纺织品中禁用偶氮染料还原条件的研究

文/王韬

含有禁用偶氮染料的纺织品与人体接触，禁用偶氮染料被皮肤吸收后，可与人体内的还原酶相作用生成致癌芳香胺，因而禁用偶氮染料的检测已成为国际服装贸易中最重要的品质监控项目之一。因此我国强制性标准GB 18401—2010中明确规定了偶氮染料的检出限量值为20mg/kg。

欧盟、德国以及我国都相应制定了纺织品、皮革及毛皮中禁用偶氮染料的检测方法。GB/T 17592—2011和EN 14362-1：2012中的操作步骤是将纺织品剪成小块在柠檬酸盐缓冲溶液中于70℃保温30min，之后加入连二亚硫酸钠溶液还原30min，还原后使用乙醚在硅藻土柱中提取，后经旋蒸、氮气吹扫浓缩后，使用气相色谱-质谱或液相色谱-质谱进行检测。上述检测方法结果可靠，但是过程繁琐，需要大量提取试剂，耗时长，并且气质或液质仪器昂贵，仅适合某些有条件的实验室。近年来，偶氮染料检出率逐年降低，阳性样品的检出率不足1%。人们积极探索快筛方法，从而实现快速鉴别阳性样品。其中主要的研究方向是采用液液萃取代替硅藻土柱提取，采用显色的方法代替仪器检测。比如2012年的欧盟标准EN 14362-1：2012中给出了禁用偶氮染料的快筛方法：在一定pH值的柠檬酸盐缓冲体系中先控制温度还原，再经叔丁基甲醚进行液液萃取测定，使得提取溶剂的用量从80mL减少到约5mL。山东出入境的叶熙雯等人发展了快速显色方法，经还原萃取提纯后显色，可方便快捷地鉴别阳性样品。

虽然人们在萃取和检测的改进研究方面做了很多工作，但是对于改进还原体系从而缩短试验时间的报道比较少，叶熙雯等比较了几种还原方式，通过比较强碱、强酸、弱碱和弱酸等4种还原体系，发现在强碱性体系还原得到的芳香胺的含量高于在弱碱或弱酸条件下芳香胺的含量，并且发现在强碱条件下煮沸可有效缩短还原时间。然而在中性或弱酸性条件下煮沸是否能够有效缩短还原时间还不明确。为了模拟人体的pH值（中性或弱酸性条件），本文在中性（纯水）和弱酸性（柠檬酸盐缓冲溶液）条件下，考察煮沸对于芳香胺检出量的影响。通过将水浴温度由70℃升高到100℃，考察芳香胺的检出量是否会受到影响，探究改变pH值对于芳香胺检出量的影响，以及将还原时间由30 min缩短到10 min，芳香胺的检出量变化情况。

1 试验部分

1.1 主要仪器和试验试剂

仪器：电子天平、可控温的恒温水浴器、可控温的超声水浴锅、真空旋转蒸发器、气相色谱-质谱联用仪、硅藻土提取柱、容量瓶（100mL和1000mL）、玻璃试管（100mL）、称量瓶（40mL）、磨口圆底烧瓶（100mL）、电磁炉、水浴锅。

试剂：乙酸乙酯（分析纯）、连二亚硫酸钠（分析纯）、甲醇（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、三水合柠檬酸（分析纯）、乙醚（分析纯）、20种禁用芳香胺标准品（色谱纯，Chemservice公司）、2，4，5－三氯苯胺（分析纯）、蒽－d10（分析纯）、萘－d8（分析纯）。

1.2 样品信息

选择3种有检出物质的样品，具体信息见表1。

表1 样品信息

1.3 试剂配制

（1）新鲜制备的连二亚硫酸钠水溶液（200mg/mL）：取40g干粉状的连二亚硫酸钠（含量≥85%），溶解于200mL的去离子水中，试验时即配即用。

（2）柠檬酸盐缓冲液（0.06mol/L，pH=6.0），加热至100℃：取6.263g柠檬酸和3.160g氢氧化钠加入去离子水溶解定容至500mL。

（3）芳香胺的标准储备溶液（1000mg/L）：采用乙酸乙酯溶解致癌芳香胺标准物质，配制成质量浓度约为1000 mg/L的芳香胺储备液。

(2)研究区域土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn和Ni均已残渣态为主要存在形态，除Cu元素外，其余4种元素的3种活性组分之和比例均较高，尤其是Cd元素，其有效态略高于稳定态，生物活性最强，生物有效性大小顺序为Cd>Pb>Ni>Zn>Cu。

（4）混合内标储备液（1000mg/L）：采用乙酸乙酯溶解2,4,5－三氯苯胺（CAS号：636-30-6）、萘－d8（CAS号：1146-65-2）、蒽－d10（CAS号：1719-06-8），配制成质量浓度为1000mg/L的混合内标储备液。

（5）混合内标工作液（20mg/L）：采用移液枪量取1 mL的混合内标储备液，置于50mL的容量瓶中，之后采用乙酸乙酯定容，得到质量浓度为20mg/L的内标工作液。

（6）混合标准工作溶液：采用乙酸乙酯稀释混合内标工作液，从而将芳香胺标准储备溶液稀释成浓度为20mg/L的混合标准工作溶液。

1.4 试验方法

1.4.1 试样的制备与处理

选取含有偶氮染料的阳性样品，裁剪成尺寸约为5mm×5mm的小片。称取1.00g，精确至0.01g，置于玻璃反应器中，加入17mL的柠檬酸盐缓冲溶液或17mL纯水，再加入3.0mL的保险粉溶液（新鲜配制），在密闭反应器中用力振摇，使所有试样充分润湿。然后将密闭反应器置于（100±2）℃水浴中，加热还原10min～30min，还原后取出，于2min内冷却至室温。

1.4.2 萃取和浓缩

用玻璃棒用力挤压反应器中的试样，将反应后的溶液全部转移至硅藻土提取柱内，静置吸附约15min，之后用4×20mL乙醚分4次冲洗反应器中的试样，每次洗提后，需将乙醚和试样进行混合，然后将乙醚滗入硅藻土提取柱中，将洗提液收集到100mL的圆底烧瓶。

1.4.2.2 浓缩

将上述收集的盛有乙醚提取液的圆底烧瓶置于真空旋转蒸发器上，于35℃左右的低真空下浓缩（约剩余1.0mL），之后用缓慢的氮气流小心吹扫烧瓶内残存的乙醚，使其浓缩至近干。

1.4.3 GC/MSD内标法定量分析

1.4.3.1 GC/MSD分析方法

采用经校准的移液枪准确移取1.0mL的内标溶液，加入浓缩至近干的圆底烧瓶中，混匀后静置。移取1μL的混合标准工作液与试样的混合溶液，注入气相色谱-质谱联用仪，根据芳香胺的特征离子进行定性，之后根据色谱的峰面积进行定量分析。

1.4.3.2 气相色谱-质谱联用仪分析条件

色谱柱（毛细管柱）：Agilent DB-5 MS色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm）；质谱接口温度：270℃；进样口温度：250℃；进样量：1μL；进样方式：不分流进样；扫描方式：全扫描；质量扫描范围：35aum～500aum；离子化形式：EI；载气：氦气(纯度＞99.999%)；流速：1.0mL/min；电离电压：70eV；溶剂延迟：3.0min；升温梯度：在60℃，以15℃/min的速度升温至150℃，之后保持3min，再以20℃/min的速度升温至200℃，保持1min，以15℃/min的速度升温至230℃，保持2min后，以10℃/min的速度升温至280℃。

2 结果与讨论

2.1 缓冲溶液体系下还原时间的选取

为了缩短还原时间，方便操作，我们在样品管中加入柠檬酸盐缓冲溶液和保险粉溶液后，放入100℃水浴中加热30min、20min和10min，采用气相色谱-质谱联用仪检测芳香胺的含量。

由表2可知，把水浴温度升高到100℃，可以达到良好的还原效果，芳香胺的含量超过了采用国标的还原条件所测出的芳香胺的含量，反应时间由原来的保温30min加上还原裂解30min，缩减到10min之内完成，说明升高温度能够有效地加快反应的速度。由于水的沸点是100℃，不需要采用控温装置进行精确控温，易于操作。

表2 还原时间对芳香胺检出量的影响（缓冲溶液）

2.2 用纯水代替缓冲液还原时间的选取

本文尝试将柠檬酸盐缓冲溶液替换为纯水，从而体系的pH值由6增加到7，其他条件不变，考察检出的芳香胺的含量是否会受影响。

从表3可以看出，芳香胺的检出量高于采用国标方法所测得的芳香胺的检出量，而且反应时间从30min缩短到10min，不会导致芳香胺检出量的降低。此外，在纯水体系还原所得到的芳香胺的检出量也略高于在柠檬酸盐缓冲溶液体系下还原所得到的芳香胺的检出量。因此，pH值的轻微改变不会导致检测结果的很大差异。由于纯水廉价易得，是最主要的环保试剂，所以可选择纯水作为反应的溶剂进行快速筛查。

表3 还原时间对芳香胺检出量的影响（纯水）

3 结论

为了实现禁用偶氮染料的快速检测，我们对还原方法进行了改进。通过考察还原温度和时间对结果的影响，我们发现在100℃的沸水浴中，用纯水代替柠檬酸盐缓冲溶液，偶氮染料的还原裂解反应不受影响，芳香胺的检出量更高。此外，反应时间对芳香胺的影响较小，但是时间延长会使芳香胺的浓度略有降低，可选择10min作为还原时间。该方法将直接用沸水浴代替70℃水浴，用纯水代替柠檬酸缓冲溶液，整个试验过程缩短了50min，不需要精准控温装置，易于操作，可将加热煮沸的还原方法与芳香胺的快速显色等快筛方法相结合在纺织品生产企业推广，从而实现禁用偶氮染料的快速筛查。