固相萃取净化-气相色谱-质谱法测定记号笔油墨中8种挥发性苯系物的含量

李长于,胡 丹,杨 铭,杨 凯

(浙江方圆检测集团股份有限公司,杭州310018)

记号笔是一种可在纸张、玻璃、瓷砖、布料、木材、金属、皮革、塑料和搪陶瓷等材料上书写作记号或标志的笔,常被用于阅读标记、教学演示、医疗和物流记号等,方便人们的工作需求。记号笔主要由笔头、墨水、储水芯、笔杆和笔套组成,按照书写介质墨水黏度材质不同来划分,记号笔分为油性记号笔和水性记号笔。在记号笔生产过程中,部分商家为了降低成本,有时会加入溶解性更好的有机溶剂来增强记号笔笔芯的书写流畅性,而这些原料往往会含有过量的苯系物,在书写过程中散发出刺鼻性气味,随着使用人员的呼吸而进入体内。苯系物通常包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、异丙苯和苯乙烯等化合物,是重要的化工原料,被广泛应用于建筑、装饰、染料和合成橡胶等方面。研究表明,苯系物毒性很大,是一类具有强烈致癌性的物质,会引起人体造血和免疫机能损伤,甚至可能会引发白血病,严重威胁人类健康。近年来,国内外对苯系物的文献报道主要集中在空气[1]、水体[2-5]、土壤[6-7]、胶黏剂[8]、涂料[9-11]、塑料[12]和文具用品[13-16]等方面。目前,苯系物的检测主要采用顶空、吹扫捕集、热脱附、顶空固相微萃取和溶剂萃取等前处理方式,结合气相色谱法或气相色谱-质谱法进行测定。

目前,我国对记号笔中的苯系物无相关的检测标准,而强制性国家标准GB 21027－2007《学生用品的安全通用要求》中列出的限量要求及检测方法主要是针对胶黏剂产品中的苯、甲苯和二甲苯,而对记号笔油墨中的相关苯系物并无相关限量要求和检测方法。

鉴于记号笔的广泛使用和潜在风险性,本工作利用有机溶剂涡旋稀释样品,并通过固相萃取柱净化杂质,建立了气相色谱-质谱法测定记号笔油墨中8种挥发性苯系物(苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、异丙苯、邻二甲苯和苯乙烯)含量的分析方法。该方法操作简单、准确,适用于记号笔油墨中苯系物的快速测定。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

7890A GC/5975C MSD型气相色谱-质谱联用仪,配Chemstation数据处理系统;Waters 20孔型固相萃取装置;HLB固相萃取柱(500 mg/6 mL)。

8种挥发性苯系物的单标准储备溶液:1 000 mg·L－1,分别称取各苯系物标准品10 mg,用乙酸乙酯溶解并转移至10 mL容量瓶中,用乙酸乙酯定容,混合均匀。

8种挥发性苯系物的混合标准溶液:10 mg·L－1,分别移取8种苯系物的单标准储备溶液0.5 mL于50 mL容量瓶中,用乙酸乙酯稀释至刻度,混合均匀。

苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、异丙苯、邻二甲苯和苯乙烯等8种挥发性苯系物标准品(纯度均大于99%),乙醇为分析纯。

1.2 仪器工作条件

1)色谱条件 HP-INNOWax毛细管色谱柱(60 m×320μm,0.25μm);进样口温度为150℃;载气为氦气,纯度为99.999%;流量为1.3 mL·min－1;分流进样,分流比为5∶1;进样量为1.0μL。柱升温程序:初始温度为35℃,保持5 min;以5℃·min－1的速率升温至100℃;再以30℃·min－1的速率升温至220℃,保持1 min。

2)质谱条件 电子轰击离子源(EI);离子源温度为230℃,四极杆温度为150℃;选择离子监测(SIM)模式;全扫描模式,质量扫描范围为29～100 amu;溶剂延迟7.5 min。8种挥发性苯系物的质谱参数见表1,其中“∗”为定量离子。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.3 试验方法

取出记号笔中的笔芯,挤压笔芯,得到记号笔笔芯中的油墨。称取油墨0.200 0 g于装有少量乙酸乙酯的玻璃比色管中,用乙酸乙酯稀释至5.0 mL,立即封盖,涡旋2 min,将提取液过HLB固相萃取柱(柱子使用前用5 mL乙酸乙酯活化),并用4 mL乙酸乙酯分2次润洗比色管。将润洗液倒入萃取柱中,收集所有流出液,用乙酸乙酯定容至10.0 mL,所得溶液经过0.22μm有机滤膜过滤,按照仪器工作条件对其进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

按照仪器工作条件对2 mg·L－1的8种挥发性苯系物的混合标准溶液进行测定,色谱图见图1。

图1 8种挥发性苯系物混合标准溶液的色谱图Fig.1 Chromatogram of mixed standard solution of the 8 volatile benzene homologues

2.2 提取溶剂的选择

试验分析的苯系物属于挥发性有机物,采用超声方法对样品进行提取时会对苯系物的提取效率产生影响,为了简化操作过程,同时获得较高的提取效率,试验采用向样品中加入有机溶剂稀释并涡旋振荡的方式对样品进行提取。根据目标物的性质,试验考察了甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮和四氢呋喃等6种有机溶剂对实际样品中6种挥发性苯系物的提取效果,结果见图2。

由图2可知:丙酮对样品中的6种挥发性苯系物提取效率最高,乙酸乙酯次之,但考虑到丙酮对人体的毒性更大,且两者提取效率相差不大,试验选择乙酸乙酯作为样品的提取溶剂。

2.3 固相萃取柱的选择

图2 不同的提取溶剂对6种挥发性苯系物的提取效果Fig.2 Efficiency of different extraction solvents on the extraction of the 6 volatile benzene homologues

记号笔中的油墨基质较复杂,会含有色素等物质,如果不经固相萃取柱净化直接用滤膜过滤后进样,会对仪器进样口造成较大的污染,影响目标物的测定,因此,试验采用固相萃取柱对提取液进行净化处理。试验比较了填充料分别为弗罗里硅土(Florisil)、硅胶(Si)、C18、HLB 和石墨化碳黑(GCB)的5种固相萃取柱对阳性样品提取液中6种挥发性苯系物的净化效果,结果见图3。

图3 不同填充料的固相萃取柱对6种挥发性苯系物的净化效果Fig.3 Purification effect of solid phase extraction columns with different packing materials on 6 volatile benzene homologues

由图3可知:HLB固相萃取柱的净化效果最好,可能是由于HLB固相萃取柱采用的填料是亲水亲脂的二乙烯苯-N-乙烯基吡咯烷酮聚合物,兼顾性最好。试验采用的净化柱为HLB固相萃取柱。

2.4 色谱柱的选择

试验考察了HP-INNOWax毛细管色谱柱(60 m×320μm,0.25μm)、HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×250μm,0.25μm)和VF-1301MS毛细管色谱柱(30 m×250μm,1.0μm)对8种挥发性苯系物分离效果的影响,结果见图4。

由图4可知:沸点相近的对二甲苯和间二甲苯在HP-5MS毛细管色谱柱和VF-1301 MS毛细管色谱柱上作为共流出物出峰,且邻二甲苯和苯乙烯也未能被完全分离;而8种挥发性苯系物在HPINNOWax毛细管色谱柱上分离度良好。试验选择HP-INNOWax毛细管色谱柱作为分离柱。

2.5 标准曲线和检出限

用乙酸乙酯将10 mg·L－1的混合标准溶液逐级稀释,配制0.1,0.2,0.5,1.0,2.0,5.0 mg·L－1的8种挥发性苯系物混合标准溶液系列,按照仪器工作条件进行测定,以8种挥发性苯系物的质量浓度为横坐标,与其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果表明:8种挥发性苯系物的质量浓度均在0.1～5.0 mg·L－1内与其对应的峰面积之间呈线性关系,线性回归方程和相关系数见表2。

以3倍信噪比计算方法的检出限(3S/N),结果见表2。

图4 8种挥发性苯系物的混合标准溶液在3种不同毛细管色谱柱上的色谱图Fig.4 Chromatograms of mixed standard solutions of the 8 benzene homologues on 3 different capillary chromatographic columns

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

2.6 精密度和回收试验

按照试验方法对阴性样品进行5.00,10.00,50.00 mg·kg－1等3个浓度水平的加标回收试验,每个加标样品平行测定5次,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

由表3可知:8种苯系物的回收率为79.8%～114%,RSD为0.20%～11%,能够满足分析要求。

2.7 样品分析

按照试验方法对从网上商店购买的52批次(其中有1个批次样品含24种颜色,1个批次样品含20种颜色,还有2个批次样品含12种颜色)总共116支记号笔样品进行测定。结果发现:有43批次的样品中检出了挥发性苯系物,样品中挥发性苯系物的检出率为76.9%,质量分数为0.33～3.49×104mg·kg－1,具体见表4。

表3 精密度和回收试验(n＝5)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝5)

编号为S17-3的实际样品的色谱图见图5。

表4 样品分析结果Tab.4 Analytical results of the samples mg·kg－1

表4 (续)mg·kg－1

表4 (续)mg·kg－1

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

记号笔使用范围广,市场需求量大,而挥发性苯系物作为高风险因素可能存在于记号笔油墨中,在使用时对人体造成的安全隐患应引起重视,有必要建立检测标准对此类产品进行监管。本工作建立的方法简便快捷,准确度高,检出限低,具有较高的实用价值,样品只需利用溶剂涡旋提取,固相萃取柱净化后直接上机测定,适用于检测机构大批量样品的分析。