固相微萃取-顶空-气相色谱-质谱法测定美甲贴中6种挥发性有机物的含量

钟少芬，莫健文，刘煜平，张 玄，龚志超

(1.东莞理工学院 化学工程与能源技术学院，东莞523808;2.广东省特种设备检测研究院东莞检测院 东莞市特种设备检测技术服务中心，东莞523120)

近年来，美甲贴是在青年女性中颇为流行的一种指甲装饰品，但其成分却对美甲者带来一定的健康风险。制造商为了使美甲贴快速固化，通常会加入大量容易挥发的酮类和酯类化合物，这些化合物在挥发时容易产生令人不适的刺激性气味，对室内空气产生染污，美甲者在长期吸入的情况下，对神经系统可能产生危害，还对鼻黏膜有强烈的刺激性，增加美甲者患上呼吸道疾病、小产、胎儿发育异常及癌症的机率[1]。美国疾病控制与预防中心(CDC)的研究表明，美甲技师的肌肉骨骼疾病、皮肤问题、呼吸道刺激、头痛等病症，通常与工作场所空气质量较差有关[2]。REUTMAN 等[3]研究发现，美甲技师与正常人对照组的心肺功能差异和职业暴露有明确的相关性。

目前，萃取挥发性成分的方法主要有同时蒸馏萃取法、动态顶空萃取法、静态顶空萃取法、超声波辅助萃取法、水蒸馏法、溶剂萃取法和固相微萃取法等，以上方法各有利弊，在美甲贴中挥发性有害物质的测定研究过程中有许多阻碍因素[4-5]。固相微萃取-顶空-气相色谱-质谱法是一种无需溶剂，全自动性高，灵敏度高的分析方法，由于在整个提取过程中不使用任何有机溶剂，可以真实地反映样品中所含的挥发性有机物的化学信息[6-10]。该技术已在挥发性有机物的研究中获得广泛应用，但在美甲贴中挥发性有机物的研究上还鲜有报道。试验选择丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6种挥发性有机物为研究对象，一方面是因为美甲贴中的有害物质主要由这6种物质组成，总含量达到90%以上，这对测定美甲贴中的挥发性有机物具有良好的代表性;另一方面，响应值较高的乙苯及间二甲苯等挥发性有机物在指甲油中的测定已有相关报道[11]，试验不再进行研究。

本工作经过相关研究分析，对测定美甲贴中挥发性有机物的固相微萃取-顶空-气相色谱-质谱法进行技术改进，通过降低不利状况的影响，使其分析结果更加接近于美甲贴挥发性组分的真实情况，以期为研究美甲贴中不同挥发性有机物的整体信息和真实性评价提供一定的理论基础。

1 试验部分

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.1 仪器与试剂

7820A 型气相色谱仪;5977E 型质谱仪;Combi-xt PAL 型三合一多功能自动进样器;ATY124型电子天平。

6种挥发性有机物的混合标准储备溶液:1 000 mg·L－1，分别称取丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6 种标准品0.100 0 g，用甲醇溶解并转移至100 m L 容量瓶中，混合均匀，备用。

6种挥发性有机物的混合标准溶液:1 000μg·L－1，用甲醇将6 种挥发性有机物的标准储备溶液稀释为1 000μg·L－1的混合标准溶液。

6种挥发性有机物的混合标准溶液系列:分别移取6种挥发性有机物的混合标准溶液2，10，50，100，150，250μL于装有0.001 0 g聚乙烯膜的顶空瓶中，配制成2，10，50，100，150，250 ng的混合标准溶液系列。

3种市售美甲贴(产地分别为美国、韩国和中国);聚乙烯膜为基体;丙酮、正己烷、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、甲苯和乙酸丁酯等6种标准品均为色谱纯，且纯 度 分 别 为99.8%，99.3%，99.9%，99.9%，99.99%，99.99%。

1.2 仪器工作条件

1)顶空条件 孵化温度为36 ℃;孵化时间为15 min;振动器转速为300 r·min－1;固相微萃取温度为常温;样品萃取次数为10次;固相微萃取老化温度为300 ℃。

2)色谱条件 HP-VOC 色谱柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm);载 气 为 高 纯 氦 气(纯 度 为99.999%)，流量为1 m L·min－1;进样口温度为250℃;分流进样，分流比为10∶1;进样量为1 m L。柱升温程序:初始温度为40 ℃，保持5 min;以10 ℃·min－1的速率升温至150 ℃，保持2 min;再以15 ℃·min－1的 速 率 升 温 至250 ℃，保 持5 min。

3)质谱条件 电子轰击离子源(EI);电离能量为70 eV;离子源温度为230 ℃;选择离子扫描模式;扫描范围为35～300 amu。

其他质谱参数见表1。

1.3 试验方法

称取0.001 0 g美甲贴样品置于20 m L 螺口顶空瓶内，将从固相微萃取-顶空自动进样器中萃取到的挥发性有机物注入气相色谱-质谱仪中，按照仪器工作条件进行测定，使用标准谱库(NIST 2011)与标准物质相结合的方法进行定性分析，利用外标法进行定量分析。

2 结果与讨论

2.1 顶空条件的选择

2.1.1 孵化温度

试验考察了孵化温度对6种挥发性有机物响应值的影响，结果见图1。

图1 孵化温度对6种挥发性有机物响应值的影响Fig.1 Effect of incubation temperature on response values of the 6 volatile organic compounds

由图1可知:挥发性有机物的响应值随着孵化温度的升高而增大，这属于分子热扩散现象，扩散速率与温度成正比，但温度升高对挥发性有机物在萃取溶剂中的溶解与扩散产生不同的影响，且会加剧萃取溶剂本身的挥发，使得目标挥发性有机物易从样品中挥发，难以保留在萃取液中[11]。与此同时，试验主要考虑美甲贴在人体平均温度下对挥发性有机物的影响，因此，试验选择的孵化温度为人体的正常温度36 ℃。

2.1.2 孵化时间

试验考察了孵化时间对6种挥发性有机物响应值的影响，结果见图2。

图2 孵化时间对6种挥发性有机物响应值的影响Fig.2 Effect of incubation time on response values of the 6 volatile organic compounds

由图2可知:美甲贴中6种挥发性有机物的响应值随着孵化时间的延长而增加，且乙酸异丙酯和丙酮在孵化15 min后的增长速率比其他组分要大得多。顶空是将样品密封在一个容器中，在一定温度下放置一段时间使样品与样品上方气体达到平衡，分析样品上方气体成分的技术。如果某些组分的增长速率过快，容器内平衡时该组分就会占有较多的量，抑制了其他组分的扩散，导致其他组分的测定结果偏低。试验采用各组分增长速率相对一致的孵化时间，能让所有组分的测定结果更加准确，另外，较短的萃取时间对辛烷、乙酸乙酯、苯、甲苯、乙苯等弱极性小分子更有利[12]，试验选择的孵化时间为15 min。

2.1.3 振动器的转速

试验考察了振动器的转速对6种挥发性有机物响应值的影响，结果见图3。

由图3可知:振动器的转速对6种挥发性有机物响应值的影响不大，试验选择振动器默认设置的转速300 r·min－1。

2.1.4 样品萃取次数

试验考察了样品萃取次数对6种挥发性有机物响应值的影响，结果见图4。

图3 振动器的转速对6种挥发性有机物响应值的影响Fig.3 Effect of vibrator speed on response values of the 6 volatile organic compounds

图4 样品萃取次数对6种挥发性有机物响应值的影响Fig.4 Effect of extraction times of sample on response values of the 6 volatile organic compounds

由图4可知:6种挥发性有机物的响应值随着样品萃取次数的增多而增大;当样品萃取次数为10次时，6种挥发性有机物的响应值达到较大值;继续增大样品萃取次数，6种挥发性有机物的响应值增加缓慢。为了节省分析时间，试验选择的样品萃取次数为10次。

2.2 标准曲线与检出限

按照试验方法对6种挥发性有机物的混合标准溶液系列进行测定，以6种挥发性有机物的质量为横坐标，与其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。6种挥发性有机物均在2～250 ng内与其对应的峰面积呈线性关系，线性回归方程和相关系数见表2。

按照试验方法对低含量样品平行测定7次，计算标准偏差s，以3.14倍的标准偏差计算方法的检出限(3.14s)，结果见表2。

2.3 实际样品的测定

对样品1、样品2和样品3 等3个实际美甲贴样品进行加标回收试验，加标量分别为5，50，100，150，200 ng，按照试验方法对其平行测定7次，计算各化合物的回收率和测定值的相对标准偏差(RSD)，结果见表3。

表2 线性参数和检出限Tab.2 Linearity parameters and detection limits

实际样品的色谱图见图5。

一位女性使用了美甲贴后呆在20 m2的密闭空间内4 h，指甲上的美甲贴所释放出的挥发性有机物能让室内空气中总挥发性有机物质量浓度上升至0.69 mg·m－3，而根据国家标准GB/T 1883－2002规定室内空气的总挥发性有机物质量浓度不得超过0.6 mg· m－3，显 然 测 定 结 果 已 经 超 过 了 这一指标。在日常工作中，一般的办公室女性都工作8 h，在20 m2的工作环境里工作女性的人数一般为4个，而且在夏天大家都会在密闭的空调房里工作。在这些因素影响下，室内空气中总挥发性有机物实际质量浓度会更加高。在超标环境下工作肯定对人的健康带来不少的影响，增加人体患病的机率。

表3 精密度和回收试验结果(n＝7)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝7)

图5 实际样品的色谱图Fig.5 Chromatogram of the substantial sample

本工作采用固相微萃取-顶空-气相色谱-质谱法对美甲贴释放出的6种挥发性有机物进行测定，该方法简单、高效、准确。前处理过程与分析过程一体化，直接分析，操作简单，可为研究美甲贴释放出的挥发性有机物对人体危害提供科学的技术支持。