凝胶渗透色谱/气相色谱--质谱法测定塑料玩具中16种多环芳烃

方正杰，刘家荣，孙滕，谢晓辉

（徐州市检验检测中心，江苏徐州 221000）

塑料玩具为常见的儿童玩具，其主要成分为高分子合成树脂(聚合物)，另外掺有各种辅助料和添加剂。按照原料聚合物种类塑料玩具的材质分为聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物等[1]。

多环芳烃(PAHs)广泛存在于各类塑料玩具制品中[2‒3]，PAHs是指分子中包两个及两个以上苯环，按照稠环方式连接形成的化合物的总称，如萘、菲、蒽、苯并[a]芘等，属于一种严重污染物质，具有强烈的致癌、致畸、致突变性和生殖毒性，且易在人体中长期蓄积。在日常使用玩具过程中，其中含有的PAHs 可能通过皮肤接触，呼吸道、消化道等途径进入体内，危害儿童的身体健康[4‒5]。

基于PAHs 的毒性，不少国家或地区先后出台指令限制其使用。欧盟REACH 法规附录17 第50条及其修订指令(EU)No：1272/2013[6]要求长期或短期反复与皮肤或口腔接触的玩具，包括儿童运动器材和儿童护理用品中8 种PAHs 中任何一种含量不得超过0.5 mg/kg。德国产品安全委员会发布的最新PAHs 规范(AfPS GS 2019：01 PAK)[7]中明确了(GS 标志)认证的产品中15 种PAHs 限值要求，其中第一类别产品[设计为放入口中的材料，意图长时间接触皮肤(超过30 s)的玩具材料和3 岁及以下儿童使用的产品材料]中苯并[a]芘、苯并[e]芘、苯并[a]蒽等10 种PAHs 任意一种不得超过0.2 mg/kg，萘不得超过1 mg/kg，菲、芘、蒽、荧蒽总量不得超过1 mg/kg，15种PAHs总量不得超过1 mg/kg；第二类别儿童产品[未包含在类别I 中与皮肤长时间接触(超过30秒)，或者反复与皮肤短时间接触的材料]中10种PAHs 任意一种不得超过0.2 mg/kg，萘不得超过2 mg/kg，菲、芘、蒽、荧蒽总量不得超过5 mg/kg，15种PAHs 总量不得超过5 mg/kg。我国目前对玩具中PAHs限值和检测没有明确的标准。

目前，标准或文献报道的塑料玩具中多环芳烃测定方法主要有液相色谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱法[8‒11]。塑料玩具样品的基体构成较为复杂，其中存在大量的干扰物，很难进行直接有效的测定，为此需要针对各类样品实施复杂的预处理。目前标准或文献报道的多环芳烃多采用萃取法或溶解沉淀法进行提取[12‒15]，其中萃取法主要包括索氏提取法、固相萃取法、超声波提取法、微波萃取、快速溶剂萃取、超临界流体提取法等。萃取法通常操作较为复杂，检测周期长，且提取效率受方法条件影响较大，准确度不高[16]；溶解-沉淀法操作相对简单，但基体干扰消除不完全，通常需联合固相萃取使用以实现基体净化，且目标化合物的回收率受其在溶解/沉淀溶剂中的溶解度影响较大，方法通用性受限[17‒18]。

笔者选择四氢呋喃作为溶剂充分溶解塑料玩具样品，克服了提取效率的问题，应用凝胶渗透色谱分子排阻原理[19‒20]，实现了目标小分子与塑料聚合物大分子间的分离净化，避免了各类塑料复杂基体对检测产生的不利影响，以气相色谱-质谱法对目标PAHs进行定性并定量检测。该方法适用于不同塑料材质中PAHs 的测定，对建立测定不同聚合物塑料中PAHs 的通用检测方法有较大的参考价值。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-质谱联用仪：Agilent 7890B/5977B型，美国安捷伦科技有限公司。

凝胶渗透色谱仪：Perpelite GV型全自动凝胶色谱净化系统，配紫外检测器及填充凝胶填料的净化柱，北京莱伯泰科仪器有限公司。

全自动真空定量浓缩仪：syncore R-12型，瑞士步琦有限公司。

超声波振荡器：KQ-300DE型，昆山市超声仪器有限公司。

四氢呋喃、二氯甲烷：色谱纯，坛墨质检科技股份有限公司。

二氯甲烷中16 种PAHs 混合标准溶液：标准物质编号80017KOM，萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、䓛、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1，2，3-c，d]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g，h，i]苝，各组分质量浓度均为2 000 mg/L，坛墨质检标准物质中心。

二氯甲烷中5 种内标混合标准溶液：标准物质编号80663KM，苊-D10、菲-D10、䓛-D12、苝-D12、萘-D8，各组分质量浓度均为2 000 mg/L，坛墨质检标准物质中心。

塑料玩具样品：市场随机采购儿童塑料游泳池样品。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 凝胶渗透色谱仪

检测器波长：254 nm；流动相：四氢呋喃。

1.2.2 气相色谱仪

气相色谱柱：HP-5MS 型毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，5%苯基-甲基聚硅氧烷固定液，安捷伦科技有限公司)；进样口温度：280 ℃；进样方式：分流进样，分流比为30∶1；程序升温：初温为35 ℃，保持2 min，以15 ℃/min升温至150 ℃，保持5 min，再以3 ℃/min 升温至290 ℃，保持2 min；载气：氦气，流量为1.0 mL/min。

1.2.3 质谱仪

离子源：EI 源；离子源温度：230 ℃；离子化能量：70 eV；接口温度：280 ℃；四级杆温度：150 ℃；扫描方式；全扫描；扫描范围；m/z45～450；溶剂延迟：5.0 min；电子倍增电压：1 207 V。

1.3 实验方法

1.3.1 样品溶液的制备

选择塑料玩具样品具有代表性的区域，取样，粉碎，精确称取0.25 g 样品粉末于凝胶色谱进样瓶中，准确加入10 mL四氢呋喃，超声30 min后充分浸泡，使样品粉末全部溶解。

1.3.2 凝胶色谱净化

将1.3.1 制备的样品溶液，转移至凝胶色谱仪上，设置仪器条件为：色谱运行时间34 min；检测器波长254 nm；流量5.00 mL/min；Full Loop 进样模式；进样体积5 mL，空白聚合物大分子色谱保留时间为9.850 min，各PAHs 目标物色谱保留时间为14～32 min。按此条件处理，PAHs和聚合物大分子能实现很好的分离，凝胶色谱净化液体收集时间确定为14～32 min。

1.3.3 浓缩

将净化溶液通过定量浓缩仪浓缩至近干，加入二氯甲烷定量至1 mL，再加入5.0 μL 二氯甲烷中5种内标混合标准溶液(各组分质量浓度为2 000 mg/L)，上机测定。

1.3.4 样品分析

以保留时间及标准物质质谱图对PAHs进行定性；以标准曲线内标法计算得到各多环芳烃含量(mg/kg)。

2 结果与讨论

2.1 凝胶色谱条件优化

称取待测塑料粉末0.01 g，加入10 mL 四氢呋喃，超声溶解完全后，上机凝胶渗透色谱，确定聚合物大分子出峰时间。

配制高浓度(100.0 mg/L)的PAHs 混合标准溶液，进行凝胶渗透色谱分析，确定PAHs混合标准溶液中各目标物色谱保留时间，调整凝胶色谱运行时间、流速、进样模式及体积，使得聚合物色谱峰同PAHs色谱峰分离度大于90%，并确定凝胶色谱净化液收集时间。凝胶色谱图见图1，根据图1确定凝胶色谱净化条件，结果见1.3.2。

图1 凝胶渗透色谱图

2.2 气相色谱条件优化

对气相色谱条件进行优化，用以改善样品的分离度。选择的色谱柱固定液为5%苯基-甲基聚硅氧烷，验证了不同色谱柱升温程序、载气流速、进样口温度的分离效果。将升温程序设定为起始温度38 ℃，保持2 min，然后15 ℃/min 升温至150 ℃，保持5 min，再以3 ℃/min 升温至290 ℃，保持2 min。在此升温程序下，色谱保留时间最长为30.501 min，各目标PAHs均能实现很好的分离效果。在该优化条件下，质量浓度均为20.0 μg/mL 的目标PAHs 的全扫描总离子流色谱图见图2。

图2 16种PAHs及4种内标物的总离子流色谱图

2.3 质谱扫描范围及采集方式

方法采用SCAN 模式，扫描范围为m/z35～270，目标PAHs 定量离子、定性离子、保留时间见表1。

表1 16种PAHs的定量离子、选择离子、保留时间

2.4 线性关系与检出限

取5只5 mL容量瓶，预先加入2 mL二氯甲烷，使用微量进样器精确移取二氯甲烷中16种PAHs混合标准溶液2.5、12.5、25.0、50.0、75.0 μL，用二氯甲烷定容，配制成质量浓度分别为1.0、5.0、10.0、20.0、30.0 μg/mL 的PAHs 系列混合标准溶液，分别加入25.0 μL二氯甲烷中5种内标混合标准溶液，使每种溶液中内标物质量浓度均为10 μg/mL。

按1.2 仪器工作条件，从低浓度到高浓度依次进样分析PAHs 系列混合标准溶液，以目标化合物与内标化合物质量浓度的比值为横坐标，以目标化合物定量离子响应值与内标化合物定量离子响应值的比值为纵坐标，绘制校准曲线。

按样品分析全过程，对低浓度PAHs 混合标准溶液(质量浓度约为估计检出限的3～5倍)连续7次平行测定，计算测定值的标准偏差，按照文献[21]方法计算检出限。

16种PAHs的线性方程、相关系数、检出限见表2。结果显示，各PAHs目标物质量浓度为1.0～30.0 μg/mL 时，相关系数均不低于0.998。16 种PAHs 的方法检出限为0.06～0.12 mg/kg。

表2 16种PAHs的定量内标、线性方程、相关系数、检出限、定量限

2.5 加标回收与精密度试验

在空白塑料样品中分别加入一定量的二氯甲烷中16种PAHs混合标准溶液，同实验步骤处理，做基体加标回收试验，加标水平分别为0.25、0.50、1.0 mg/kg，平行测定7 次，测定值及16 种PAHs 的平均回收率列于表3。结果表明，16种PAHs的平均回收率为70%～92%，测定结果的相对标准偏差均小于15%，满足检测要求。

3 结语

建立了塑料玩具中16 种PAHs 的凝胶渗透色谱-气相色谱-质谱测定方法，选用四氢呋喃为溶剂，全溶解塑料材质，采用凝胶渗透色谱净化，实现多环芳烃小分子同塑料聚合物大分子的分离净化，气相色谱-质谱法对关注的16 种PAHs 进行定性并定量检测。该方法应用凝胶渗透色谱空间排阻的原理实现了目标小分子同塑料聚合物大分子的分离净化，避免了各类塑料复杂基体对检测产生的不利影响，克服了传统萃取法的操作复杂、检测周期长、提取效率和准确度不高等缺点，该方法操作简单，自动化运行，准确可靠，适用于不同聚合物材质的塑料玩具中PAHs的测定。