鐵建成， 劉 俊,2， 賈麗霞,2， 藏蒙蒙， 孫慧芹， 朱 鵬

(1. 新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830046； 2. 中華人民共和國烏魯木齊海關(guān)， 新疆 烏魯木齊 830063)

由于廢棉來源廣泛、物質(zhì)復(fù)雜，常常會伴有不孕籽、泥沙、枝葉等摻雜物的存在，同時在紡織品加工過程中用到的一些染料、抗靜電劑、漂白劑等化學(xué)成分也會伴隨其中，因此其毒性物質(zhì)潛在風(fēng)險嚴(yán)重。增塑劑就屬于其中的一類有毒害物質(zhì)，在自然環(huán)境中很難被降解，且具有遷移行為，隨著生態(tài)循環(huán)極易在水體、土壤以及生物體內(nèi)產(chǎn)生富集[1]，從而給生態(tài)環(huán)境安全帶來嚴(yán)重的威脅。同時鄰苯二甲酸酯(PAEs)屬于環(huán)境激素，對人類和動物有雌性激素效應(yīng)，會嚴(yán)重影響人體的內(nèi)分泌平衡，導(dǎo)致生殖系統(tǒng)病變[2-4]，嚴(yán)重影響人體健康。Oeko-Tex?Standard 100對紡織品中PAEs類增塑劑的使用做出了明確的限量要求，其中Ⅰ類紡織品中鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DNOP)、鄰苯二甲酸二乙基己酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二異庚酯(DIHP)、鄰苯二甲酸二庚酯(DHP)、鄰苯二甲酸二甲基乙二醇酯(DMEP)、鄰苯二甲酸二戊酯(DPP)的總量不能超過0.1%，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類紡織品中DEHP、BBP、DBP、DIBP、DIHP、DHP、DMEP、DPP的總量不能超過0.1%。己二酸酯(AEs)類增塑劑目前雖未被列入限量行列，但因其毒性也逐漸引起重視。鑒于PAEs和AEs類增塑劑對環(huán)境[5-7]和人體的危害[8-10]，同時國內(nèi)也沒有一個系統(tǒng)的、完善的、可靠的廢棉中PAEs和AEs類增塑劑的檢測方法，無法對符合安全、衛(wèi)生、環(huán)?？衫玫膹U棉進行鑒別和歸屬，因此，建立廢棉中增塑劑的檢測方法具有重要意義。

目前，國內(nèi)外對PAEs和AEs類增塑劑的前處理方法主要采用超聲波萃取法[11]、索氏提取法[12]、液液萃取法[13]、加速溶劑萃取法[14-15]、固相萃取法[16-17]、超臨界流體萃取法等[18]。Bonini M等[19]采用索氏提取法對食品包裝薄膜中16種增塑劑成分進行提取，乙酸乙酯作為提取劑，氣相色譜-氫火焰離子檢測器(GC-FID)進行檢測。Nerín C等[20]采用超臨界流體萃取法對紙制食品包裝材料樣品中增塑劑成分進行提取，以甲醇作為萃取劑，共檢測出鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、DIBP、DBP、己二酸二辛酯(DOA)和DEHP 5種增塑劑成分。Del C M等[21]建立了一種測定葡萄酒樣品中6種鄰苯二甲酸酯的方法，采用固相萃取法對葡萄酒樣品中PAEs進行提取，并通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)進行測定。但這些方法存在處理流程長、對有機溶劑的消耗量大、操作復(fù)雜等不足，特別是針對基質(zhì)成分復(fù)雜的廢棉，更加增大了前處理的難度。

本文采用超聲輔助-固相萃取前處理方法強化對目標(biāo)物的富集與純化，并降低基質(zhì)效應(yīng)對目標(biāo)物的干擾，以期針對復(fù)雜基質(zhì)建立操作簡單、溶劑需求量少、成本低廉、對環(huán)境友好且富集效率高的前處理方法。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與材料

Agilent 7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司)；KQ-300DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；N-EVAP-112水浴氮吹儀(美國Organomation公司)；電子天平(瑞士梅特勒-托利多公司)；SmarVapor RE 501旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(德國De Chem-Tech公司)；EYELA MMV-1000W振蕩器(日本東京理化公司)；MS3型渦旋混勻器(德國IKA公司)。Na2SO4/Florisil固相萃取柱(填料2 g/2 g，柱體積6 mL)、HC-C18固相萃取柱(填料2 g，柱體積6 mL)、Alumina-N固相萃取柱(填料1 g，柱體積6 mL)、Florisil固相萃取柱(填料250 mg，柱體積6 mL)均購自上海安譜科學(xué)儀器有限公司。

鄰苯二甲酸酯類增塑劑標(biāo)準(zhǔn)品：DEP、鄰苯二甲酸二丙(DPrP)、DIBP、DBP、DMEP、DPP、鄰苯二甲酸雙-4-甲基-2-戊酯(BMPP)、鄰苯二甲酸二-(2-乙氧基)乙酯(DEEP)、鄰苯二甲酸二己酯(DNHP)、BBP、DIHP、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯(DCHP)、DHP、DEHP、鄰苯二甲酸二辛酯(DNOP)、DINP、DIDP、鄰苯二甲酸二壬酯(DNP)。

己二酸酯類增塑劑標(biāo)準(zhǔn)品：己二酸二乙酯(DEA)、己二酸二異丁酯(DIBA)、己二酸二丁酯(DBA)、己二酸二(2-丁氧基乙基)酯(BBOEA)、己二酸二-2-乙基己基酯(DEHA)。23種增塑劑標(biāo)準(zhǔn)品均購自德國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)品責(zé)任有限公司，純度均大于98.0%。

正己烷、甲醇、丙酮、異丙醇、乙酸乙酯均為色譜純(德國Merck公司)，二氯甲烷為色譜純(Fisher公司)，無水乙醇、無水硫酸鈉均為分析純(天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)。

市場委托和進口報檢的50批次廢棉原料，其中包括：a類，帶有涂料的廢棉紗線(16批)；b類，清花落棉(9批)；c類，棉短絨(11批)；d類，其他廢棉樣品(14批)。

1.2 樣品前處理

1.2.1 超聲輔助-固相萃取

取代表性廢棉樣品，剪碎后準(zhǔn)確稱取5 g(精確至0.001 g)于100 mL的反應(yīng)瓶中，并加入提取液，搖勻，用聚四氟乙烯(PTFE)膜密封，于30 ℃、40 kHz條件下超聲萃取一定時間，取上清液于雞心瓶中，重復(fù)操作1次，合并提取液，旋蒸至1～2 mL，待固相萃取柱進一步純化。

將Alumina-N固相萃取柱先用4 mL二氯甲烷/正己烷(體積比為1∶1)預(yù)先活化、再用4 mL正己烷平衡，棄去流出液，保持柱面濕潤，將上述提取液加入到Alumina-N固相萃取柱中，并用10 mL洗脫劑進行洗脫，收集流出液于30 ℃水浴條件下用氮氣吹至盡干后，用正己烷定容至1 mL，再用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)測試分析。

1.2.2 四氫呋喃前處理方法

按照GB/T 20388—2014《紡織品 鄰苯二甲酸酯的測定 四氫呋喃法》前處理方法，取代表性廢棉樣品，剪碎后準(zhǔn)確稱取5 g(精確至0.001 g)于100 mL的反應(yīng)瓶中，并加入四氫呋喃提取液，搖勻，并用PTFE膜密封，于30 ℃、40 kHz條件下超聲提取30 min，以4 000 r/min離心3 min，轉(zhuǎn)移提取液至10 mL的試管中，用氮氣吹至1 mL，供GC/MS檢測。

1.3 GC/MS測試條件

色譜柱：HP-5MS毛細(xì)管色譜柱(柱長×內(nèi)徑為30.0 m×0.25 mm，膜厚0.25 μm)；程序升溫：60 ℃保持1 min，以5 ℃/min升至200 ℃，保持1 min，再以15 ℃/min升至280 ℃，保持5 min，不分流進樣，進樣口溫度為280 ℃，流速為1.0 mL/min；進樣量1.2 μL，電離源為EI源，電離能為70 eV，選擇離子檢測(SIM)。

1.4 定性和定量方法

準(zhǔn)確稱23種增塑劑標(biāo)準(zhǔn)品各10 mg，用正己烷溶解并定容至10 mL，配制成混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液，于棕色試劑瓶在4 ℃下冷藏儲存。將上述混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液，用正己烷稀釋成所需濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。以樣品與標(biāo)準(zhǔn)品的色譜保留時間和特征離子來對樣品進行定性，23種增塑劑、保留時間及定性及定量離子質(zhì)荷比見表1。定量方法采用外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 特征離子的選擇離子掃描

選擇離子掃描(SIM)是根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)的某些特征離子來進行有選擇性的檢測，所以會大大增加目標(biāo)物質(zhì)的色譜峰強度，有效減少雜峰的產(chǎn)生，降低了基體中其他成分對目標(biāo)物質(zhì)的干擾，提高了分析方法的精確度和選擇性。本文首先對23種增塑劑的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液進行全掃描(SCAN)模式檢測，以此來確定各目標(biāo)物質(zhì)的出峰時間，并根據(jù)質(zhì)譜圖中離子碎片來確定其種類以及定性和定量離子。其中發(fā)現(xiàn)DIHP、DINP和DIDP這3種物質(zhì)的色譜峰均為多重峰，且DINP和DIDP這2種物質(zhì)色譜峰有部分重疊。為了使DINP和DIDP這2種目標(biāo)物質(zhì)的色譜峰能夠得到良好的分離，以確保對實驗結(jié)果分析的準(zhǔn)確性，分別以質(zhì)荷比等于149、149和293、307的離子作為DINP、DIDP的定量離子，通過SIM模式對其進行測試。結(jié)果表明，當(dāng)以質(zhì)荷比等于293、307的離子作為DINP、DIDP的目標(biāo)離子相比以質(zhì)荷比等于149、149的離子作為DINP、DIDP的目標(biāo)離子時的分離效果要好。綜上，本文實驗選擇質(zhì)荷比等于293、307的離子作為DINP、DIDP的目標(biāo)離子。23種增塑劑的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液選擇離子掃描(SIM)模式測試結(jié)果見圖1，各目標(biāo)物質(zhì)色譜峰均能實現(xiàn)較好的分離。

表1 23種增塑劑的保留時間及離子質(zhì)荷比Tab.1 Retention time of 23 plasticizers and ratio of ion proton number to charge number

1—DEA；2—DEP；3—DIBA；4—DBA；5—DPrP；6—DIBP；7—DBP； 8—DMEP；9—DPP；10—BMPP；11—BBOEA；12—DEEP； 13—DNHP；14—BBP；15—DEHA；16—DIHP；17—DCHP；18—DHP； 19—DEHP；20—DNOP；21—DINP；22—DIDP；23—DNP。下同。圖1 23種增塑劑標(biāo)準(zhǔn)品選擇離子掃 描總離子流色譜圖Fig.1 Selected ion scan total ion current chromatogram of 23 plasticizer standards

2.2 超聲輔助-固相萃取條件的確定

2.2.1 提取溶劑的選擇

以23種增塑劑化合物的回收率為參考，考察了二氯甲烷、甲醇、正己烷、丙酮、正己烷-二氯甲烷(體積比為2∶1)對23種增塑劑的萃取效果。以二氯甲烷、甲醇和正己烷作為提取劑時DIHP、DINP、DIDP均未被提取出來，其余化合物回收率在37%～62%之間，提取效率較低?？赡茉蚴荄IHP、DINP、DIDP這3種化合物自身具有較高的測定下限，在測定時響應(yīng)值較低，因此未被檢出。以丙酮作為萃取溶劑時除DIHP、DINP和DIDP回收率低于45%，其余化合物回收率均大于60%。以正己烷-二氯甲烷(體積比為2∶1)作為提取劑時23種化合物回收率均在60%以上。

考慮到PAEs和AEs類增塑劑屬于弱極性或中等極性物質(zhì)，根據(jù)相似相溶原理，提取溶劑的極性大小可能會對目標(biāo)物質(zhì)的提取效率產(chǎn)生一定的影響，因此本文實驗又進一步考察了不同體積比時正己烷-二氯甲烷的回收率，結(jié)果如圖2所示。當(dāng)正己烷-二氯甲烷溶液體積比為4∶1時，23種增塑劑的回收率均在70%以上，因此，選擇正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)作為萃取劑。

圖2 不同萃取溶劑對萃取效率影響Fig.2 Influence of different extraction solvents on extraction efficiency

2.2.2 超聲萃取時間選擇

以正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)作為萃取劑，探討了萃取時間對增塑劑回收率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同萃取時間對萃取效率的影響Fig.3 Effects of different extraction times on extraction efficiency

隨著萃取時間的增加，萃取效率也逐漸增加，當(dāng)萃取時間達(dá)到30 min時，再往后延長萃取時間，大部分目標(biāo)物質(zhì)萃取效率均再無明顯增加;反而目標(biāo)化合物DPrP、DMEP、DPP、DEEP、DINP、DIDP的萃取效率均有不同程度下降趨勢，原因可能是由于PAEs屬于半揮發(fā)性物質(zhì)，在長時間的超聲處理情況下有部分已揮發(fā)。因此，本著實驗的快速、高效，萃取時間推薦選取30 min。

2.2.3 固相萃取柱及洗脫劑的選擇

本文實驗分別比較了Na2SO4/Florisil、HC-C18、Florisil、Alumina-N 4種固相萃取柱對樣品提取液的凈化效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，強極性的中性Alumina-N固相萃取柱相對于其他3種固相萃取柱可有效吸附樣品提取液中的雜質(zhì)和未知成分,因此，選擇Alumina-N固相萃取柱以吸附極性雜質(zhì)洗脫目標(biāo)物質(zhì)的方式來凈化本底和富集目標(biāo)物。

選用丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、異丙醇、正己烷-二氯甲烷(體積比為2∶1)5種溶劑各15 mL作為洗脫劑分別對Alumina-N固相萃取柱進行洗脫，收集流出液，供GC/MS測試分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，15 mL正己烷-二氯甲烷(體積比為2∶1)洗脫液可將Alumina-N固相萃取柱吸附的目標(biāo)物質(zhì)有效的洗脫下來，但同時也伴隨著部分雜質(zhì)峰的產(chǎn)生，根據(jù)相似相溶原理，當(dāng)洗脫劑極性過大時可能會將Alumina-N固相萃取柱中吸附的極性雜質(zhì)一并洗脫下來?？紤]到洗脫劑極性強弱問題，又進一步考察了不同體積比(3∶1、4∶1、6∶1、8∶1)時正己烷-二氯甲烷對樣品提取液的凈化效率。結(jié)果表明，當(dāng)正己烷-二氯甲烷體積比為6∶1時，既可將目標(biāo)物質(zhì)完全洗脫，同時Alumina-N固相萃取柱對目標(biāo)物質(zhì)的純化效果也較為理想。綜合考慮，選用Alumina-N固 相萃取柱對樣品提取液進行吸附雜質(zhì)凈化本底和富集目標(biāo)物，正己烷-二氯甲烷(體積比為6∶1)進行洗脫。

以正己烷-二氯甲烷(體積比為6∶1)作為洗脫溶劑，進一步優(yōu)化洗脫溶劑用量。每2 mL用量收集1次，共收集10次，分別計算每段流出液中目標(biāo)物質(zhì)的回收率。結(jié)果表明，當(dāng)洗脫溶劑體積達(dá)到10 mL時，各目標(biāo)物質(zhì)的回收率達(dá)到83.3%～104.3%，繼續(xù)增加洗脫劑用量，各種目標(biāo)物質(zhì)的回收率均再無明顯增加,因此，本文將最終選用10 mL正己烷-二氯甲烷(體積比為6∶1)混合溶劑作為Alumina-N固相萃取柱的洗脫劑。

采用以上優(yōu)化過的固相萃取方法，對不含目標(biāo)物質(zhì)的實際樣品提取液(添加1倍定量限的DPrP、DIBP和DBP這3種物質(zhì))進行測定，測試結(jié)果如圖4所示。圖4(a)示出未經(jīng)過固相萃取柱凈化的樣品測試結(jié)果，可明顯看出樣品中存在較多未知成分的雜質(zhì)峰，基質(zhì)對目標(biāo)物質(zhì)的干擾較大。圖4(b)示出經(jīng)固相萃取柱凈化的樣品測試結(jié)果，可看出幾乎不存在任何雜質(zhì)峰，基質(zhì)對目標(biāo)物質(zhì)幾乎無干擾。

圖4 樣品提取液在固相萃取前和 固相萃取后色譜圖對比Fig.4 Chromatogram comparison of sample extract before solid-phase extraction(a)and after solid-phase extraction(b)

2.3 增塑劑標(biāo)準(zhǔn)曲線與線性范圍和檢出限

配制5種質(zhì)量濃度分別為1，2，5，10，20 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液(DIHP、DINP、DIDP為5，10，25，50，100 μg/mL)，以標(biāo)準(zhǔn)工作液的質(zhì)量濃度為自變量，定量離子質(zhì)量色譜峰面積為因變量，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得到線性方程和相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2。相關(guān)系數(shù)r≥0.990 7，根據(jù)HJ 168—2010《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》關(guān)于檢出限的計算方法，平行測定7次低濃度空白加標(biāo)樣品，計算各目標(biāo)物質(zhì)的檢出限。由表可知，23種增塑劑檢出限(LOD)在0.084～1.748 μg/g之間，其中DIHP、DINP、DIDP這3種物質(zhì)的LOD分別為1.464、1.423、1.748 μg/g，明顯高于其他物質(zhì)的LOD，其原因可能是由于這3種物質(zhì)具有較高的測定低限，且具有多重峰，線性范圍是其他物質(zhì)的5倍，因此，比其他物質(zhì)LOD高。以4倍的LOD來限定其定量限(LOQ)，23種增塑劑的LOQ為0.336～6.992 μg/g。

2.4 本文方法的加標(biāo)回收率和檢出率

由于廢棉中的棉纖維結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由初生層、次生層和中腔結(jié)構(gòu)組成，考慮到直接對廢棉樣品進行加標(biāo)測試，大部分目標(biāo)物質(zhì)可能會只存在于棉纖維表面，無法進入到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其測試結(jié)果不具代表性，因此，為模擬自然環(huán)境中增塑劑在廢棉中的存在環(huán)境，實驗選取代表性廢棉樣品，分別添加到3個不同的加標(biāo)水平5、10、20 μg/mL(DIHP、DINP、DIDP為25、50、100 μg/mL)中，攪拌使樣品與目標(biāo)物質(zhì)充分混勻后，密封于常溫下靜置12 h，使目標(biāo)物盡可能地充分浸潤到棉纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。按照1.2.1節(jié)前處理方法對樣品進行處理后，按1.3節(jié)儀器條件上機測試，每個加標(biāo)水平做6次平行對照組，進行加標(biāo)回收測試，結(jié)果見表3。23種增塑劑日內(nèi)平均回收率為83.3%～104.3%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=6)為1.9%～8.1%，日間平均回收率為83.4%～103.3%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=6)為1.6%～8.7%。

表2 23種增塑劑的線性相關(guān)系數(shù)、線性范圍、檢出限(LOD)和定量限(LOQ)Tab.2 Linear correlation coefficient, linear range, limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) of 23 plasticizers

2.5 方法驗證

根據(jù)本文建立的方法與GB/T 20388—2014《紡織品 鄰苯二甲酸酯的測定 四氫呋喃法》方法進行對比，分別對市場委托和進口報檢的50批次廢棉樣品進行了23種增塑劑成分的測定。由于同一類樣品不同批次中含有待測成分的不確定性，同時為了使檢測結(jié)果更具代表性，實驗分別對a、b、c、d這4類中的每批樣品進行了目標(biāo)成分的測定。采用GB/T 20388—2014方法檢測結(jié)果表明，50批廢棉樣品中僅檢出2種目標(biāo)物質(zhì)，其中在帶有涂料的廢棉紗線中檢出DIBP和DNOP，含量分別為0.541～0.746 μg/g和0.648～1.702 μg/g，在其他廢棉樣品中檢出DNOP，含量為0.841～1.327 μg/g。運用本文建立的方法檢測，有7種目標(biāo)物質(zhì)均不同程度的被檢出，在帶有涂料的廢棉紗線中檢測出目標(biāo)物質(zhì)：DBA、DIBP、DBP和DNOP，含量分別為1.427～1.813、0.466～0.573、0.684～1.320和0.475～1.731 μg/g，在清花落棉、棉短絨樣品中均檢測出DEHP，含量分別為0.574～0.651、0.597～0.714 μg/g，其他廢棉樣品中檢測出DEP、DNHP和DNOP，含量分別為0.558～0.847、1.435～1.973和0.755～1.436 μg/g。其中DBA、DBP、DEHP、DEP、DNHP這5種物質(zhì)在GB/T 20388—2014方法中均未被檢出，其主要原因是該方法無法有效地去除基體中未知成分和雜質(zhì)對目標(biāo)物產(chǎn)生的干擾，無法實現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)良好的凈化和富集效果，從而導(dǎo)致目標(biāo)物質(zhì)無法被檢出。而采用本文建立的超聲輔助-固相萃取前處理方法可有效避免以上弊端，極大程度地提高了目標(biāo)物質(zhì)的檢出率。

3 結(jié)束語

本文利用超聲輔助-固相萃取前處理方式，以正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)作為提取劑，提取液經(jīng)Alumina-N固相萃取柱凈化和富集，采用氣相色譜質(zhì)譜儀(GC/MS)進行檢測，建立了廢棉中鄰苯二甲酸酯(PAEs)和己二酸酯(AEs)類增塑劑成分的同時檢出方法，并與GB/T 20388—2014方法進行了對比，檢出率及靈敏度都有顯著提高，且該方法樣品處理過程簡單、干擾小，各目標(biāo)物質(zhì)均能實現(xiàn)良好的分離，可簡便快速地檢測出23種增塑劑的含量。通過對實際樣品測定驗證，該方法可較為準(zhǔn)確地檢測出廢棉中PAEs和AEs類增塑劑的微量殘留，廢棉中此類物質(zhì)的有效提取和微量檢測方法對質(zhì)量控制、環(huán)境保護以及人類健康等方面具有重大的意義。