固相萃取小柱在纺织品禁用偶氮染料检测中的应用

赵昊，陈光杰

（浙江中纺标检验有限公司，浙江绍兴 312000）

偶氮染料是应用最广泛的一种合成染料，被广泛应用于纺织服装的染色中，在其他材料的染色中也被广泛应用。偶氮染料中的一部分产品在使用过程中经过还原后，会分解出对人体有致癌作用的芳香胺类物质，这些致癌物质在使用过程中会被人体吸收，进而引起癌变。因此，国际社会广泛关注此类物质的使用，并严格加以限制。我国于2003 年发布了GB 18401-2003《国家纺织产品基本安全技术规范》[2]，对我国境内生产销售的纺织产品中此类物质的使用加以限制。欧盟也在REACH 法规中对此类偶氮染料做出了明确的限量，加以管控[3]。此类物质检测方法的原理主要是通过连二亚硫酸钠对偶氮类染料进行还原裂解，进而释放出芳香胺类物质；然后通过溶剂萃取的方法，从水溶液中萃取脂溶性物质，经浓缩-定容后，用气相色谱-质谱（GC-MS）、液相色谱（HPLC）等方法分析还原产物中是否含有致癌作用的芳香胺。我国禁用的芳香胺类物质有24 种，欧盟为22 种，这其中有两种物质经过检测后会分解为其他两种目标物，4-氨基偶氮苯会分解为苯胺和1,4-苯二胺，导致无法检出[4]。其中，萃取方式是影响方法回收率的重要因素。早期是采用液-液萃取法，即用有机溶剂和水相直接混合萃取。这种方式简单易行，但由于样品本身的存在，会发生乳化现象而无法分离，从而导致无法进行有效的萃取。后来发展为今天所用的固-液萃取法。目前，主要使用硅藻土作为固定相，对目标物进行吸附后，用合适的溶剂（如乙醚、叔丁基甲基醚等）进行萃取-浓缩-定容后，使用GC-MS、HPLC-DAD 方法进行定量或定性。硅藻土填充柱存在以下问题：（1）硅藻土用量较大（20 g），会产生大量的固体废弃物；（2）需要用大量溶液进行洗脱（约80 mL），导致后续的浓缩过程时间较长，增加目标物分解的风险，且会产生较多的废液或废气。因此，本实验使用聚苯乙烯二乙烯基苯小柱作为替代品，寻求一种可替代的萃取方法用于禁用偶氮染料的检测。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

5975C 气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦；AL104 电子天平（感量0.1 mg），梅特勒-托利多；THZ-82 数显恒温水浴锅[（70±2）℃]，国华企业；ENVI-Chrom P 固相萃取小柱（250 mg/3 mL），美国Supelco[5]。

二氯甲烷、甲醇、乙腈均为色谱纯；连二亚硫酸钠、氢氧化钠均为分析纯；自配22 种芳香胺混标溶液（每种芳香胺浓度约为1 000 mg/L）；将混标溶液梯度稀释至20 mg/mL 作为测试液备用。22 种芳香胺如表1 所示，下文图中芳香胺序号同表1 所示。

表1 致癌芳香胺名称

1.2 萃取柱活化

分别用10 mL 的甲醇和10 mL 的三级水以约4 mL/min 的流速活化萃取柱后备用。

1.3 前处理

取1 mL 测试液放入17 mL 柠檬酸缓冲溶液（pH=6.0）中，再加入3 mL 连二亚硫酸钠溶液（200 mg/mL）。有研究表明[6]，反应液酸碱性对芳香胺类物质的回收率有着较大的影响。目前，常用的两种检测方法中，GB/T 17592-2011 中使用的是弱酸性反应液直接进行萃取；EN ISO 14362-1:2017 使用氢氧化钠将弱酸性反应液进行碱化处理。因此本研究分别对酸性和碱性溶液进行分析。

1.4 萃取条件优化

将“1.3”所得反应液冷却至室温后备用。根据参考文献[5-6]先设定以2 mL/min 流速上样，经氮吹20 min 干燥后，以5 mL 甲醇分两次洗脱，洗脱流速为2 mL/min，以此作为预设实验条件。分别对各影响因素进行研究。

1.4.1 洗脱液种类

根据固定相及目标物的极性，选择二氯甲烷、甲醇、乙腈3 种溶剂分别研究其洗脱效率，选择最佳洗脱液。

1.4.2 干燥处理方式

聚苯乙烯二乙烯基苯小柱属于反相萃取小柱，常用于萃取水溶液中的目标物。反相固相萃取所用的洗脱液往往都有一定水溶性，为了避免洗脱液含水，导致难以浓缩-定容，往往需要进行干燥处理。干燥主要有真空泵抽干和惰性气体吹干两种方法。使用真空抽干进行干燥后，芳香胺在空气中氧化会导致回收率下降，部分目标物无法检出。因此，选择惰性气体（氮气）进行吹干。实验中，选择氮吹10 min、20 min、30 min 后3 个样品分别进行萃取后进行测试，进一步优化氮吹时间。

1.4.3 上样/洗脱流速

上样时水溶液的流速和洗脱时洗脱液的流速会影响洗脱效率。根据柱体积，选择1 mL/min、2 mL/min、3 mL/min、4 mL/min、5 mL/min 的流速进行比较。先固定洗脱流速为2 mL/min，变化上样流速。再根据最佳上样流速，调整洗脱流速，进而选择最优的洗脱流速。

1.4.4 洗脱液体积

洗脱液体积过小，无法充分洗脱目标物；洗脱液过多，则浪费溶剂，且影响浓缩效率。固相萃取洗脱时，小体积多次洗脱优于大体积一次洗脱，因此选择2 次洗脱。洗脱液体积一般为柱容量的1.2～1.5 倍，因此选择3 mL、5 mL、8 mL 进行比较，并以联苯胺为目标物。洗脱液经氮吹浓缩，再用甲醇定容至2 mL 后进行仪器分析。

1.5 定量分析

用GB/T 17592-2011 推荐的气相色谱/质谱定性分析条件进行分析，使用外标法定量。由于使用标准物质进行检测，不进行同分异构体的确认。

1.6 两种萃取方法的比较

分别使用ENVI-Chrom P 固相萃取小柱和硅藻土柱进行测试，ENVI-Chrom P 固相萃取小柱条件为“1.4”实验所得最优参数，硅藻土柱用EN 14362-1:2017 参数进行测试。

1.7 实际样品中的应用

使用5 个已知检出的阳性样品进行两种萃取方法的比较。考虑到实际样品的反应液中有较多悬浮的纤维杂质，因此小柱样品在过柱前，用0.22 μm 的微孔滤膜对还原后的反应液进行过滤后过柱。

2 结果与分析

2.1 酸碱性对萃取效率的影响

酸/碱性溶液回收率对比结果如图1 所示。分别对酸/碱性反应液进行比较，使用碱性溶液进行萃取的回收率要优于酸性溶液进行萃取，这主要是因为芳香胺本身呈现碱性，在碱性条件下具有更好的稳定性；且碱性条件下的芳香胺与固定相的亲和性更强，从而提高了回收率。

图1 酸/碱性溶液回收率对比图

2.2 洗脱液的选择

不同洗脱液回收率如图2 所示。甲醇和乙腈的回收率比较接近，二氯甲烷略弱于甲醇和乙腈。但考虑到甲醇的毒性比二氯甲烷和乙腈要弱，因此后续实验选甲醇作为洗脱液。但由于甲醇本身的基质作用，目标物更容易发生分解，因此使用甲醇作为萃取液时，应快速操作，并做好保护避免氧化。

图2 不同洗脱液回收率对比

2.3 洗脱前干燥的影响

10 min 后的样品在后续的氮吹浓缩过程中难以吹干，导致无法准确定容。氮吹20 min、30 min 后的回收率基本一致，样品易浓缩-定容。这说明随着氮吹时间的延长，当水分基本驱除干净后，样品的回收率不会有明显的变化。因此，仅确定小柱干燥的时间即可，无需继续干燥。干燥时间和氮吹仪的流量有关，所确定的时间仅用来反应规律，以供参考。

2.4 上样/洗脱流速的影响

从表2 及表3 中可以看出，上样及洗脱流量在2 mL/min 以下时，目标物浓度均未发生明显变化。当流速达到3 mL/min 时，均出现明显下降。因此，选择2 mL/min 为最佳上样流速和最佳洗脱流速。该流速仅限本次试验条件下所用的柱容量，当使用其他柱容量的小柱时，会发生变化。

表2 上样流量对目标物含量的影响

表3 洗脱流量对目标物含量的影响

2.5 洗脱液体积的影响

从表4 数据可以看出，随着洗脱液体积的增加，洗脱效率有所提升，但5 mL 以后提升较小。3 mL时，洗脱不完全。因此选择5 mL 作为洗脱液的最佳体积。

表4 洗脱液体积与目标物萃取量

2.6 两种萃取方法的比较

如图3 所示，ENVI-Chrom P 固相萃取小柱的回收率与硅藻土柱基本接近，部分物质优于硅藻土柱。

2.7 实际样品测试

如表5 所示，在实际样品的检测中，在其他条件一致，仅更换萃取方式的前提下，使用ENVI-Chrom P 小柱与硅藻土填充柱两种萃取方法所得芳香胺的含量基本一致。可以认为，ENVI-Chrom P 小柱可以替代硅藻土填充柱用于纺织品禁用偶氮染料的检测。

表5 两种萃取方法在实际样品检测效果比较 单位：mg/kg

3 结论

用ENVI-Chrom P 小柱即聚苯乙烯二乙烯基苯小柱进行固相萃取，使用甲醇进行洗脱-浓缩-定容后具有与硅藻土填充柱相近的萃取能力,部分目标物的回收率甚至优于硅藻土填充柱。所有目标物回收率均能达到相关检测标准的要求。与硅藻土填充柱相比，聚苯乙烯二乙烯基苯小柱的选择性更佳，萃取后的样品杂质含量更低，可以获得更低的方法检出限。此外，小柱的体积远小于硅藻土填充柱，产生的固废更少，有利于实验室废弃物处置，降低固体废弃物处置的成本。使用小柱进行萃取所使用的溶剂量也更少，相比于传统方法对环境的污染也更小。但聚苯乙烯二乙烯基苯小柱的价格相对较高，限制了该技术的推广应用。随着生产工艺的成熟和国产替代产品的发展，该技术为纺织品禁用偶氮染料的检测提供了一种新的检测思路。