染料中富馬酸二甲酯的檢測

趙廣明，呂 艷，劉秋紅，任祖光

（浙江龍盛染料化工有限公司，浙江紹興 312300）

富馬酸二甲酯（dimethyl fumarate，DMFu）又稱別馬來酸二甲酯（allomaleicacid-dimethylester），俗稱防霉保鮮劑霉克星1號；常溫下為白色結(jié)晶或者結(jié)晶粉末，溶于乙酸乙酯、氯仿、丙酮和醇類，微溶于乙醚、水。富馬酸二甲酯具有高效、廣譜抗菌的特點，對霉菌有特殊的抑菌效果，兼有殺蟲活性，還具有觸殺和熏蒸作用，曾廣泛應(yīng)用于食品、飲料、飼料、中藥材、化妝品、魚、肉、蔬菜、水果等的防霉、防腐、防蟲、保鮮［1］。

隨著人們對富馬酸二甲酯的深入研究，實驗發(fā)現(xiàn)富馬酸二甲酯具有一定毒性且會慢性積累，進(jìn)入人體會對器官產(chǎn)生腐蝕性損害，尤其是對兒童的成長發(fā)育造成嚴(yán)重危害。2009年1月29日，歐盟成員國通過了“保證含有富馬酸二甲酯的消費品不會投放歐洲市場”的決議草案，該決議于2009年5月1日正式生效。草案明確規(guī)定，如果消費品或其部件中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了0.1 mg/kg，或者產(chǎn)品本身已聲明了其富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，就將被認(rèn)定為“含有富馬酸二甲酯”的產(chǎn)品，禁止進(jìn)入歐盟市場流通和銷售。2009年2月，中國禁止將富馬酸二甲酯作為食品添加劑使用，并且在皮革、鞋類和紡織品及食品上制定了相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)。在不同領(lǐng)域采用的檢測標(biāo)準(zhǔn)不同，王云玉等［2］采用頂空-GC-MS法對皮革及其制品中的富馬酸二甲酯含量進(jìn)行檢測；孫忠松等［3］等用乙腈提取紡織品及皮革中的富馬酸二甲酯；國家建立了紡織品中富馬酸二甲酯的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28190—2011《紡織品富馬酸二甲酯的測定》。作為紡織印染的上游行業(yè)——染料行業(yè)，富馬酸二甲酯檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)亟待建立。本項目通過對染料產(chǎn)品中富馬酸二甲酯提取方法和色譜、質(zhì)譜條件的改進(jìn)，建立了染料中富馬酸二甲酯的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測方法。

1 實驗

1.1 試劑和儀器

試劑：丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙醇、乙腈（分析純），標(biāo)準(zhǔn)品富馬酸二甲酯，標(biāo)準(zhǔn)品富馬酸二甲酯D2。

儀器：Phenom ProX電鏡能譜一體機（SEM電鏡掃描儀，荷蘭飛納），7890B-5977A安捷倫氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（帶自動進(jìn)樣器G4567A，美國安捷倫），Phenomenex ZB-35MS色譜柱（美國），微量注射器、超聲波振蕩器（寧波新芝生物科技有限公司），臺式低速離心機（4 000 r/min，上海醫(yī)療器械有限公司）。

1.2 萃取步驟

使用有機溶劑萃取染料產(chǎn)品中的富馬酸二甲酯，用氣相色譜儀分離萃取液中的組分，質(zhì)譜儀定性，用富馬酸二甲酯D2作為內(nèi)標(biāo)，再用峰面積內(nèi)標(biāo)法定量測定染料中的富馬酸二甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.1 質(zhì)譜操作條件

儀器操作條件如表1所示。可根據(jù)儀器設(shè)備不同，選擇最佳分析條件。

表1 儀器操作條件

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品的配制

準(zhǔn)確稱取標(biāo)樣富馬酸二甲酯、內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2各0.01 g（準(zhǔn)確至0.000 1 g），用丙酮溶解后，分別定容至100 mL容量瓶中。此溶液為標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，質(zhì)量濃度約為100 mg/L，-10～-5℃避光保存，保存期為半年。

分別吸取相同適量的兩種標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液至50 mL容量瓶中，用丙酮定容至刻度，作為混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，-10～-5℃避光保存，保存期為3個月。

1.2.3 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取樣品0.5 g（精確至0.000 1 g），置于40 mL樣品瓶中，加入10 mL丙酮內(nèi)標(biāo)液（內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 mg/kg），于超聲波發(fā)生器中帶溫超聲30 min（溫度為50℃）。冷卻至室溫后，取約5 mL樣品溶液于離心管中，用離心機離心5 min后，取上層清液，上機檢測。

1.3 測試

根據(jù)染料樣品中被測物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定。如果樣品中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)太高，則將前處理好的樣品稀釋至常用標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)再進(jìn)行測定。按上述質(zhì)譜儀分析條件，用自動進(jìn)樣器分別取1.0μL試樣溶液和標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定，待出峰完畢后，用質(zhì)譜工作站進(jìn)行結(jié)果處理，通過比較試樣與標(biāo)樣色譜峰的保留時間和質(zhì)譜選擇特征離子進(jìn)行定性，用峰面積內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。

校正因子計算式：

式中，F(xiàn)為校正因子；ωSTD為標(biāo)樣富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；ωISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；ASTD為標(biāo)樣富馬酸二甲酯的峰面積；AISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的峰面積。

富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計算：

式中，ω為試樣中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；F為校正因子；ρISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的質(zhì)量濃度，mg/L；mSAM為試樣的質(zhì)量，g；AISTD為內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的峰面積；ASAM為試樣中富馬酸二甲酯的峰面積；VSAM為試樣萃取液的體積，mL。試樣中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果保留小數(shù)點后兩位。樣品中富馬酸二甲酯的質(zhì)譜圖見圖1。

圖1 樣品中富馬酸二甲酯的色譜圖

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品的前處理方法優(yōu)化

2.1.1 溶劑的選擇

實驗選擇不同溶劑（丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙腈、乙醇）直接進(jìn)行萃取。0.5 g染料樣品在不同溶劑中的溶解情況如表2所示。

表2 染料樣品在不同溶劑中的溶解情況

由表2可知，由于分散染料難溶于水和常規(guī)溶劑，一般對溶劑的選擇不能只考慮富馬酸二甲酯的溶解性，還需要考慮分散染料以及分散劑是否溶解。分散染料普遍采用噴干技術(shù)制備［4］，通過電鏡掃描觀察染料結(jié)構(gòu)，染料粒徑為50～200μm（如圖2所示），溶劑如果不能將染料溶解，染料顆粒仍舊存在，因為部分富馬酸二甲酯被包含在染料顆粒中，無法完全溶解，會造成測試結(jié)果偏小甚至無法檢測。

圖2 染料放大500倍

富馬酸二甲酯在N,N-二甲基甲酰胺中溶解度最低，在丙酮中溶解度最高，選取溶解度最高的丙酮和溶解度最低的N,N-二甲基甲酰胺以及常用的乙酸乙酯、乙醇作為溶劑進(jìn)行實驗，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，富馬酸二甲酯在丙酮中測試結(jié)果最高，效果最好。因此，采用丙酮作為溶劑對樣品進(jìn)行前處理。

表3 不同溶劑對測試結(jié)果的影響

2.1.2 超聲溫度和時間

由表4可知，超聲時間越長、溫度越高，檢測出染料中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，由于丙酮的沸點是56.5℃，因此選擇超聲溫度50℃、時間30 min。

表4 超聲溫度和時間對測試結(jié)果的影響

2.2 氣相色譜分離條件的優(yōu)化

由表5可以看出，使用ZB-35MS（30 m×0.25 mm×0.25μm）色譜柱分離前處理后的樣品，雜質(zhì)與富馬酸二甲酯分離效果好。高溫區(qū)300℃保持5 min可使樣品中沸點較高的組分流出色譜系統(tǒng)，避免質(zhì)譜柱污染。

表5 色譜柱分離效果對比

2.3 富馬酸二甲酯的定性

測試樣品與標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的選擇離子總流圖中，內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2出峰時間與富馬酸二甲酯出峰時間一樣，在測試樣品與標(biāo)準(zhǔn)工作液溶相同的保留時間出現(xiàn)的色譜峰分別為提取富馬酸二甲酯和內(nèi)標(biāo)物富馬酸二甲酯D2的特征離子碎片，根據(jù)其豐度比進(jìn)行確證。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀選擇離子色譜總流圖和質(zhì)譜圖如圖3～8所示。

圖3 富馬酸二甲酯色譜圖

圖4 富馬酸二甲酯質(zhì)譜圖

圖5 富馬酸二甲酯D2色譜圖

圖6 富馬酸二甲酯D2質(zhì)譜圖

圖7 樣品中富馬酸二甲酯提取色譜圖

圖8 樣品中富馬酸二甲酯D2提取色譜圖

2.4 儀器的穩(wěn)定性和方法的精密度

將富馬酸二甲酯標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液逐級稀釋，然后配制成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，最后再以富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，以富馬酸二甲酯的峰面積為縱坐標(biāo)，對富馬酸二甲酯繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖9所示。

由圖9可以看出，富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.05～2.00 mg/kg內(nèi)和峰面積具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)接近1，能夠滿足檢驗工作要求。

圖9 富馬酸二甲酯的標(biāo)準(zhǔn)曲線

在不含富馬酸二甲酯的染料中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，在本方法的前處理操作條件下重復(fù)進(jìn)樣10次，記錄標(biāo)樣峰面積，結(jié)果見表6。依據(jù)JJF 1164—2018氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀校準(zhǔn)規(guī)范，指標(biāo)為小于等于10%。由表6可以看出，在本方法確定的條件下，分析儀器具有良好的穩(wěn)定性，方法具有良好的精密度。

表6 儀器的穩(wěn)定性及方法的精密度

2.5 方法回收率

采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，將1 mL混合標(biāo)液加入到0.5 g不含富馬酸二甲酯的染料中，按照本方法操作，測得富馬酸二甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的回收率為70%～130%。

2.6 最小定量值

在本方法的線性范圍內(nèi)，以10倍信噪比峰高的目標(biāo)化合物作為最小定量值。本方法根據(jù)多次實驗數(shù)據(jù)可得：染料中富馬酸二甲酯的最小定量限值為0.5 mg/kg，低于此限值作為未檢出處理。

3 結(jié)論

本方法采用丙酮作為溶劑，以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀器檢測染料樣品中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具有提取簡單、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，回收率和精密度高，干擾少等優(yōu)點，適用于染料中富馬酸二甲酯的檢測。檢測染料中富馬酸二甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有現(xiàn)實意義，對其他類似化學(xué)品中富馬酸二甲酯的測試具有參考價值。