4-氨基偶氮苯在乙腈-盐双水相系统中的萃取

丁力进， 孙 峰， 顾 伟

(1. 苏州市纤维检验所， 江苏 苏州 215128； 2. 国家丝绸及服装产品质量监督检验中心， 江苏 苏州 215128)

4-氨基偶氮苯是纺织品中禁止使用的致癌芳香胺之一，国内常用的检测方法是根据GB/T 23344—2009《纺织品 4-氨基偶氮苯的测定》，采用不溶于水的乙醚作为有机相，经45 min机械振荡后萃取4-氨基偶氮苯，这种异相萃取传质速率较低[1]，萃取时间长，造成乙醚挥发和环境污染，结果准确性降低。

双水相萃取(ATPE)是指混合2种不同的亲水性物质，通过改变物理条件，利用目标物在2种亲水性物质间的分配系数不同进行萃取[2-3]。近年来，双水相萃取经过快速发展，已在检测行业广泛应用[4-5]，其特点是环保、快速、节约和操作简单[6]。双水相萃取中的有机相与水溶液充分接触，从而提高了目标物质的传质速率和萃取效率，缩短了萃取时间。

本文以乙腈作为有机相，研究不同无机盐及其加入量、乙腈加入量、氢氧化钠质量分数等条件对乙腈萃取率和4-氨基偶氮苯回收率的影响规律，筛选出最优双水相系统，以期为纺织品中4-氨基偶氮苯的环保、高效检测提供参考。

1 试验部分

1.1 材料与试剂

由印染企业提供的含4-氨基偶氮苯的试样。

氢氧化钠、氯化钠、连二亚硫酸钠(保险粉)、碳酸钾、氯化钠、磷酸氢二钾、硫酸钠、磷酸，均为分析纯，乙腈(色谱纯)，4-氨基偶氮苯(纯度为99.9%)。

1.2 测试方法

1.2.1样品处理

对试样直接进行还原处理：取1 g(精确至0.01 g)棉、毛样品置于反应器中，加入9 mL质量分数为2%的氢氧化钠溶液，置于(40±2 ℃)水浴锅中保温10 min；加入1 mL保险粉(200 mg/L)，保温30 min后取出，迅速冷却至室温；加入4 mL乙腈，摇匀；加入4 g碳酸钾，振荡完全溶解，然后静置；待完全分层，取上层液过滤后进行液相分析。

试样经萃取后再处理：取1 g(精确至0.01 g)涤纶样品，用无色纱线扎紧，置于萃取装置中；采用二甲苯蒸馏过滤30 min，减压蒸馏驱除过滤液近干；用1 mL乙腈溶解残留物，加入(40±2)℃质量分数为2%的氢氧化钠9 mL，加入1 mL(200 mg/L)保险粉，保温30 min后取出，迅速冷却至室温；加入3 mL乙腈，摇匀；加入4 g碳酸钾，振荡完全溶解，然后静置；待完全分层，取上层液过滤后进行液相分析。

1.2.2仪器及分析条件

仪器：液相色谱-光电二极管阵列(HPLC-PDA)，恒温振荡器，摩尔环境实验超纯水机，艾本德移液器。

色谱柱：VP-ODS C18150 mm×4.6 mm/5 μm。

流动相：A为乙腈，B为0.1%磷酸(体积分数)。梯度(体积分数)：流动相A为60%，流动相B为40%。流速为1 mL/min，柱温为40 ℃，检测波长为380 nm，进样量为20 μL。

1.3 无机盐选择试验

取10 mL质量分数为2%的氢氧化钠溶液，加入1 mL标准溶液，再加入3 mL乙腈，然后分别加入不同量的氯化钠、碳酸钾、磷酸氢二钾、硫酸钠，振荡，待无机盐完全溶解后，静置至完全分层，取上层液过滤后进行液相分析。根据乙腈的萃取率和4-氨基偶氮苯的回收率进行分析，选取恰当的无机盐及其加入量。

1.4 双节线的绘制

常温、常压条件下，选取试验用无机盐，采用浊点法成相临界点[7-8]。试验方法如下：取10 mL质量分数为50%的试验用无机盐，逐滴加入乙腈，振荡，至溶液刚好出现浑浊，逐滴加入去离子水，至刚好浑浊消失。同样方法加入乙腈，至刚好浑浊，判定为临界点。依照该方式反复操作，计算出每次乙腈和无机盐所占质量分数，以无机盐质量分数为横坐标，乙腈质量分数为纵坐标绘图，即得到该无机盐的双水相图。

2 试验结果与分析

2.1 无机盐选择

在25 ℃，标准大气压条件下，选用氯化钠、碳酸钾、磷酸氢二钾、硫酸钠4种无机盐，乙腈作为亲水有机相，根据乙腈萃取率和4-氨基偶氮苯回收率讨论无机盐的影响。

4-氨基偶氮苯需要在碱性条件下进行反应，本文选取2%的氢氧化钠作为反应溶液进行无机盐分析。盐加入量与4-氨基偶氮苯回收率关系见图1。

图1 盐加入量与4-氨基偶氮苯回收率的关系Fig.1 Relationship between dosage of salt added and recovery rate of 4-Azobenzene

从图1可看出，随着氯化钠、硫酸钠、磷酸氢二钾、碳酸钾加入量的增加，4-氨基偶氮苯的回收率呈先迅速升高后变化平缓趋势。硫酸钠加入量为2 g时，4-氨基偶氮苯的回收率达到最大，为91.43%；此后随加入量的增大，4-氨基偶氮苯的回收率略有降低；当加入量达到3 g时，出现结晶。氯化钠加入量为2 g时，4-氨基偶氮苯的回收率达到最大，为100%；之后随氯化钠加入量的增加，回收率呈下降趋势，稳定性较差；当氯化钠加入量达到4 g时，出现结晶。碳酸钾、磷酸氢二钾在2～5 g范围内变化缓慢，分别在4、2.5 g时回收率达到最大，分别为106.6%和99.06%。

乙腈的萃取率是指从双水相系统中萃取出的乙腈占乙腈加入量的百分比[9]。盐加入量与乙腈萃取率的关系见图2。可看出，随盐加入量的增加，乙腈的萃取率呈现先逐渐增大后逐渐达到平衡的趋势。当氯化钠、硫酸钠、碳酸钾、磷酸氢二钾加入量分别为3、2.5、4、4.5 g时，乙腈萃取率达到最大，依次为64%、88%、101.6%、95%，表明氯化钠、硫酸钠、磷酸氢二钾均不能完全萃取乙腈。

图2 盐加入量与乙腈萃取率的关系Fig.2 Relationship between dosage of salt added and extraction rate of acetonitrile

综上可见：氯化钠较少的加入量即可实现4-氨基偶氮苯的完全回收，但稳定性差，对乙腈萃取率低；硫酸钠对4-氨基偶氮苯和乙腈均不能完全回收；磷酸氢二钾能完全回收4-氨基偶氮苯，但不能完全萃取乙腈。氯化钠、硫酸钠、磷酸氢二钾均不适合作为该双水相无机盐，而碳酸钾对4-氨基偶氮苯和乙腈均可完全回收，所以本文选取碳酸钾作为萃取系统无机盐。加入4 g碳酸钾时，4-氨基偶氮苯的回收率和乙腈萃取率均达到最大，故最佳加入量为4 g。

2.2 氢氧化钠质量分数选择

双水相受pH值的影响较大，由于4-氨基偶氮苯在碱性条件下反应，不考虑酸性条件对双水相的影响，本文用氢氧化钠质量分数大小表示溶液pH值的高低，选取10 mL质量分数为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的氢氧化钠作为试验水相，加入1 mL标准溶液，再加入3 mL乙腈、4 g碳酸钾，待碳酸钾溶解，且乙腈完全分层后进行测试。根据乙腈的萃取率和4-氨基偶氮苯的回收率，探讨氢氧化钠质量分数对该双水相系统的影响，结果如图3所示。

图3 乙腈萃取率、4-氨基偶氮苯回收率与氢氧化钠质量分数的关系Fig.3 Relationship between mass fraction of NaOH and extraction rate of acetonitrile, recovery of 4-aninoazobene

从图3可看出：氢氧化钠质量分数在0、0.5%、1.0%、1.5%、2%、2.5%时，乙腈萃取率依次为99.5%、99%、101%、100.5%、100.5%、100%，相对标准偏差为0.74%，萃取率变化较小，系统中碱性条件对乙腈萃取率影响较小，不作为氢氧化钠质量分数选择依据。氢氧化钠质量分数由0增大至1%时，4-氨基偶氮苯的回收率由3.41%迅速提高至88.71%；随氢氧化钠质量分数增大，提高速率变小，在2%时回收率达到最大，为101.42%；氢氧化钠质量分数持续增加，回收率降低。故选取质量分数为2.0 %的氢氧化钠溶液。

2.3 碳酸钾双节线绘制

图4示出碳酸钾的双水相图。可看出，乙腈/碳酸钾双水相系统中，有机相富含乙腈，无机相富含碳酸钾，乙腈和碳酸钾较大质量分数范围内成相能力较强，且保持一定配比，与文献[10]研究相符。

图4 碳酸钾双水相系统图Fig.4 Aqueous two phase system of K2CO3

2.4 乙腈用量选择

取10 mL 2%的氢氧化钠溶液，分别加入不同量的乙腈，然后加入4 g碳酸钾，待碳酸钾完全溶解，根据乙腈的萃取率判断乙腈的用量。

乙腈用量和其萃取率的关系见图5。可看出：乙腈用量从0增加到4 mL，萃取率开始迅速提高，并且在4 mL时，萃取率达到最大值，为102%；乙腈用量继续增加，萃取率基本不变。根据节约原则，乙腈加入量选用4 mL。

图5 乙腈用量和萃取率的关系Fig.5 Relationship between dosage and extraction rate of acetonitrile

2.5 线性范围及检出限

4-氨基偶氮苯在0～20 mg/kg范围内具有良好的线性，其线性方程为Y=144 119X+12 295.3，线性相关系数R为0.999 9。

依照乙腈/碳酸钾双水相方法，进行多次空白样试验(20次)。检出限公式[11]为

依照该公式计算出乙腈/碳酸钾双水相方法检出限为0.036 mg/kg。

2.6 回收率与萃取率和精密度

选取棉、毛、涤纶3种试样进行加标回收试验，加标量为20 mg，每个试样进行3次平行试验，测试结果见表1。可看出：4-氨基偶氮苯的回收率为89.71%～101.60%，棉、毛、涤纶3种试样相对标准偏差分别为1.40%、3.86%、2.30%；乙腈萃取率为96.25%～101.00%，3种试样相对标准偏差分别为1.27%、0.74%、0.63%。可见，乙腈/碳酸钾双水相方法的回收率、萃取率、精密度均较好。

3 样品测试

对棉、毛、涤纶3种试样，分别进行双水相测试和根据GB/T 23344—2009《纺织品4-氨基偶氮苯的测定》测试，每种试样进行3次平行试验。对比2种方法，测定结果见表2。可看出，采用双水相测试方法棉、毛、涤3种试样中4-氨基偶氮苯的含量和相对标准偏差，均优于GB/T 23344—2009测试方法。

表1 方法的回收率、萃取率及精密度(n=3)Tab.1 Recovery rate, extraction rate and precision of method (n=3)

表2 样品中4-氨基偶氮苯的测试结果(n=3)Tab.2 Results of 4-aminoazobene in samples(n=3)

4 结束语

本文根据4-氨基偶氮苯的回收率和乙腈的萃取率，考察了氯化钠、硫酸钠、磷酸氢二钾、无水碳酸钾4种无机盐的成相能力，同时分析双水相系统中氢氧化钠的质量分数和乙腈的用量，得到4-氨基偶氮苯萃取效果最佳的双水相体系：乙腈/碳酸钾双水相体系。该方法具有良好的检出限、回收率、萃取率和精密度；根据毛、棉、涤纶3种试样分析，该方法优于GB/T 23344—2009《纺织品 4-氨基偶氮苯的测定》，可应用于纺织品中4-氨基偶氮苯的分析。

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