HPLC-UV测定电子电气产品中多溴联苯醚的含量
摘 要: 目的：建立并验证了用HPLC-UV测定电子电气产品中多溴联苯醚的检测方法；方法：以甲苯为溶剂，采用索氏萃取法提取电子电气产品中10种多溴联苯醚，以相对保留时间定性，色谱峰面积定量；结果：该方法平均回收率为92.39％～100.32％，RSD为0.994％～1.377％，检测限(S／N=3)分别为1-PBDE：0.037 mg／L；2-PBDE：0.035 mg／L；3-PBDE：0.044 mg／L；4-PBDE：0.047 mg／L；6-PBDE：0.045 mg／L；5-PBDE：0.043 mg／L；7-PBDE：0.036 mg／L；9-PBDE：0.055 mg／L；8-PBDE：0.054 mg／L；10-PBDE：0.067 mg／L；结论：实验表明该方法对部分电子电气产品中多溴联苯醚含量的测定符合RoHS检测的要求。
关键词:电子电气；多溴联苯醚；索氏萃取
HPLC-UV determination of PBDEs ’ contents which in electronic products
Abstract: Objective: Established and tested the PBDEs which in electronic products using HPLC-UV;Methods: using toluene as solvent, adopting Soxhlet extracted the ten kinds of PBEDs from the electronic products, qualitative with relatively retention time and quantitative with peak area; Results: The average recovery rate is 92.39%~100.32%, RSD is 0.994%~1.377%, and the detection limit (S/N=3) respectively 1-PBDE：0.037 mg／L；2-PBDE：0.035 mg／L；3-PBDE：0.044 mg／L；4-PBDE：0.047 mg／L；6-PBDE：0.045 mg／L；5-PBDE：0.043 mg／L；7-PBDE：0.036 mg／L；9-PBDE：0.055 mg／L；8-PBDE：0.054 mg／L；10-PBDE：0.067 mg／L；Conclusion: The experiment shows that this method can meet the testing needs of the work which the RoHS carry out testing of PBDEs in many electronic products.
Key words: electronic; PBDEs; Soxhlet extraction
欧盟议会和理事会于2003年1月通过了RoHS指令，全称是The Restriction of the use of certain Hazardous substances in Electnical and Electronic Equipment,即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令，也称2002/95/EC指令，2005年欧盟又以2005/618/EC决议的形式对2002/95/EC进行了补充，明确了六种有害物质的最大限量值，这六种物质分别为：铅Pb、镉Cd、汞Hg、六价铬Cr6+、，多溴联苯醚PBDE，多溴联苯PBB。世界各国尤其是发达国家，对RoHS指令的出台反响强烈，高度关注；中国是全球制造业大国，也是产品出口大国，出口总量的70%以上涉及到RoHS指令，因此中国政府亦十分重视相关问题，并于2004年出台了《电子信息产品污染防治管理办法》，内容类似RoHS指令，并准备与其同步实施。作为该指令中的多溴联苯醚类有害物质----溴化阻燃剂，被广泛用于多种消费品中，包括电子产品、纺织品、家具、日化、玩具等，这些物质的存在，一方面避免产品起燃，确保人类生活安全，然而另一方面，由于该类物质在生产和回收中多有残留，也已影响到人类的生活健康，这也是该指令颁布的初衷。针对该指令中多溴联苯醚溴系阻燃剂的测定，国家公认的检测方法有GC/MS[1]、GC/FID[2]、GC/ECD[3]、HPLC/MS/MS[4] HPLC/UV[5][6]以及红外光谱法[7]等，然而GC/MS、HPLC/MS/MS仪器价格昂贵，对人员的专业素质要求高，对用户来说，普及率不高，尤其是中小型企业相对难度加大，而GC/FID、GC/ECD、HPLC/UV均只对部分多溴联苯醚进行分离。本文在HPLC/UV的基础上进一步优化，提出了一种方法简便、快速、准确、灵敏度高、适应性好、回收率高，可用于工厂质量控制和检验机构样品检验的方法。
实验部分
1.1 仪器和试剂
LC310高效液相色谱仪（包括P310高压输液泵，UV310紫外可见光检测器，CT310色谱柱温箱，LC-310液相色谱工作站，均为江苏天瑞仪器股份有限公司产品），电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司），超声波清洗器（张家港市神科超声电子有限公司），紫外分光光度计（上海精密仪器仪表有限公司），精密酸度计（上海精密科学仪器有限公司），旋转蒸发仪（巩义市英峪予华仪器厂），粉碎机（武义县屹立工具有限公司），超纯水机（南京易普易达科学发展有限公司）。
正丙醇、甲醇、二氯甲烷、正己烷、甲苯、乙腈均为色谱纯（美国TEDIA）；水为超纯水。
磷酸二氢钾、磷酸氢二钠均为分析纯（无锡展望）；
多溴联苯醚标准品：（单标、混标均为美国Accustandard,Inc.提供）
10种单标：从一溴联苯醚~十溴联苯醚，纯度依次为98.0%、100.0%、100.0%、100.0%、99.0%、97.0%、98.4%、99.6%、97.6%、98.3%；浓度依次为49.06ug/ml、50.04ug/ml、50.28ug/ml、50.06ug/ml、49.56ug/ml、50.0ug/ml、49.22ug/ml、50.18ug/ml、50.17ug/ml、49.19ug/ml。
多溴联苯醚标准混合溶液：从一溴联苯醚~十溴联苯醚纯度依次为98.0%、97.8%、99.3%、97.0%、98.5%、100.0%、98.4%、99.6%、99.3%、98.3%；浓度依次为：49.10 ug/ml、49.97 ug/ml、49.66 ug/ml、50.23 ug/ml、49.35 ug/ml、50.15 ug/ml、49.24 ug/ml、49.88 ug/ml、49.92 ug/ml、49.30 ug/ml。
1.2 分析条件
色谱柱：Ultimate XB-C18色谱柱：250mm×4.6mm，5μm，月旭材料科技（上海）有限公司；
流动相A：缓冲溶液（pH=7）：将0.15g磷酸二氢钾和0.25g磷酸氢二钠溶于1000ml水中；
流动相B：甲醇
T（min） | 流动相A | 流动相B |
0 | 7 | 93 |
17 | 0 | 100 |
30 | 0 | 100 |
31 | 7 | 93 |
流速：1.0mL／min；柱温：30℃；
检测波长：226nm；进样量：10μl。
1.3 标准溶液的配置
准确吸取10ul标准混合溶液（各物质浓度均约50ug/ml），进样，谱图如下：
1.4 样品处理
将电子电气产品中拆分的样品破碎成小于1cm*1cm的小块，液氮冷冻后用粉碎机破碎成粒径小于1mm的颗粒。准确称取2.0g粉碎后的样品颗粒，精确到0.0001g，放入用滤纸叠成的萃取筒中，包好样品，将其放至于事先安装好的索式萃取装置中，加入1.5倍虹吸管体积的甲苯到接收瓶中，抽提3h（保持每秒1滴到2滴的流速）；用旋转蒸发仪将提取液浓缩至近干（1~2ml），转移浓缩液于5ml的容量瓶中，用甲苯定容至刻度，摇匀，用0.45μm的有机滤膜过滤，将样品续滤液存入专用的样品瓶中，供液相色谱测定。
2 结果与讨论
2.1 色谱条件优化选择
考察了不同规格的C18反相色谱柱对PBDEs分离的影响：150mm的色谱柱，虽然总体出峰时间短，但不能将十种多溴联苯醚完全分开，而选用250mm的色谱柱，各峰能达到有效分离（分离度均大于1.5），因此选用250mm的C18反相色谱柱；5μm和3μm不同粒径的填料对分离没有什么影响，但同样长度的色谱柱，3μm粒径的填料柱压较高，价格也较贵，因此采用5μm粒径的填料。采用乙腈和水、甲醇和水、甲醇和缓冲盐（将0.15g磷酸二氢钾和0.25g磷酸氢二钠溶于1000ml水中）、甲醇等作为流动相时，用甲醇和缓冲盐（将0.1509g磷酸二氢钾和0.2477g磷酸氢二钠溶于100ml水中）溶液进行梯度洗脱效果最好，各种物质之间能很好的分离，基线比较平稳。考察了不同柱温（25℃、30℃、35℃、40℃）下各峰分离的情况，在30℃条件下，各峰的分离效果最佳，故选择30℃为柱温。对十种多溴联苯醚的混标进行二极管阵列全波段扫描，在226nm处各物质对紫外光的吸收都比较好，同时也参考相关文献[6]，故选择226nm为检测波长。
2.2 前处理条件优化选择
2.2.1 提取方法考察：参考相关文献，常规的样品提取方法有：超声提取 [4] [8]、微波萃取[9]、索氏萃取[1] [2] [3] [5] [6] [9]，在考察这三种提取方法时，索氏萃取的提取率最高；
2.2.2 提取溶剂考察：参考相关文献，考察了：甲苯+正丙醇（体积比1:1）[9]、甲苯[1] [2] [3] [6] [9]、甲苯+甲醇（体积比10:1）[9] 、正丙醇[6]、正己烷+二氯甲烷（体积比1:1）[10 ]四种溶剂的提取效率，最后得出甲苯的提取效率最高，基质干扰最小；
2.2.3 提取时间考察：在用甲苯进行索氏萃取时，考察了萃取时间为：1小时、2小时、3小时、4小时、5小时，10小时，以萃取效率-萃取时间做曲线，在萃取时间为3小时处出现拐点，故选择萃取时间为3小时。
2.3 峰位确定
将各单标用甲苯稀释成合适浓度，按本方法确定的色谱条件，取各单标和混标10μl
进样测定，按各保留时间进行定性，出峰顺序为： 一溴联苯醚、二溴联苯醚、三溴联苯醚、四溴联苯醚、六溴联苯醚、五溴联苯醚、七溴联苯醚、九溴联苯醚、八溴联苯醚、十溴联苯醚。
2.4 阴性和系统适用性试验
不加入样品，加入试剂，按样品处理方法进行测定，在各组分相应保留时间处均没有吸收。取混标10μl进样测定，十个峰相互之间的分离度均大于1.5，符合相关规定。理论塔板数按一溴联苯醚的峰计，不得小于6000。
2.5 精密度试验
取稀释的混标10μl进样6针，进行测定，考察各组分峰面积的相对标准偏差，分析结果如表1所示。
组分 | 峰面积 | 平均峰面积 | 相对标准偏差（RSD%） |
一溴联苯醚 | 302.414 | 305.036 | 1.10 |
303.500 |
305.717 |
304.183 |
302.927 |
311.472 |
二溴联苯醚 | 339.440 | 338.042 | 0.93 |
340.171 |
337.953 |
339.440 |
331.808 |
339.441 |
三溴联苯醚 | 279.136 | 284.360 | 1.28 |
284.570 |
286.32 |
285.30 |
281.437 |
289.394 |
四溴联苯醚 | 292.276 | 293.422 | 1.27 |
290.275 |
292.187 |
289.789 |
298.879 |
297.125 |
六溴联苯醚 | 306.101 | 300.319 | 2.06 |
306.87 |
289.811 |
298.87 |
299.11 |
301.15 |
五溴联苯醚 | 394.205 | 395.001 | 1.13 |
390.96 |
389.355 |
396.107 |
398.107 |
401.270 |
七溴联苯醚 | 506.584 | 510.808 | 1.88 |
504.354 |
518.980 |
524.567 |
498.789 |
511.576 |
九溴联苯醚 | 486.767 | 486.320 | 1.54 |
485.981 |
493.190 |
489.641 |
472.001 |
490.340 |
八溴联苯醚 | 474.917 | 479.656 | 2.49 |
488.284 |
457.885 |
490.031 |
481.694 |
485.123 |
十溴联苯醚 | 441.672 | 444.853 | 1.09 |
445.150 |
438.330 |
450.166 |
443.134 |
450.664 |
表1 精密度试验结果
2.6 线性关系和检测限
在本方法确定的实验条件下，一溴联苯醚、二溴联苯醚、三溴联苯醚、四溴联苯醚、六溴联苯醚、五溴联苯醚、七溴联苯醚、九溴联苯醚、八溴联苯醚、十溴联苯醚在进样量5ng～500ng之间，线性关系良好。各化合物的相关系数见表2。在 S/N =3的条件下，确定各组分的检测限也列入表2中。
组分 | 线性范围 | 线性方程 | 相关系数 | 检测限（mg/L） |
一溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0314x-0.008 | 0.9999 | 0.037 |
二溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.032x-0.0016 | 0.9991 | 0.035 |
三溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0272x-0.0066 | 0.9997 | 0.044 |
四溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0029x-0.0021 | 0.9999 | 0.047 |
六溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0313x+0.0052 | 0.9995 | 0.045 |
五溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0398x-0.0015 | 0.9991 | 0.043 |
七溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0456x+0.0037 | 0.9995 | 0.037 |
九溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0443x-0.0145 | 0.9994 | 0.055 |
八溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.00475x+0.0085 | 0.999 | 0.054 |
十溴联苯醚 | 5ng～500ng | Y=0.0411x+0.0077 | 0.9998 | 0.067 |
表2 线性关系和检测限结果
2.7 回收率试验
采用在实际样品中加入不同添加水平的混标的方式进行回收率实验，按 1.4中的方法处理后分析，采用外标法定量，每个添加水平单独测3次，实验结果表明，其平均回收率为92.39％～100.32％，RSD为0.994％～1.377％。
2.8实际样品的测试
采用HPLC法测试部分电子电气产品，结果如表3所示。
样品名称 | 黑插座 | 白插座 | 键盘 | 主机箱 | 插板 |
多溴联苯醚（mg/kg） | 一溴联苯醚 | --- | --- | --- | --- | --- |
二溴联苯醚 | --- | --- | --- | --- | --- |
三溴联苯醚 | --- | --- | --- | --- | --- |
四溴联苯醚 | 49.5 | --- | --- | 25.2 | 10.9 |
六溴联苯醚 | --- | --- | --- | --- | --- |
五溴联苯醚 | --- | --- | --- | --- | --- |
七溴联苯醚 | --- | --- | 32.6 | 45.2 | 55.1 |
九溴联苯醚 | --- | --- | --- | --- | 39.8 |
八溴联苯醚 | 65.7 | 41.6 | --- | 70.1 | --- |
十溴联苯醚 | --- | 63.1 | 101.5 | --- | --- |
表3部分电子电气产品中多溴联苯醚的检测
3 结论
综上所述，通过对各种电子电气产品进行测试，本方法具有方便快捷、灵敏度高、回收率高、精密度好的特点，且试剂用量少，避免了大量化学试剂的使用，减少了环境污染，用来测定电子电气中多溴联苯醚的含量是简单可行的。
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