加速溶剂萃取-气相色谱/质谱法测定儿童服装中禁用偶氮染料分解产生的21种芳香胺

韩江红

（湖州职业技术学院，浙江湖州 313000）

偶氮染料是一种分子结构中至少含有1 个偶氮基的有机化合物，是在皮革、纺织品等的印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，销量约占市售染料的70%，多被用于纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶等的着色［1］。在厌氧条件下，偶氮染料能够还原分解产生芳香胺。经证实，其中有20 多种芳香胺经过活化作用能够改变人体的DNA 结构，从而诱发癌症［2］。因此，随着科技的进步以及人类健康意识、环保安全意识的提高，各国先后立法禁用可分解出致癌芳香胺的偶氮染料［3］。欧盟颁布的2002/61/EEC 号法令以及中国的GB 18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》，均明确规定禁用偶氮染料是纺织品常规必检项目之一［4］。

禁用偶氮染料定量检测的一般思路：将待测试样还原分解，检测分解产物中是否存在致癌芳香胺，以此反推该试样是否含有禁用偶氮染料［5-8］。相关检测标准有国内的GB/T 17592—2011《纺织品禁用偶氮染料的测定》、GB/T 23344—2009《纺织品4-氨基偶氮苯的测定》以及欧盟标准EN 14362：2012［9-11］。但是在检测过程中会使用大量有毒易挥发的有机溶剂，而且净化过程复杂，不利于批量样品检测［12-14］。在致癌芳香胺化合物的检测研究中，关于加速溶剂萃取法（ASE）的相关报道相对较少。ASE 是利用萃取池内的密闭空间，在升高温度和增大压力的条件下，用有机溶剂萃取的自动化方法。由于溶剂用量少、对各种复杂基质样品具有普适性、快捷高效等优点，在环境、食品分析等领域有着广泛、成熟的应用［4-5］。

本文以GB 18401 中规定的禁用染料分解出的21种致癌芳香胺为例，研究ASE 萃取技术在其前处理过程中的应用，并利用芳香胺在酸性条件下可转化成稳定的水溶性盐，在碱性条件下又转化为油溶性胺的特点进行反萃取净化，操作简单，净化效果好，同时优化了前处理条件，提高了回收率，从而建立了气相色谱-质谱法测定儿童服装中禁用偶氮染料分解的21 种芳香胺的方法，该方法对改进禁用染料检测的方案设计具有重要参考价值。

1 实验

1.1 试剂与仪器

试剂：丙酮（色谱纯）、甲醇（色谱纯）、乙酸乙酯（色谱纯）、叔丁基甲醚（色谱纯）、柠檬酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、氯化钠（分析纯）、连二亚硫酸钠（分析纯）（国药集团化学试剂有限公司），21 种芳香胺混合标准物质（德国DR.Ehrenstorfer公司）。

仪器：Thermo TSQ evo 8000 气相色谱/质谱仪［配备有电子轰击（EI）电离源，美国赛默飞世尔科技公司］，HH-1-6 型恒温水浴锅，ASE 350 加速溶剂萃取仪［美国戴安（中国）有限公司］，Milli-Q 超纯水仪（美国Millipore 公司），KL512J 数控氮吹浓缩仪，WH-3 型旋涡振荡仪，恒温水浴振荡器（北京国环高科自动化技术研究院）。

1.2 实验方法

1.2.1 溶液的配制

0.06mol/L 柠檬酸盐缓冲溶液（pH 6.0）：精确称取12.526 g柠檬酸和6.320 g氢氧化钠，纯水溶解并定容至1 000 mL。

芳香胺标准溶液：准确称取各芳香胺标准物质，用甲醇分别配制成1 000 mg/L 的储备溶液，在0～4 ℃下避光保存。

内标标准溶液：分别准确称取萘-d8、2,4,5-三氯苯胺、蒽-d10 标准物质，用甲醇配制成100 mg/L 的混合标准溶液，在0～4 ℃下避光保存。

1.2.2 样品前处理

将待测样品剪成小于5 mm×5 mm 的碎片，混匀。称取1.0 g（精确至0.01 g）试样，装入加速溶剂萃取池，以丙酮为萃取剂静态萃取6 min（系统压力10.3 MPa，120 ℃加热3 min，冲洗体积为萃取器体积的60%），循环3 次，萃取结束后将萃取液冷却至室温，浓缩至小于1 mL，加入10 mL 乙酸乙酯-叔丁基甲醚（体积比1∶1），并转移到50 mL 具塞离心管中，加入15 mL 预热到70 ℃的柠檬酸缓冲溶液，放入70 ℃恒温水浴振荡器中以350 r/min 振荡30 min，依次加入5 mL 200 mg/mL 连二亚硫酸钠溶液以及1.0 mL 30%氢氧化钠溶液，手动剧烈振摇2 min 后转入75 ℃超声波提取器中萃取15 min，静置分层，然后将有机相转入锥形瓶，无机相再用10 mL 乙酸乙酯-叔丁基甲醚（体积比1∶1）萃取2 遍，合并有机相。将有机相转入分液漏斗中，加入20 mL 饱和氯化钠溶液，用3 mol/L 盐酸溶液调节至pH 小于2，充分振荡、静置，保留水相。将水相用30%氢氧化钠溶液调节至pH 大于12，加入乙酸乙酯-叔丁基甲醚（体积比1∶1）3×15 mL，反萃取3遍，合并有机相，浓缩后用0.22 μm 有机纤维滤头过滤至进样瓶待测。

1.3 仪器条件

1.3.1 气相色谱

毛细管色谱柱：TG-5MS（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度：280 ℃；进样量：1.0 μL；载气：氦气（纯度大于99.999%）；载气流速：1.0 mL/min（恒流）；进样方式：不分流进样；升温程序：初始温度60 ℃，保持1 min，以8 ℃/min 升至220 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min 升至290 ℃，保持1 min。21 种芳香胺及内标SIM 色谱图如图1所示。

1.3.2 质谱

电子轰击源（EI）；离子源温度：240 ℃；离子化能量：70 eV；传输线温度：280 ℃；扫描模式：选择离子扫描（SIM）模式；其他质谱参数详见表1。

表1 21种芳香胺及内标替代物的定性定量离子

2 结果与讨论

2.1 精密度与回收率实验

对于禁用偶氮染料质量分数并非直接检测，而是通过测定偶氮染料还原裂解产生的芳香胺来实现。对纺织品中偶氮染料检测的前处理方法大多为先裂解后萃取，操作简单，回收率基本在70%以上，但是2,4-二氨基苯甲醚、邻甲苯胺和2,4-二氨基甲苯的回收率均较低，尤其是2,4-二氨基苯甲醚回收率仅能达到30%左右。本方法利用ASE 高温高压且快速稳定的特点，采用先萃取后裂解再净化的流程，不仅取得了满意的回收率和精密度，而且检测效率大大提升。由表2 可知，各物质在不同加标量下的回收率分别为66.5%～102.7%、68.6%～105.8%、71.2%～103.7%，其中2,4-二氨基苯甲醚、邻甲苯胺和2,4-二氨基甲苯回收率均达到65%以上，显著优于GB/T 19942—2005 和GB/T 17592—2011 的要求（2,4-二氨基苯甲醚的回收率应达到20%，邻甲苯胺和2,4-二氨基甲苯的回收率应达到50%，其他芳香胺的回收率应达到70%）。平行实验的RSD 为3.4%～11.9%，能满足分析要求。

表2 精密度与回收率试验结果（n=6）

2.2 偶氮染料萃取效果的影响因素

2.2.1 净化处理

试样经过ASE 高温高压萃取后，大量的有机质进入有机相，后续在碱性条件下裂解时会产生较多的杂质，给检测带来严重干扰。本方法利用胺类化合物在酸性条件下成盐且成盐后性质稳定，在碱性条件下成胺的特点，将裂解后含有芳香胺的萃取液先用3 mol/L 盐酸调节至pH 小于2，萃取保留水相，再用30%氢氧化钠溶液调节水相至pH 大于12 后反萃取。由图2 可以看出，调节pH 时使用酸碱过量原则有利于提高转化率，从而提高回收率，该方法净化效果好，能满足检测要求。

2.2.2 萃取温度和时间

由图3 可知，随着温度升高，偶氮染料的萃取效率提高，120 ℃时萃取效率趋于最大值，各物质回收率为68.6%～105.8%。

这是因为随着温度升高，偶氮染料分子热运动加剧，达到吸附平衡的时间缩短，因此能够在短时间内获得较高的萃取效率；但温度过高会破坏偶氮染料分子与萃取剂之间的亲和力，进而导致萃取效率降低。在120 ℃、系统压力10.3 MPa、循环3 次的条件下，改变静态萃取时间（6、9、12 min）进行萃取实验，结果表明：萃取时间对萃取效率影响不大，单次萃取6 min，回收率可满足实验要求。综合考虑，实验选择萃取温度120 ℃，静态萃取时间6 min。

2.2.3 萃取剂

偶氮染料裂解释放芳香胺，选择适当溶剂对芳香胺进行萃取是关键，本实验选择叔丁基甲醚、乙酸乙酯、正己烷和乙酸乙酯-叔丁基甲醚（体积比1∶1）进行比较。由图4 可以看出，乙酸乙酯-叔丁基甲醚（体积比1∶1）的萃取效率相对较高，各物质回收率为66.9%～102.4%。

萃取主要是基于相似相溶原理，在同时萃取多种组分时，因为各组分性质不同，使用单一萃取剂难以满足萃取所有组分的要求，而在将乙酸乙酯与叔丁基甲醚等体积混合以后，萃取溶液兼具2 种萃取剂的性质，能够同时高效率地萃取多种芳香胺。因此，实验最终选择乙酸乙酯-叔丁基甲醚（体积比1∶1）作为萃取剂。

2.3 标准曲线与检出限

21种芳香胺的线性方程、相关系数以及检出限如表3所示。

表3 21种芳香胺的线性方程、相关系数和检出限

按照仪器工作条件对1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 mg/L 的21 种芳香胺标准溶液进行测定，以各芳香胺的质量浓度为横坐标，对应的定量离子峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果表明：各化合物均在1.0～100.0 mg/L 质量浓度内与其对应的定量离子峰面积呈线性关系。在空白试样中添加低质量浓度的芳香胺混合标准溶液，平行测定7 次并计算相对标准偏差。由表3 可看出，本方法检出限为0.02～0.16 mg/kg，能够达到国家规定的检测要求（GB/T 17592—2011的测定底限是5 mg/kg，GB 18401—2003 的限量值是20 mg/kg）。

2.4 实际样品测定

依据实验方法，对15 份来自批发市场的儿童服装进行检测，筛选出阳性样品2 份，各自平行测定6次，结果如表4 所示。平行样的相对标准偏差均小于5.2%，能够满足检测要求。

表4 实际样品分析（n=6）

3 结论

加速溶剂萃取-气相色谱/质谱法将儿童服装产品中的禁用偶氮染料进行先萃取、再裂解，利用加速溶剂萃取高效、快速的特点，大大提高了2,4-二氨基苯甲醚、邻甲苯胺和2,4-二氨基甲苯的回收率。利用胺类化合物在酸性条件下可转化为稳定水溶性盐的特点进行酸碱反萃取净化，操作简单、回收率高，对于改进儿童服装中禁用偶氮染料分解的芳香胺的检测具有参考价值。