趙廣明,呂 艷,劉秋紅,任祖光
(浙江龍盛染料化工有限公司,浙江紹興 312300)
富馬酸二甲酯(dimethyl fumarate,DMFu)又稱(chēng)別馬來(lái)酸二甲酯(allomaleicacid-dimethylester),俗稱(chēng)防霉保鮮劑霉克星1號(hào);常溫下為白色結(jié)晶或者結(jié)晶粉末,溶于乙酸乙酯、氯仿、丙酮和醇類(lèi),微溶于乙醚、水。富馬酸二甲酯具有高效、廣譜抗菌的特點(diǎn),對(duì)霉菌有特殊的抑菌效果,兼有殺蟲(chóng)活性,還具有觸殺和熏蒸作用,曾廣泛應(yīng)用于食品、飲料、飼料、中藥材、化妝品、魚(yú)、肉、蔬菜、水果等的防霉、防腐、防蟲(chóng)、保鮮[1]。
隨著人們對(duì)富馬酸二甲酯的深入研究,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)富馬酸二甲酯具有一定毒性且會(huì)慢性積累,進(jìn)入人體會(huì)對(duì)器官產(chǎn)生腐蝕性損害,尤其是對(duì)兒童的成長(zhǎng)發(fā)育造成嚴(yán)重危害。2009年1月29日,歐盟成員國(guó)通過(guò)了“保證含有富馬酸二甲酯的消費(fèi)品不會(huì)投放歐洲市場(chǎng)”的決議草案,該決議于2009年5月1日正式生效。草案明確規(guī)定,如果消費(fèi)品或其部件中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)了0.1 mg/kg,或者產(chǎn)品本身已聲明了其富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù),就將被認(rèn)定為“含有富馬酸二甲酯”的產(chǎn)品,禁止進(jìn)入歐盟市場(chǎng)流通和銷(xiāo)售。2009年2月,中國(guó)禁止將富馬酸二甲酯作為食品添加劑使用,并且在皮革、鞋類(lèi)和紡織品及食品上制定了相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。在不同領(lǐng)域采用的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不同,王云玉等[2]采用頂空-GC-MS法對(duì)皮革及其制品中的富馬酸二甲酯含量進(jìn)行檢測(cè);孫忠松等[3]等用乙腈提取紡織品及皮革中的富馬酸二甲酯;國(guó)家建立了紡織品中富馬酸二甲酯的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28190—2011《紡織品富馬酸二甲酯的測(cè)定》。作為紡織印染的上游行業(yè)——染料行業(yè),富馬酸二甲酯檢測(cè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)亟待建立。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)染料產(chǎn)品中富馬酸二甲酯提取方法和色譜、質(zhì)譜條件的改進(jìn),建立了染料中富馬酸二甲酯的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)方法。
試劑:丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙醇、乙腈(分析純),標(biāo)準(zhǔn)品富馬酸二甲酯,標(biāo)準(zhǔn)品富馬酸二甲酯D2。
儀器:Phenom ProX電鏡能譜一體機(jī)(SEM電鏡掃描儀,荷蘭飛納),7890B-5977A安捷倫氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(帶自動(dòng)進(jìn)樣器G4567A,美國(guó)安捷倫),Phenomenex ZB-35MS色譜柱(美國(guó)),微量注射器、超聲波振蕩器(寧波新芝生物科技有限公司),臺(tái)式低速離心機(jī)(4 000 r/min,上海醫(yī)療器械有限公司)。
使用有機(jī)溶劑萃取染料產(chǎn)品中的富馬酸二甲酯,用氣相色譜儀分離萃取液中的組分,質(zhì)譜儀定性,用富馬酸二甲酯D2作為內(nèi)標(biāo),再用峰面積內(nèi)標(biāo)法定量測(cè)定染料中的富馬酸二甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
1.2.1 質(zhì)譜操作條件
儀器操作條件如表1所示??筛鶕?jù)儀器設(shè)備不同,選擇最佳分析條件。
表1 儀器操作條件
1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品的配制
準(zhǔn)確稱(chēng)取標(biāo)樣富馬酸二甲酯、內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2各0.01 g(準(zhǔn)確至0.000 1 g),用丙酮溶解后,分別定容至100 mL容量瓶中。此溶液為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,質(zhì)量濃度約為100 mg/L,-10~-5℃避光保存,保存期為半年。
分別吸取相同適量的兩種標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液至50 mL容量瓶中,用丙酮定容至刻度,作為混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,-10~-5℃避光保存,保存期為3個(gè)月。
1.2.3 樣品前處理
準(zhǔn)確稱(chēng)取樣品0.5 g(精確至0.000 1 g),置于40 mL樣品瓶中,加入10 mL丙酮內(nèi)標(biāo)液(內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 mg/kg),于超聲波發(fā)生器中帶溫超聲30 min(溫度為50℃)。冷卻至室溫后,取約5 mL樣品溶液于離心管中,用離心機(jī)離心5 min后,取上層清液,上機(jī)檢測(cè)。
根據(jù)染料樣品中被測(cè)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù),選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定。如果樣品中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)太高,則將前處理好的樣品稀釋至常用標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)再進(jìn)行測(cè)定。按上述質(zhì)譜儀分析條件,用自動(dòng)進(jìn)樣器分別取1.0μL試樣溶液和標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定,待出峰完畢后,用質(zhì)譜工作站進(jìn)行結(jié)果處理,通過(guò)比較試樣與標(biāo)樣色譜峰的保留時(shí)間和質(zhì)譜選擇特征離子進(jìn)行定性,用峰面積內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。
校正因子計(jì)算式:
式中,F(xiàn)為校正因子;ωSTD為標(biāo)樣富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg/kg;ωISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg/kg;ASTD為標(biāo)樣富馬酸二甲酯的峰面積;AISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的峰面積。
富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算:
式中,ω為試樣中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg/kg;F為校正因子;ρISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的質(zhì)量濃度,mg/L;mSAM為試樣的質(zhì)量,g;AISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的峰面積;ASAM為試樣中富馬酸二甲酯的峰面積;VSAM為試樣萃取液的體積,mL。試樣中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。樣品中富馬酸二甲酯的質(zhì)譜圖見(jiàn)圖1。
圖1 樣品中富馬酸二甲酯的色譜圖
2.1.1 溶劑的選擇
實(shí)驗(yàn)選擇不同溶劑(丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙腈、乙醇)直接進(jìn)行萃取。0.5 g染料樣品在不同溶劑中的溶解情況如表2所示。
表2 染料樣品在不同溶劑中的溶解情況
由表2可知,由于分散染料難溶于水和常規(guī)溶劑,一般對(duì)溶劑的選擇不能只考慮富馬酸二甲酯的溶解性,還需要考慮分散染料以及分散劑是否溶解。分散染料普遍采用噴干技術(shù)制備[4],通過(guò)電鏡掃描觀察染料結(jié)構(gòu),染料粒徑為50~200μm(如圖2所示),溶劑如果不能將染料溶解,染料顆粒仍舊存在,因?yàn)椴糠指获R酸二甲酯被包含在染料顆粒中,無(wú)法完全溶解,會(huì)造成測(cè)試結(jié)果偏小甚至無(wú)法檢測(cè)。
圖2 染料放大500倍
富馬酸二甲酯在N,N-二甲基甲酰胺中溶解度最低,在丙酮中溶解度最高,選取溶解度最高的丙酮和溶解度最低的N,N-二甲基甲酰胺以及常用的乙酸乙酯、乙醇作為溶劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表3所示。由表3可以看出,富馬酸二甲酯在丙酮中測(cè)試結(jié)果最高,效果最好。因此,采用丙酮作為溶劑對(duì)樣品進(jìn)行前處理。
表3 不同溶劑對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響
2.1.2 超聲溫度和時(shí)間
由表4可知,超聲時(shí)間越長(zhǎng)、溫度越高,檢測(cè)出染料中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,由于丙酮的沸點(diǎn)是56.5℃,因此選擇超聲溫度50℃、時(shí)間30 min。
表4 超聲溫度和時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響
由表5可以看出,使用ZB-35MS(30 m×0.25 mm×0.25μm)色譜柱分離前處理后的樣品,雜質(zhì)與富馬酸二甲酯分離效果好。高溫區(qū)300℃保持5 min可使樣品中沸點(diǎn)較高的組分流出色譜系統(tǒng),避免質(zhì)譜柱污染。
表5 色譜柱分離效果對(duì)比
測(cè)試樣品與標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的選擇離子總流圖中,內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2出峰時(shí)間與富馬酸二甲酯出峰時(shí)間一樣,在測(cè)試樣品與標(biāo)準(zhǔn)工作液溶相同的保留時(shí)間出現(xiàn)的色譜峰分別為提取富馬酸二甲酯和內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的特征離子碎片,根據(jù)其豐度比進(jìn)行確證。
氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀選擇離子色譜總流圖和質(zhì)譜圖如圖3~8所示。
圖3 富馬酸二甲酯色譜圖
圖4 富馬酸二甲酯質(zhì)譜圖
圖5 富馬酸二甲酯D2色譜圖
圖6 富馬酸二甲酯D2質(zhì)譜圖
圖7 樣品中富馬酸二甲酯提取色譜圖
圖8 樣品中富馬酸二甲酯D2提取色譜圖
將富馬酸二甲酯標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋?zhuān)缓笈渲瞥刹煌|(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液,最后再以富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo),以富馬酸二甲酯的峰面積為縱坐標(biāo),對(duì)富馬酸二甲酯繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果如圖9所示。
由圖9可以看出,富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.05~2.00 mg/kg內(nèi)和峰面積具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)接近1,能夠滿(mǎn)足檢驗(yàn)工作要求。
圖9 富馬酸二甲酯的標(biāo)準(zhǔn)曲線
在不含富馬酸二甲酯的染料中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,在本方法的前處理操作條件下重復(fù)進(jìn)樣10次,記錄標(biāo)樣峰面積,結(jié)果見(jiàn)表6。依據(jù)JJF 1164—2018氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀校準(zhǔn)規(guī)范,指標(biāo)為小于等于10%。由表6可以看出,在本方法確定的條件下,分析儀器具有良好的穩(wěn)定性,方法具有良好的精密度。
表6 儀器的穩(wěn)定性及方法的精密度
采用標(biāo)準(zhǔn)加入法,將1 mL混合標(biāo)液加入到0.5 g不含富馬酸二甲酯的染料中,按照本方法操作,測(cè)得富馬酸二甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的回收率為70%~130%。
在本方法的線性范圍內(nèi),以10倍信噪比峰高的目標(biāo)化合物作為最小定量值。本方法根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得:染料中富馬酸二甲酯的最小定量限值為0.5 mg/kg,低于此限值作為未檢出處理。
本方法采用丙酮作為溶劑,以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀器檢測(cè)染料樣品中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù),具有提取簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、穩(wěn)定,回收率和精密度高,干擾少等優(yōu)點(diǎn),適用于染料中富馬酸二甲酯的檢測(cè)。檢測(cè)染料中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有現(xiàn)實(shí)意義,對(duì)其他類(lèi)似化學(xué)品中富馬酸二甲酯的測(cè)試具有參考價(jià)值。