木制兒童用品中6種木材防腐劑的遷移規律研究

王志娟，趙而敬，張 慶，白 樺，呂 慶*

(1.中國檢驗檢疫科學研究院 工業與消費品安全研究所，北京 100176;2.有研半導體材料有限公司，北京 100088)

木制兒童用品包括但不限于木制玩具、木制嬰兒床等，因與兒童日常接觸頻繁，其化學安全性與兒童健康密切相關。木材防腐劑主要用于延長木材使用壽命，防止木材腐敗、發霉和蟲蛀[1]。然而，防腐劑大都是具有較高毒性的化學物質(如氯酚類化合物)，對人體有內分泌干擾、致癌、致畸等危害[2-3]，一些氯酚類化合物已被歐盟(EU)和美國環境保護署(EPA)列為優先控制污染物[4]，并且歐盟玩具協調標準EN71-9[5]中對五氯苯酚等木材防腐劑作出1～10 mg/kg的限量要求。木材防腐處理一般采用壓力處理法，而非化學鍵合[6]，所以很容易在接觸樣品時通過口、皮膚等途徑遷移到兒童體內，進而構成危害。

目前，國內外對木材防腐劑的研究主要集中于總量(即殘留量)測定[7-10]，關于防腐劑遷移量及遷移行為的研究鮮有報道[11-12]，且未有木制兒童用品中防腐劑遷移的限量標準。已報道的遷移實驗通常是將樣品粉碎處理[13-14]，處理方法簡便快捷，并能快速地將樣品中有害物質遷移出來。但是將樣品粉碎后與兒童實際接觸的樣品狀態(實際暴露場景)不一致，有研究表明防腐劑由木材樣品向溶液中遷移時，主要是表面3 mm左右厚度層中的物質遷移出來[12]。本文通過搭建簡易遷移裝置，模擬實際暴露場景，基于建立的總量和遷移量測定方法，研究木制兒童用品中6種防腐劑的遷移規律及遷移率，為有效評估兒童用品中防腐劑的暴露風險提供基礎數據，為我國制定相關標準及監管措施提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

TSQ8000 Evo 氣相色譜-串聯質譜儀(美國Thermo Fisher公司)；CF16RXII離心機(日本Hitachi公司)；SM2000 切割研磨儀(德國Retsch公司)；固相萃取裝置(美國Supelco公司)；Oasis HLB固相萃取柱(6 mL，0.2 g，Waters公司)；P300H型超聲波清洗器(德國Elma公司)；NTS-4000恒溫水浴振蕩器(日本Eyela公司)；Syncore平行蒸發儀(瑞士Buchi公司)。

標準品：2,4-二氯苯酚、2,4,5-三氯苯酚、2,4,6-三氯苯酚、2,3,4,6-四氯苯酚、林丹、2,3,4-三氯苯酚(內標)均購自Accustandard公司，純度≥98%；五氯苯酚購自Supelco公司，純度≥99%。正己烷、乙酸乙酯、甲醇(色譜純，美國Sigma公司)；乙醇、冰乙酸、乙酸酐均為分析純；實驗用水為經Milli-Q制備的超純水。

在超市和商場隨機采購不同品牌的木制玩具樣品，實驗前用密封袋封好，以避免受到污染。

1.2 溶液配制

標準溶液配制：分別稱取6種防腐劑標準品各100 mg于100 mL棕色容量瓶中，用乙醇-冰乙酸溶液(體積比9∶1)定容，配制成質量濃度1 000 mg/L的單標儲備液，用單標儲備液配制質量濃度100 mg/L的混合儲備液。實驗中用乙醇-冰乙酸溶液(9∶1)稀釋成所需質量濃度的系列工作溶液。

內標溶液：稱取50 mg 2,3,4-三氯苯酚于100 mL棕色容量瓶中，用乙醇-冰乙酸溶液(9∶1)定容，配制成500 mg/L的內標儲備液，然后將其稀釋成1 mg/L的內標工作溶液。

模擬唾液和汗液的配制參考歐盟DIN53160-2010標準[15-16]。

模擬唾液：分別稱取0.17 g MgCl2·6H2O、0.15 g CaCl2·2H2O、0.76 g K2HPO4·3H2O、0.53 g K2CO3、0.33 g NaCl和0.75 g KCl，先將鉀、鈉鹽溶于900 mL去離子水中，再加入MgCl2·6H2O和CaCl2·2H2O，全部溶解后用1%鹽酸水溶液調至pH(6.8±0.1)，然后用去離子水定容至1 L。避光保存，保證用前pH≈6.8±0.1。

圖1 自制遷移裝置Fig.1 Illustration of self-made migration device

模擬汗液：分別稱取5 g NaCl、1 g尿素、1 g 90%的乳酸于900 mL去離子水中，用1%氫氧化鈉水溶液調至pH(6.5±0.1)，然后用去離子水定容至1 L。避光保存，保證用前pH≈6.5±0.1。

1.3 陽性樣品制備

將空白樣品加工成長12 mm×寬15 mm×厚3 mm 的木片，然后將木片浸沒在裝有1 mg/L甲醇標準溶液的錐形瓶中(將100 mg/L混標儲備液用甲醇稀釋成1 mg/L)，將錐形瓶密封后放置在旋轉式混勻器中振搖24 h。然后將木片取出平鋪在篩網上，置于通風櫥中直至自然干燥，即得陽性樣品。

1.4 樣品前處理

總量測定：參見實驗室前期文獻[8]。

遷移量測定：遷移裝置如圖1所示，取木制樣品光滑平整的部分，將其加工成長12 mm×寬15 mm×厚3 mm 的木片，在木片中間穿孔，用細不銹鋼絲將4塊木片串起，每兩片中間以帶孔玻璃珠間隔，以保證樣品與模擬液充分接觸。將制備好的樣品放入50 mL比色管中，加入20 mL模擬液。將比色管密封后，放入37 ℃的恒溫水浴振蕩器中以100 r/min速度遷移，遷移時間2 min～96 h，獲得遷移溶液。在遷移溶液中加入50 μL質量濃度為1 mg/L的內標工作溶液。然后在模擬唾液中加入1 mL乙酸酐進行衍生化，邊振蕩邊放氣，振蕩1 min后置于搖床振蕩5 min。模擬汗液中分別加入1 mL 0.1 mol/L碳酸鉀溶液和1 mL乙酸酐進行衍生化。最后經5 mL正己烷液-液萃取，待上機分析。

1.5 儀器條件

色譜柱為HP-5MS(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)；進樣口溫度290 ℃；載氣為高純氦氣，流速1 mL/min；不分流進樣，進樣量2 μL；柱箱升溫程序：初始溫度60 ℃，以20 ℃/min升至200 ℃，再以25 ℃/min升至290 ℃，保持5 min。

傳輸線溫度290 ℃，離子源溫度300 ℃；EI電離，電離能量70 eV；采用SRM模式測定。優化的色譜及質譜參數如表1所示。

表1 6種防腐劑的色譜質譜參數Table 1 GC-MS/MS parameters of the target six preservatives

*collision energy(eV)

2 結果與討論

2.1 總量及遷移量測定方法

總量測定方法參照實驗室前期工作[8]，方法對于2,4-DCP、2,4,6-TCP、2,4,5-TCP的定量下限為0.25 μg/kg(線性范圍0.25～200 μg/kg)，2,3,4,6-TeCP、林丹的定量下限為1 μg/kg(線性范圍1～200 μg/kg)，PCP的定量下限為2.5 μg/kg(線性范圍2.5～200 μg/kg)，各物質在其線性范圍內相關系數均大于0.999 1。其中2,4-DCP、2,4,6-TCP、2,4,5-TCP的3個加標水平分別為0.25、2.5、50 μg/kg，2,3,4,6-TeCP和林丹的3個加標水平分別為1、10、50 μg/kg，PCP的3個加標水平分別為2.5、10、50 μg/kg，6種物質的平均加標回收率為90.2%～100.1%，相對標準偏差(RSD)為0.6%～6.1%(n=6)。應用此方法對16件木制玩具中防腐劑的初始含量進行測定，有檢出的樣品和物質如表2所示。其中2,4-DCP、2,4,6-TCP在6件樣品中均有不同程度檢出，檢出量分別在1.13～6.08 μg/kg和0.25～8.27 μg/kg之間，低于目前歐盟的限量要求。

表2 木制玩具中木材防腐劑總量的測定結果Table 2 The residual amount determination results of preservatives in wooden toys

-:not detected

圖2 不同體積正己烷對防腐劑的萃取效果Fig.2 Extraction effects of different volumes of n-hexane on preservatives

遷移量測定時，先將遷移溶液中目標物衍生化，然后進行液-液萃取。在20 mL模擬唾液中分別加入100 μL防腐劑混標(10 mg/L)和50 μL內標工作溶液(1 mg/L)作為遷移溶液，加入1 mL乙酸酐衍生化，然后以不同體積正己烷(2、3、5、10 mL)萃取目標物。結果如圖2所示，溶劑體積為5 mL和10 mL時對6種物質的萃取率達到90%以上，綜合考慮方法的靈敏度及取液方便性，最終選定5 mL正己烷萃取。對于模擬汗液，衍生化時只加入1 mL乙酸酐，2,4-DCP的回收率低于70%，當加入1 mL 0.1 mol/L碳酸鉀溶液后再加入1 mL乙酸酐，2,4-DCP的回收率提高至93.0%～ 97.1%。此現象可能是由于模擬汗液中缺少碳酸根離子，而碳酸根的堿性介質是2,4-DCP衍生化的重要因素[2,17]，因此對于模擬汗液，需先加入碳酸鉀溶液后再衍生化。此方法在0.1～100 μg/L線性范圍內的相關系數大于0.999 5，模擬唾液中3個加標水平的回收率為91.2%～117.7%，RSD≤6.4%(n=6)，模擬汗液中3個加標水平的回收率為92.5%～114.4%，RSD≤9.7%(n=6)。

2.2 遷移規律探索

由于很難找到含有6種防腐劑的標準陽性樣品，采用自制陽性樣品的方法進行遷移規律研究。通過對16個木制玩具中防腐劑的總量測定，選出1個基質干凈的空白樣品按照“1.3”方法制備陽性樣品。將制作好的陽性樣品平分為3份，測得2,4-DCP、2,4,6-TCP、2,4,5-TCP、2,3,4,6-TeCP、林丹、PCP的平均含量分別為0.75、0.80、0.90、1.01、0.93、1.23 mg/kg，RSD小于15%，表明制作的陽性樣品較為均勻，可以用于遷移規律的研究。其中，在同一添加量水平下，測得的6種目標物含量略有差異，此差異可能是在制作陽性樣品過程中產生：即6種物質分子經甲醇滲透擴散至木材樣品的情況有差別，且在平鋪至通風櫥自然干燥時，6種物質因沸點不同導致揮發損失的情況不同，由測定結果可知沸點較高的物質其測定結果也較大。

由于兒童通常會經皮膚和口接觸兒童用品，為有效模擬兒童與樣品的實際接觸場景，探究6種防腐劑的遷移規律，將樣品在模擬唾液和汗液中遷移2 min～96 h，遷移溫度設置為人體溫度37 ℃。簡易遷移裝置如圖1所示，此裝置可一次容納多片樣品，從而使得樣品與模擬液的接觸面積較大，遷移的物質量更多，進而降低遷移量測定的檢出限。此外樣品與遷移溶劑的接觸面積基本固定，可保證每次實驗操作的結果具有較好的重復性。

應用制作的陽性樣品分別研究防腐劑在兩種模擬液中隨不同遷移時間的變化規律及對應的遷移率，遷移率定義為防腐劑遷移至模擬液的遷移量與其在樣品中總量的百分比，按公式(1)進行計算。

(1)

式中：MR為防腐劑的遷移率；csimulant為防腐劑在遷移溶液中的質量濃度(mg/L)；Vsimulant為遷移溶液的體積(L)；csample為防腐劑在樣品中的含量(mg/kg)；msample為樣品取樣量(kg)。

結果如圖3所示，從圖3A和C可知，6種防腐劑在模擬唾液和汗液中的遷移量均隨著遷移時間的延長而逐漸增大，最后達到遷移平衡。防腐劑在模擬唾液中16 h左右即達到平衡，而在汗液中48 h左右才達到平衡，原因可能是由于兩個模擬液的成分和pH值不同。圖3B和D展示了6種防腐劑在兩種模擬液中遷移率的變化，在遷移2 min～96 h范圍內，防腐劑的遷移量隨時間延長而逐漸增大，最終達到平衡，遷移率為2.1%～61.7%(唾液)，2.2%～86.4%(汗液)。在樣品與模擬液僅接觸2 min時即有檢出，遷移率分別為2.1%～4.2%和2.2%～3.3%。2,4,6-TCP在兩種模擬液中的遷移率均高于其他物質，最大遷移率均大于50%，其他物質的最大遷移率為11.2%～46.1%。產生如此大的遷移率，究其原因：一是可能與目標物在水中的溶解性有關，如2,4,6-TCP溶解度為0.8 g/L，因而易于遷移到模擬液中；二是可能與木材疏松多孔的結構特性有關[18-19]。即各物質的遷移率大小可能是物質分子在模擬液中的溶解度和物質分子與木材結合能力相互作用平衡的結果，溶解度大有利于物質由木材樣品遷移至溶液中，但由于木材為疏松多孔結構，物質分子與木材的吸附作用大則有利于溶液中的物質被吸附至木材樣品；此外，遷移率大小還與模擬液的成分和pH值有關。

上述結果表明兒童在經口或手接觸兒童用品時，木材防腐劑很可能在短時間內就遷移至人體中，進而對其身體健康產生危害。

2.3 實際樣品測定

根據上述遷移規律的研究，發現木材防腐劑在短時間內就會有遷移，而且兒童每天持續接觸樣品的時間也較短，所以選定初始含量檢出量較高的兩個樣品研究其在2～30 min的遷移行為(圖4)。樣品1和2在兩種模擬液中均檢出2,4-DCP和2,4,6-TCP，遷移量也隨著遷移時間的延長而增加。樣品1在模擬唾液中遷移2 min時，2,4-DCP和2,4,6-TCP即能被檢出，遷移率分別為2.1%和2.4%。由于樣品2中目標物的初始含量較低，僅2,4-DCP在模擬唾液中且遷移10 min時才有檢出，在遷移10 min時2,4-DCP在唾液和汗液中的遷移率分別為10.1%和9.4%。

3 結 論

木制兒童用品中化學物質的遷移規律研究較少，而遷移危害對于消費者來說更接近于真實暴露場景。本文通過模擬實際接觸環境，對自制陽性樣品中6種防腐劑在模擬唾液和汗液中的遷移規律進行了研究。結果表明，由于氯酚類防腐劑的溶解性與在疏松多孔的木材中的相互分配平衡作用，導致防腐劑具有較大的遷移率，甚至在遷移2 min時即可檢出。部分實際樣品中檢出了2,4-二氯苯酚和2,4,6-三氯苯酚，在兒童接觸樣品時，這些物質很可能在短時間隨汗液或唾液遷移到身體中，對其健康構成危害。本研究可為相關暴露風險評估提供基礎數據，為相關遷移實驗提供借鑒。

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