離子液體單滴微萃取-超高效液相色譜聯用測定食品塑料包裝材料中5種鄰苯二甲酸酯的研究

龍澤榮,彭玉梅,2,劉 勇,2,劉 莉,蘭 衛

(1.新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院,新疆烏魯木齊 830011;2.新疆醫科大學中醫學院,新疆烏魯木齊 830011)

鄰苯二甲酸酯(PAEs)是塑料制品、玩具、建筑材料、日化品中常用的一類增塑劑和添加劑。由于PAEs分子與塑料基質不以共價鍵相連,極其容易遷移到周圍環境中,通過接觸、攝入等方式在人、畜體內積累,嚴重干擾內分泌系統,導致生殖毒害和其他疾病[1],所以建立行之有效的檢測方法對維護人體安全十分重要。氣相色譜法(GC)[2]、液相色譜法(LC)[3]、氣質聯用法(GCMS)[4]、液質聯用法(LCMS)[5]是其目前常用的檢測方法。但由于含有PAEs的實際樣品來源廣泛,基底復雜,樣品中的PAEs含量又十分低,為了準確測定目標物的含量,前處理環節就顯得十分關鍵。目前,實驗室常用的樣品前處理方法主要有固相萃取[6]、固相微萃取[7]、液液萃取[8]和液液微萃取[9]等。固相萃取和固相微萃取的方法需要固液分離,耗時較長;而液液萃取法消耗溶劑量大,且不環保。吳翠琴等[10]建立了離子液體單滴微萃取高效液相色譜法測定水體中的7種磺胺類藥物,加標回收率達到84.3%～106%;隨后她們又基于離子液體單滴微萃取柱前熒光衍生高效液相色譜法測定了水樣中的8種磺胺類藥物,同樣達到了較好的萃取效果[11];Fan等[12]采用[C8MIM][PF6]離子液體萃取,結合高效液相色譜法檢測白酒和葡萄酒中的4種PAEs。徐欽良等[13]采用同樣的方法分別測定了河水、瓶裝水和一次性塑料袋中的3種PAEs,加標回收率為85.2%～110%。Fan和徐欽良等設計的富集方法中離子液體用量相對較大(200 μL左右),萃取時間較長(約20 min)。上述研究均利用了離子液體不揮發、低毒、化學性質穩定、對許多無機鹽和有機物有良好的溶解性等特征。然而迄今為止采用離子液單滴微萃取(<50 μL)技術應用于食品塑料包裝材料中PAEs的分析檢測還十分少見。

離子液單滴微萃取是近年來發展起來的一種新型環保分離富集技術。其主要優勢在于:萃取溶劑用量非常小,不造成二次污染;與常用的有機試劑相比,富集倍數更大,萃取效率更高;樣品和試劑消耗小,操作簡便、快捷等。本實驗采用離子液體單滴微萃取超高效液相色譜聯用的方法對食品塑料包裝材料中的5種鄰苯二甲酸酯同時進行分析檢測,實驗過程中離子液體用量少(30 μL),萃取時間短(5 min),分析速度快,在油桶與飲料瓶加標回收實驗中獲得較為滿意的結果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鄰苯二甲酸二甲酯(DMP,純度為99%)、鄰苯二甲酸二芐酯(DBzP,純度為97%)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP,純度為99%)、鄰苯二甲酸二環己酯(DCHP,純度為99%)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP,純度為99%) 天津永晟精細化工有限公司;1丁基3甲基咪唑六氟磷酸鹽([C4MIM][PF6])、1己基3甲基咪唑六氟磷酸鹽([C6MIM][PF6])、1辛基3甲基咪唑六氟磷酸鹽([C8MIM][PF6]) 純度≥99%,均由中科院蘭州化學物理研究所監制;甲醇(CH3OH) 分析純,純度為99.5%,西安化學試劑廠;氯化鈉(NaCl) 分析純,純度≥99.5%,天津市致遠化學試劑有限公司;乙腈(CAN) 分析純,純度為99.5%,天津富宇精細化工有限公司;乙腈 色譜純,純度為99.9%,賽默飛世爾中國有限公司;蒸餾水 美國MiLiQ純水系統制備;油桶 企業送檢的油壺樣品;塑料飲料瓶 來源于新疆烏魯木齊當地超市購買的飲料,將飲料倒去,分別用自來水和蒸餾水清洗瓶內和瓶身,自然干燥,備用。

ACQUITY UPLCHCLASS超高效液相色譜儀 美國沃特世公司;Waters ACQITY UPLC@HSS T3柱(2.1 mm×150 mm,1.8 um) 美國沃特世公司;SHZ82恒溫水浴振蕩器 余姚肖東儀器廠;0.22 um微孔濾膜 美國Pall公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 液相色譜條件 進樣體積為5 μL;流速為0.2 mL/min;柱溫為25 ℃;檢測波長為240 nm;流動相為V乙腈(B):V水(C)體系,采用梯度洗脫程序:0～4 min,85% B:15% C;4～6 min,B由85%變化至100%,C由15%變化至0%;6～12 min,100% B;12～14 min,B由100%變化至85%,C由0%變化至15%;14～15 min,85%B:15% C。

1.2.2 混合標準儲備溶液的配制 分別精密稱取DMP、DBzP、DBP、DCHP、DOP各0.1 g,于100 mL的容量瓶中,乙腈定容至刻度,得到濃度為1.0 mg/mL的混合標準儲備液。實驗時,標準系列溶液由混合標準儲備液稀釋得到,分別為2、5、10、40、60、100 μg/mL。按1.2.1液相色譜條件,各種PAEs的標準工作曲線方程為DMP:Y=3.16×104x1.56×103(R2=0.9999);DBzP:Y=2.09×104x+4.68×103(R2=0.9999);DBP:Y=2.16×104x+4.42×103(R2=0.9998);DCHP:Y=1.94×104x3.37×102(R2=0.9999);DOP:Y=1.55×104x+1.57×103(R2=0.9998);方程中Y為峰面積,x為濃度,μg/mL。

1.2.3 離子液體單滴微萃取條件優化實驗 準確移取100 μL混合標準儲備液于10 mL比色管中,加蒸餾水2 mL稀釋。以下實驗所用樣品溶液,未特別注明,均按此方法稀釋備用。

分別將30 μL[C4MIM][PF6]、[C6MIM][PF6]、[C8MIM][PF6],分別加入到樣品溶液中,25 ℃水浴振蕩5 min,以考察3種離子液體對PAEs萃取效果的影響。

分別以10、20、30、40 μL[C8MIM][PF6]為萃取劑,在萃取溫度為25 ℃,萃取時間為5 min的條件下,考察不同體積的[C8MIM][PF6]對樣品溶液中的PAEs萃取效果的影響。

以30 μL[C8MIM][PF6],在萃取溫度分別為0、25、45、65 ℃,萃取時間為5 min的條件下,考察[C8MIM][PF6]在不同萃取溫度下對樣品溶液中PAEs萃取效果的影響。

以30 μL[C8MIM][PF6],在萃取溫度為25 ℃,萃取時間分別為2、5、10、15 min的條件下,考察不同萃取時間對樣品溶液中PAEs的萃取效果的影響。

分別準確移取100 μL混合標準儲備液于4支10 mL比色管中,分別加入2 mL蒸餾水、0.1、0.2、0.3 g/mL的NaCl溶液,然后每支比色管中加入30 μL[C8MIM][PF6]萃取劑,按照上述優化的萃取溫度和時間條件下,考察了鹽效應對萃取效果的影響。

上述萃取后的樣品溶液均于4 ℃的冰箱內靜置2 h,取出,小心用注射器將上層的水層吸出,下層的離子液層加入2 mL甲醇稀釋后,UPLC檢測。

1.2.4 實際樣品前處理 取約0.2 mm×0.2 mm大小碎片的油桶及飲料瓶各0.5 g于50 mL比色管中,分別加入30 mL乙腈,超聲30 min,所得溶液過膜,4 ℃冰箱內儲存備用。

1.2.5 加標回收實驗 將實際樣品溶液用蒸餾水稀釋到0.1 mg/mL,取1 mL,然后加入10、20、30 μL的混合標準儲備液,PAEs的加標水平為10、20、30 μg/mL三個濃度水平。在最優條件下萃取,于4 ℃冰箱靜置,分離出離子液層,經甲醇稀釋后,UPLC檢測。

1.3 數據處理

本實驗中儀器信噪比(S/N)的3倍確定為PAEs的最低檢出限。1.2.2、1.2.3和1.2.5各組實驗均平行制備3組,測試數據以平均值表示。數據均采用Origin 8.5軟件處理。

2 結果與分析

2.1 萃取條件的選擇

2.1.1 離子液體種類的選擇 含有[PF6]-和較長烷基鏈的咪唑型離子液體通過離子交換、ππ共軛和氫鍵作用等對苯酚類化合物和多環芳烴類化合物具有很強的溶解能力,萃取效果好,選擇性高[14]。PAEs是由鄰苯二甲酸與4～15個碳的醇形成的酯,具有一個或多個芳烴及烷基鏈。所以本實驗選擇含有[PF6]-及不同烷基鏈的[C4MIM][PF6]、[C6MIM][PF6]和[C8MIM][PF6]離子液體作為提取PAEs的考察對象,結果如圖1所示,[C8MIM][PF6]對DMP、DBzP、DBP、DCHP、DOP的萃取效果優于[C4MIM][PF6]和[C6MIM][PF6],這是由于[C8MIM][PF6]具有更長的烷基鏈,在水中的溶解度更低,增強了它對疏水性物質PAEs的親和力。與其他兩種離子液體比較,[C8MIM][PF6]對PAEs的富集效果最為顯著,因此采用[C8MIM][PF6]作為萃取劑進行下一步的實驗研究。

圖1 3種離子液體對PAEs萃取效果的影響Fig.1 Effect of three ionic liquids on the extraction of PAEs

2.1.2 離子液體用量的選擇 如圖2所示,[C8MIM][PF6]用量從10 μL到30 μL時萃取效果逐步提高,用量到達40 μL時,萃取效果反而有所下降,這是因為當離子液體用量過少時,對PAEs萃取不充分,萃取效果較差,因此,增大離子液體的用量,萃取效果逐步提高。然而,當吸附濃度達到平衡后,繼續增大其用量,會使萃取相的體積增大,從而稀釋了PAEs的濃度,反而會降低萃取效果[15]。所以,30 μL[C8MIM][PF6]為本實驗最佳萃取體積。

圖2 不同體積[C8MIM][PF6]對PAEs萃取效果的影響Fig.2 Effect of the volume of [C8MIM][PF6] on the extraction of PAEs

2.1.3 萃取溫度的選擇 如圖3所示,25 ℃時的萃取效果與0 ℃時相比明顯提高,隨著溫度繼續升高,萃取效果變化不大,DMP甚至有下降趨勢。這由于溫度升高能加快離子液體和PAEs的擴散速度,加速兩者的結合,從而提高萃取效率。但是,溫度過高也會使目標物揮發,萃取劑溶解,降低萃取效果[16]。因此,本實驗中25 ℃為最佳萃取溫度。

圖3 溫度對PAEs萃取效果的影響Fig.3 Effect of temperature on the extraction of PAEs

2.1.4 萃取時間的選擇 如圖4所示,考察了不同的萃取時間對五種PAEs的萃取效果。結果表明,萃取效果從2 min到5 min迅速提高,5 min到10 min萃取基本達到平衡,而10 min以后萃取效果明顯下降。這是由于[C8MIM][PF6]在室溫下為液態的融鹽,能快速分散于溶液中,形成乳濁液體系,迅速增大與目標物的接觸面積,達到萃取平衡[17]。當萃取平衡后,隨著萃取時間的延長,離子液體在樣品溶液中的溶解度也相應增加,導致萃取效果反而降低。所以5 min為本實驗的最佳萃取時間。

圖4 萃取時間對PAEs萃取效果的影響Fig.4 Effect of vibration time on the extraction of PAEs

2.1.5 離子強度對萃取效果的影響 實驗觀察,加入鹽溶液的離子液萃取組溶液均變渾濁;而不加鹽溶液的萃取組溶液均澄清透明。經UPLC檢測后發現,加入鹽溶液的離子液萃取組對五種PAEs的富集效果均低于不加鹽溶液的萃取組。這是由于NaCl中的Cl-與[C8MIM][PF6]中的[C8MIM]+結合生成水溶性強的[C8MIM]Cl,降低了[C8MIM][PF6]的體積,用于萃取PAEs的離子液體總量降低后,使得更多的PAEs分散于水中,形成不溶性渾濁溶液,從而降低了離子液的萃取效果[12]。故本實驗中不加入鹽溶液。

2.2 實際樣品測定及加標回收實驗

在優化實驗條件下,富集和測定了油桶和飲料瓶中的DMP、DBzP、DBP、DCHP、DOP。該方法中五種PAEs的線性范圍均為 2～100 μg/mL,相關系數R2>0.999,檢出限(S/N=3)為0.3～0.92 μg/mL。在10、20、30 μg/mL加標濃度水平下回收率DMP為37.42%～43.50%;DBzP為65.04%～76.90%;DBP為67.22%～79.88%;DCHP為77.60%～89.82%;DOP為81.07%～87.62%,相對標準偏差(RSD)為0.01%～6.66%(n=3)。如表1所示,DMP的回收率明顯低于其他四種PAEs的回收率。這與五種PAEs的結構有關,DMP側鏈較短,且含有兩個甲基,疏水作用較弱,與強疏水型[C8MIM][PF6]離子液體作用相對較弱;DBzP、DBP、DCHP、DOP具有多個苯環或較長的烷基鏈,疏水作用較強,與強疏水型[C8MIM][PF6]離子液體作用較強。故DMP的回收率較低,而DBzP、DBP、DCHP、DOP回收率相對較高。

表1 5種鄰苯二甲酸酯類物質在食品塑料包裝材料中的平均加標回收率及相對標準偏差Table 1 Relative recovery(RR)and RSD values of PAEs studied in real samples

2.3 離子液單滴微萃取PAEs與其他方法的比較

如表2所示,本實驗采用的離子液體單滴微萃取PAEs的方法與其他萃取方法相比較中可以看出,液液萃取法提取食品塑料包裝袋中的PAEs,雖然相對標準偏差較小,但其萃取劑為毒性有機溶劑,且用量大,萃取時間長,萃取溫度高[18];多壁碳納米管/二氧化硅增強中空纖維固相微萃取法富集橘汁、牛奶及碳酸飲料中的PAEs,雖然萃取材料可以重復利用,但存在洗脫難,洗脫劑用量較大,相對標準偏差較大,同時也存在萃取時間長,萃取溫度相對較高等缺點[19];三氯甲烷單滴微萃取技術萃取果汁、醬油、醋中的PAEs的方法,雖萃取劑用量很小,但仍為有機試劑[20];而本方法中萃取劑環保、萃取時間短、方法簡單易操作等,這些優點是其他方法無可比擬的。

表2 本方法與其它方法的比較Table 2 Comparison of the proposed method with other previously reported methods for the extraction of PAEs

3 結論

本實驗建立了離子液體單滴微萃取技術結合超高效液相色譜法快速富集檢測了食品塑料包裝材料中的五種PAEs。該方法不僅萃取劑穩定性好、用量小,操作簡便,對DBzP、DBP、DCHP、DOP萃取能力良好,且有效的減少了傳統有機萃取劑過程中引起的環境污染及健康損害等問題。為快速提取和檢測食品塑料包裝材料中的PAEs提供了一種綠色的方法。

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