Accuracy profile理论在高效液相色谱法测定纺织品中3种有机溶剂残留中的应用

保琦蓓, 傅科杰, 钱 丹, 任清庆

(1. 宁波出入境检验检疫局 纺织品检测中心, 宁波 315100; 2. 宁波检验检疫科学技术研究院, 宁波 315012;3. 浙江理工大学 材料与纺织学院, 杭州 310018)

Accuracy profile理论在高效液相色谱法测定纺织品中3种有机溶剂残留中的应用

保琦蓓1,2, 傅科杰1,3, 钱 丹1, 任清庆1

(1. 宁波出入境检验检疫局 纺织品检测中心, 宁波 315100; 2. 宁波检验检疫科学技术研究院, 宁波 315012;3. 浙江理工大学 材料与纺织学院, 杭州 310018)

样品经超纯水机械振荡萃取,提取液在Spursil C18色谱柱上分离,以甲醇-水-乙腈(25+70+5)混合液为流动相进行洗脱,检测波长为200 nm。N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮的质量浓度在0.5～10 mg·L-1内与峰面积呈线性关系,检出限(3S/N)为1.1～2.8 mg·kg-1,测定下限(10S/N)为3.7～9.3 mg·kg-1。采用Accuracy profile理论验证方法的准确性,并评估了测定的不确定度,说明方法可满足3种有机溶剂的日常检测要求。

高效液相色谱法; Accuracy profile理论;N-甲基吡咯烷酮;N,N-二甲基甲酰胺;N,N-二甲基乙酰胺; 纺织品

N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)是纺织品制造工业中重要且经常使用的万能溶剂,主要用于聚酰胺材料的聚合及合成纤维的纺纱等过程[1-6]。制造工序中使用的溶剂残留在纺织成品中会引发一系列环境与健康问题[7]。2013年1月,生态纺织品检测标准Oeko-Tex Standard 100将DMAc和NMP加入限用检测物质列表,且规定其在纺织品中的限量为0.1%[8]。日本《化学物质审查规制法》将DMAc和NMP列入优先评估化学品清单,并规定若产品含该物质,生产商和进口商必须告知消费者[9]。美国《华盛顿儿童产品安全法》中要求儿童产品中NMP的质量比超过100 mg·kg-1必须申报[10]。

新开发化学检测方法的有效性评价在ISO/IEC 17025以及中国合格评定国家认可委员会(CNAS)的实验室认可评审过程中都是不可或缺的部分,CNAS CL10-2012着重强调了对化学测定方法的不确定度评估[11]。目前纺织品检测实验室对化学检测项目的不确定度评估通常采用结果计算的数学模型找出检测过程和数学模型分析过程中的各个不确定度分量来源(鱼骨图),然后分别计算A类不确定度与B类不确定度,最后得出该检测方法的合成不确定度与扩展不确定度[12]。Accuracy profile是2004年首次由Feinberg等提出的在药学检测领域首先使用的一种分析方法的验证理论,该理论提出了测量不确定度与β期望容忍度区间的关系[13]。2006年,González和Herrador又发表了进一步推进这一验证方法应用的相关研究[14]。

Accuracy profile的基本思路为判定新检测方法测定的一个未知定量数据的准确性与分析者对分析方法准确性要求之间的一致性。事实上,每一个分析者都希望使用一个分析方法得到的样品的测量值(X)与真实值(μ)(该值通常是无法获得的)之间的差异低于一个可接受的限值(λ),这个关系可以采用公式(1)[13,15]表示:

|X-μ|

可接受的限值λ取决于分析者的要求或是分析方法的目的,在生物类重复性较差的样品测试中一般取值为20%,而在纺织品检测项目中通常可设定为10%[14]。在每一个浓度水平下,通过计算其β期望容忍度区间就可以得到一定浓度范围内的Accuracy profile图。Accuracy profile图的绘制可以直观得出该分析方法是否满足检测要求的综合结论。再则,根据ISO/IEC 17025的要求[16],当需要提供方法的测量不确定度时,通过使用Accuracy profile方法可以进一步计算得到该方法的测量不确定度而无需再进行额外的补充试验,在进行方法验证的过程中同时也得到了方法的测量不确定度,从而简化了试验人员的工作量。本工作探讨了Accuracy profile的方法验证理论在高效液相色谱法测定纺织品中3种有机溶剂残留中的应用。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Waters e2695型高效液相色谱仪,配四元泵、柱温箱、自动进样器和二极管阵列检测器(Waters 2998 PDA);Millpore Direct-QTM型超纯水机;SPH-110型恒温振荡器。

DMF纯度不小于99.9%,DMAc纯度不小于99.5%,NMP纯度不小于99%;甲醇、乙腈等有机试剂均为色谱纯;试验用水为超纯水。

DMF、DMAc、NMP标准储备溶液:10.00 g·L-1,溶剂为甲醇,避光于0～4 ℃保存,使用时用水稀释成质量浓度分别为0.5,1.0,2.0,4.0,8.0,10.0 mg·L-1的标准溶液。

标准验证溶液:因DMF、DMAc和NMP主要用于腈纶等合成纤维的制造过程,试验中标准验证溶液的配制采用标准腈纶贴衬布作为基质分别加入DMF、DMAc和NMP标准溶液,采用优化好的前处理方法萃取后,使得最终的溶液中目标物质DMF、DMAc和NMP的质量浓度均为1.5,5.0,9.0 mg·L-1,现用现配。

1.2 仪器工作条件

Spursil C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相为甲醇-水-乙腈(25+70+5)混合液;流量为1.0 mL·min-1;等度洗脱;柱温35 ℃;样品温度25 ℃;检测波长为200 nm;进样量为10 μL。

1.3 试验方法

将纤维剪成5 mm×5 mm大小,称取0.500 0 g于50 mL旋口玻璃反应器中,加入水10 mL于40 ℃恒温摇床上,以150 r·min-1速率振荡30 min,萃取液采用0.45 μm水性滤膜过滤后,用于高效液相色谱法(HPLC)分析。

1.4 方法验证

优化后的检测方法通过回归方程线性、检出限、测定下限、真实性、精密度、准确度和加标回收率来进行验证,并得出方法的测量不确定度评估值。首先连续3天2次独立重复配制质量浓度分别为0.5,1.0,2.0,4.0,8.0,10.0 mg·L-1的标准溶液,由此可绘制6条不同的标准曲线;同时也连续3天2次独立重复配制质量浓度为1.5,5.0,9.0 mg·L-1的标准验证溶液,将此组溶液作为样品溶液进行HPLC测定,并将测得的响应值分别带入绘制的标准曲线中计算标准验证溶液的质量浓度。通过测定的标准验证溶液的质量浓度值来计算本检测方法的测定值的真实性、精密度和准确性,同时绘制Accuracy profile曲线以验证方法的有效性,并计算方法的测量不确定度。通过在聚酯纤维、腈纶、芳纶、粘胶纤维、棉和羊毛等实际样品中分别添加0.5,5.0,50.0 mg·L-1标准溶液来评价方法的回收率。通过向标准腈纶贴衬基质中添加标准溶液使其达到3倍信噪比对应的质量浓度来获得方法的检出限(3S/N),达到10倍信噪比对应的质量浓度来获得方法的测定下限(10S/N)。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

DMF、DMAc和NMP混合标准溶液的色谱图见图1,相邻两峰的分离度(R)均为2.5,表明相邻峰均已完全分开。

1-DMF;2-DMAc;3-NMP图1 DMF、DMAc和NMP混合标准溶液的色谱图Fig. 1 Chromatogram of the mixed standard solution of DMF, DMAc and NMP

2.2 标准曲线、检出限与测定下限

按试验方法对标准溶液进行测定,以质量浓度为横坐标,对应的色谱峰面积为纵坐标绘制标准曲线,线性参数、检出限和测定下限见表1。

表1 线性参数、检出限和测定下限Tab. 1 Linearity parameters, detection limits and the lower limits of determination

由表1可知:所有的线性相关系数均大于0.999。通过分析得出DMF、DMAc与NMP的检出限分别为1.1,2.8,2.6 mg·kg-1,测定下限分别为3.7,9.3,8.7 mg·kg-1。本方法的检出限能满足REACH法规中高度关注物质(SVHC)限用物质清单对这3种物质的检测限量要求。

2.3 真实性与精密度分析

方法的真实性与精密度可显示方法的系统误差与随机误差情况。真实性表示加标溶液(标准验证溶液)的测定值与理论添加值之间的一致性,使用相对误差(%)表示。本方法的测定真实性通过分析DMF、DMAc和NMP等3种目标物质3个浓度水平下的标准验证溶液的测定值与理论值之间的相对误差来计算,结果见表2。

由表2可知:3种有机溶剂的测定值与理论添加值的相对误差在-5.6%～1.7%之间,均在±10%的可接受范围内。

分别采用一天内重复性测定结果的相对标准偏差(RSD)和3天间重复性测定结果的相对标准偏差表示日内精密度和日间精密度,结果见表2。

表2 真实性与精密度试验结果Tab. 2 Results of tests for trueness and precision

由表2可知:DMF的日内RSD与日间RSD在1.4%～3.9%之间,DMAc的日内RSD与日间RSD在0.39%～4.5%之间,NMP的日内RSD与日间RSD在0.43%～5.7%之间,表明本方法的测定值具有较高的精密度。

2.4 Accuracy profile评价与不确定度评估

测量结果的准确性主要是通过测定值的总误差来表示,主要判断测定结果与理论加标量的一致性。Accuracy profile是一种可视化评价新开发的检测方法总误差的一种方式,使用Accuracy profile图可以作为一种评价检测方法准确度的决策工具。试验按照Feinberg与González的方法[13-14]将3个不同质量浓度的标准验证溶液在连续3天2次进样的6个测定值及其与理论质量浓度的相对误差分别输入SPSS软件中,通过单样本T检验的比较均值命令,分别得到在95%置信度区间内的质量浓度与相对误差的β期望容忍度区间,并绘制Accuracy profile图见图2。

图2中的纵坐标表示标准验证溶液的测定值与理论质量浓度的相对误差,横坐标表示标准验证溶液的理论质量浓度,本方法将可接受的误差线设置为±10%[14]。

1-相对误差;2-相对误差的β期望容忍度区间上限值;3-相对误差的β期望容忍度区间下限值;4-可接受上限值;5-可接受下限值图2 DMF、DMAc和NMP的Accuracy profiles图Fig. 2 Accuracy profiles of DMF, DMAc and NMP

由图2可知:相对误差的β期望容忍度区间的上下限值均未超过±10%。因此,本方法的测定值准确性较高(95%的置信度区间内)。

方法的不确定度评估反应了根据检测方法得到的测定数据的扩散性,试验对标准验证溶液的测定值按照Feinberg等提供的方法进行了不确定度评估[13,15],扩展不确定度因子为2(k=2)。不确定度评估值见表3,3种溶剂的相对扩展不确定度均在10%以内。

表3 不确定度评估结果Tab. 3 Results of uncertainty evaluation

2.5 实际样品分析

按试验方法对实验室收到的纺织样品进行分析,并通过向实际样品中添加40 mg·kg-1标准溶液计算加标回收率,结果见表4。

由表4可知:加标回收率在98.2%～112%之间。黑色羊毛样品加标前后的色谱图见图3。

表4 样品分析结果Tab. 4 Analytical results of samples

1-DMF;2-DMAc;3-NMP图3 实际样品加标前后的色谱图Fig. 3 Chromatograms of sample before and affter standard addition

由图3可知:不同纤维对测定结果的基质影响不大。因此,本方法适用于测定纺织品中DMF、DMAc和NMP的残留量。

本方法采用机械振荡提取-HPLC同时测定了纺织品中DMF、DMAc和NMP残留量。方法采用超纯水提取,与其他有机溶剂萃取方法相比避免了复杂基质的干扰且具有更好的环境友好性,更具经济性。同时采用了Accuracy profile理论方法对优化方法进行了验证,并对测定方法的不确定度进行了评估。结果表明,本方法具有较强的测量准确性和精密性,灵敏度高。方法可对DMF、DMAc与NMP的质量比分别高于3.7,9.3,8.7 mg·kg-1的样品进行定量分析,完全能满足REACH法规中SVHC限用物质清单对这3种物质的检测限量要求。

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Application of Accuracy Profile Theory in HPLC Determination of 3 Organic Solvent Residues in Textiles

BAO Qi-bei1,2, FU Ke-jie1,3, QIAN Dan1, REN Qing-qing1

(1.TextileTestingCenter,NingboEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Ningbo315100,China;2.NingboAcademyofScience&TechnologyforInspection&Quarantine,Ningbo315012,China;3.SchoolofMaterialsandTextiles,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou310018,China)

After the sample was extracted by mechanical oscillation with ultrapure water, the extract was separated on a Spursil C18chromatographic column with a mixture of methanol, water and acetonitrile (25+70+5) as mobile phase for elution. The detection wavelength was 200 nm. Linear relationships were found between the peak areas with the mass concentrations ofN,N-dimethylformamide,N,N-dimethylacetamide andN-methyl-2-pyrrolidone in the range of 0.5-10 mg·L-1, with detection limits (3S/N) in the range of 1.1-2.8 mg·kg-1, and the lower limits of determination (10S/N) in the range of 3.7-9.3 mg·kg-1. The method accuracy was validated according to the Accuracy profile theory, and the measurement uncertainty was evaluated. Results showed that the method could meet the daily detection requirements of the 3 organic solvents.

HPLC; Accuracy profile theory;N,N-dimethylacetamide;N,N-dimethylformamide;N-methyl-2-pyrrolidone; Textile

10.11973/lhjy-hx201703013

2016-02-11

浙江省分析测试科技计划项目(2014C37089);宁波 出入境检验检疫局科技计划项目(甬K05-2015);浙江理工大学开 放式基金项目(2014KF08)

保琦蓓(1982-)女,贵州普安人,高级工程师,博士, 研究方向为生态纺织品检测。E-mail:baoqibei@126.com

O656.31

A

1001-4020(2017)03-0309-06