气相色谱-串联质谱法测定玩具产品中23种增塑剂

yezi7414

2017/07/31

私聊

气质联用（GCMS）

前言
邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)又称酞酸酯类化合物，是一种加入塑料中起到软化作用的化学品。它普遍应用于各种塑料制品、食品包装、玩具等产品中。近年来的研究表明PAEs具有雌激素的特征及抗雄激素生物效应，可通过饮水、进食、皮肤接触和呼吸等途径进入人体，会干扰人体正常的内分泌功能，在体内长期积累会导致畸形、癌变和突变。玩具是儿童日常密切接触的物品，也是生长发育期儿童对邻苯二甲酸酯的一个关键暴露源。欧盟明确指出，玩具中的邻苯二甲酸酯是最常见的化学危险之一，危害儿童的肝脏和肾脏，也可引起儿童性早熟。
我国目前执行的GB6675-2014《国家玩具安全技术规范》的技术要求已于2016年1月1日起实施。增加了对6种增塑剂的要求，规定所有包括可放入口中的产品中DBP、BBP、DEHP的总含量不超过0.1%；可放入口中的产品中DNOP、DINP、DIDP总含量不超过0.1%。该限量值与欧盟的现行规定等同。欧盟第2005/84/EC号指令要求所有玩具或儿童护理用品的塑料所含的DEHP、DBP及BBP浓度（质量分数）超过0.1%的不得在欧盟市场出售；对可放进口中的玩具及儿童护理塑料中所含的另三种邻苯二甲酸酯DINP、DIDP及DNOP进行限制。
美国2008《消费品安全改进法》第108条规定永久禁止销售含有浓度超过0.1%DEHP、DBP或BBP的儿童玩具和儿童护理产品。此外，第108条暂时禁售可放进儿童口中、含有浓度超过0.1%的DINP、DIDP或DNOP的儿童玩具及儿童护理用品。日本《食品卫生法JFSL》和《儿童玩具标准ST2012》中规定，与嘴接触的PVC玩具，不得使用DINP、DIDP或DNOP；含PVC的材料不得用于3岁以下儿童玩具、安抚奶嘴和婴儿磨牙圈。
我国作为婴幼儿儿童玩具的制造大国，市面销售的儿童玩具中邻苯二甲酸酯的含量非常值得关注，因这不仅关系到玩具行业出口贸易技术壁垒的问题，更关系到无数孩子的健康发育。
目前，检测邻苯二甲酸酯类增塑剂一般采用气相色谱法、高效液相法、气相色谱-质谱法、气相色谱-串联质谱法、液相色谱-串联质谱法，等。邻苯二甲酸酯类增塑剂的分析主要集中在塑料制品、纺织品、化妆品、食品、包装材料中。本文采用气相色谱-串联质谱法对常见玩具产品材料如塑料、橡胶、皮革、纺织品、油漆中23种邻苯二甲酸酯类增塑剂进行了测定，以对儿童产品和玩具的安全检测提供参考。
1 实验部分

1.1 仪器与试剂
Agilent 7890B-7000C气相色谱串联三重四极杆质谱仪，配7693型自动进样器（美国安捷伦公司）；Branson B5510E超声波发生器（必能信超声有限公司）。
邻苯二甲酸二甲酯类标准品：邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二丙烯酯（DAP）、邻苯二甲酸二丙酯（DPrP）、邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二（2-甲氧基乙基）酯（DMEP）、邻苯二甲酸二异戊酯（DIPP）、邻苯二甲酸二(4-甲基-2-戊基)酯（BMPP）、邻苯二甲酸戊基异戊酯（DNIPP）、邻苯二甲酸二(2-乙氧基)乙酯（DEEP）、邻苯二甲酸二戊酯（DPP）、邻苯二甲酸二己酯（DnHP）、邻苯二甲酸丁基苄基酯（BBP）、邻苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯（DBEP）、邻苯二甲酸二环己酯（DCHP）、邻苯二甲酸二庚酯（DHP）、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯（DEHP）、邻苯二甲酸二苯酯（DPhP）、邻苯二甲酸二正辛酯（DNOP）、邻苯二甲酸二苯甲酯（DBzP）、邻苯二甲酸二（2-丙基庚基）酯（DPHP）、邻苯二甲酸正辛正癸酯（nDnOP），均由Dr.公司提供，纯度均在99.0%以上。
二氯甲烷，正己烷，丙酮，色谱纯；其余试剂均为分析纯。
1.2 标准溶液的配制
分别准确称取适量23种标准品于25mL容量瓶中，用二氯甲烷溶解定容，配制成单标储备液，于0~4℃冰箱中保存备用。吸取适量单标储备液于25mL容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成混合标准储备液，再根据需要逐级稀释，配制成标准系列溶液。
1.3 实验方法
将样品剪碎至2*2mm以下小块（涂层需用金属刀片刮取），准确称取0.2~0.5g（精确至0.1mg），置于三角烧瓶中，加入20mL二氯甲烷，超声萃取60min，将提取液转移至100mL圆底烧瓶中，样品留在三角瓶中，再加入20mL二氯甲烷超声20min，洗涤样品，将萃取液转移至圆底烧瓶中，重复3次，合并提取液，将提取液用旋转蒸发仪浓缩至约2mL，转移至10mL容量瓶中，用少量二氯甲烷洗涤，洗涤液合并到容量瓶中，用二氯甲烷定容，滤液待测。
1.4 仪器工作参数
1.4.1气相色谱条件
色谱柱：Agilent DB-5MS柱，（60m×0.32mm，0.25μm）；碰撞气：N₂；抑制气：He；程序升温：90℃（1min）-15℃/min-210℃（2min）-5℃/min-240℃（5min）-5℃/min-250℃（5min）-25℃/min-300℃（8min）；进样口温度：260℃；进样方式：不分流进样；进样体积：1μL。
1.4.2质谱条件
离子源：EI源，多反应监测（MRM）扫描方式；电子能量：70eV；传输线温度：250℃；离子源温度：230℃。
2 结果与讨论
2.1 实验条件优化
2.1.1 提取方式选择
固体类样品中PAEs的萃取通常采用索氏提取、超声提取、水浴振荡和加速溶剂萃取四种方式进行。超声提取、加速溶剂萃取和索氏抽提三种方式提取效果均较为理想，震荡萃取效率最差。索氏萃取比较完全但提取时间长，试剂消耗量大；与加速溶剂萃取相比，超声提取设备较为简单，操作更为简便，可同时批量处理样品，因此，以下试验选择超声波提取方式。
2.1.2 提取溶剂的选择邻苯二甲酸酯类增塑剂一般为无色或者淡黄色透明油状液体，具有芳香气味，在水中溶解度很低，易溶于有机溶剂，结构式见下图。

在其他条件相同的情况下，分别选用正己烷、丙酮、二氯甲烷、乙醚四种不同提取溶剂对邻苯二甲酸酯标准物质进行提取，结果见表1。由表1可知，在相同的提取条件下二氯甲烷的提取效率最高。因此，以下试验选择二氯甲烷为提取溶剂。

表1邻苯二甲酸酯标准物质在不同溶剂提取时的测定值

Table1 Determinationof phthalic acid esters in different solvents

溶剂	实际测定值（mg/kg）
溶剂	DIBP	DBP	DNHP	BBP	DEHP	DNOP	DINP	DIDP
丙酮	1081	1000	552	1086	1155	1076	613	1374
正己烷	931	909	482	921	1158	997	546	1146
二氯甲烷	1123	1233	589	1166	1264	1156	725	1418
乙醚	1096	1109	596	1080	1144	1089	718	1482

2.1.3 提取温度的影响
以二氯甲烷为萃取溶剂，取5份邻苯二甲酸酯标准物质，按照1.3进行处理，试验了提取温度分别为室温25，35，45，55，65℃，结果发现，萃取温度对萃取效果基本无影响，并且温度升高，溶剂易挥发，综合考虑，最后确定萃取温度为室温。
2.1.4 提取时间的影响
按照1.3进行处理，考察超声波超声时间对邻苯二甲酸酯增塑剂提取效果的影响。以二氯甲烷为萃取溶剂取8份邻苯二甲酸酯标准物质，考察了萃取时间分别为30、40、50、60、90、120、150、180min时的萃取量。结果表明随超声时间增加，提取液中8种邻苯二甲酸醋增塑剂的浓度逐渐增加，当超声时间为60 min时，提取液中8种邻苯二甲酸酯增塑剂的浓度达到最大，此后增加超声时间，浓度没有明显变化，且不同的邻苯二甲酸酯类增塑剂达到最大值的时间也不一致。综合考虑，最终确定萃取时间为60 min。
2.2 质谱条件优化
将23种混合标准溶液先进行Q1全扫描，得到全扫描质谱图，逐个分析23种化合物的质谱峰。根据全扫描图确定各化合物保留时间，并选择合适的定性定量离子以进行下一步的产物离子分析。以选择响应信号较高的离子对作为定性定量离子对，建立分段扫描方法（产物离子扫描方法），对CID碰撞电压进行优化，选择响应最高时碰撞能量作为选择反应监测（MRM）模式扫描时的条件。本实验选择各化合物离子对见表2，MRM分离图见图1。

表223种增塑剂的MRM扫描参数

Table2 MRM conditions of 23 kinds of plasticizers

图1 23种邻苯二甲酸酯化合物的MRM分离图

Fig. 1MRM chromatogram of 23 kinds ofplasticizers

1.DMP；2.DEP；3.DAP；4.DPrP；5.DIBP；6.DBP；7.DMEP；8.DIPP；9.BMPP；10.DNIPP；11.DEEP；12.DPP；13.DnHP；14.BBP；15. DBEP；16.DCHP；17.DHP；18.DEHP；19.DPhP；20.DNOP；21.DBzP；22.DPHP；23.nDNOP

2.3 标准曲线及检出限
用二氯甲烷配制一系列混合标准工作液（浓度范围为0.01~1.0mg/L），按确定的实验条件进行测定，采用外标法进行定量，以各目标化合物的质量浓度为横坐标，响应值的峰面积为纵坐标建立标准曲线，结果发现，对于每种邻苯二甲酸酯类增塑剂，其提取离子色谱峰面积与质量浓度之间存在良好的线性关系，相关系数均大于0.998，表3给出了各组分线性关系。同时也列出了在3倍信噪比（S/N=3）的条件下各组分的检出限（LOD）。

表3 23种邻苯二甲酸酯化合物的线性关系及检出限

Table3 The linear relationship and thedetection limits of 23 kinds of plasticizers

2.4 精密度及回收率试验
选取未检出邻苯二甲酸酯化合物的塑料、橡胶、油漆涂层3种样品进行回收试验，加标量为0.25mg·kg^-1，按照2.3步骤进行样品提取和衍生化，每个样品平行测定6次，以实际测定浓度的相对标准偏差表征方法的精密度，平均回收率及相对标准偏差见表4。

表4精密度和回收试验结果（n=6）

Table 4 Results of Recoveries andprecision (n=6)

化合物	透明塑料		黑色橡胶		棕色油漆涂层
化合物	回收率/%	RSD/%	回收率/%	RSD/%	回收率/%	RSD/%
DMP	97.7	5.47	90.9	4.30	82.5	4.72
DEP	89.0	2.89	87.5	4.46	88.6	5.48
DAP	93.6	3.93	85.7	5.60	87.7	4.17
DPrP	88.2	2.48	88.3	4.25	85.8	4.42
DIBP	96.5	8.97	89.5	8.52	88.9	8.85
DBP	83.5	4.58	103.4	7.94	101.8	7.31
DMEP	105.9	3.88	87.1	5.08	96.6	9.96
DIPP	96.6	9.15	90.0	8.79	88.8	4.82
BMPP	86.5	3.01	98.6	8.69	103.2	4.77
DNIPP	95.3	8.37	87.1	4.99	80.5	6.12
DEEP	97.9	6.69	88.5	5.88	96.6	4.74
DPP	96.3	6.66	91.9	7.14	90.6	4.67
DnHP	94.5	7.96	91.4	8.40	87.4	6.29
BBP	99.6	7.21	89.4	4.34	85.1	8.29
DBEP	101.8	4.03	92.8	5.36	90.1	4.59
DCHP	92.9	9.13	100.8	5.56	93.2	9.26
DHP	102.7	6.53	93.5	8.68	99.9	7.79
DEHP	100.9	3.44	85.1	4.84	101.2	5.99
DPhP	87.5	6.15	92.0	8.28	93.6	3.43
DNOP	91.3	8.98	95.2	5.95	98.0	3.95
DBzP	89.0	2.89	96.5	8.97	96.6	9.15
DPHP	93.6	3.93	83.5	4.58	86.5	3.01
nDNOP	88.2	2.48	80.3	5.98	95.3	8.37

2.5 实际样品的测定
应用本方法对50份实际样品进行检测，其中部分样品检测出含有DIBP、DEHP、DBP（见表4），其余40个样品未检出。其中DIBP含量在5.17%~11.2%之间，DEHP含量在0.242%～25.9%之间，DBP含量在0.067%～23.7%之间，由表4可以看出检出频率较高的为DIBP、DEHP、DBP，其中，DEHP的可能性为最高。在常见玩具材料中，涂层、塑料以及橡胶中的可能性较高。

表5 实际样品检测结果

Table 5 Results of actual samples