羽绒中烷基酚及烷基酚聚氧乙烯醚残留物的超声波萃取

丁力进，白 洁，孙 峰，张妍琰，顾 伟

(1.苏州市纤维检验院, 江苏 苏州 215128； 2.中国纺织工程学会，北京 100025)

烷基酚(Alkylphenol，AP)及烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(Alkylphenol ethoxylates，APEO)包含辛基酚(Octylphenol，OP)、壬基酚(Nonylphenol，NP)、辛基酚聚氧乙烯醚(Octaphenyl Polyoxyethyiene，OPnEO)、壬基酚聚氧乙烯醚(Nonyl phenoxypolyethoxylethanol，NPnEO)，具有润湿、分散、渗透等特点，可作为洗涤剂和助剂应用于纺织品中[1]。AP和APEO的毒害性表现在2个方面，一是AP和APEO生产过程中会产生具有致癌性、危害人体健康的副产物二恶烷和环氧乙烷；二是AP和APEO作为“环境激素”[2]进入人体时会打乱人体发育规律，引起疾病[3],进入自然环境时会阻碍水生生物生长[4-5]且降解困难[6]，生物直接降解率低于10%，属于难降解物质，因此被多国禁止使用。

羽绒、羽毛需要用强洗涤剂进行洗涤，以去除血渍、油脂及其他附着物，但部分AP、APEO会与蛋白质表面残基之间形成氢键、范德华力等；且绒枝表面存在大小和深浅不一的沟槽及枝丫型的分叉，内部有孔隙等结构特征[7]，导致部分AP、APEO残留在内部。目前AP、APEO检测方法主要参照GB/T 23322—2018《纺织品 表面活性剂的测定 烷基酚和烷基酚聚氧乙烯醚》和SN/T 3255—2012《水洗羽绒羽毛中烷基苯酚类及烷基苯酚聚氧乙烯醚类化合物的测定》，2种测试方法存在AP和APEO回收率低、精密度差等问题，为对测试过程进行优化，本文对试样进行挤压，减少萃取后试样中AP、APEO的残留，并利用反向液相色谱测试AP和APEO可以实现物质不同碳原子数同一种类聚合物共流特点，解决羽绒AP、APEO测试过程中回收率低、精密度差的问题，为后续标准制定提供参考。

1 实验部分

1.1 试 剂

乙腈(色谱级，西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司)；甲醇(色谱级，国药集团化学试剂有限公司)；丙酮、乙酸乙酯(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)。标准品：辛基酚、壬基酚、辛基酚聚氧乙烯醚(聚合度2～16)、壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度2～16)(北京曼哈格生物科技有限公司)。

1.2 仪器及分析条件

仪器: HPLC/RF液相色谱-荧光检测器(岛津企业管理(中国)有限公司)；TVE-1100B型平行蒸发仪(东京理化器械公司)；DL11-1810d型环境实验超纯水机(重庆摩尔水处理设备有限公司)；单道移液器(100～1 000μL、0.5～5 mL；艾本德(中国)有限公司)。

色谱柱:VP-ODS C18：柱长×直径×孔径为 150 mm×4.6 mm/(5μm)。流动相A：V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)为79∶7∶23，流速0.8 mL/min；流动相B：甲醇，流速0.2 mL/min，柱温为40℃，激发波长230nm，吸收波长296nm，进样量为20μL。

1.3 实验材料

实验样品为绒子含量80%的白鸭绒(波司登羽绒服装有限公司提供)。

1.4 样品前处理方式

1.4.1 微波萃取

取0.5 g混合均匀的试验样品置于微波萃取罐中，加入15 mL萃取试剂，85℃微波萃取15min，待完全冷却后取出，将萃取剂通过具备砂芯过滤的装置，过滤至平行蒸发试管中，并对残留试样进行加压过滤，再用25 mL试剂洗涤过滤后，采用同样方式过滤至蒸发仪试管中，浓缩至近干后，冷却至室温，加入2 mL定容试剂，手持振荡1min，静置30min后，通过聚四氟乙烯滤膜后液相进样。

1.4.2 超声波萃取

取1 g混合均匀的试验样品置于三角烧瓶中，加入50 mL萃取试剂，70℃超声波处理1 h后，将萃取试剂倒入平行蒸发试管中，萃取剂通过具备砂芯的过滤装置，过滤至平行蒸发试管中，并对残留试样进行加压过滤，再加入25 mL萃取试剂进行2次超声波处理5min，采用同样方式过滤至蒸发仪试管中，浓缩至近干后，冷却至室温，加入2 mL定容试剂，手持振荡1min，静置30min后，通过聚四氟乙烯滤膜后液相进样。

1.4.3 索氏萃取

取1 g混合均匀的试验样品，用定量过滤滤纸包好，置于索氏过滤器中，加入150 mL萃取试剂，调整萃取温度，萃取试剂回流4次/h，萃取4 h后，将萃取液加入平行蒸发仪试管中，浓缩至近干后，冷却至室温，加入2 mL定容试剂，手持振荡1min，静置30min后，通过聚四氟乙烯滤膜后液相进样。

2 结果与分析

2.1 色谱柱及流动相选择

AP和APEO分离效果与色谱柱的极性密切相关，目标物属于弱极性化合物，根据相似相溶原理，实验选择常用C18柱，色谱柱越长，液相色谱压强越高，理论塔板数越多，目标物分离效果越好。分别选用长度为10、15、25 cm、粒径5 μm、直径4.6 mm的色谱柱进行分析，。实验得出，相同流动相条件下，10 cm色谱柱不能完全分离目标物，15 cm色谱柱10min内将目标物质完全分离，25 cm色谱柱完全将目标物质分离需要14min，25 cm色谱柱检测周期长，所以本文选用15 cm的色谱柱。

AP和APEO属于弱极性化合物，其溶于极性物质，因此优先采用甲醇、乙腈作为流动相。其中单独采用甲醇作为流动相时，其基线稳定性差；乙腈属于非质子溶剂，具有溶剂效应，会降低色谱柱柱效。单独使用乙腈作为流动相时，会导致目标物质保留时间不稳定，但峰形差、响应值不稳定，但流动相中少量体积比的乙腈可以加快出峰速度[8]，提高分析效率。考察不同体积比的甲醇-水、乙腈-水、甲醇-乙腈-水作为流动相，研究发现A泵：V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)为79∶7∶23，流速0.8 mL/min，B泵：甲醇，流速0.2 mL/min，等度洗脱，半峰宽最小，基线平稳，可实现4种物质完全分离，半峰宽满足实验要求。

2.2 萃取方式选择

实验中对白鸭绒进行加标处理，OP、NP、OPnEO、NPnEO的加标量均为20mg/kg，甲醇为萃取剂，分别进行微波萃取、超声波萃取、索氏萃取，根据4种目标物质的测定值，研究最佳萃取方式。

萃取方式不同导致目标物的测定值不同。不同萃取方式AP和APEO测试结果见表1。由表1可知，微波萃取中OP、OPnEO、NP、NPnEO，OP与NP总量和4种目标物总量测定值均最低，效果最差。相对于超声波萃取和索氏萃取，微波萃取温度高，导致羽绒蛋白部分氢键断裂，待冷却后部分游离基与OP、NP、OPnEO、NPnEO结合形成新的氢键，难以萃取，测定值低。超声波萃取和索氏萃取测定值接近，但索氏抽提耗时长，萃取试剂挥发，产生环境污染，因此选用超声波萃取进行实验。

表1 不同萃取方式AP和APEO测试结果

2.3 萃取试剂选择

实验分别选取甲醇、二氯甲烷、丙酮、正己烷、异丙醇作为萃取试剂，超声波萃取加标白鸭绒，OP、NP、OPnEO、NPnEO的加标量为20mg/kg，根据4种目标物的测定值高低，研究最佳萃取试剂。

不同萃取试剂对AP和APEO萃取效果影响结果见图1。由图1可知，4种试剂对OP、NP、OPnEO、NPnEO萃取效果中，极性强的甲醇、二氯甲烷明显优于极性弱的丙酮、异丙醇、正己烷、甲醇与二氯甲烷萃取下效果相差较小，甲醇对OP、OPnEO、NPnEO萃取效果最佳，测定值分别达到21.53、20.84、20.74mg/kg。二氯甲烷对NP萃取效果最佳，测定值为20.85mg/kg。二氯甲烷萃取残留物种类比甲醇萃取残留物种类多，测试过程中易对目标物质造成干扰，因此，本文选用甲醇作为萃取试剂。

图1 不同萃取试剂对AP和APEO萃取效果影响

2.4 定容试剂选择

定容试剂与目标物质会产生一定反应，影响目标物质检出，其极性、结构不同，产生反应也不相同。为减弱溶剂峰影响，保证测试的准确性和精密度，选取3种具有极性差异的分散剂甲醇、乙腈、水对浓缩近干的萃取液进行定容，OP、OPnEO、NP、NPnEO加标量为20mg/kg，做3次平行实验，根据测定值，研究最佳定容试剂。不同分散剂对APEO定容效果的影响见表2。

表2 不同分散剂对APEO定容效果的影响(n=3)

定容试剂定容后，与目标物质的游离基团结合，会影响目标物质的荧光强度。由表2可知，定容试剂乙腈最好，测定值为18.67～19.58mg/kg；甲醇次之，测定值为15.06～17.54mg/kg；水最差，测定值为3.27～8.14mg/kg。基于定容试剂之间的差异，APEO属于非离子表面活性剂，与甲醇、水中羟基形成氢键，引起基态与激发态能级改变，导致光子能量改变，谱线发生位移，目标物质的最佳吸收波长与发射波长变化[9-10]。在激发波长230nm，吸收波长296nm条件下响应值变小。测试结果、测定值变小，甲醇的电离度小于水，游离态羟基数量相对较少，甲醇作为定容试剂测定值高于水作为定容试剂测定值；乙腈不含有游离的羟基，相对于水、甲醇，产生氢键能力弱，在激发波长230nm，吸收波长296nm条件下响应值不会发生变化，测定值高，本文选用乙腈作为定容试剂进行液相分析。

2.5 超声波萃取温度

白鸭绒具有内部中腔，表面褶皱、菱结等结构，使其含有大量残留目标物，萃取温度低，目标物萃取不完全，因此提高超声波萃取温度，可以加快目标物的萃取，提高萃取效率。实验研究在30～80℃下，以甲醇为萃取剂，萃取加标质量浓度均为20mg/kg的OP、OPnEO、NP、NPnEO，根据在不同萃取温度下测定值的变化评价温度对萃取效果的影响。超声波萃取温度对测定值的影响见图2。

图2 超声波萃取温度对测定值的影响

温度影响萃取试剂的分子活跃度，分子活跃越高萃取效果越好。由图2可知，温度由30℃升到40℃时，温度较低，萃取试剂活跃度低，萃取能力弱，OP、OPnEO、NP、NPnEO的测定值上升速度慢；升至50℃时，分子活跃度增加，萃取能力增强，OP、OPnEO、NP、NPnEO的测定值上升速度加快；温度继续升高，分子活跃度和萃取能力继续增强，但目标物质存在白鸭绒中腔、褶皱、菱结等处，或以范德华力、氢键与羽绒蛋白结合，萃取困难，OP、OPnEO、NP、NPnEO的测定值上升速度变慢；在70℃时达到顶点，测定值分别为20.17、19.38、20.97、19.04mg/kg，温度继续升高，OP、OPnEO、NP、NPnEO的挥发性增强，或羽绒蛋白部分氢键断裂后与目标物结合，降低了目标物的测定值，本文选用70℃超声波萃取。

2.6 萃取时间

以甲醇为萃取剂，70℃条件下萃取加标白鸭绒，OP、OPnEO、NP、NPnEO加标量为20mg/kg，研究10～80min范围内，不同萃取时间下4种目标物的测定值，根据测定值变化评价萃取时间对萃取效果的影响。超声波萃取时间对测定值的影响见图3。

图3 超声波萃取时间对测定值的影响

当萃取条件一定时，萃取时间越久，萃取效果越好。由图3可知，超声波萃取时间由10min增加到30min时，OP、OPnEO、NP、NPnEO的测定值近似直线增长；由于白鸭绒的结构以及目标物质与羽绒蛋白的结合导致的萃取困难，使目标物测定值增长速度变缓；OP、NP的测定值在60min时达到最高，分别为20.78、20.82mg/kg；OPnEO、NPnEO的测定值在70min时达到最高，分别为19.84、19.23mg/kg。随着萃取时间增长，由于目标物质的挥发性或羽绒蛋白部分氢键断裂与目标物结合，OP、OPnEO、NP、NPnEO的测定值降低。萃取60min与70min相比较，OPnEO、NPnEO的测定值变化较小，所以本文选用超声波萃取时间为60min。

3 检测方法验证

3.1 线性关系

配制质量浓度为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0mg/kg标准液，以标准物质质量浓度为横坐标，响应面积为纵坐标，绘制标准曲线，验证其线性关系。AP和APEO线性关系、线性范围、相关系数见表3。由表3可知，OP、OPnEO、NP、NPnEO分别在0～9、0～5、0～8、0～5mg/kg之间具有线性关系，相关系数均超过0.998，具有良好的线性关系。

表3 AP和APEO线性关系、线性范围、相关系数

3.2 最低检测限

最低检测限是指在规定方法下测试出目标物的最低分析浓度[7]。本文方法以甲醇作为空白样，进行20次进样，通过质量浓度与响应面积的线性关系计算出OP、NP、OPnEO、NPnEO的质量浓度，根据下式计算其最低检测限。

CL=Sb+3σ

式中：CL为方法的检出限，mg/kg；为空白平均值，mg/kg；σ为空白标准偏差。

依照公式计算可知OP、OPnEO、NP、NPnEO的最低检测限分别为0.012、0.018、0.042、0.053mg/kg。

3.3 回收率

在绒子含量80%白鸭绒中分别加入1 mL 2mg/kg的OP、OPnEO、NP、NPnEO，以最优因素组合进行测试，同时测试空白样，进行3次平行实验，测试结果见表4。OP、OPnEO、NP、NPnEO回收率分别为96.00%、93.50%、97.00%、101.50%。

表4 方法回收率(n=3)

3.4 精密度

精密度是在规定的同一条件下进行多次测试，比较多次测试结果的偏差度、重现度，是测试准确度的基础条件，以相对标准偏差表示测试结果的重现性。白鸭绒中分别加入1 mL 3mg/kg的OP、OPnEO、NP、NPnEO，以最优因素组合进行测试，同时测试废液中APEO作为本底质量浓度，每个做3次平行实验，测试结果见表5。OP、OPnEO、NP、NPnEO的精密度分别为2.58%、4.06%、1.14%、4.64%。

表5 方法精密度(n=3)

4 样品测试

取1 g混合均匀的阳性白鸭绒样品，置于锥形瓶中，以甲醇为萃取试剂，温度70℃，超声波萃取60 min，浓缩后乙腈定容，液相色谱进样，进行3次平行实验，OP、OPnEO、NP、NPnEO平均测试结果为4.1、37.0、3.1、67.0mg/kg，精密度分别为2.75%、3.28%、2.23%、5.07%，精密度较高，测试仪器和方法产生误差较小，该方法具有良好的重现性。

5 结束语

本文采用超声波萃取法萃取含量80%白鸭绒中残留的烷基酚(AP)、烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(APEO)。砂芯过滤装置，避免细小绒丝进入萃取液；对萃取后的样品进行挤压，减少残留在羽绒中的AP、APEO，提高检出量；研究适合本方法使用的色谱柱、流动相；采用液相色谱荧光光谱法测定，并对检测过程中萃取方式、温度、试剂及定容试剂进行优化；通过目标物线性关系、回收率、检出限精密度等方法进行验证方法可行性；根据最优优化条件进行实际样品测试，表明该方法能用于羽绒中AP、APEO残留量的测定，该方法简单、可靠，适宜推广，可为后续相关标准修订提供参考。