劉雅慧，李紅艷，孔祥偉，王志娟，張 慶，馬 強(qiáng)，呂 慶

(1.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，工業(yè)與消費(fèi)品安全研究所，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(消費(fèi)品質(zhì)量安全檢測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)，北京 100176；2.浙江省產(chǎn)品質(zhì)量安全科學(xué)研究院，浙江 杭州 310018；3.北京凱隆分析儀器有限公司，北京 101102)

近年來(lái)，我國(guó)紡織服裝產(chǎn)品進(jìn)口規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，已成為世界第二大進(jìn)口國(guó)。同時(shí)，兒童消費(fèi)市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大，消費(fèi)觀念轉(zhuǎn)向追求品質(zhì)化、品牌化的高端領(lǐng)域，特別是進(jìn)口兒童紡織品頗受消費(fèi)者青睞。兒童紡織品的質(zhì)量安全，尤其是化學(xué)成分安全非常重要，使用不安全的產(chǎn)品給兒童帶來(lái)的危害是難以估量的[1]。紡織品原材料可能含有化學(xué)污染物，在加工、運(yùn)輸、包裝、儲(chǔ)存等各環(huán)節(jié)都可能受到化學(xué)品的污染[2-3]。目前，涉及兒童紡織品的主要法規(guī)包括國(guó)際環(huán)保紡織協(xié)會(huì)的Oeko-Tex認(rèn)證、服裝及鞋襪國(guó)際RSL管理工作組限制物質(zhì)清單(AFIRM RSL)、美國(guó)服裝鞋類(lèi)協(xié)會(huì)限制物質(zhì)清單(AAFA RSL)、歐盟REACH法規(guī)、美國(guó)CPSIA法案、以及我國(guó)的紡織品強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)“國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范”[4]和“嬰幼兒及兒童紡織產(chǎn)品安全技術(shù)規(guī)范”[5]等。

當(dāng)前，對(duì)紡織品的化學(xué)安全研究通常聚焦于法規(guī)中規(guī)定的特定目標(biāo)物質(zhì)，主要是檢測(cè)樣品中目標(biāo)物質(zhì)的含量以判定是否符合法規(guī)要求。對(duì)紡織品中鄰苯二甲酸酯[6]、有機(jī)錫[7]、有機(jī)磷阻燃劑[8]、芳香胺[9]、多環(huán)芳烴[10]、苯并噻唑[11]、偶氮染料[12]等多種物質(zhì)的檢測(cè)方法已有報(bào)道。有研究[11-12]對(duì)兒童紡織品中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以探究其可能給兒童健康帶來(lái)的危害。實(shí)際上，即使產(chǎn)品中的已知化學(xué)物質(zhì)符合法規(guī)要求，但存在的其他未知化學(xué)物質(zhì)仍可能會(huì)對(duì)兒童健康構(gòu)成潛在危害。因此，有必要采用非靶向方法篩查兒童紡織品中潛在的化學(xué)物質(zhì)，以更全面地排查產(chǎn)品中的化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。目前，已有研究利用液相色譜-高分辨質(zhì)譜(LC-HRMS)對(duì)兒童服裝中特定類(lèi)別的物質(zhì)，如偶氮染料[12]，以及兒童口罩中熒光增白劑[13]進(jìn)行非靶向篩查。

未知物的鑒定復(fù)雜且耗時(shí)，定性結(jié)果的準(zhǔn)確可靠是非常關(guān)鍵的。如果同系物之間的譜圖相似或異構(gòu)體碎片離子存在的差異較小，則低分辨質(zhì)譜難以得到準(zhǔn)確的鑒定結(jié)果[14-15]，而高分辨質(zhì)譜(Orbitrap、TOF等)具有更高的分辨率、質(zhì)量準(zhǔn)確度、靈敏度和選擇性，是當(dāng)前開(kāi)展非靶向研究的有力工具[16-17]。氣相色譜-軌道阱高分辨質(zhì)譜(GC-Orbitrap MS)集合了氣相色譜和高分辨質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)，在分析未知小分子物質(zhì)方面具有優(yōu)勢(shì)[18-20]，如高達(dá)24萬(wàn)的分辨率；超過(guò)30萬(wàn)種物質(zhì)的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)；高分辨過(guò)濾值(HRF)，即碎片離子的實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)中相應(yīng)碎片離子元素組成相符的精確質(zhì)量百分比；多種電離模式能提供豐富的質(zhì)譜碎片信息；色譜保留指數(shù)(RI)可與譜庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行對(duì)比。目前，該技術(shù)在環(huán)境、食品接觸材料等領(lǐng)域非靶向篩查的應(yīng)用越來(lái)越多[17,20-23]，但尚未見(jiàn)在兒童紡織品中應(yīng)用的報(bào)道。

本研究擬開(kāi)發(fā)一種可靠的非靶向篩查方法，通過(guò)GC-Orbitrap MS快速準(zhǔn)確地鑒定進(jìn)口兒童紡織品中潛在的化學(xué)物質(zhì)。根據(jù)鑒定物質(zhì)的檢出率、毒性和響應(yīng)強(qiáng)度，揭示進(jìn)口兒童紡織品中具有較高風(fēng)險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Q Exactive GC-Orbitrap型氣相色譜-四極桿-靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜儀：美國(guó)Thermo Fisher公司產(chǎn)品；P300H超聲清洗機(jī)：德國(guó)Elma公司產(chǎn)品；甲醇(色譜純)：美國(guó)Fisher公司產(chǎn)品；C7～C40正構(gòu)烷烴混合溶液：美國(guó)Sigma-Aldrich公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

1.2.1色譜條件 HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣：高純氦氣(99.999%)；進(jìn)樣體積1 μL；EI電離模式下采用分流進(jìn)樣，分流比20∶1；正化學(xué)電離(PCI)模式下采用不分流進(jìn)樣；載氣流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度280 ℃，傳輸線溫度250 ℃；柱箱升溫程序：初始溫度40 ℃，保持1 min，以8 ℃/min升至310 ℃，保持5 min。

1.2.2質(zhì)譜條件 全掃描模式(full-scan)，質(zhì)量掃描范圍m/z50～600，分辨率設(shè)為60 000 FWHM，分別在EI、PCI模式下檢測(cè)每個(gè)樣品。EI電離能量70 eV；PCI采用甲烷反應(yīng)氣，流速1.5 mL/min；溶劑延遲3.5 min；離子源溫度280 ℃，傳輸線溫度250 ℃；C-trap和HCD碰撞氣為高純氮?dú)?99.999%)；C-trap最大目標(biāo)容量(AGC target)1×106；最大注入時(shí)間200 ms；質(zhì)量公差窗口5 ppm。

1.3 樣品前處理

將樣品剪成小于5 mm×5 mm的碎片，混合均勻，準(zhǔn)確稱(chēng)取(0.5±0.01) g樣品于具塞玻璃比色管中，加入20 mL甲醇，超聲提取30 min，取上層清液，待分析。

空白樣品：除不添加樣品外，其余操作與實(shí)際樣品處理步驟一致。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Thermo ScientificTMTraceFinderTM4.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，通過(guò)譜圖解卷積得到未知物較為“純凈”的質(zhì)譜圖，然后與NIST 2014標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行對(duì)比。解卷積參數(shù)設(shè)置如下：TIC強(qiáng)度閾值2×106，質(zhì)量數(shù)容許窗口范圍±5 ppm，信噪比閾值3，解卷積碎片離子匹配值99%，保留時(shí)間矯正窗口10 s。

篩查方法工作流程：首先，在EI模式下對(duì)樣品中檢出閾值2×106以上的未知峰扣除空白后進(jìn)行分析；然后，按照4個(gè)步驟定性鑒定未知物。步驟1，基于綜合評(píng)分(檢索索引(SI)、高分辨過(guò)濾值(HRF)等)和色譜保留指數(shù)偏差(ΔRI)進(jìn)行初步鑒定。SI值表示與NIST譜庫(kù)對(duì)比時(shí)實(shí)測(cè)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖之間的正匹配度，HRF值和SI值越高，說(shuō)明檢索結(jié)果的可靠性越高。樣品分析前，用相同的分離方法分析C7～C40正構(gòu)烷烴，確定各烷烴的保留時(shí)間，計(jì)算未知物質(zhì)的保留指數(shù)；通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)中所含化合物的保留指數(shù)進(jìn)行比較，計(jì)算ΔRI，ΔRI值越小意味著結(jié)果越可靠。步驟2，通過(guò)采集PCI數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定未知物的分子離子峰和分子式，以解決多個(gè)候選物綜合評(píng)分相似時(shí)難以定性的問(wèn)題。步驟3，通過(guò)比較質(zhì)譜碎片離子細(xì)節(jié)上的微小差異，從較難區(qū)分的多個(gè)同分異構(gòu)體候選物中鑒定出最可能的物質(zhì)。步驟4，使用化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行驗(yàn)證。最后，通過(guò)對(duì)樣品中鑒定出的物質(zhì)進(jìn)行分析，根據(jù)物質(zhì)的檢出率、毒性和響應(yīng)強(qiáng)度，篩選出產(chǎn)品中具有較高風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 基于綜合評(píng)分和保留指數(shù)的初步鑒定

基于綜合評(píng)分、SI值和HRF值對(duì)未知物的所有檢索結(jié)果排序。ΔRI是定性分析的重要參數(shù)，ΔRI≤50可以提高定性的可靠性。然而，有些化合物在NIST譜庫(kù)中沒(méi)有保留指數(shù)數(shù)據(jù)，因此無(wú)法獲得它們的ΔRI。理論上，當(dāng)SI≥700，HRF≥90，綜合評(píng)分≥90，ΔRI≤50時(shí)，鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性較高。樣品中未知物質(zhì)的初步鑒定過(guò)程示于圖1。在保留時(shí)間12.732 min處，未知物的候選結(jié)果中，己內(nèi)酰胺的綜合得分為94.6，SI=735，HRF=99.560 7，ΔRI=3，示于圖1b；其他24個(gè)候選結(jié)果因評(píng)價(jià)指標(biāo)不符合要求而被排除。因此，該物質(zhì)為己內(nèi)酰胺的可能性較高。

2.2 通過(guò)化學(xué)電離鑒定未知物的分子式

EI作為一種硬電離模式，其缺點(diǎn)是準(zhǔn)分子離子信號(hào)非常微弱，甚至無(wú)法檢測(cè)到。對(duì)于綜合評(píng)分相近的候選化合物，可利用化學(xué)電離(CI)獲得未知物的分子式?；瘜W(xué)電離是一種軟電離技術(shù)，以甲烷為反應(yīng)氣體，通過(guò)PCI可得到化合物的準(zhǔn)分子離子峰([M+H]+、[M-H]+和[M+C2H5]+)的精確質(zhì)量，從而推斷化合物的分子式。某未知物的5種候選物質(zhì)的信息示于圖2a，它們的綜合得分極為接近(95.6～95.7)，前2個(gè)物質(zhì)的SI值和HRF值極為接近，所有候選物質(zhì)均無(wú)ΔRI值可參考。但是這些候選物的分子式不同，所以可通過(guò)CI來(lái)確定。該未知物的EI和PCI譜圖示于圖2b、2c，僅憑EI譜圖很難確定m/z224.083 26是否為該物質(zhì)的分子離子峰。PCI譜圖中[M+H]+的加合峰為m/z225.090 83，與理論精確質(zhì)量m/z225.091 01相差-0.83 ppm，此外，由PCI常見(jiàn)的加合離子[M+C2H5]+m/z253.122 26(-0.18 ppm)可以驗(yàn)證元素組成。因此，該未知物最可能的結(jié)果是1,3-二苯基-1,3-丙二酮(綜合評(píng)分=95.7，SI=787，HRF=99.497 9)。

注：a.樣品中的色譜峰列表；b.譜庫(kù)檢索按綜合評(píng)分排序的候選物質(zhì)列表；c.物質(zhì)的離子疊加圖；d.各碎片離子的豐度以及測(cè)量質(zhì)量和理論質(zhì)量之間的偏差；e.該物質(zhì)的實(shí)測(cè)質(zhì)譜圖與譜庫(kù)中理論質(zhì)譜圖的對(duì)比圖1 利用Trace Finder軟件初步鑒定己內(nèi)酰胺Fig.1 Identification of caprolactam using Trace Finder

圖2 檢索譜庫(kù)后按綜合評(píng)分排序的候選物質(zhì)列表(a)，1,3-二苯基-1,3-丙二酮的EI(b)和PCI(c)譜圖Fig.2 List of substances sorted by comprehensive score after spectral library retrieval (a),EI (b) and PCI (c) mass spectra of dibenzoylmethane

2.3 通過(guò)比對(duì)碎片離子細(xì)節(jié)區(qū)分同分異構(gòu)體

雖然化學(xué)電離模式下可以確定未知物的分子式，但當(dāng)多個(gè)候選物質(zhì)互為同分異構(gòu)體時(shí)，難以鑒定未知物。例如，圖3a中，通過(guò)PCI確定某未知物的[M+H]+為m/z221.189 84，推測(cè)未知物的分子式為C15H24O，因此排除6個(gè)候選結(jié)果，用“××”標(biāo)識(shí)；候選結(jié)果C的ΔRI=156，也被排除，用“×”標(biāo)識(shí)；其余4個(gè)候選結(jié)果的綜合得分相近，候選結(jié)果A和B的ΔRI均小于10，F(xiàn)和H譜庫(kù)中未收錄ΔRI。在這種情況下，同分異構(gòu)體的鑒別需通過(guò)碎片離子的細(xì)節(jié)比對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3b中，對(duì)于候選結(jié)果F來(lái)說(shuō)，該物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)譜圖中m/z57.070 00離子的豐度較高(73.5%)，而未知物實(shí)測(cè)譜圖中該離子的豐度較低(5.9%)；實(shí)測(cè)譜圖中檢出的m/z145.101 40離子在標(biāo)準(zhǔn)譜圖中不存在。候選結(jié)果H的情況與F類(lèi)似，存在差異的碎片離子為m/z107.085 73、145.101 40、163.111 82。因此，候選結(jié)果F和H被排除，用“?”標(biāo)識(shí)。候選結(jié)果B的實(shí)測(cè)譜圖中存在m/z161.096 22離子，而在標(biāo)準(zhǔn)譜圖中不存在，因此B被排除，用“?”標(biāo)識(shí)。所以，該未知物最可能為2,6-二叔丁基對(duì)甲酚，用“√”標(biāo)識(shí)。隨后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)品驗(yàn)證證實(shí)了該結(jié)果是正確的。

2.4 實(shí)際樣品篩查

通過(guò)北京實(shí)體店和網(wǎng)絡(luò)的方式采集進(jìn)口兒童服裝、紡織配飾(口水巾、手帕等)樣品共40件，按照上述方法共鑒定出48種物質(zhì)，包括21種酯、8種酮、6種胺、4種醚、3種醇、3種酚以及3種其他類(lèi)物質(zhì)，詳細(xì)信息列于表1。各物質(zhì)的綜合得分均大于93.8，SI>717，HRF>92.79，離子的精確質(zhì)量偏差均在3 ppm以?xún)?nèi)。其中，26種物質(zhì)的ΔRI<41，其余物質(zhì)的保留指數(shù)未能獲得。對(duì)所有物質(zhì)進(jìn)行半定量分析，橫坐標(biāo)代表物質(zhì)，縱坐標(biāo)代表樣品，五角星的大小代表物質(zhì)在EI模式下提取基峰離子的峰面積，示于圖4?？梢?jiàn)，檢出率超過(guò)10%的物質(zhì)有鄰苯二甲酸二丁酯(17.5%)、2.4-甲苯二異氰酸酯(TDI)(12.5%)、棕櫚酸異丙酯(10%)和1,2,4-丁三醇(10%)，15種樣品中未檢出TIC閾值大于2×106的色譜峰。

注：a.譜庫(kù)檢索后按綜合評(píng)分排序的候選物質(zhì)列表；b.候選化合物的實(shí)測(cè)質(zhì)譜圖與理論質(zhì)譜圖對(duì)比圖3 2,6-二叔丁基對(duì)甲酚的鑒定過(guò)程Fig.3 Identification of butylated hydroxytoluene

表1 進(jìn)口兒童紡織品中鑒定出的化學(xué)物質(zhì)列表Table 1 List of chemical substances identified in imported children’s textiles

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

檢出率最高的鄰苯二甲酸二丁酯已被多個(gè)法規(guī)限制。在2個(gè)樣品中檢出了苯酚，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)IARC將其列為3類(lèi)致癌物。

圖4 進(jìn)口兒童紡織品中非靶向篩查結(jié)果Fig.4 Results of non-targeted screening in imported children’s textiles

2，4-甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、4,4′-亞甲基雙(異氰酸苯酯)(MDI)屬于二異氰酸酯單體，對(duì)皮膚、眼睛和呼吸道有強(qiáng)烈的刺激作用。歐盟紡織品生態(tài)標(biāo)簽2002/371/EC規(guī)定，紡織品中二異氰酸酯向大氣的年平均釋放量不得高于5 mg/kg。苯甲酸芐酯屬于致敏性芳香劑，雖然紡織品法規(guī)中沒(méi)有涉及，但是在歐盟玩具安全指令2009/48/EC中已被限制。磷酸三苯酯屬于磷系阻燃劑，被歐盟玩具標(biāo)準(zhǔn)EN 71-9限制。此外，N-甲基苯胺和N-甲基甲苯胺是環(huán)境優(yōu)先污染物[24]；二(2-乙基己基)己二酸酯(DEHA)、間苯二甲酸二甲酯、對(duì)苯二甲酸二辛酯(DOTP)屬于增塑劑，有致畸性、致突變性和生態(tài)毒性；4-甲基二苯甲酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮和光引發(fā)劑907均屬于紫外光引發(fā)劑，其中4-甲基二苯甲酮具有致癌、皮膚接觸毒性和生殖毒性[24]。

3 結(jié)論

本研究開(kāi)發(fā)了一種基于GC-Orbitrap MS非靶向篩查進(jìn)口兒童紡織品中潛在化學(xué)危害物質(zhì)的分析方法。針對(duì)未知物定性分析中遇到的問(wèn)題，列舉了具有不同定性難度的典型案例和解決方案，以盡可能保證未知物質(zhì)鑒別的準(zhǔn)確性。在實(shí)際樣品中共鑒定出48種物質(zhì)，并對(duì)其毒性、檢出率和半定量結(jié)果進(jìn)行分析。本研究為紡織品等產(chǎn)品的潛在化學(xué)危害物質(zhì)的篩查提供了思路和途徑。今后將結(jié)合液相色譜-高分辨質(zhì)譜開(kāi)展更全面的篩查，并對(duì)已識(shí)別的高風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)行定量方法開(kāi)發(fā)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為評(píng)價(jià)進(jìn)口兒童紡織品對(duì)兒童健康的影響和促進(jìn)產(chǎn)品安全提供科學(xué)數(shù)據(jù)。