蔚 彪,馮徐根,楊 萌,白子竹,韓 軍

(北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 國(guó)家紡織及皮革產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,北京 100025)

苯乙酮,又稱乙酰苯,是最簡(jiǎn)單的芳香酮,其主要用作制藥及其他有機(jī)合成的原料,也用于配制香料。用作溶劑時(shí),苯乙酮有沸點(diǎn)高、性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。在歐盟67/548/EEC危險(xiǎn)物質(zhì)的分類、包裝、標(biāo)示指令的2014年修訂版相關(guān)規(guī)定,苯乙酮屬于有毒有害物質(zhì),毒性等級(jí)為4級(jí),對(duì)皮膚和眼睛有刺激傷害;并且STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中附錄4限定苯乙酮不超過(guò)10 mg/kg,目前我國(guó)尚無(wú)鞋類和鞋類部件中苯乙酮的限量要求。

目前測(cè)定苯乙酮的方法主要有氣相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜法、頂空氣相色譜法、高效液相色譜法[1-6],但是在鞋類用熱塑材料中暫無(wú)液相色譜的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法。文中采用高效液相色譜法對(duì)熱塑材料中苯乙酮進(jìn)行定性定量,通過(guò)優(yōu)化前處理?xiàng)l件和儀器條件,建立了熱塑材料中苯乙酮的分析方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

儀器:Agilent 1260 Infinity液相色譜儀(美國(guó)安捷倫科技有限公司);電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司);JP-040超聲波發(fā)生器(深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司);全玻璃微孔過(guò)濾器(規(guī)格1 000 mL,天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);QL-866旋渦混合器(江蘇海門市其林貝兒儀器制造有限公司);0.45μm 100尼龍過(guò)濾膜(美國(guó)安捷倫科技有限公司)。

試劑:苯乙酮標(biāo)準(zhǔn)品(德國(guó)Dr Ehrenstorf er公司);色譜級(jí)甲醇、乙腈(Fisher Scientific);色譜級(jí)丙酮(Dik ma Technologies);色譜級(jí)甲基叔丁基甲醚、正己烷、甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃(Fisher Scientific)。

材料:白色EVA材料、黑色PU材料(經(jīng)監(jiān)測(cè)含有苯乙酮)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)品的配制

稱取適量苯乙酮標(biāo)準(zhǔn)品,以色譜級(jí)甲醇為溶劑,配制成濃度為880 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。取1 mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,以色譜級(jí)甲醇為溶劑,定容至25 mL,得到濃度為35.2 mg/L的中間儲(chǔ)備液。按試驗(yàn)所需依次將標(biāo)準(zhǔn)工作液稀釋到特定濃度。

1.3 試驗(yàn)步驟

取代表性鞋樣樣品,將其剪碎至5 mm×5 mm小片,混勻。稱取1.0 g(精確至0.01 g)試樣3份(供平行試驗(yàn)用),置于50 mL具塞錐形瓶中,加入40 mL甲醇,將反應(yīng)器密閉,搖勻,使所有試樣浸于液體中,于超聲波提取器中水浴提取50 min后過(guò)濾,過(guò)0.45μm濾膜后,供液相色譜測(cè)定和確證。

1.4 HPLC條件

色譜柱:Aglient Zor bax Eclipse XDB C18(4.6 mm×150 mm×5μm);

流速:0.6 mL/min;

柱溫:30℃;

進(jìn)樣量:5μL;

流動(dòng)相A:超純水;

流動(dòng)相B:甲醇;

梯度洗脫,0~6 min,流動(dòng)相B:70%~70%;6~8 min,流動(dòng)相B:70%~100%;8~11 min,流動(dòng)相B:100%~70%;

檢測(cè)波長(zhǎng):244 n m。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件優(yōu)化

2.1.1 檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇

采用1.408 mg/L的苯乙酮標(biāo)準(zhǔn)溶液在190~400 n m下的紫外光譜全掃描,結(jié)果如圖1所示,在244 n m和280 n m處都有吸收,為提高分析方法的靈敏度,選擇244 n m作為試驗(yàn)檢測(cè)波長(zhǎng)。

圖1 苯乙酮二極管陣列檢測(cè)器紫外吸收光譜

2.1.2 流動(dòng)相的選擇

由于甲醇和乙腈的截止吸收波長(zhǎng)分別為190 n m和210 n m,其對(duì)苯乙酮檢測(cè)的干擾都較小。比較了甲醇-水、乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)3種不同的流動(dòng)相,首先選擇甲醇-水體系,考察了不同甲醇和水配比(95∶5、90∶10、85∶15、80∶20、70∶30、60∶40)下,苯乙酮在反相色譜柱上的保留時(shí)間。由于苯乙酮屬于極性物質(zhì),隨著甲醇比例減小,苯乙酮在色譜柱上的保留時(shí)間延長(zhǎng),同時(shí)峰形變寬。當(dāng)甲醇-水的體積比為70∶30時(shí),目標(biāo)峰在4.16 min出峰,保留時(shí)間適中,峰形較好。檢測(cè)實(shí)際樣品時(shí),在流速為0.6 mL/min時(shí),非極性基質(zhì)出峰較長(zhǎng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)加大檢測(cè)時(shí)間,因此在6~8 min增加100%甲醇,將所有雜質(zhì)沖洗出色譜柱。

用乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)兩種流動(dòng)相檢測(cè)低濃度樣品時(shí),基線不穩(wěn)定,同時(shí)甲醇-水(0.1%甲酸)峰形較差,目市場(chǎng)上色譜級(jí)乙腈的價(jià)格高于甲醇的價(jià)格,因此,綜合考慮選擇甲醇-水作為本試驗(yàn)的最佳流動(dòng)相。

圖2 甲醇-水流動(dòng)相體系

圖3 乙腈-水流動(dòng)相體系

2.2 提取條件

2.2.1 提取溶劑的選擇

超聲波萃取技術(shù)是一種常用的萃取技術(shù),利用超聲波產(chǎn)生的數(shù)以萬(wàn)計(jì)的50~500μm的微小氣泡的空化作用來(lái)達(dá)到提取效果,成本低、操作簡(jiǎn)單、萃取效率高,因此采用超聲波萃取。

以陽(yáng)性聚氨酯鞋底樣品為測(cè)試樣,考察了甲醇、乙酸乙酯、丙酮、甲基叔丁基醚、甲苯、正己烷、四氫呋喃作為萃取溶劑,在30℃超聲波水浴中萃取測(cè)試樣60 min,自然降到常溫,注射器過(guò)濾后上機(jī)。四氫呋喃和乙酸乙酯幾乎無(wú)法用注射器(有機(jī)濾膜和無(wú)機(jī)濾膜)過(guò)濾,進(jìn)樣更是造成針座和留通閥的堵塞。丙酮和甲苯用注射器比較困難,進(jìn)樣也會(huì)造成堵塞。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 萃取溶劑對(duì)萃取效率的影響

由表1可知,四氫呋喃、乙酸乙酯、丙酮和甲苯的萃取液容易堵塞儀器;甲基叔丁基醚萃取效率最低,甲醇次之,正己烷萃取效率最高。本試驗(yàn)是以甲醇-水為流動(dòng)相,綜合考慮以甲醇為萃取溶劑。

2.2.2 提取溫度的選擇

以1.0 g陽(yáng)性EVA鞋底樣品為測(cè)試樣,10 mL甲醇分別在20、30、40、50、60、70℃下超聲萃取60 min,考察不同萃取溫度對(duì)萃取效率的影響。因?yàn)榧状嫉姆悬c(diǎn)是67.4℃,在70℃下甲醇已經(jīng)沸騰,致使萃取瓶?jī)?nèi)壓力過(guò)大而產(chǎn)生安全問(wèn)題,故80℃不作為測(cè)試溫度。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 提取溫度對(duì)EVA中苯乙酮提取效率的影響

由表2可知,隨著溫度的升高,苯乙酮的萃取效率逐漸增大,在40℃達(dá)到最大;溫度超過(guò)40℃后,苯乙酮的萃取效率不再增大,而是略有降低且逐漸趨于平穩(wěn)。綜合安全、環(huán)保和效率最大化,本試驗(yàn)選擇40℃為最佳萃取溫度。

2.2.3 提取時(shí)間的選擇

以甲醇為萃取溶劑,在超聲溫度為40℃下分別測(cè)定萃取時(shí)間為10、20、30、40、50、60、70、80 min的黑色熱塑材料陽(yáng)性樣品中苯乙酮的提取效率,比較不同萃取時(shí)間對(duì)苯乙酮提取效率的影響,結(jié)果如圖4所示。

圖4 萃取時(shí)間對(duì)熱塑材料樣品中苯乙酮萃取效率的影響

由圖4可知,從10 min到40 min,隨著萃取時(shí)間的增加,萃取液中到苯乙酮含量逐漸增加;從40 min到50 min,隨著萃取時(shí)間到增加,萃取液中到苯乙酮含量逐漸趨于平穩(wěn),在50 min達(dá)到最大,故本試驗(yàn)選擇50 min為最佳提取時(shí)間。

2.2.4 提取體積的選擇

在超聲溫度為40℃下,分別稱取1.0 g黑色熱塑材料陽(yáng)性樣品在10、20、30、40、50、60 mL甲醇中萃取40 min,比較不同萃取體積對(duì)苯乙酮提取效率的影響,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 萃取溶劑體積對(duì)苯乙酮萃取效率的影響

在不同的萃取溶劑體積下,從10 mL到30 mL萃取液中的苯乙酮效率沒(méi)有達(dá)到最大,但是由于萃取溶劑體積較小,濃度已經(jīng)達(dá)到飽和,無(wú)法繼續(xù)萃取出苯乙酮,在40 mL時(shí)苯乙酮的萃取效率達(dá)到最大,再增大溶劑體積,萃取效率增長(zhǎng)趨于平穩(wěn),綜合考慮溶劑的利用率和萃取效率,本試驗(yàn)選擇40 mL甲醇作為萃取溶劑的體積。

2.3 線性方程和檢出限

取一陰性白色熱塑材料樣品,按2.3方法進(jìn)行處理得到空白基質(zhì)溶液,移取適量中間儲(chǔ)備液用空白基質(zhì)溶液配制濃度分別為0.352、0.704、1.408、3.52、7.04、14.08、35.2 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線,按2.4儀器條件進(jìn)行上機(jī)分析,苯乙酮在上述濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,線性方程Y=58.597 19X-10.107 151,相關(guān)系數(shù)R2=0.999 17,可以很好滿足定量分析的需要。方法檢出限采用空白基質(zhì)添加標(biāo)準(zhǔn)溶液完成前處理步驟后進(jìn)行儀器分析,當(dāng)S/N=7.3時(shí)得出苯乙酮的方法檢出限為0.14 mg/kg。

2.4 回收率和精密度

對(duì)同一待測(cè)樣品(樣品中苯乙酮含量未檢出)添加不同濃度水平的苯乙酮標(biāo)準(zhǔn)品溶液,采用HPLC測(cè)定方法的回收率和精密度,每個(gè)濃度水平制備5個(gè)平行樣,按2.3樣品前處理進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。試驗(yàn)證明苯乙酮的平均回收率為90.40%~94.91%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.25%~6.36%,說(shuō)明試驗(yàn)測(cè)試精密度較好。

表4 方法的回收率和精密度

2.5 實(shí)際樣品測(cè)定

采用上述方法對(duì)市售鞋樣上的熱塑材料樣品進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示:24個(gè)熱塑樣品中共有6個(gè)檢出,檢出率為25%,苯乙酮含量范圍在4.9~170 mg/kg,參照STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中對(duì)苯乙酮不超過(guò)10 mg/kg的限量要求,有4個(gè)鞋樣樣品超出限量17倍,說(shuō)明了苯乙酮在鞋類熱塑材料中的應(yīng)用較為廣泛,風(fēng)險(xiǎn)較大。我國(guó)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)對(duì)鞋類中的苯乙酮的監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用高效液相色譜分析方法,采用甲醇超聲波萃取,優(yōu)化液相色譜和前處理?xiàng)l件,能夠?qū)π怑VA和PU中的苯乙酮進(jìn)行精確定性和定量,建立了利用液相色譜測(cè)定鞋類產(chǎn)品中苯乙酮的分析方法。本方法具有簡(jiǎn)便、快捷,能在12 min內(nèi)出檢測(cè)結(jié)果,測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。在14.08~563.2 mg/kg濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.999 17,加標(biāo)回收率在90.40%~94.91%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.25%~6.36%之間,方法檢出限為0.14 mg/kg,精密度高,低于氣質(zhì)的檢出限[7]。