-Pak Vac Silica柱（1 g/6 mL）作为净化柱，用5mL甲醇进行洗脱，洗脱时液体流出速度为2滴/秒。

图1混标的选择离子色谱图峰的标注号同表4

3.3微波萃取条件的优化

微波萃取效率主要取决于所用萃取溶剂，此外，较长的萃取时间、较高的萃取温度和较大的萃取压力也有助于提高萃取效率。一般情况下，萃取温度设定为比溶剂沸点高10～20℃。萃取溶剂体积一般为微波萃取管总体积的1/3，因此，对于每种萃取溶剂，其萃取温度确定后，萃取压力也随之而定。在选择萃取温度时，应考虑萃取管本身能承受的最高温度和最大压力。本实验中，所用萃取管材质为聚四氟乙烯，它可以承受260℃的高温，能耐受50个大气压的高压。本实验中所用萃取溶剂的沸点均远远低于260℃，为尽量提高萃取效率，对于每种萃取溶剂，其萃取温度均设定为比其沸点高20℃，而此时萃取管内压力也远远小于50个大气压。

以甲醇为萃取溶剂，对自制黑色牛皮革阳性样品进行微波辅助萃取，萃取时间分别为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 min，测定各条件下各组分的萃取量，并计算总萃取量，结果发现，随着萃取时间的增加，总萃取量逐渐增加，并在30 min时达到最大值，萃取时间继续增加时，总萃取量反而稍微下降，因此，萃取时间最终确定为30 min。

分别以甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、叔丁基甲醚、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸乙酯/二氯甲烷（1∶1，V/V）、丙酮/正己烷（1∶1，V/V）、二氯甲烷、乙腈为萃取溶剂，对1个市售阳性样品和1个自制阳性样品进行萃取，测定各组分的萃取量，计算其总萃取量，以总萃取量来判断各萃取溶剂的萃取效率，结果见表3。表3的数据表明，对于同一样品中的不同组分，萃取量最大的溶剂各不相同。对于1#样品，甲醇的总萃取量最大，对于2#样品，丙酮/正己烷（1∶1，V/V）的总萃取量最大，甲醇次之。综合考虑，选择甲醇为萃取溶剂。微波萃取条件最终优化如下：以甲醇为萃取溶剂，85℃下微波萃取 30 min。

3.4线性关系和检出限

用甲醇将混合标准溶液逐级稀释，配制混合标准工作液，按上述方法进行测定，对于每个组分，均用峰面积（A）对其质量浓度（ρ）进行线性回归，结果发现，在一定质量浓度（ρ）范围内，峰面积（A）均与其质量浓度（ρ）线性相关，表4给出了各组分的线性关系。按公式LOD=3Sb/b计算各组分的检出限（LOD），其中Sb为空白值标准偏差，b为方法校准曲线的斜率，各组分的检出限为0.02～0.10 mg/kg。

3.5方法的回收率和精确度

以不含目标分析物的羊皮革为空白基质，分别添加3个不同浓度水平的混标溶液，每个浓度水平均制备9个平行样，按上述方法进行测定，计算方法的平均回收率和相对标准偏差，实验结果表明，21种有害有机溶剂的加标平均回收率为82.4%～94.7%，精确度（以相对标准偏差（RSD）计）为1.7%～4.9%。

3.6实际样品测试

表3 12种溶剂的微波萃取效果（mg/kg）

表4方法的线性关系和检出限（LOD）

图2实际样品的GC/MS-SIM图1：DMF；2：EGBE；3：DEGEE；4：NMP；5：DEGBE

按本文建立的方法对市售皮革样品进行测试，共测试512个样品，其中皮革样品161个（牛皮革76个、羊皮革53个、猪皮革32个），皮革制品351个（牛皮革制品243个、羊皮革制品53个、猪皮革制品29个），在39个样品中检出了DMA、NMP、 DMF、EGEE、DEGEE、TEGBE、EGBE、DEGBE、TEGME等9种不同含量的目标分析物。在这些被检出的组分中，REACH法规限用物质有6种：EGBE、DMF、NMP、DMA、DEGBE、EGEE，SVHC物质有 4种：DMF、EGEE、NMP、DMA。各组分的检出次数分别为1次（TEGME）、5次（DMA）、10次（NMP）、11次（TEGBE）、16次（EGEE）、16次（EGBE）、20次（DEGEE）、30次（DMF）、39次（DEGBE），检出组分的含量为 3.1～454.2 mg/kg，含量最高的是DEGBE，其最大检出值为454.2 mg/kg，该值虽然低于REACH法规的限量要求（1 000 mg/kg），但应引起高度重视。图2是1个黑色牛皮二层革样品的GC/MS-SIM图，该样品中检出DEGBE、DEGEE、DMF、NMP、EGBE等 5种目标分析物，其含量分别为454.2、155.3、44.6、24.7、21.3 mg/kg。

4结论

为了监控皮革及其制品中有害有机溶剂的残留量，建立了一种能同时测定21种有害有机溶剂气质联用方法。该方法以甲醇为萃取溶剂，微波萃取样品中残留的有害有机溶剂，萃取液经固相萃取柱净化后进行气质联用分析。该方法简便快速，检测通量大，灵敏度高，检出限为0.02～0.10 mg/kg，可用于皮革及其制品中有害有机溶剂残留量的测定。

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Simultaneous Determination of the Residual Contents of 21 Harmful Organic Solvents in Leather and Leather Products by Gas Chromatography/Mass Spectrometry Combined with Microwave-assisted Extraction Technique

WANG Cheng-yun1，LI Xin-tian1，TANG Li-li1，YU Kan1，YANG Yi-ran1，ZENG Xin-li2
（1.The Testing and Technology Center for Industrial Products，Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Shenzhen 518067，China；2.Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 518055，China）

An effective GC/MS method was established for the simultaneous determination of the residual contents of 21 kinds of harmful organic solvents in leather and leather products.Residual harmful organic solvents in leather and leather products were extracted using microwave-assisted extraction using methanol as the extraction solvent.The extracts were purified by a solid-phase extraction（SPE）column，and then analyzed by gas chromatography/mass spectrometry in selected ion monitoring mode（GC/MS-SIM）.The concentration of each target compound was calibrated by the external standard method.The limit of detection（LOD）of 21 harmful organic solvents varied from 0.02 mg/kg to 0.10 mg/kg.The spiked average recoveries changed from 82.4%to 94.7%while the relative standard deviation（RSD）changed from 1.7% to 4.9%.This method was simple，rapid，sensitive and accurate，which could completely satisfy the technical demand on the determination of residual harmful organic solvents in leather and leather products. The proposed method was applied in the screening of residual harmful organic solvents in commercial leather and leather products and several target compounds at different content levels were detected in some samples.

microwave-assisted extraction；gas chromatography/mass spectrometry（GC/MS）；leather；harmful organic solvent

国家质检总局科研项目（2011IK105，2012IK119，2014IK163）

王成云（1969-），男，博士，研究员，主要从事消费品中有毒有害物质检测工作。Tel：13025471235，E-mail：wangchengyun2009@126.com。