超声萃取/HPLC-MS检测电子电气产品聚合物中的六溴环十二烷

陈 琼，黄秋鑫，姜 涛，丑天姝，方 亮，吴 琴

(工业和信息化部电子第五研究所，中国赛宝环境评估与监测中心，信息产业电子信息产品污染控制赛宝检验中心，广东 广州 510610)



超声萃取/HPLC-MS检测电子电气产品聚合物中的六溴环十二烷

陈 琼，黄秋鑫*，姜 涛，丑天姝，方 亮，吴 琴

(工业和信息化部电子第五研究所，中国赛宝环境评估与监测中心，信息产业电子信息产品污染控制赛宝检验中心，广东 广州 510610)

通过优化超声萃取时间、萃取次数、萃取溶剂类型等条件，建立了电子电气产品中六溴环十二烷(含α，β，γ3种同分异构体)的高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)测定方法。经条件优化，采用甲苯超声萃取样品，重复萃取3次，每次15 min，离心取上清液，合并后经氮气吹干，用甲醇-水溶液重新溶解定容后进行检测。六溴环十二烷各同分异构体的线性范围为50～5 000 μg/L，线性相关系数均大于0.999，方法检出限为1 mg/kg，样品加标回收率为88.3%～104.5%。该方法快速、简便、准确、稳定，用于实际样品的检测，阳性样品均为发泡聚苯乙烯材料。

电子电气产品；六溴环十二烷；超声萃取；高效液相色谱-质谱法

六溴环十二烷(HBCDDs)是除四溴双酚A、多溴联苯(PBBs)和多溴二苯醚(PBDEs)等之外的另一种重要溴代阻燃剂，是许多电子产品绿色法规的禁限用物质之一，欧盟RoHS指令限用PBBs和PBDEs之后，HBCDDs在电子电气产品及其部件聚合物材料中有较广泛的应用，目前全球年消耗量已超22 000吨[1]，已列入国际很多环保法规中的禁限用物质或高关注度物质之一。

HBCDDs能够对动物体内分泌和免疫参数产生影响，导致人体基因重组，引发一系列疾病，甚至癌症。虽然环境中溴代阻燃剂的水平通常很低，发生急性中毒的可能性小，但由于HBCDDs的大量使用及其环境持久性与生物毒性[2-3]，因此HBCDDs已确认为一种潜在污染物。对环境中HBCDDs污染水平的分析已成为新的研究热点。目前，HBCDDs已受到许多国家政府和相关科研机构的高度重视，在国内外的研究报道中，对HBCDDs的研究远超过对PBBs和PBDEs的研究。

目前，HBCDDs的检测方法主要包括气相色谱-质谱法和液相色谱-质谱法[4-9]。有研究表明，气相色谱-质谱法检测HBCDDs时，由于分析温度较高，可能导致部分HBCDDs分解，影响检测结果的准确度和稳定性[6]。在很多研究中，高效液相色谱-质谱法为优先方法，相关标准的制定也逐渐以高效液相色谱-质谱法为主，如金军等[4]使用超高效液相色谱-串联质谱法检测土壤中的HBCDDs；家用电器标准中使用高效液相色谱-串联质谱法检测HBCDDs[10]。在样品前处理方面，聚合物的萃取方法包括索氏抽提、微波萃取、加速溶剂萃取、超声萃取等，其中超声萃取因效率高、简便、快捷、稳定操作性较好而得到较多的应用。在我国已有的相关检测标准中已建立了加速溶剂萃取联合高效液相色谱-串联质谱[10]和微波萃取联合气相色谱-质谱[11]的检测方法，然而，这两个标准方法存在以下不足：一方面前处理设备昂贵、技术操作要求高；另一方面在检测仪器上仍存在优化空间，如在产品聚合物法规符合性检测中，因样品基质(较单纯)和含量水平(一般为mg/kg级，法规一般限值为1 000 mg/kg)原因并不需要使用串联质谱这种高精尖、昂贵的检测设备。因此，为更好地控制电子电气产品污染，使检测更加“绿色、环保”，很有必要建立统一、高效、快速、通用、准确及稳定的HBCDDs的检测方法。本文采用超声萃取联合高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)，通过优化萃取溶剂、萃取时间、萃取次数以及检测仪器条件等，建立了可准确、可靠、简便检测电子电气产品聚合物中六溴环十二烷的方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

高效液相色谱质谱仪(日本岛津LCMS 2020，单级四极杆质谱)，配自动进样器、在线脱气机和柱温箱；TG16-Ⅱ超高速离心机(16 000 r/min，长沙平凡)；分析天平(0.01 mg，METTLER TOLEDO AG285)；D10-12氮气吹干仪(杭州奥盛)；超声波仪(超声频率40 kHz，超声功率400 W)。

甲酸、乙酸铵(分析纯，德国CNW)；甲醇(MeOH)、乙腈(ACN)、丙酮、正己烷、甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃(色谱纯，德国CNW)；实验室用水为Milli-Q超纯水(18.3 MΩ·cm，Millipore公司)；其它试剂均为分析纯。六溴环十二烷(含已知浓度的α，β，γ3种同分异构体)标准物质购于上海安谱科学仪器有限公司，纯度≥95%。

1.2 样品的制备

将电子电气产品拆解成各种材料样品，用剪刀或切割机(或其他方式)将样品制成小于10 mm×10 mm×10 mm小块，经液氮冷冻粉碎机粉碎成粒径小于1 mm的颗粒(过18目标准筛)，混合均匀。

1.3 样品的萃取

准确称取制备样品0.1 g(精确至0.000 1 g)，置于离心管中，加4 mL甲苯，在超声波仪中超声萃取15 min，以5 000 r/min离心5 min，上清液转移至另一样品管中；重复以上步骤2次，合并3次萃取液于同一样品管中，定容至100 mL容量瓶。检测前，取1 mL萃取液用轻柔氮气吹干，采用甲醇-水溶液定容至1 mL，旋涡振荡1 min，以16 000 r/min离心5 min后，取上清液，待测。如果试样中待测物的浓度超过标准曲线范围，可适当稀释后再测定。按照同样的程序，平行准备程序空白样品。

1.4 色谱-质谱条件

色谱条件：Athena C18-WP高效液相色谱柱(孔径100 Å，100 mm×2.1 mm，3 μm，德国CNW公司)，柱温30 ℃；流动相：甲醇-水溶液(88∶12，体积比)，等度洗脱；进样量5 μL；流速：0.25 mL/min。质谱条件：电喷雾电离负离子模式(ESI-)；喷雾(IS)电压3.5 kV；四极杆的DL，DC，RF电压由仪器调谐确定；离子源温度350 ℃；DL温度250 ℃；干燥氮气温度450 ℃，流速15 L·min-1；质谱采集时间10 min；监测离子：m/z640.5。

图1 优化流动相条件下HBCDDs的色谱图Fig.1 HPLC chromatogram of HBCDDs under optimized mobile phase (MeOH-water，88∶12)

2 结果与讨论

2.1 HPLC-MS检测条件的优化

采用水和甲醇、乙腈、四氢呋喃等有机溶剂作为HPLC-MS的流动相，同时结合甲酸、乙酸铵作为流动相的缓冲试剂对色谱分离条件进行研究。实验表明，乙腈有较好的洗脱能力，可减小HBCDDs的出峰时间，但3个异构体的分离效果不理想；四氢呋喃可以提高各异构体的分离度，添加甲酸及乙酸铵的水流动相，一定程度上也提高了稳定性和分离度，但复杂的流动相和添加剂会增加色谱柱使用前、后的平衡稳定时间。实验结果显示，使用混合溶剂、添加缓冲试剂后，色谱柱在使用前、后的平衡稳定时间增加了20 ～30 min，反之色谱峰则易出现分叉或拖尾；而以甲醇-水溶液作为流动相，随着甲醇比例的减小，HBCDD 3个同分异构体的出峰时间延后、分离度提高，当甲醇-水比例为88∶12时可以达到定性、定量检测的要求，其谱图如图1所示，色谱峰顺序为α，β，γ-HBCDD。

图2 萃取剂的优化Fig.2 Optimization of extraction reagentsA.MeOH,B.n-hexane,C.acetone,D.toluene, E.acetone-n-hexane(1∶1),F.acetone-MeOH(1∶1), G.toluene-MeOH(1∶1),H.THF

2.2 超声萃取条件的优化

在相同的萃取时间下，对0.1 g HBCDDs含量约6%的PP(聚丙烯)样品进行萃取研究，比对了甲醇、正己烷、丙酮、甲苯、丙酮-正己烷、丙酮-甲醇、甲苯-甲醇、四氢呋喃等有机萃取体系的萃取能力，结果如图2所示。甲苯的萃取能力最强，四氢呋喃、丙酮-正己烷、丙酮-甲醇、甲苯-甲醇次之。综合考虑方法的统一性和简便性，最终选择甲苯作为萃取溶剂。

使用4 mL甲苯作为萃取溶剂，考察了上述样品在不同萃取时间(5、10、15、20、25、30 min)下的色谱峰面积。结果表明单次萃取5 min已基本达到萃取饱和，此后延长萃取时间，萃取率无明显变化。为了保证不同样品的萃取效率，最终确定15 min为单次萃取时间。

使用4 mL甲苯作为萃取溶剂萃取上述样品，单次萃取时间为15 min，连续萃取5次，分别收集每一次的萃取液，比对了不同次数萃取后的色谱峰面积。结果表明经过3次萃取后，萃取率可达99%以上，因此最终确定萃取次数为3次。

2.3 质量保证与质量控制

配制α，β，γ-HBCDDs系列浓度的混合标准溶液，绘制标准曲线，结果如表1所示，其线性范围为50～5 000 μg/L，线性相关系数(r2)均大于0.999。分别以目标色谱峰信噪比的3倍和10倍响应所对应的浓度值确定方法检出限(MDLs)为1 mg/kg，定量下限(MQLs)为2～3 mg/kg(见表1)。方法的灵敏度满足相关法规中电子电气产品HBCDDs限值要求(1 000 mg/kg)。

使用加标样品(加标制样，含总HBCDDs含量分别为20 mg/kg和800 mg/kg)进行回收率实验，每个样品制备5个平行样，测定值与加标值吻合较好，加标回收率为88.3%～104.5%，相对标准偏差(RSD)为4.7%～4.5%(表2)，表明该方法准确度高，稳定性好。

表1 HPLC-MS检测的质量控制结果Table 1 The results of quality control with HPLC-MS analysis

y：response of HBCDDs in HPLC-MS;x：concentration of HBCDDs(μg/L)

表2 方法回收率和相对标准偏差(RSD，n=5)Table 2 Recovery and RSD(n=5) of the proposed method

2.4 实际样品的检测

在优化条件下，检测20个以上实际电子电气产品(包括线路板、电线、贴片电阻、仪表外壳、支撑材料等)中的HBCDDs，2个样品呈阳性，且均为发泡聚苯乙烯材料，含量分别为14.6 mg/kg和16 174 mg/kg，表明一些电子电气产品材料中存在HBCDDs。

3 结 论

本文建立了一种超声萃取联合高效液相色谱-质谱法测定电子电气产品聚合物中HBCDDs的分析方法。该方法试剂用量少，处理过程简便，耗时短，安全，稳定性和重现性好，准确度高，是一种快速、准确和有效的分析方法。实验结果表明，目前电子电气产品聚合物中仍存在一定的HBCDDs应用风险。

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[11] GB/T 29785-2013. Determination of Hexzbromocyclododecane in ELectrical and Electronic Products——Gas Chromatography-Mass Spectrometry. National Standard of People’s Republic of China (电子电气产品中六溴环十二烷的测定气相色谱-质谱联用法. 中华人民共和国国家标准).

Determination of Hexabromocyclododecanes in Polymers of Electrical and Electronic Products Using Ultrasonic Extraction Followed by LC-MS

CHEN Qiong,HUANG Qiu-xin*,JIANG Tao,CHOU Tian-shu,FANG Liang,WU Qin

(CEPREI Environmental Assessment and Monitoring Center, CEPREI Center of Electrical and Electronic Product Pollution Control, The 5th Electronics Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou 510610, China)

A high performance liquid chromatography -mass spectrometric(HPLC-MS) method was developed for the determination of hexabromocyclododecanes (HBCDDs, including alpha, beta, gamma, three isomers) in electrical and electronic products, by optimization of ultrasonic extraction time, extraction cycle and extraction solvent.In the optimal conditions,the sample was ultrasonically extracted with toluene for three times and each took 15 min.The extracts were combined and concentrated to dryness under nitrogen, then redissolved with methanol water solution.The calibration curves of HBCDDs were linear in the range of 50-5 000 μg/L, with correlation coefficients more than 0.999.The detection limits were all 1 mg/kg.The spiked recoveries were in the range of 88.3%-104.5%.The method was proved to be quick,simple,accurate and stable.It was successfully applied in the determination of HBCDDs in real samples, of which the detected samples were polystyrene.

electrical and electronic products；hexabromocyclododecanes(HBCDDs)；ultrasonic extraction; high performance liquid chromatography -mass spectrometry(HPLC-MS)

2017-02-16;

2017-03-28

国家标准研制项目(20132270-T-469)；广东省省级科技计划项目(2016A040403039)

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.07.017

O657.63；TQ314.248

A

1004-4957(2017)07-0929-04

*通讯作者：黄秋鑫，博士，高级工程师，研究方向：环境分析化学，Tel：020-87022187, E-mail：huangqx@ceprei.com; zhong-xian@163.com

实验技术