胡清源，馬 強(qiáng)，歐陽(yáng)證，馬瀟瀟

(1.清華大學(xué)精密儀器系，精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；2.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176)

紡織品與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，在紡織品生產(chǎn)過(guò)程中，其表面會(huì)殘留一些有害物質(zhì)，這些物質(zhì)通過(guò)直接接觸人的皮膚，不僅對(duì)皮膚產(chǎn)生刺激，還會(huì)經(jīng)由皮膚被人體吸收，給人體健康造成嚴(yán)重危害。而且，紡織品中的有害物質(zhì)還可能在洗滌過(guò)程中進(jìn)入環(huán)境，造成環(huán)境污染[1]。紡織品中常見(jiàn)的有害物質(zhì)包括鄰苯二甲酸酯、乙醇胺和己內(nèi)酰胺。鄰苯二甲酸酯是常用的增塑劑，可以提高聚合物的塑性，使其易于加工，但因其具有生殖毒性，影響男性生殖系統(tǒng)的發(fā)育和正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]，歐盟[3]和美國(guó)[4]已出臺(tái)相關(guān)法規(guī)限制使用。己內(nèi)酰胺是紡織工業(yè)中大量使用的化學(xué)試劑，主要用于合成尼龍6纖維，其對(duì)呼吸道有一定刺激性，同時(shí)會(huì)提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性，高濃度下會(huì)引起痙攣發(fā)作[5]。二乙醇胺和三乙醇胺是紡織品生產(chǎn)過(guò)程中常用的乳化劑和表面活性劑，對(duì)皮膚有刺激性[6]，其中二乙醇胺被世界衛(wèi)生組織列為2B類(lèi)致癌物[7]，同時(shí)，二乙醇胺和三乙醇胺對(duì)水生動(dòng)物有急性和慢性毒性[8]，若將其排放到自然環(huán)境中，會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成影響。

基于此，為實(shí)現(xiàn)紡織品的質(zhì)量控制，有必要開(kāi)發(fā)精確可靠的檢測(cè)方法。目前，針對(duì)紡織品中有害物質(zhì)的檢測(cè)方法主要有液相色譜法(LC)[9-11]、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)[12-14]和液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)[15-17]，但這些方法分析時(shí)間長(zhǎng)、操作繁瑣、溶劑消耗量大。近年來(lái)，為了縮短質(zhì)譜分析時(shí)間，簡(jiǎn)化質(zhì)譜分析流程，研究人員提出了原位離子化技術(shù)，如解吸電噴霧電離(DESI)[18]、實(shí)時(shí)直接分析(DART)[19]、低溫等離子體(LTP)[20]等。在無(wú)需或僅需簡(jiǎn)單樣品預(yù)處理的情況下，常壓、敞開(kāi)式環(huán)境下即可完成對(duì)樣品的質(zhì)譜分析，為原位、現(xiàn)場(chǎng)快速質(zhì)譜分析提供了方法學(xué)支持，使質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展有了新方向。

激光解吸附電離(LDI)是利用激光與樣品表面的相互作用實(shí)現(xiàn)解吸附與離子化的技術(shù)。與傳統(tǒng)的基質(zhì)輔助激光解吸(MALDI)不同，該技術(shù)常采用納米顆粒[21]、多孔硅[22]、納米柱[23]等微納結(jié)構(gòu)替代小分子基質(zhì)，在輔助樣品電離的同時(shí)避免基質(zhì)對(duì)分析結(jié)果的干擾，可用于小分子代謝物[24]、小分子有害物質(zhì)[25]等小分子物質(zhì)的檢測(cè)?？狗瓷?AR)吸光材料已被用于激光解吸附離子化[26]，它是在金屬基底上利用飛秒激光技術(shù)加工的準(zhǔn)周期微納陣列材料，其形貌使激光在材料表面發(fā)生多次反射，由于反射時(shí)發(fā)生了表面等離子共振，激光能量被轉(zhuǎn)化為金屬材料內(nèi)能。這種材料對(duì)紫外光的吸收率可達(dá)90%～97%，具有極高的光熱轉(zhuǎn)換比。因此，該材料受到紫外激光照射時(shí)會(huì)迅速升溫，促進(jìn)樣品的熱解吸，與其他用于激光輔助解吸附電離的微納結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)制作更簡(jiǎn)單，在使用中不易受損，可重復(fù)使用，適用于代謝物等小分子物質(zhì)的質(zhì)譜快速檢測(cè)。

本研究擬采用激光解吸附電離技術(shù)，以吸光材料輔助樣品離子化，建立紡織品中鄰苯二甲酸酯、乙醇胺和己內(nèi)酰胺的快速質(zhì)譜檢測(cè)，希望為紡織品的快速篩查提供方法參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與裝置

355 nm紫外激光器(最大脈沖能量10 μJ)：長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司產(chǎn)品；電動(dòng)線性位移臺(tái)：美國(guó)Thorlabs公司產(chǎn)品；Impact四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(質(zhì)量分辨率50 000)：德國(guó)Bruker公司產(chǎn)品；QTRAP 4500雙離子阱質(zhì)譜儀：美國(guó)AB SCIEX公司產(chǎn)品。

1.2 主要材料與試劑

鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)標(biāo)準(zhǔn)品：上海源葉生物科技有限公司產(chǎn)品；鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)標(biāo)準(zhǔn)品：上海麥克林生化科技有限公司產(chǎn)品；鄰苯二甲酸二丙酯(DPRP)、己內(nèi)酰胺標(biāo)準(zhǔn)品：上海阿拉丁生化科技股份有限公司產(chǎn)品；二乙醇胺、三乙醇胺標(biāo)準(zhǔn)品：上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司產(chǎn)品。所有標(biāo)準(zhǔn)品純度均≥97%，各標(biāo)準(zhǔn)品溶液均以甲醇作為溶劑。甲醇和乙腈：色譜純，美國(guó)Thermo Fisher公司產(chǎn)品；抗反射基板：分別由304不銹鋼板和銅板制作，其制作方法參考文獻(xiàn)[27]；紡織品樣品：購(gòu)自當(dāng)?shù)爻泻碗娚獭?/p>

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

將紡織品樣品剪成2 mm×2 mm的小塊，以符合基板上吸光區(qū)域的面積。在樣品上滴加5 μL乙腈，將其放在基板上輕輕擠壓，隨后移走樣品，將基板置于Impact四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀進(jìn)樣口前約5 mm處，用頻率1 kHz紫外激光照射基板。將基板接地，對(duì)樣品進(jìn)行分析。質(zhì)譜條件：毛細(xì)管溫度250 ℃，干燥氣流速1 L/min。

紡織品中有害物質(zhì)快速檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)流程示于圖1。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

2.1.1質(zhì)譜毛細(xì)管電壓 將2 μL 19.5 mg/L的鄰苯二甲酸二甲酯溶液直接滴加到不銹鋼抗反射基板上，保持激光脈沖能量為10 μJ，調(diào)整質(zhì)譜毛細(xì)管電壓，進(jìn)行質(zhì)譜分析，記錄鄰苯二甲酸二甲酯的信號(hào)峰強(qiáng)度，結(jié)果示于圖2?？梢?jiàn)，質(zhì)譜毛細(xì)管電壓為-2 500 V時(shí)，樣品的質(zhì)譜信號(hào)最強(qiáng)。

圖2 鄰苯二甲酸二甲酯的信號(hào)強(qiáng)度隨質(zhì)譜毛細(xì)管電壓的變化曲線Fig.2 Curve of intensity of diethyl phthalate with capillary voltage of mass spectrometer

2.1.2激光脈沖能量 實(shí)驗(yàn)所用的激光器可通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流來(lái)調(diào)節(jié)激光脈沖能量，當(dāng)最大輸出電流為8 000 mA時(shí)，激光脈沖能量為10 μJ，輸出電流越小，激光脈沖能量越弱。保持質(zhì)譜毛細(xì)管電壓為-2 500 V，調(diào)節(jié)激光器輸出電流，結(jié)果示于圖3?？梢?jiàn)，激光器輸出電流為8 000 mA，即激光脈沖能量為10 μJ時(shí)，樣品信號(hào)最強(qiáng)。

圖3 鄰苯二甲酸二甲酯的信號(hào)強(qiáng)度隨激光器輸出電流的變化曲線Fig.3 Curve of intensity of diethyl phthalate with output current of the laser

2.1.3抗反射基板材料 在銅和不銹鋼抗反射基板的不同位置分別滴加2 μL濃度為19.5、11.4、106 mg/L的鄰苯二甲酸二甲酯、己內(nèi)酰胺和二乙醇胺溶液，保持激光脈沖能量為10 μJ，質(zhì)譜毛細(xì)管電壓為-2 500 V，進(jìn)行質(zhì)譜分析，樣品峰強(qiáng)度示于圖4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與銅材料基板相比，不銹鋼抗反射基板對(duì)多種樣品具有更好的分析效果。

圖4 3種不同樣品在銅基板或不銹鋼基板的信號(hào)強(qiáng)度Fig.4 Intensity of three different samples on copper plate or stainless steel plate

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果，紡織品中有害物質(zhì)的質(zhì)譜檢測(cè)均使用不銹鋼抗反射基板，在質(zhì)譜毛細(xì)管電壓為-2 500 V，激光脈沖能量10 μJ的條件下進(jìn)行。

2.2 方法性能考察

2.2.1紡織品中常見(jiàn)有害物質(zhì)的AR-LDI質(zhì)譜檢測(cè) 選取經(jīng)測(cè)定不含待測(cè)有害物質(zhì)的紡織品作為空白樣品，分別添加不同濃度的6種化合物標(biāo)準(zhǔn)品，包括鄰苯二甲酸酯、己內(nèi)酰胺和乙醇胺，以制備陽(yáng)性樣品。在激光離子化條件下，待測(cè)物分子離子多以[M+H]+的形式出現(xiàn)，利用飛行時(shí)間質(zhì)譜儀高質(zhì)量分辨率的優(yōu)勢(shì)，用一級(jí)質(zhì)譜圖即可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。以信噪比S/N=3確定檢出限，結(jié)果列于表1。

表1 6種目標(biāo)化合物的檢出限Table 1 Limits of detection (LODs) of the six target compounds

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[28]，使用超聲提取、氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)，紡織品中鄰苯二甲酸酯的方法檢出限為10 mg/kg，與本方法得到的檢出限相當(dāng)。鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯和鄰苯二甲酸二丁酯的一級(jí)質(zhì)譜圖示于圖5。

注：a.鄰苯二甲酸二甲酯(9.7 mg/kg)；b.鄰苯二甲酸二乙酯(11.1 mg/kg)；c.鄰苯二甲酸二丙酯(12.5 mg/kg)圖5 鄰苯二甲酸酯的一級(jí)質(zhì)譜圖Fig.5 MS spectra of phthalate esters

按照國(guó)標(biāo)方法，通過(guò)高溫提取、高效液相色譜檢測(cè)，食品接觸材料和制品中己內(nèi)酰胺的方法檢出限為10 mg/kg[29]，相比之下，AR-LDI具有更低的檢出限。己內(nèi)酰胺的一級(jí)質(zhì)譜圖示于圖6。

圖6 己內(nèi)酰胺(5.65 mg/kg)的一級(jí)質(zhì)譜圖Fig.6 MS spectrum of caprolactam (5.65 mg/kg)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[30]，通過(guò)超聲提取、氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)化妝品中二乙醇胺和三乙醇胺，檢出限分別為0.5、1 mg/kg，低于AR-LDI的檢測(cè)限。表明AR-LDI對(duì)這2種物質(zhì)的檢測(cè)能力相對(duì)較弱，二乙醇胺和三乙醇胺的一級(jí)質(zhì)譜圖示于圖7。

圖7 二乙醇胺(104.4 mg/kg，a)及三乙醇胺(149 mg/kg，b)的一級(jí)質(zhì)譜圖Fig.7 MS spectra of diethanolamine (104.4 mg/kg, a) and triethanolamine (149 mg/kg, b)

2.2.2AR-LDI質(zhì)譜對(duì)紡織品中有害物質(zhì)的定量分析 為考察本方法的定量能力，使用鄰苯二甲酸二甲酯為內(nèi)標(biāo)，對(duì)鄰苯二甲酸二乙酯和鄰苯二甲酸二丙酯進(jìn)行定量分析?？刂苾?nèi)標(biāo)濃度為100 μmol/L，配制10、50、100、150、200 μmol/L一系列目標(biāo)化合物混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，添加到空白樣品進(jìn)行檢測(cè)。以目標(biāo)化合物的濃度為橫坐標(biāo)，目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)信號(hào)峰的豐度比為縱坐標(biāo)，繪制定量曲線，結(jié)果示于圖8。其中，鄰苯二甲酸二丙酯、鄰苯二甲酸二乙酯分別在10～200、10～150 μmol/L濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。

圖8 鄰苯二甲酸二乙酯(a)和鄰苯二甲酸二丙酯(b)的定量曲線Fig.8 Calibration curves of diethyl phthalate (a) and dipropyl phthalate (b)

2.3 實(shí)際樣品檢測(cè)

應(yīng)用本研究建立的方法測(cè)定了購(gòu)自本地超市和電商的6種紡織品，檢測(cè)結(jié)果列于表2，僅1種樣品中檢測(cè)出己內(nèi)酰胺，其他樣品中均未檢出上述有害物質(zhì)。實(shí)際樣品檢測(cè)的質(zhì)譜圖示于圖9。

圖9 6種實(shí)際紡織品樣品(紡織品1～6，a～f)的一級(jí)質(zhì)譜圖Fig.9 MS spectra of six real textile samples (sample 1-6, a-f)

表2 6種實(shí)際紡織品樣品的檢測(cè)結(jié)果Table 2 Screening results of six textile samples

為了驗(yàn)證方法的可靠性，取20 mg樣品1，將其剪碎，置于試管中，加入500 μL甲醇，超聲30 min，取少量樣品溶液，采用nano-ESI離子源電離，QTRAP 4500質(zhì)譜儀分析，對(duì)m/z114離子進(jìn)行低能量碰撞誘導(dǎo)解離，碰撞能量為35 eV，比較其二級(jí)譜圖與同樣條件下19.5 mg/L己內(nèi)酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的二級(jí)譜圖，結(jié)果示于圖10?？梢?jiàn)，二者的二級(jí)譜圖非常接近，表明樣品1中確實(shí)含有己內(nèi)酰胺。

圖10 標(biāo)準(zhǔn)溶液(a)和紡織品1提取液(b)的二級(jí)譜圖Fig.10 MS/MS spectra of standard solution (a) and textile 1 (b)

3 結(jié)論

建立了基于微納吸光材料的激光解吸附電離質(zhì)譜法，并將其用于紡織品中6種有害物質(zhì)的檢測(cè)。該方法無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理過(guò)程，可在1 min之內(nèi)完成檢測(cè)，有效解決了傳統(tǒng)的質(zhì)譜檢測(cè)方法操作繁瑣、耗時(shí)冗長(zhǎng)等問(wèn)題，本方法有望應(yīng)用于食品、化妝品、清潔劑等貿(mào)易產(chǎn)品的質(zhì)譜快檢以及人體、物體表面有害物質(zhì)殘留的檢測(cè)。