2，2'，4，4'-四溴二苯醚的有机纯度分析

崔厚祥 陈 玲 廖泽荣 罗思婷 花秀兵

（广东省计量科学研究院，广东 广州 510405）

0 引言

多溴二苯醚（Polybrominateddiphenyl ethers，PBDEs），化学通式为C12H（0-9）Br（1-10）O，是一组溴原子数不同的二苯醚的同系物，共209种[1]。因具有优异的阻燃性能，被广泛应用于各种工业产品和日用产品中。并因其具有内分泌干扰、生殖毒性和致癌等生物毒性而备受关注[1-2]。自2004年起，欧盟开始禁止使用PBDEs。

质量平衡法应用最广泛。质量平衡法中的关键是有机纯度的测定[3]。该文即采用质量平衡法进行2，2'，4，4'-四溴二苯醚（BDE-47）纯度定值，在此基础上进行甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚标准物质研制，并获批为国家二级标准物质，标准物质编号为GBW（E）084484。保证了该类化合物测定结果的溯源性、准确性和在世界范围内的可比性，为环境监测、医学检验以及生物科学等领域检测提供了可靠的技术支撑。

1 试验部分

1.1 试验设备和试剂

7890A/5975B型气质联用仪、7890B型气相色谱仪配FID检测器，生产厂家为美国安捷伦科技公司；e2695型液相色谱仪，配2998型二极管阵列检测器，生产厂家为美国沃特世公司；C20卡式水分测定仪，生产厂家为美国梅特勒托利多公司；CPA225D电子天平，生产厂家为德国赛多利斯公司。

2，2’，4，4’-四溴二苯醚，标称纯度为≥98%，生产厂家为加拿大多伦多研究化学公司，批号为5-TMH-85-4，定量分析前经气质联用和核磁共振进行了定性确认；甲醇，色谱纯，德国默克公司。

1.2 试验方法

1.2.1 液相色谱方法的建立

准确称取2，2'，4，4'-四溴二苯醚50 mg，用甲醇定容至25 mL，制得浓度为2.0 mg/mL的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液。将此溶液进行HPLC-DAD分析。液相色谱条件如下：C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，i.d.，5 µm），流动相为甲醇-水（90%～10%，V-V），流速为1.0mL/min，柱温30℃，进样量2μL。

1.2.2 液相色谱测定样品的纯度

在原料样品瓶中的上、中、下位置随机抽取11个样品，准确称量其质量，配制浓度为2.0 mg/mL甲醇中BDE-47溶液，按照所优化的液相色谱方法进行纯度测定，每瓶测定2次。

1.2.3 气相色谱分析

将1.2.1节中所制得的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液进行气相色谱分析，色谱条件如下：色谱柱为HP-5，0.32 mm×0.25 µm ×30 m，19091J-413；进样口温度为250 ℃；检测器温度为250 ℃；进样量2 μL，不分流。柱温初始温度为60 ℃，保留0.5 min，先以5 ℃/min升温至100 ℃，再以10 ℃/min升温至250 ℃，保留6.5 min。

1.2.4 气质分析

精确称取2，2'，4，4'-四溴二苯醚50.1mg，用甲醇定容至50 mL棕色容量瓶中，得到浓度为1.02 mg/mL的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液。将所配制的甲醇中2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液进行气质联用分析。气质条件如下：进样口温度为250 ℃；连接口温度为280℃；离子源温度为230 ℃；柱流速为1mL/min；进样量为1 μL，分流比为1：10；扫描范围为（50～550）u；溶剂延迟为3min；色谱柱为HP-5MS，30 m×0.32 mm×0.25 μm；初始柱温为60 ℃，以5 ℃/min升温至200 ℃，保留22 min。

2 结果与讨论

2.1 液相色谱法测定BDE-47有机纯度结果

对比纯甲醇、纯乙腈以及乙腈（90%）-水（10%），可以看到甲醇（90%）-水（10%）作为流动相时，杂质的分离效果最佳。因此，该研究选择甲醇（90%）-水（10%）作为流动相，在此0.08基础上进行分析方法的优化和杂质分离结果的考察。

先在190nm～400nm对样品进行全波长扫描，确定BDE-47的检测波长为210 nm。

在210 nm检测波长条件下，按照1.2.1节所述液相色谱条件得到BDE-47液相色谱分析结果，如图1所示。对照样品液相色谱图和空白液相色谱图，BDE-47含有2种有机杂质，并且杂质组分A、杂质组分B与主体组分得到较好的分离。

图1 BDE-47的液相色谱分析图

在此条件下，在（0.1～2200）mg/L浓度范围内，BDE-47峰面积与质量浓度的线性拟合系数为0.9992。

将所配制的11个样品进行液相色谱分析，采用峰面积归一化，得到纯度分析结果，见表1。

表1 BDE-47的高效液相色谱峰测定结果

经格拉布斯和狄克逊异常值检验方法判断，无异常值。且经检验符合正态分布，取11个样品测量的平均值0.9866为BDE-47液相色谱的纯度定值结果。

2.2 气相色谱测定BDE-47的纯度

根据1.2.3节的气相色谱条件，得到气相色谱分离效果，如图2所示。

从图2可以看出，其与液相色谱一致，气相色谱也分析得到2个杂质峰，且2个杂质组分A、杂质组分B与主体成分可以得到有效分离。在（1～2500）mg/L浓度范围内，2，2’，4，4’-四溴二苯醚峰面积与质量浓度的线性拟合系数为0.9992。

图2 BDE-47液相色谱分析图

将11个样品进行气相色谱分析，得到纯度分析结果，见表2。

表2 BDE-47气相色谱纯度测定结果

经格拉布斯和狄克逊异常值检验方法判断，无异常值。且经检验符合正态分布，因此取11个样品测量的平均值0.9886为BDE-47气相色谱的纯度定值结果。

2.3 2，2’，4，4’-四溴二苯醚的色谱定值结果

将2，2'，4，4'-四溴二苯醚液相色谱和气相色谱得到的纯度结果进行等精度检验[4]，如公式（1）～公式（3）所示。

查科科伦检验临界表，C

取2种测量方法所得纯度值的平均值为BDE-47的有机纯度定值结果，如公式（4）所示。

2.4 杂质的定性分析

由气相色谱和液相色谱分析结果可知，BDE-47中含有2种有机杂质，因此采用气质联用分析以对杂质进行初步定性。根据1.2.4节的分析条件，得到BDE-47的分析结果。

根据质谱检索结果，杂质A为2，2'，4，4'，5-五溴二苯醚，杂质B为2，2'，4，4'，6-五溴二苯醚。

2.5 有机纯度定值的不确定度评定

BDE-47的有机纯度为气相色谱定值纯度和液相色谱定值纯度的平均值，因此BDE-47有机纯度定值的不确定度包括液相色谱法定值的不确定度、气相色谱法定值的不确定度以及方法差异引入的不确定度分量[5-6]。

2.5.1 液相色谱引入的不确定度

高效液相色谱法定值引入的不确定度包括测量重复性引入的不确定度、波长差异引入的不确定度。

2.5.1.1 测量重复性引入的不确定度

重复性不确定度由测量结果的标准偏差给出，从表1可得公式（5）。

2.5.1.2 波长差异引入的不确定度

参照JJF1855-2020《纯度标准物质定值技术规范有机纯度标准物质》，波长差异引入的不确定度按照公式（6）进行评定。

式中：u2,HPLC为波长差异引入的不确定度；u2-i为杂质i的响应因子差异引入的标准不确定度，计算如公式（7）所示。

式中：Bimaxλ为杂质i最大响应波长下的峰面积百分比；Bicharλ为杂质i定值波长下的峰面积百分比。

在不同波长下进行纯度分析，得到主体成分BDE-47、杂质A和杂质B在不同波长下各组分的分析结果，见表3。

表3 不同波长下各组分色谱峰面积百分比

因此，波长差异引入的不确定度为1.85×10-3。

合成重复性引入的不确定度与波长差异引入的不确定度，液相色谱定值引入的不确定度为1.99×10-3。

2.5.2 气相色谱法引入的不确定度

气相色谱法引入的不确定度包括重复性引入的不确定度和响应差异引入的不确定度。

2.5.2.1 重复性引入的不确定度

从表2可得重复性引入的不确定度为1.85×10-4。

2.5.2.2 气相色谱法响应差异引入的不确定度

气相色谱法定值的另外一个不确定度主要是各化合物在FID上响应因子差异引入的不确定度。参照JJF1855-2020《纯度标准物质定值技术规范有机纯度标准物质》，响应因子的差异引入的不确定度计算如公式（8）所示。

式中：u2,GC气相色谱响应差异引入的不确定度；Xi为杂质i的含量；n为杂质的个数，fi与f0分别为杂质i和主体成分的有效碳数，其计算如公式（9）和公式（10）所示。

式中：Mi为杂质i的相对分子质量；Ci为杂质i的碳总相对原子质量，即分子式中碳数目与碳相对原子量的乘积。

式中：M0为主成分的相对分子质量；C0为主成分的碳总相对原子质量，即分子式中碳数目与碳相对原子量的乘积。

根据BDE-47的液相色谱图和气相色谱图，在主体成分的后面有2个杂质出峰。根据2.4节中对杂质的气质定性分析，杂质组分A为2，2'，4，4'，5-五溴二苯醚，杂质组分B为2，2'，4，4'，6-五溴二苯醚。根据公式（9）和公式（10）分别计算得到f0=0.296，fi=0.255。气相色谱响应差异引入的不确定度计算结果见表4。

表4 气相色谱响应差异引入的不确定度

因此得到公式（11）、公式（12）。

2.5.3 色谱定值引入的不确定度

合成液相色谱和气相色谱定值引入的不确定度分量，BDE-47的有机纯度定值不确定度为1.62×10-3。取k=2，BDE-47有机纯度的扩展不确定度为0.4%。

3 结语

量值准确性是标准物质最重要的特性之一，定值是标准物质研究的关键步骤。该文建立了气相色谱和液相色谱测定2，2'，4，4'-四溴二苯醚有机纯度定值方法，进行了准确定值和不确定度评估。分析结果表明气相色谱和液相色谱得到的结果是一致的。在此基础上研制了2，2'，4，4'-四溴二苯醚溶液标准物质，符合均匀性、稳定性及量值溯源的要求，通过了国家二级标准物质定级鉴定，标准物质编号为GBW（E）084484。多溴二苯醚是一类应用广泛的溴系阻燃剂及其代谢产物，该分析方法的建立为该类化合物标准物质的研制提供了参考方法，并保证了测量结果的溯源性和准确可比性。