高效液相色谱法测定纺织品中的偶氮二甲酰胺质量浓度

李成发，王成云，林君峰，杨 楠，谢堂堂

（1.深圳海关工业品检测技术中心，广东 深圳 518067；2.深圳职业技术学院应用化学与生物技术学院，广东 深圳 518000）

偶氮二甲酰胺（azodicarbonamide，ADC）是一种发泡剂，可用于瑜伽垫、橡胶鞋底等橡胶制品的生产，增加产品的弹性；也可用于改善面团的弹性、韧性，显著增强面团筋力［1］。ADC 在湿润条件下可转化为联二脲，联二脲在高温下可转化为氨基脲（semicarbazide，SEM），而SEM 具有致癌、致突变作用［2］，过量摄入ADC 时，可导致过敏和气喘［3］。因此，欧盟指令2004/1/EU 要求暂停使用ADC，欧洲化学品管理局（ECHA）于2012 年12 月19 日将ADC 列入第8 批高度关注物质（SVHC）清单，生态纺织品标准STANDARD 100 by OEKO-TEX（2019 版）规定生态纺织品中ADC的质量分数不得超过1 000 mg/kg［4-5］。截至2018 年，ECHA 对14 起含有ADC 的轻纺产品进行了通报。现已有大量文献采用分光光度法、电化学分析法、红外光谱法（IR）、Raman 光谱法、高效液相色谱-二极管阵列法（HPLC-DAD）、高效液相色谱-串联质谱法（HPLC-MS/MS）对面粉、发泡材料中的ADC 进行了测试［6-27］，但尚未见文献报道对纺织品中的ADC 进行测试。本实验建立了1 个HPLC 方法对纺织品中的ADC 进行测试。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：N,N-二甲基乙酰胺（DMA，天津市永大化学试剂有限公司），偶氮二甲酰胺（ADC，纯度97.0%，Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司），甲醇（美国Tedia 公司）；自制阳性样品，从市面上购买经测试不含ADC 的样品，选取天然植物纤维（以棉衬布、麻衬布作为代表）、天然动物纤维（以桑蚕丝衬布作为代表）、人造纤维（以涤纶衬布作为代表）以及聚氨酯（PU）人造革，分别采用浸渍-烘焙法制备了5 个不同ADC 质量浓度水平的阳性样品，供萃取条件优化实验用。

仪器：Shimadzu LC-20AD 高效液相色谱仪（配置二极管阵列检测器，日本Shimadzu公司），AS 7240BDT超声波清洗器（美国Auto Science 公司），QYB-3 自动制样机（中山市启元机械科技有限公司），TD5A-WS离心机（转速不低于4 000 r/min，0.22 μm 聚四氟乙烯滤膜（德国Membrane 公司），离心机（长沙湘仪仪器有限公司）。

1.2 标准工作液的配制

用DMA 将ADC 配制成104.80 g/mL 的标准储备溶液，移取一定量的标准储备溶液，用40%的DMA水溶液进行稀释，得到系列质量浓度（20.96、10.48、5.24、2.10、1.05、0.52、0.21、0.10、0.05、0.02 g/mL）的标准工作液。

1.3 样品前处理

按照样品取样规则，选取具有代表性部位的样品，裁成约5 mm×5 mm 的碎片，混匀。用分析天平准确称取上述试样1.0 g，置于50 mL 提取器中，加入20 mL DMA，于40 ℃下超声萃取20 min，将萃取液转移至100 mL 烧杯中。用20 mL DMA 重复萃取1 次，合并萃取液。在搅拌下缓慢加入60 mL 水后继续搅拌2 min。混合液离心分离至少10 min，将上层溶液转移至100 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，取部分样液，经滤膜过滤后供HPLC 测定。必要时，先进行适当稀释。

1.4 分析条件

Agilent Eclipse XRD-C18色谱柱（250.0 mm×4.6 mm×5.0 m），流速0.8 mL/min，柱温25 ℃，检测波长244 nm。梯度洗脱，0.00～4.00 min 时，流动相为100%水；5.00 min 时，流动相线性递变为甲醇水溶液（体积比30∶70），保持至11.50 min；然后流动相变为100%水，并保持至21.00 min。

2 结果与讨论

2.1 超声萃取条件的优化

纺织品中残留整理剂通常可采用索氏萃取、超声萃取、微波萃取、加速溶剂萃取等方法进行提取。索氏提取法费时费力，检测通量小，已渐渐不被采用；加速溶剂萃取法所需设备昂贵，普及性不高；ADC 受热易分解，不适合采用微波萃取技术进行萃取，因此采用超声水浴萃取法来萃取ADC。

ADC 具有强极性，微溶于水、醇、醚等试剂，易溶于二甲亚砜（DMSO）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和DMA。DMSO 比较黏稠且极易渗入皮肤，故不考虑使用DMSO 作为提取溶剂。DMF 和DMA 对ADC 均有较好的提取效果，但DMF 会严重干扰ADC 的测定，DMA 则对ADC 的测定无影响，因此采用DMA 作为提取溶剂。

DMA 能溶解丙烯腈共聚物、乙烯系树脂、纤维素衍生物、苯乙烯树脂、线性聚酯树脂、聚氨酯、聚氯乙烯等。当纺织品中有上述成分时，会被DMA 溶解而进入萃取液中。萃取液与水混合后，溶解的有机物被沉淀下来。考察不同比例DMA 水溶液的沉淀效果，结果发现：随着DMA 水溶液中水的比例上升，沉淀效果明显增加，当水的质量分数达到60%后，被溶解的聚合物完全被沉淀下来。

按照正交设计规则，考察萃取温度（A）、萃取时间（B）和萃取溶剂体积（C）对萃取效率的影响［28-29］。首先考察单一因素变化情况下，各因素对萃取效率的影响，得出单一因素下的最优萃取条件。

考察萃取时间对萃取效率的影响，选取5 个自制阳性样品（棉1#，亚麻2#，蚕丝3#，涤纶4#，PU 人造革5#），在20 mL DMA 为萃取溶剂、40 ℃的条件下，以时间步长为5 min，从5 min 萃取到60 min，共萃取12 个不同时间，分析在不同萃取时间下萃取效率的变化。经实验可知，随着萃取时间的延长，1#、2#、3#、4#、5#样品的萃取量均逐渐增加并分别在20、25、20、30、25 min 时达到最大值。各样品达到最优萃取效率的时间不尽相同，且萃取时间继续延长，萃取量反而稍有下降，计算5 个样品的总萃取量，其在20 min 时达到最大值。

考察萃取温度对萃取效率的影响，按照上述步骤，选取最优萃取时间（20 min），萃取体积不变，改变萃取温度。以20 mL DMA 为萃取溶剂，对5 个自制阳性样品萃取20 min，萃取温度分别为25、30、35、40、45、50、55、60 ℃。结果表明，随着萃取温度的升高，1#、2#、3#、4#、5#样品的萃取量和总萃取量均逐渐增加并分别在45、40、40、50、45、40 ℃时达到最大值，萃取温度继续上升时，萃取量反而有所下降。

考察萃取体积对萃取效率的影响，选取萃取时间20 min、萃取温度40 ℃，改变样品的萃取体积，分析其在不同萃取体积时，萃取量的大小。结果表明，随着萃取体积的增加，1#、2#、3#、4#、5#样品的萃取量和5 个样品的总萃取量都分别增加，在萃取体积分别为20、25、25、20、20、20 mL 时，萃取量达到最大值，当超过了最优萃取体积以后，其萃取量均有所下降。

结合上面3 步实验得出来的各影响因子最优值，按照表1 设计3 因素3 水平的正交实验，按照表1 给出的实验条件分别对5 个阳性样品进行测试，萃取量和总萃取量列在表1中。

表1 正交实?验水平和结果

根据表1 的实验结果计算k值和极差，结果见表2。由表2 可以看出，5 个阳性样品的最优方案各不相同，分别为A3B1C1、A1B3C3、A1B1C3、A1B3C1、A1B1C1。根据等权重多指标评价法，将总萃取量作为最终评价指标。综合考虑，确定的最优方案为A1B1C1，即以20 mL DMA 为溶剂，在40 ℃下超声萃取20 min。

表2 正交实验数据分析

在上述条件下，5个阳性样品连续超声萃取3次，测定每次的萃取量和总萃取量，计算每次萃取量占总萃取量的百分数，结果见表3。由表3 可以看出，5个阳性样品的第1 次百分数均小于90%，前2 次萃取量之和均大于97%。因此，最终确定的萃取方式为连续超声萃取2次。

表3 连续多次萃取实验结果

2.2 色谱条件优化

在反相液相色谱中，一般使用水、甲醇、乙腈等强极性溶剂作为流动相。本实验考察了甲醇/水、乙腈/水两种流动相。结果发现，使用甲醇/水作为流动相时，得到的色谱峰峰形规整，基线平稳，峰面积和保留时间的重现性好；而使用乙腈/水作为流动相时，色谱峰峰形不如前者规整，并且在ADC 保留时间附近出现干扰峰，因此最终选择使用甲醇/水作为流动相。

图1 为ADC 的紫外-可见光谱图。由图1 可以看出，ADC 在244 nm 处有强吸收峰，因此选择244 nm作为检测波长。

柱温直接影响柱压，改变柱温，使其分别为25、30、35、40、45 ℃。结果表明，随着柱温的升高，柱压显著下降，色谱峰面积基本不变，但保留时间逐渐减小；当色谱柱的使用温度为25 ℃时，目标物与溶剂峰分离度最高，因此柱温选择25 ℃。

改变流速的大小会影响分析物的保留时间、峰面积、分离度和柱压。在柱温为25 ℃的情况下，考察流速分别为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2 mL/min 时ADC 的保留时间、峰面积、分离度和柱压的变化情况。结果表明，在流速为0.8 mL/min 时，柱压较低，色谱峰面积较大，保留时间和分离度都在合理的范围内。

在柱温为25 ℃、柱流速为0.8 mL/min 的条件下，对标准溶液进行梯度洗脱，改变洗脱梯度，观察分离效果。结果表明，ADC 谱峰尖锐，与溶剂ADC 的色谱峰之间达到基线分离。图2 是质量浓度为10.48 μg/mL 的ADC 标准溶液HPLC 图。由图2 可以看出，ADC 谱峰峰形尖锐，对称性好，与溶剂DMA 的色谱峰完全分离。

2.3 线性范围和检出限

对ADC 标准工作液进行测试，在质量浓度（ρ）为0.05～10.48 μg/mL 时，峰面积（A）与ρ呈良好的线性关系，线性方程为A=29 168ρ-28.35，相关系数（r）为0.999 9。仪器检出限为0.015 μg/mL（S/N=3），方法检出限为1.5 mg/kg。

2.4 回收率和精密度

以不含目标化合物的棉、亚麻、蚕丝、涤纶、PU人造革作为空白基质，分别添加5.24、10.48和50.40 mg/mL 3 个不同质量浓度的标准溶液，每个质量浓度添加水平均制备9 份平行样，按上述方法测试，计算方法的平均回收率和精密度，结果见表4。由表4 可以看出，ADC 的平均回收率为87.68%～96.32%，精密度（RSD）为1.92%～4.63%。

表4 方法的回收率和精密度

2.5 实际样品的测试

采用建立的方法对43 个市售纺织品进行测试，结果均未检出ADC。图3 所示是自制4#阳性样品萃取液的HPLC 图，该样品中ADC 的质量分数为262.66 mg/kg。由图3 可以看出，出现在4.12、8.82 min处的色谱峰分别对应于ADC 和溶剂DMA，ADC 色谱峰峰形尖锐，对称性好，与溶剂DMA 的色谱峰可以完全分离。

3 结论

建立了1 个测定纺织品中ADC 残留量的HPLC方法，并对超声萃取条件和色谱条件进行了优化。最优萃取工艺为：以20 mL DMA 为溶剂，在40 ℃下超声萃取20 min，连续超声萃取2 次。色谱条件为：流动相为甲醇/水，检测波长为244 nm，柱温为25 ℃，流速为0.8 mL/min。当ADC 质量浓度为0.05～10.48 μg/mL 时，峰面积（A）与质量浓度（ρ）呈良好的线性关系，线性方程为A=29 168ρ-28.35，相关系数（r）为0.999 9，仪器检出限为0.015 μg/mL（S/N=3），检出限为1.5 mg/kg。在3 个不同加标水平下，平均加标回收率为87.68%～96.32%，相对标准偏差（RSD）为1.92%～4.63%。该方法简便快捷，方法检出限低，可满足纺织品中ADC 残留量检测工作的需要。