分散黑S-PN染料有害芳香胺假阳性溯源分析

沈海明，孙岩峰，茅文良，商李金

（1.浙江吉华集团股份有限公司，浙江杭州 311228；2.浙江方圆检测集团股份有限公司，浙江绍兴 312000）

部分偶氮染料因为在一定条件下可以被还原裂解形成具有致癌性的有害芳香胺而被禁用［1-2］。为从根源上确保纺织品质量安全，作为纺织品中有害物质重要来源之一的染料产品，芳香胺等有害物质的检测和控制已经引起高度关注［3-4］。GB 19601—2013《染料产品中23 种有害芳香胺的限量及测定》（以下简称“标准方法”）对多种芳香胺有严格限制，要求其质量分数不得超过150 mg/kg。某些染料从分子结构上分析不会裂解出有害芳香胺，但是检测时却呈阳性，原因可能是：（1）非芳香胺的裂解产物在检测过程中因高温等检测环境进一步反应转变成芳香胺，出现假阳性结果［5］；（2）存在芳香胺同分异构体［6］。分散黑S-PN 染料性能优良，但是作为一种常用的分散染料拼混商品，经常被检出对氯苯胺的假阳性结果。氯苯胺存在同分异构体对氯苯胺、邻氯苯胺和间氯苯胺，对氯苯胺是GB 19601—2013 限制的有害芳香胺。3 种同分异构体具有相近的保留时间和相似的质谱图，导致GC/MS 检测误判，出现假阳性的对氯苯胺检出，严重影响商品染料的研发、生产和销售。目前芳香胺同分异构体分离技术及鉴别方法的研究较多［7-9］，但是针对商品染料芳香胺同分异构体的来源分析研究相对较少。本文采用GC/MS 检测技术鉴别出分散黑S-PN 染料中的检出物为间氯苯胺，同时利用TLC 与LC/MS 检测技术确定分散黑S-PN 商品染料中的拼混分散染料，并且结合染料合成工艺推断分析间氯苯胺的来源，为该类偶氮染料中有害芳香胺的准确检测提供有力参考。

1 实验

1.1 试剂及仪器

试剂：三氯甲烷、乙腈（色谱纯），氢氧化钠、连二亚硫酸钠、柠檬酸、碳酸钠（分析纯），对氯苯胺、间氯苯胺、邻氯苯胺（Dr.Ehrenstorfer 公司），商品染料分散黑S-PN，分散橙44（O-44，分子式C18H15O2N6Cl）、分散红82（R-82，分子式C21H21O6N5）、分散蓝79（B-79，分子式C23H25O10N6Br）（商品染料，结构式如下）。

仪器：GC/MS QP2010Ultra（日本岛津公司），SY-2000 型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂），LC/MS 1290/6460（美国安捷伦公司），THZ-82A 型电热恒温振荡水槽（常州敦煌机械制造公司）。

1.2 样品预处理

按标准方法对S-PN、R-82、B-79、O-44 以及O-44 合成原料进行还原裂解预处理，供GC/MS 检测有害芳香胺；另取适量S-PN，加入乙腈和少许二级水，超声溶解，0.22 μm 微孔滤膜过滤，供LC/MS 分析。

1.3 检测条件

1.3.1 GC/MS 条件

色谱柱：DB-17MS（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度：250 ℃；柱温：50 ℃保持0.5 min 后以15 ℃/min 升温至260 ℃保持3.0 min；进样方式：不分流进样；载气He 流量：1.0 mL/min；离子源：EI（70 eV）；离子源温度：230 ℃；接口温度：280 ℃；采集方式：SCAN。

1.3.2 LC/MS 条件

色谱柱：Agilent Eclipse Plus C18 RRHD（1.8 μm 2.1 μm×100.0 mm）；流量：0.4 mL/min；进样量：1.0 μL；流动相：A 为水，B 为乙腈；梯度程序：0 min，A 70%、B 30%→40 min，A 30%、B 70%→45 min，A 10%、B 90%；离子源：ESI；气流量：11.0 L/min；毛细管：阳极4 000 V，阴极3 500 V；气温：350 ℃；喷雾器压力：45 psi；极性：阳极；采集方式：SCAN；质量采集范围：100～1 200 mg。

1.3.3 TLC 参数

硅胶60TLC 板：50 mm×100 mm；厚度：0.20～0.25 mm；展开剂：甲苯/四氢呋喃/正己烷（体积比5∶1∶1）。

2 结果与讨论

2.1 S-PN 还原裂解产物的确认

为验证分散黑S-PN 染料是否真正还原裂解出间/对氯苯胺，按标准方法在1.0 mL 6.5 mg/L 预处理S-PN 染料样液中分别加入0.2、1.0 mL 6.0 mg/L 对氯苯胺标准溶液，分别记为样液S-PN-1 和样液S-PN-2，采用纯物质对照法和叠加法比对分析对氯苯胺标准溶液加入前后的色谱图，结果见图1。

图1 气相色谱图比较

由图1 可知，S-PN 样液在保留时间5.422 min 处有一明显单峰。叠加法显示S-PN-1出现肩峰，S-PN-2 在5.422、5.445 min 处明显出峰，而对氯苯胺标样纯物质的保留时间为5.445 min。因此，采用保留时间为定性法可以确认5.422 min 处的出峰物质，即S-PN 染料的还原裂解产物并非对氯苯胺。

提取S-PN 的SCAN 图谱中保留时间5.422 min处的质谱图，结果见图2。根据表1中特征离子及其丰度比的匹配程度，出现对氯苯胺、间氯苯胺及邻氯苯胺3 个同分异构体，确认该处物质为对氯苯胺的同分异构体，即间氯苯胺或邻氯苯胺，但暂时无法利用质谱鉴别是前者还是后者。

图2 S-PN 图谱中保留时间5.422 min 处的质谱图

表1 氯苯胺同分异构体的MS 参数

氯苯胺的3 种同分异构体结构相似，质谱图几乎相同，无法通过质谱图进行鉴别。为鉴别保留时间5.422 min 处的质谱峰是间氯苯胺还是邻氯苯胺，采用标准方法中的色谱分析条件对3 种同分异构体标准品进行分离定性。由图3 可知，邻氯苯胺、间氯苯胺和对氯苯胺的保留时间分别为4.878、5.422、5.445 min，邻氯苯胺出峰较早，易于分离鉴别，间氯苯胺与对氯苯胺之间的分离度尽管较差，但是结合前述保留时间的定性结果，可以确认分散黑S-PN 染料在保留时间5.422 min处的还原裂解产物为间氯苯胺。

图3 氯苯胺同分异构体的分离色谱图

2.2 S-PN 染料组分分析

利用TLC 分析法，根据硅胶板上斑点的位置及其颜色，初步确定S-PN 染料由O-44、R-82、B-79 3种染料拼混而成（如图4 所示）。同时采用LC/MS 分析法进行验证确认，色谱图如图5 所示，各组分的质谱图如图6所示。

图4 S-PN 染料的TLC 色谱图

图5 S-PN 染料的LC/MS 色谱图

图6 S-PN 混拼组分质谱图

图6a是保留时间为21.343 min 组分质谱图，质荷比m/z383.20、405.20分别为O-44的［M+H］+以及［M+Na］+分子离子峰，而m/z385.10、407.20 为相应的同位素峰，丰度比约3∶1，原因可能是O-44 分子结构中有1个Cl原子。图6b是保留时间为26.402 min 组分质谱图，m/z440.20、462.20 分别为R-82 的［M+H］+以及［M+Na］+分子离子峰，R-82 分子结构中不含Cl 和Br原子。图6c 是保留时间为26.588 min 组分质谱图，m/z625.30、647.20 分别为B-79 的［M+H］+以及［M+Na］+分子离子峰，m/z627.30、649.20 为相应的同位素峰，丰度比约1∶1，原因可能是B-79 分子结构中有1个Br原子。

2.3 间氯苯胺来源分析

按照标准方法对分散黑S-PN 染料中的O-44、R-82、B-79 拼混组分分别进行芳香胺检测，由表2 可以看出，分散染料O-44 检出大量间氯苯胺，而R-82、B-79 都未检出有害芳香胺，表明分散黑S-PN 染料中的间氯苯胺源于O-44。

表2 O-44、R-82、B-79 染料检测结果

O-44主要由邻氯对硝基苯胺（CAS号121-87-9）和N,N-双氰乙基苯胺（CAS 号1555-66-4）反应合成，经历3 个阶段：（1）邻氯对硝基苯胺上的芳伯胺与重氮化剂亚硝酸（由亚硝酸盐和强酸反应生成）在低温下进行重氮化反应，生成邻氯对硝基苯重氮盐；（2）邻氯对硝基苯重氮盐与N,N-双氰乙基苯胺进行偶合反应生成O-44（合成工艺如下）；（3）O-44 与分散剂MF 聚萘甲醛磺酸钠盐（CAS 号9084-06-4）、水混合，研磨以减小粒径微粒化后变成稳定的分散体，喷雾干燥后成为商品染料［10］。从O-44 分子结构看，其在连二亚硫酸钠的还原裂解下，偶氮键可能被还原裂解而产生副产物，但不会形成间氯苯胺。

1 058 mg/kg 的检测数值表明间氯苯胺可能源于O-44 的合成原料或者副产物而不是其本身。为此，对邻氯对硝基苯胺、N,N-双氰乙基苯胺、分散剂MF 等原料按标准方法进行间氯苯胺测定，均未检出间氯苯胺。因此推测间氯苯胺可能来源于O-44 合成过程中产生的副产物。

O-44 合成的第1 步生成邻氯对硝基苯重氮盐。虽然在苯环重氮基邻位上含有极性较强的Cl，提高了重氮盐分子结构的稳定性，但是在重氮化过程中可能遇到光和热的作用，少量重氮盐分解，均裂生成间氯硝基苯［11］并残留于O-44 上。在有害芳香胺用标准检测方法预处理过程中，作为副产物的间氯硝基苯在连二亚硫酸钠的还原作用下，芳环上的硝基被还原成氨基，最终形成间氯苯胺产物，反应式如下：

3 结论

分散黑S-PN 染料中对氯苯胺检测存在假阳性结果，是氯苯胺的同分异构体间氯苯胺被检出所致。结合TLC 与LC/MS 技术分析，明确分散黑S-PN 拼混染料是由O-44、R-82、B-79 分散染料组成，证实间氯苯胺源于O-44染料，排除间氯苯胺源于O-44合成原料（邻氯对硝基苯胺、N,N-双氰乙基苯胺、分散剂）等的可能性，进一步推断间氯苯胺源于O-44 合成过程中形成的副产物间氯硝基苯（即重氮盐分解物）。