HPLC-MS/MS法測定皮革和紡織品中4種表面活性劑殘留

1 引言

4-戊基苯酚（PeP）、4-庚基苯酚（HpP）和工業中常用的特辛基酚（OP）、壬基酚（NP）一樣均屬于烷基苯酚類表面活性劑。由于其良好的滲透、乳化、增溶和洗滌作用，這類表面活性劑常被用于紡織、皮革、造紙、農藥等領域，但缺點是不易降解并且會擾亂人體正常激素的合成、釋放等[1]。2017年初，ECHA正式公布的第16批4項SVHC，新增了戊基苯酚(PeP)和庚基苯酚(HpP)兩個物質。OEKO-TEX?協會發布的2018版STANDARD 100 by OEKO-TEX?和2019版STANDARD：leather standard by OEKO-TEX?產品認證的限制物質清單中同樣增加了戊基苯酚和庚基苯酚這兩種化合物。目前，國內外對這類表面活性劑的研究主要集中在辛基苯酚和壬基苯酚，涉及環境樣品、羽絨羽毛、皮革和紡織品等，而對這4種物質同時檢測的方法還未見報道。因此，建立一種能夠同時測定這4種烷基苯酚類物質的方法具有重要的意義。

對于此類表面活性劑，常用的分析檢測方法有高效液相色譜法[2]、高效液相色譜-串聯質譜法[3-4]、氣相色譜法[5]和氣相色譜-質譜法[6-7]等。但色譜法存在選擇性差、靈敏度低等不足，無法解決皮革基質復雜的問題，尤其是陽性樣品需經質譜進一步驗證與定量。而液質聯用技術則具有較高的靈敏度和選擇性、基質干擾小、檢出限低等優點，并且相關國家檢測標準也采用了高效液相色譜-質譜法測定紡織品中烷基苯酚及烷基苯酚聚氧乙烯醚類。故本研究擬采用高效液相色譜-質譜（HPLC-MS/MS）法探索建立皮革和紡織品中4種表面活性劑的分析方法。

2 試驗部分

2.1 儀器與試劑

高效液相色譜-串聯質譜聯用儀（Agilent-6410B美國安捷倫），97043-942超聲波清洗器（VWR），DC-12氮吹儀（上海安譜公司），BUCHIR-300旋轉蒸發儀（瑞士BUCHIR公司）。

所用試劑均為色譜純。標準物質對特辛基酚（OP）、壬基酚（NP）、4-戊基苯酚（PeP）、4-庚基苯酚（HpP）均購于Dr.Ehrenstorfer公司。

2.2 標準溶液的配制

采用甲醇溶解事先準確稱量的標準品，將其分別配成質量濃度約為1000mg/L的標準儲備液，取一定體積的標準儲備液配制成OP、NP、HpP濃度均為50mg/L、PeP濃度為500mg/L的混合標準工作溶液，再根據試驗需要進行適當稀釋，現配現用。

2.3 樣品前處理

首先將樣品剪成5mm×5mm的碎片，混勻后稱取1g（精確至0.001g）置于錐形瓶中，加入30mL甲醇，在70℃下超聲提取60min，過濾提取液，再用15mL甲醇將殘渣超聲提取5分鐘，合并濾液。用旋轉蒸發儀在40℃以下將提取液濃縮至近干，準確加入1mL甲醇以溶解殘渣，經0.22μm有機濾膜過濾后用HPLC/MS-MS檢測。

2.4 色譜及質譜條件

2.4.1 HPLC條件

色譜柱：ZORBAX SB-C18柱（150mm ×2.1mm，3.5μm）；流動相：A為甲醇，B為0.01mol/L甲酸銨水溶液。洗脫梯度：0～7min，78%～88%A，7min～9min 88%A，9min～10min 88%～98% A，10min～14min 98%～78%A。流速：0.20 mL/min；柱溫：20℃；進樣體積：10μL。

2.4.2 MS/MS條件

離子源：電噴霧離子源(ESI)；掃描方式：負離子掃描；檢測方式：一級質譜全掃描（Fullscan）和選擇離子監測（SIM）模式；毛細管電壓：3750V；霧化氣（氮氣）壓力為40psi；霧化溫度為325℃；霧化氣流速為10L/min。

3 結果與討論

3.1 MS/MS條件的優化

3.1.1 掃描方式的選擇

以5mg/L混合標準溶液進樣，分別在正、負兩種掃描模式下考察4種烷基苯酚的質譜響應。在負離子模式下響應較強，而在正離子模式下響應低且干擾多。因此，選擇在負離子模式下檢測4種表面活性劑。

在負離子模式下，選定4種烷基苯酚的母離子峰進行子離子掃描，由于其分子量均較小，故子離子掃描出來的質譜圖的豐度均較弱且干擾多，故只能采用一級質譜全掃描（Fullscan）和選擇離子監測（SIM）模式相結合的方式來進行定性定量計算，利用安捷倫自帶的Optimizer優化軟件，進一步優化碎裂電壓（Fragmentor），相關參數見表1。

3.1.2 毛細管電壓的選擇

保持其他條件不變，考察常用的2750V～4500V范圍內的毛細管電壓對4種表面活性劑峰面積的影響，結果如圖1所示。結果顯示，隨著毛細管電壓的逐步增加，4種表面活性劑的峰面積逐漸增大，當毛細管電壓為3750V時，峰面積達到最大值，但隨著毛細管電壓再進一步增加，4種烷基苯酚對應的峰面積反而逐漸下降。因此，確定最佳毛細管電壓為3750V。

圖1 毛細管電壓對4種表面活性劑峰面積的影響

3.1.3 霧化氣壓力的選擇

考察了霧化氣壓力對4種表面活性劑峰面積的影響，結果如圖2所示。結果顯示，隨著霧化氣壓力的逐步增大，4種烷基苯酚的峰面積也隨之增加，當霧化氣壓力達到40psi時，4種表面活性劑的峰面積均達到最大；但隨著霧化氣壓力再進一步增加，峰面積反而有所下降。因此，確定最佳毛細管霧化氣壓力為40psi。

表1 4種表面活性劑的基本參數、保留時間、母離子和碎裂電壓

圖2 霧化氣壓力對4種表面活性劑峰面積的影響

3.1.4 霧化氣溫度的選擇

在霧化氣溫度為250℃～350℃范圍內考察了霧化氣溫度對4種烷基苯酚峰面積的影響，結果如圖3所示。在溫度為250℃～300℃范圍內，峰面積變化不大，但當霧化氣溫度為325℃時，峰面積達到最大，因此確定霧化氣溫度為325℃。

圖3 霧化氣溫度對4種表面活性劑峰面積的影響

3.1.5 霧化氣流速的選擇

霧化氣流速如果過快，將會影響分析物質進入質譜檢測器的量；霧化氣流速如果過慢，較多的溶劑顆粒將會同時進入檢測器導致噪聲水平增加，因此要慎重確定一個適當的流速。考察了6L/min～10L/min范圍內霧化氣流速對4種表面活性劑峰面積的影響情況，結果如圖4所示，當霧化氣流速達到10 L/min時，4種烷基苯酚的峰面積達到最大；霧化氣流速再進一步增加，4種烷基苯酚的峰面積反而有所下降。因此，確定霧化氣流速為10L/min。

圖4 霧化氣流速對4種表面活性劑峰面積的影響

3.2 色譜條件的優化

3.2.1 色譜柱的選擇

考察了Poroshell 120 SB C18柱（2.1mm×100mm，2.7μm）、Poroshell 120 EC-C18 柱（2.1mm×100 mm，2.7μm）、Poroshell 120Phenyl Hexyl(2.1mm×100mm，2.7μm)柱和Zorbax SB-C18柱(2.1mm×150mm，3.5μm )對4種烷基苯酚的分離情況和峰面積情況。同等條件下，Poroshell 120 EC-CN柱（2.1mm×100mm，2.7μm）、Poroshell 120Phenyl Hexyl (2.1mm×100mm，2.7μm)柱的分離效果較差。Zorbax SB-C18柱(2.1mm×150mm，3.5μm )可將其分開且分離效果好，峰形好，因此選擇Zorbax SB-C18柱(2.1mm×150mm，3.5μm )作為分離柱。

3.2.2 流動相的選擇

為了實現目標化合物間良好的色譜分離及較好響應，分別考察了甲醇-水溶液和乙腈-水溶液對4種表面活性劑的影響。結果顯示，甲醇流動相體系能較好地實現4種表面活性劑的分離，乙腈流動相體系中只有PeP的響應值較高，因此選擇甲醇流動相體系。

為了讓質譜信號響應更強、讓分離效果更好，分別考察了純水和在水相中添加0.1%甲酸、0.01 mol/L甲酸銨、0.01 mol/L乙酸銨。結果表明，采用0.01 mol/L甲酸銨作為流動相分離效果較好，響應較好，因此最終選擇甲醇+0.01 mol/L甲酸銨溶液為流動相。

3.2.3 流速的選擇

分別考察了0.10mL/min、0.15mL/min、0.20mL/min、0.25 mL/min、0.30mL/min和0.35mL/min流速條件下的分離效果和響應。結果顯示，當流速為0.10mL/min～0.35mL/min時，隨著流速的增大，目標物保留時間隨之減小，峰面積響應也隨之減少，綜合分離度和響應考慮，本試驗選擇流速為0.20 mL/min。

3.3 樣品前處理條件的優化

3.3.1 樣品提取方式的選擇

生態紡織品有毒有害物質檢測中，常用的提取方法是索氏、振蕩和超聲波提取法。索氏提取法的優點在于提取效果較好，而缺點是耗時長、消耗溶劑多、操作繁瑣。相比較而言，超聲波萃取法、振蕩萃取法優點在于耗時短、效率高、操作簡易、設備價格低廉。本文采用比較超聲和振蕩兩種萃取法對皮革和棉貼襯布加標后的峰面積大小來研究它們對4種表面活性劑的萃取效果的影響。結果表明，將甲醇作為提取溶劑時，對于棉貼襯布加標樣品，兩種萃取效率相差不大；而對于皮革加標樣品，超聲萃取法的萃取效率更高，因此最終選擇超聲萃取法作為提取方法。

3.3.2 超聲波提取溶劑的選擇

試驗考察了水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮對皮革和棉貼襯布加標樣品的提取效果。結果表明，以甲醇為提取溶劑萃取回收率最高，并且流動相也是甲醇，因此最終選擇甲醇作為提取溶劑。

3.3.3 超聲提取時間的影響

將皮革和棉貼襯布加標樣品作為研究對象，采用甲醇作為萃取溶劑，分別萃取20min、30min、40min、50min、60min和70min，以研究萃取時間的影響。結果表明，對于皮革加標樣品，超聲50min時萃取效果穩定且最佳；對于棉貼襯布加標樣品，超聲60min時萃取效果最好。綜合考慮，確定60min為最佳萃取時間。

3.3.4 超聲提取溫度的影響

試驗比較了溫度為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃時的提取效率。結果表明，隨著超聲溫度的增加，4種烷基苯酚的回收率也隨之增加，當提取溫度為70℃和80℃時，回收率最高，均在81.35%～104.02%，故最終選擇超聲溫度為70℃。

3.4 線性關系與檢出限

選取OP、NP和 HpP濃度為0.5mg/L～5mg/L（PeP濃度為5mg/L～50mg/L）之間的系列標準工作溶液進行測定，將質量濃度(mg/L)、峰面積分別作為橫、縱坐標，繪制出標準曲線，由此計算得到回歸方程，結果見表2。由表2中的數據可知，在相應的濃度范圍內，4種分析物的相關系數R2皆大于0.997，線性關系良好。分別以每種化合物信噪比S/N≥3和S/N≥10時的化合物添加濃度來確定方法的檢出限（LODs）和測定低限(LOQs)。向空白樣品中添加目標物質，按優化的方案進行相應處理，測得的LODs和LOQs見表2。

表2 4種表面活性劑標準曲線線性關系及檢出限與定量限

3.5 回收率與精密度

以皮革和棉貼襯布為空白樣品分別加入標準溶液進行加標回收測定，每個水平的回收率試驗做7次平行，計算其回收率。結果如表3所示，4種烷基苯酚的平均回收率處于81.2%～97.7%之間，相對標準偏差（RSD）處于2.0%～7.7%之間。

表3 方法回收率試驗結果（n=7）

4 結論

本研究建立了超聲提取/高效液相色譜-串聯質譜法測定皮革和紡織品中4種烷基苯酚類表面活性劑的分析方法。在本文的測定條件下，能得到較好的標準曲線、回收率和精密度。