MWNTs在固相萃取法测定PAEs类化合物中的应用研究*

成　斌

(山西省产品质量监督检验研究院，山西太原 030012)



MWNTs在固相萃取法测定PAEs类化合物中的应用研究*

成斌

(山西省产品质量监督检验研究院，山西太原 030012)

实验研究多壁碳纳米管作为固相萃取小柱填料，结合GC-MS检测手段，建立一种可灵敏、有效检测PAEs类化合物的实验方法。与C18柱进行对比，对柱子填料类型、柱活化、进样、清洗、洗脱收集各步骤的影响因素进行考察，确立了最佳的柱活化时间为4min、洗脱液为4mL的正己烷与丙酮混合溶剂，使用MWNTs做固相萃取剂PAEs化合物的回收率较高。检出限在55μg/kg～90μg/kg之间，回收率为82.2%～103.3%，相对标准偏差为1.06%～7.85%。

多壁碳纳米管，邻苯二甲酸酯类，固相萃取，气相色谱-质谱联用

目前，食品塑料包装材料生产加工中均须加入增塑剂以提高塑料包装的延展性、可塑性等，其中以邻苯二甲酸酯类(PAEs)的使用最为广泛[1-3]。PAEs具有化学相容性好、增速效率高、生产工艺简单、原料来源广泛、成本低廉等优点[4-6]，具有增塑剂最理想的工作特性，在增塑剂产品中总产量最大，用途最广。但是，越来越多的国内外科研机构己经开始认识到了邻苯二甲酸酯类增塑剂对人体的危害[1]，尤其PAEs类化合物的亚急性毒性和慢性毒性可以导致体重减轻、白细胞增加、贫血、血尿等，特别是对肝脏组织具有不良影响[7-8]。

本研究将C18和多壁碳纳米管分别作为固相萃取小柱填料[9-11]，探索不同固相萃取填料对增塑剂PAEs类化合物的萃取富集效果，通过对影响萃取效果的各种因素进行优化，确定最佳萃取条件，并结合气质联用仪[12]，对样品进行分离富集和测定。建立一种灵敏、有效的分析方法来测定食品包装材料中的增塑剂PAEs，从而推动塑料食品包装材料向更安全、更环保、更健康的方向发展[13]。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

气质联用仪：GC-MS 2010，日本岛津；循环水真空泵：SHZ-(III)，上海振捷实验设备有限公司；固相萃取柱：LC18柱(500mg/mL)，美国Applied separations Inc.(ASI)；多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes，MWNTs)，PerfemikerTM，Coring Biotech(Shanghai)Co.Ltd；C18，Cleanert，Agela Technologies。

邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DOP)，分析纯，天津市精细化学品开发有限公司；正己烷、丙酮、无水硫酸钠，分析纯，天津市精细化学品开发有限公司；Celite®545(助滤剂)，22140-1Kg-F，Sigma-Alorich。

1.2标准溶液的配制

单标储备液：准确称取DMP、DEP、DBP和DOP(精确至0.1mg)，用正己烷溶解，配制成1000mg/L的标准储备液，于4℃冰箱中避光保存。

DMP、DEP、DBP和DOP混合标准液：准确吸取DMP、DEP、DBP和DOP标准储备液，以正己烷逐级稀释到所需要浓度，于4℃冰箱中避光保存。

标准使用液：将标准储备液用正己烷稀释至浓度为0.5μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、8.0μg/mL的标准系列溶液，待用。

1.3色谱条件

气相色谱条件：色谱柱：Rxi®-1MS石英毛细管柱[30m×0.25mm(内径)×0.25μm]；进样口温度：250℃；升温程序：初始温度60℃保持1min，以20℃/min 升温至220℃，保持1min，再以5℃/min 升温至280℃，保持4min；载气：氦气(纯度≥99.999%)；进样方式：不分流进样；进样量：1μL。

质谱条件：色谱与质谱接口温度：280℃；电离方式：电子轰击源(EI)；离子源温度：200℃；监测方式：选择离子扫描模式(SIM)；溶剂延迟时间：5min。

1.4固相萃取柱的制备

固相萃取柱以商品化的聚丙烯固相萃取柱空管(SUPECLEAN 商品LC18，6mL，0.5g)装填制得，固相萃取装置是自组装的。SPE柱填料与助滤剂(Celite®545)比例为1∶1.5，装填量为0.25g。SPE柱的预处理：首先用正己烷冲洗，然后称取要求质量的填料和Celite®545，混合均匀后装柱。轻轻敲打柱管将填料填平、填实，装填高度约为1cm。填料的顶端和底端分别装有20 μm孔径的聚乙烯筛板。SPE柱的出口端与真空泵相联，进口端与聚四氟乙烯采样管(大体积采样器)密封联接，采样管的另一端浸入到样品溶液中[1]。

1.5固相萃取实验步骤

使用前将固相萃取柱用正己烷淋洗并活化4min；然后将一定体积含有被测化合物的样品在柱子被抽真空前，以一定流速上样，使其连续的通过萃取柱，弃去流出液；用10mL正己烷淋洗柱子，除去干扰杂质，弃去流出液；采用一定体积的丙酮和正己烷混合洗脱液洗脱目标化合物，收集洗脱液，并加入无水硫酸钠脱水，浓缩淋洗液，用正己烷定容至2mL供GC-MS测定[1]。

2　结果与讨论

2.1固相萃取条件优化

2.1.1活化时间的选择

固相萃取柱活化的目的是建立一个合适的环境使分析物得以适当的保留同时去除填料中的杂质。如果浸润时间不够，柱子没有形成稳定的保留环境，会影响分析物的充分保留，降低回收率。如果浸润时间过长，则增加分析时间，降低工作效率。设计柱活化的时间分别2min、4min、6min、8min和10min，得到4种邻苯二甲酸酯随活化时间的变化，其响应值变化不大。这说明在本试验设计的活化时间最小值已基本达到了活化效果。为保证活化充分，试验中选择4min作为活化时间，对目标物PAEs有效保留的同时提高了工作效率。

2.1.2洗脱液的选择

洗脱液的选择从样品和溶剂性质、试剂的易得性等多方面考虑。本试验讨论正己烷和丙酮洗脱液不同混合比例的洗脱情况。按丙酮与正己烷的体积比分别为1∶3、1∶4、1∶9、1∶19配制洗脱液，实验结果表明，随着丙酮含量减少，洗脱液PAEs的洗脱强度也减小。含25%丙酮的洗脱液已可达到满意结果，因此选择正己烷与丙酮比例为1∶3作为本次试验的洗脱液。

表1　不同洗脱液回收率(单位：%)

2.1.3柱穿透体积

固相萃取柱有负载范围，超过其负载范围，分析物将不再被保留。柱穿透体积表示柱负载能力的指标。在其负载范围内均可有效保留分析物。分别取浓度为5.00mg/L的样品过单根柱子，过柱体积在500mL时仍未发生穿透现象，本实验实际样品中分析物的浓度低于模拟样品，过柱体积在500mL以下，所以目标物在本实验涉及的浓度、体积范围内可得到有效的保留。

2.2不同类型固相萃取柱的比较

固相萃取柱填料的选择是影响固相萃取效果的重要因素。常见的固相萃取填料有C18、硅胶、石墨、碳纳米管等。本实验分别将C18和多壁碳纳米管(MWNTs)作为SPE柱的填料进行考察。

将标准混合储备液逐级稀释成5个不同浓度(0.5μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、8.0μg/mL)，分别进样3次，计算峰面积的平均值，并以峰面积和对应的浓度进行线性回归，得到的标准曲线方程和相关系数，并在信噪比(S/N)分别为10的条件下，分别计算4种PAEs增塑剂的定量检出限(LOQ)，结果见表2。从表中可以看出，各PAEs化合物的最低检出限在55μg/kg～90μg/kg之间，可以满足实际检测分析的需求。

为了验证方法的准确性和可靠性，对样品进行1μg/mL、2μg/mL、8μg/mL三个不同水品的标准添加回收实验，每一水品平行试样6次，计算平均回收率和精密度。

通过比较，在本实验条件下，使用MWNTs作固定相对邻苯二甲酸酯类化合物的萃取、富集效果均优于C18柱。因此，MWNTs是一种更适宜邻苯二甲酸酯类化合物的固相萃取剂。

表2　C18柱回归方程、线性关系、回收率和精密度

表3　MWNTs柱回归方程、线性关系、回收率和精密度

续表3

组分回归方程线性关系线性范围/(g/mL)检测限/(μg/kg),S/N=31μg/mL2μg/mL8μg/mL回收率/%RSD/%回收率/%RSD/%回收率/%RSD/%DBPY=1.37×106X-9.02×1040.99990.5～85599.751.7095.9111.4783.617.85DOPY=9.00×105X-1.15×1050.99990.5～89097.071.62103.3011.6394.446.86

4　结论

本实验采用固相萃取法富集PAEs类化合物，比较了柱子填料类型、柱活化、进样、清洗、洗脱收集各步骤的影响因素。实验表明，采用多壁碳纳米管，柱活化时间为4min、洗脱液为4mL的正己烷与丙酮混合溶剂时，检出限在55μg/kg～90μg/kg之间，回收率为82.2%～103.3%，相对标准偏差为1.06%～7.85%，满足国家标准的要求。该方法使用的有机溶剂少，二次污染小，重现性较好，富集倍率较高，操作简单、快速，易于自动化，是一种理想的样品前处理方法。

[1] Shanna H Swan. Environmental phthalate exposure in relation to reproductive out comes and other heath endpoints in humans[J]. Environmental Research，2008(108)：177-184.

[2] 胡晓宇，张克荣，孙俊红，等.中国环境中邻苯二甲酸酯类化合物污染的研究[J].中国卫生检验杂志，2003，13(1)：9-14.

[3] 张伟，霍斌.食品包装存在的安全隐患及对策[J].中国包装工业，2007(3)：26-27.

[4] 王志伟，孙彬青，刘志刚.包装材料化学物迁移研究[J].包装工程，2004，25(5)：1-4，10.

[5] 穆强，杨悠悠，谢云峰，等.常见食品中邻苯二甲酸酯类增塑剂含量及食品包装材料中邻苯二甲酸酯类增塑剂迁移量的测定[J].色谱，2013，31(7)：674-678.

[6] 顾浩琦，梅蕾，王坚，等.PVC塑料中16种邻苯二甲酸酯类增塑剂的测定[J].中国医药工业杂质，2013，44(4)：386-388.

[7] 王西奎，国伟林，徐广通，等.环境样品中痕量邻苯二甲酸酯的分离与测定[J].分析化学，1995，23(12)：1425-1428.

[8] 贾秀红. 碳纳米管吸附性能的研究进展[J].炭素技术，2004，23(3)：25-30.

[9] 陈良壁，曾景斌，马春华，等.多壁碳纳米管固相微萃取纤维制备及其在海水中多溴联苯测定中的应用[J].中国科学B辑：化学，2009，39(12)：1652-1657.

[10] 蔡全英，莫测辉，李云辉，等.广州、深圳地区蔬菜生产基地土壤中邻苯二甲酸酯(PAEs)研究[J]. 生态学报，2005，25(2)：283-288.

[11] 谭君，余光林.GC-EI-MS 内标法分析鱼肉中邻苯二甲酸酯[J].化学学报，2007，65(24)：2875-2882.

[12] 杨左军，张伟亚，王成云，等.溶胶-凝胶富勒烯固相微萃取-气相色谱法测定塑料水浸泡液中多种邻苯二甲酸酯[J].分析化学，2004，32(5)：637-640.

[13] 张伟亚，王成云，杨左军.固相微萃取气相色谱-质谱法测定塑料浸泡液中己二酸二(2-乙基己基)酯[J].分析测试学报，2003，22(6)：45-47.

MWNTs in the Determination of PAEs Compounds by Solid Phase Extraction

CHENG Bin

(Shanxi Academy of Product Quality Supervision and Inspection，Taiyuan 030012，Shanxi，China)

The subject of multi walled carbon nanotubes as solid phase extraction column packing，combined with GC-MS detection means，a sensitive and effective experimental method for the detection of PAEs compounds was established. And compared with the C18 column，the influence factors of column packing，activation，sampling，washing and elution were investigated，and the best column activation time was 4min，the elution liquid was 4mL，and the PAEs was MWNTs. The detection limit was between 55μg/kg～90μg/kg，the recovery rate was 82.2%～103.3%，the relative standard deviation was from 1.06% to 7.85%.

MWNTs，PAEs，solid phase extraction，GC-MS

山西省科技攻关项目(No.20100312038；No.20130313026-5)

成斌，硕士，高级工程师，主要从事质检系统科技研发工作；E-mail：408621702@qq.com；Tel：13633454433

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