高效液相色谱法测定发泡聚苯乙烯材料中六溴环十二烷阻燃剂含量
陈凯敏陈秀苏红伟陈利娟
摘 要：采用高效液相色谱法测定发泡聚苯乙烯材料中六溴环十二烷的含量。发泡聚苯乙烯材料样品用乙腈提取，以GL SciencesInc. Inertsil ODS-SP 色谱柱（250 mm×4.6 mm, 5 μm）为分离柱，以乙腈-水（85+15）溶液为流动相，在检测波长254 nm 处进行测定。六溴环十二烷在一定的质量浓度范围内与其峰面积呈线性关系，方法的检出限（3S/N）在140 ~ 200 mg·kg-1 之间。以空白样品为基体进行加标回收试验，所得回收率在88.6% ~103% 之间，测定值的相对标准偏差（n=7）在1.2 % ~ 6.5 %之间。
关键词：高效液相色谱法；六溴环十二烷；发泡聚苯乙烯
HPLC Determination of Hexabromocyclododecane in Expanded Polystyrene
CHEN Kai-min, CHEN Xiu, SU Hong-wei, CHEN Li-juan
(Centre Testing International (Shenzhen) Co., Ltd., ShanghaiBranch, Shanghai 201206，China)
Abstract: HPLC was applied to the determination of hexabromocyclododecane inexpanded polystyrene. The sample of expanded polystyrene was extracted withacetonitrile. GL Sciences Inc Inertsil ODS-SP chromatographic column (250mm×4.6 mm, 5 μm) was used as stationary phase, and a mixture of acetonitrile andwater (85+15) as mobile phase. UV-detection at 254 nm was adopted in thedetermination. Linear relationship between values of peak area and massconcentration of the hexabromocyclododecane was kept in definite ranges, withdetection limits (3S/N) in the range of 140 - 200 mg·kg-1. On thebase of blank sample, test for recovery was made by standard addition method;values of recovery found were in the range of 88.6% - 103%, with RSD’s (n=7) inthe range of 1.2% - 6.5%.
Key words： HPLC; Hexabromocyclododecane; Expanded polystyrene
六溴环十二烷（HBCD）是除十溴联苯醚、四溴双酚A 之外世界第三大阻燃剂产品，欧洲主要用于发泡聚苯乙烯（EPS）、挤出型聚苯乙烯（XPS）、耐冲击型聚苯乙烯（HIPS）等及纺织品涂层阻燃处理。我国主要用于EPS、聚丙烯纤维、苯乙烯树脂、聚乙烯、聚碳酸酯等阻燃添加剂，及对织物、黏合剂、涂料及不饱和聚酯树脂进行阻燃处理等。HBCD 作为添加型阻燃剂，易从产品中释放进入环境，对生物体内分泌和免疫参数产生影响，导致人体基因重组，进而引起一系列疾病，甚至癌症。鉴于此，世界各国已先后颁布了相关技术法规和限量标准来限制HBCD的生产和流通，2007年挪威的 PoHS 指令要求HBCD在电子电气、塑料、纺织品和皮革等工业产品和消费品中的含量不得高于0.1%。 2008年欧洲化学品管理局颁布的REACH 法规将 HBCD 列入首批15项高关注物质清单，规定其在消费品中含量不得高于0.1%。这些指令及法规的实施必然会对我国相关产品的出口产生影响，因此，迫切需要建立HBCD的简单、快速、准确的检测方法。
目前，HBCD 多用液相色谱-串联质谱法（[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp]LC-MS/MS）进行检测，可以对各异构体进行定性和定量分析，但[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp]LC-MS/MS仪器价格较为昂贵，使用和维护成本高。也有报道采用气相色谱质谱法测定 HBCD 总含量，但在气相色谱法高温气化分离条件下，HBCD 在160℃以上会发生异构体重排，在240 ℃以上有脱溴降解现象，不能对各异构体进行准确定量。
本工作以发泡聚苯乙烯材料为研究对象，采用高效液相色谱法分离HBCD 的3种异构体，同时验证了HBCD 混合标准品中各异构体的浓度百分比，实现了在低成本标准品的条件下对3种异构体的定性、定量分析。
1 试验部分
1.1 仪器与试剂
岛津SPD-M20A 型高效液相色谱仪；梅特勒AL104 型电子天平；SCQ-300A 型超声波仪。
混合标准储备溶液：1000 mg·L-1，称取六溴环十二烷混合标准品（纯度不小于97.5%） 0.0100 g，用乙腈溶解并转移至10 mL 容量瓶中定容。于4℃冰箱内保存。
α-六溴环十二烷溶液：100 mg·L-1，介质为甲苯。
β-六溴环十二烷溶液：100 mg·L-1，介质为甲苯。
γ-六溴环十二烷溶液：100 mg·L-1，介质为甲苯。
乙腈为色谱纯，试验用水满足 GB/T 6682-2008 中一级水标准。
1.2 色谱条件
GL Sciences Inc. Inertsil ODS-SP 色谱柱（250 mm×4.6 mm, 5 μm）；柱温40 ℃；流动相为85%（体积分数，下同）乙腈溶液；流量为0.8 mL·min-1；进样量为20 μL；检测波长为254 nm。
1.3 试验方法
称量已混匀后的剪碎试样（尺寸不大于5 mm×5 mm）0.5000 g，置于70 mL 螺口试管内，加乙腈10 mL，超声波萃取2 h。
取上清液，经0.22 μm 有机滤膜过滤，按仪器工作条件进行测定。
2 结果与讨论
2.1 色谱行为
按色谱条件对HBCD混合标准溶液进行测定，色谱图见图1。
2.2 检测波长的选择
在波长190 ~ 700 nm 范围内对HBCD标准溶液进行扫描，结果表明：HBCD 在波长190 ~ 700 nm 范围内无明显紫外特征吸收峰，在波长210 nm 处发泡聚苯乙烯材料基体会对α-HBCD、β-HBCD 产生干扰，试验采用弗罗里硅土柱和 C18 柱净化萃取液，效果不理想，且回收率低，故试验选择检测波长为254 nm。
2.3色谱条件的选择
2.3.1 色谱柱
试验考察了Agilent TC-C18(250 mm× 4.6 mm,5 μm)， InertsilODS-SP (250 mm× 4.6 mm,5 μm)，AgilentEclipse XDB-C18 (250 mm× 4.6 mm,5 μm)，Waters SunFire C18 (250 mm× 4.6 mm,5 μm)，GRACE Alltima C18 (250 mm× 4.6mm,5 μm) 等色谱柱对测定的影响，结果表明：各色谱柱在色谱条件下均能使 α-HBCD、β-HBCD 和 γ-HBCD 分离。其中使用Inertsil ODS-SP 色谱柱(250 mm× 4.6 mm, 5 μm) 时，γ-HBCD 与 α-HBCD、β-HBCD 的分离度大于1.5，峰形良好；α-HBCD与 β-HBCD 的分离度大于1.3，高于在其余色谱柱上分析时的分离度。并且在InertsilODS-SP 色谱柱上，α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD 的保留时间较小，考虑分离度和检测效率，选择InertsilODS-SP 色谱柱(250 mm× 4.6mm,5 μm) 为分析柱。
2.3.2 流动相
选用体积分数为75%，85%，95%的乙腈溶液作为流动相进行试验，各异构体保留时间依次提前，用体积分数为95%乙腈溶液作为流动相时，目标色谱峰与溶剂峰部分重叠，干扰测定；选用体积分数为75%乙腈溶液作为流动相时，保留时间相对延长，测试效率降低，故试验选择85%乙腈溶液作为流动相。
2.3.3 流量
试验考察了流量为0.6，0.8，1 mL·min-1 时对测定的影响，结果表明：随流量增加，柱压相应增高，HBCD 各异构体出峰时间依次提前，在一定程度上可以提高检测效率，但是柱压过高会降低色谱柱的使用寿命，且若HBCD各异构体出峰时间过快还会与溶剂峰产生干扰。综合考虑检测效率、色谱柱压力和溶剂峰等干扰因素，试验选择流量为0.8mL·min-1。
2.4混合标准品中各异构体浓度比例的确认
试验分别取不同浓度水平的混合标准溶液，连续测定7次，使用面积归一化法计算3种异构体的相对百分含量。结果表明：对于同一批次的HBCD 混合标准溶液，各异构体在低、中、高浓度区，多次测定相对百分含量的相对标准偏差（RSD）不大于10%，可计算同批HBCD 混合标准溶液中 α-HBCD、β-HBCD 和γ-HBCD 异构体的浓度比例为10比7比83，试验还利用 α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD 各单标准溶液对该比例进行了确认。由于各异构体单体标准品的价格较高，HBCD 混合标准品相对低廉，故试验以混合标准品为基准，对样品中各异构体进行定性和定量分析。
2.5标准曲线和检出限
将混合标准储备溶液分别稀释成10、20、50、80、100 mg·L-1γ -HBCD 标准溶液和100、200、500、600、800 mg·L-1 α-HBCD，β-HBCD 标准溶液，依据 α-HBCD、β-HBCD 和γ -HBCD 异构体的浓度比例为10比7比83，可计算出 α-HBCD、β-HBCD 和γ-HBCD 的质量浓度分别为10，20，50，60，80 mg·L-1；7.0，14，35，42，56 mg·L-1；8.3，16.6，41.5，66.4，83 mg·L-1。按色谱条件对上述标准溶液系列进行测定，以质量浓度为横坐标，待测物峰面积为纵坐标绘制标准曲线。HBCD异构体的线性范围、线性回归方程和相关系数见表1。
取空白发泡聚苯乙烯材料，配制含10 mg·L-1 混合标准溶液的加标样品，其中 γ -HBCD 的质量浓度为 8.3 mg·L-1；配制含 100 mg·L-1 混合标准溶液的加标样品，其中α-HBCD、β-HBCD的质量浓度分别为10，7.0 mg·L-1，按试验方法对加标样品进行前处理，测定7次，以3倍信噪比计算各异构体的方法检出限 (3S/N)，结果见表1。
表1 线性范围、线性回归方程、相关系数和检出限
Tab.1 Linearity ranges, linear regression equations, correlationcoefficients and detection limits
| 化合物 | 线性范围 ρ /(mg·L-1) | 线性回归方程 | 相关系数 | 检出限 ω/(mg·kg-1) |
| α-HBCD | 10 ~ 80 | y=2.87×10-4x+0.25 | 0.999 | 200 |
| β-HBCD | 7.0 ~ 56 | Y=2.31×10-4x+0.17 | 0.998 | 140 |
| γ-HBCD | 8.3 ~ 83 | Y=3.08×10-4x-0.09 | 0.998 | 166 |
在检测过程中，商业产品添加的HBCD中α-HBCD、β-HBCD的含量很少，可先用α-HBCD、β-HBCD 实际质量浓度分别为10，7.0 mg·L-1 混合标准溶液定性（此时，混合标准溶[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp]液质量浓度为100 mg·L-1，γ-HBCD 实际质量浓度为83 mg·L-1），当α-HBCD、β-HBCD 确定检出时，再选择高浓度的HBCD 混合标准溶液曲线进行定量，可避免仪器污染和标准品的过度消耗。
2.6 方法的精密度与回收试验
称取空白发泡聚苯乙烯试样0.5000 g 进行加标回收试验，对于α-HBCD、β-HBCD 配制混合标准溶[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp]液质量浓度分别为100，500，800 mg·L-1 的加标样品；对于 γ-HBCD 配制混合标准溶[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp]液质量浓度分别为10，50，100 mg·L-1 的加标样品。按试验方法前处理后进行测定，低、中、高浓度下分别测定7次，回收率和精密度结果见表2。
表2 精密度与回收试验结果(n=7)
Tab. 2 Results of tests for precisionand recovery
| 化合物 | 加标量 ρ /(mg·L-1) | 回收量 ρ /(mg·L-1) | 回收率 /% | RSD /% |
| α-HBCD | 10 | 10.1 | 101 | 4.0 |
| | 50 | 44.3 | 88.6 | 4.0 |
| | 80 | 80.8 | 101 | 2.2 |
| β-HBCD | 7.0 | 6.91 | 98.7 | 6.5 |
| | 35 | 33.1 | 94.6 | 4.4 |
| | 56 | 57.7 | 103 | 1.2 |
| γ-HBCD | 8.3 | 8.13 | 98.0 | 3.4 |
| | 41.5 | 37.7 | 90.8 | 2.7 |
| | 83 | 79.4 | 95.7 | 2.3 |
2.7 样品分析
试验选用HBCD 阳性发泡聚苯乙烯样品，按试验方法平行测定7次，α-HBCD、γ-HBCD 未检出，β-HBCD的质量分数为64349 mg·kg-1，相对标准偏差为2.8%，已超过欧盟REACH 法规中0.1% 的限值要求。样品的液相色谱图见图2。
本工作建立了发泡聚苯乙烯材料中HBCD的高效液相色谱检测方法，本方法选择性好、分析速度快、操作简便、重复性好，能够满足日常检测工作要求。
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