氣相色譜-質譜聯用快速測定玩具及兒童用品中4種多環芳烴

胡愛生，陶小美，熊海瑤

（1.億科檢測認證有限公司，江蘇 昆山 215331；2.好孩子兒童用品有限公司，江蘇 昆山 215331）

多環芳烴是由多個苯環鍵合的一類有機化合物，迄今為止已發現200余種。多環芳烴是有機化工重要基礎原料，多來自石油和煤焦油[1-4]，是紡織及皮革制品用染料和增塑劑的原材料[5]。橡膠制品中必不可少的2種原材料炭黑和填充油含有多環芳烴[6-9]。作為高沸點功能溶劑和有機成分，多環芳烴用于涂層產品的制造中。同時，多環芳烴是最早被發現的環境致癌物[10]，部分多環芳烴經皮膚吸收和肺部吸入，在人體內不斷累積，易誘發皮膚癌、肺癌和胃癌等嚴重疾病[11-12]。

隨著多環芳烴的毒性不斷被證實，越來越多的國家和環保組織制定此類物質管控法規和標準。美國環保署（EPA）對苯并（a）芘和芴等16種多環芳烴進行了評估。歐盟條例（EU）No1272/2013對玩具及兒童用品等消費品中的橡膠或塑料部件等可能含有的?和苯并（a）蒽等8種多環芳烴進行嚴格管控[13]。德國產品安全法于2020年7月1日起實施的多環芳烴新標準再次更新了兒童用品中多環芳烴標準要求，規定了萘、菲和芘等15種物質新的限值要求[14]。

2017年10月世界衛生組織國際癌癥研究機構將多環芳烴中的苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩和二苯并[cd，jk]芘新增為3類致癌物質，5-甲基?新增為2B類致癌物質[15]。目前，國內外法規和標準均未對這4種新增多環芳烴限定物質進行管控，而消費市場上玩具和兒童用品中橡膠和塑料制品、紡織品、涂層產品等材料中均會含有這4種多環芳烴，長期反復接觸此類物質會給兒童造成不可挽回的傷害。國外高端玩具和兒童用品買家及環保組織已開始對此類物質的風險評估，這4種物質勢必納入歐美國家玩具和兒童用品新的有毒有害物質管控范圍，這將給我國玩具和兒童用品的出口提出新挑戰。

目前國內外還沒有玩具及兒童用品中苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?和二苯并[cd，jk]芘的檢測標準，研究建立一種快速、準確的檢測方法迫在眉睫。本工作研究氣相色譜-質譜聯用法快速測定玩具及兒童用品中這4種多環芳烴。

1 實驗

1.1 樣品及試劑

兒童自行車橡膠輪胎，市售品；苯并[c]芴標準品（Dr.Ehrenstorfer，質量分數為0.98）、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩標準品（Dr．Ehrenstorfer，質量分數為0.98）、5-甲基?標準品（Toronto Research Chemicals，質量分數為0.97）和二苯并[cd，jk]芘標準品（AccuStandard，質量分數為0.96）。甲醇、甲苯、四氫呋喃、丙酮和二氯甲烷均為色譜級，美國默克公司產品。

1.2 測試儀器及條件

GCMS-QP 2010 Ultra型氣相色譜-質譜聯用儀，日本島津制作所產品；KQ3200DB型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產品；索氏提取器，意大利VELP公司產品；CEM Mars 6型高通量密閉高壓微波消解儀，美國CEM公司產品。

色譜測試條件如下：毛細管色譜柱 Agilent J&W DB-EUPAH（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣 純度大于99.999%的氦氣；色譜柱氣體流速 1.8 mL·min-1；氣相進樣口溫度 280 ℃；進樣體積 1 μL；柱溫升溫程序 初始溫度為180 ℃（保持1 min），以30 ℃·min-1速率升至310 ℃（保持5 min）。

質譜測試條件如下：EI源，四級桿質量分析器；氣相色譜-質譜接口溫度 280 ℃；溶劑延遲時間 4 min；SCAN模式 定性；SIM模式 定量。

1.3 試驗方法

1.3.1 標準溶液配制

分別稱取苯并[c]芴標準品、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩標準品、5-甲基?標準品和苯并[cd，jk]芘標準品20.4，20.4，20.6和20.8 mg。每一標準品經逐步稀釋，分別配制成0.01，0.02，0.05，1和2 mg·L-1至少5個不同質量濃度梯度的標準溶液，同時配制空白溶液。

1.3.2 樣品制備

將樣品剪碎至尺寸小于3 mm×3 mm×3 mm。稱取1.0 g（精確至0.001 g）試樣，裝入玻璃試樣瓶中，加入甲苯10 mL，超聲處理50 min后，萃取液經厚度為0.45 μm有機系一次性過濾膜過濾待測。一些成分復雜、受基質影響大的萃取液還需經離心、過層柱析等方式進一步凈化、濃縮、定容后測試。不同制品、不同材質、不同顏色以及用物理的方法能夠分開的樣品應分別取樣和測定。

2 結果與討論

2.1 目標物色譜和質譜分析

4種目標物質的總離子色譜和質譜分別見圖1和2，目標物質質譜定性和定量碎片離子見表1。

表1 4種目標物質質譜定性和定量碎片離子質荷比Tab.1 Mass-to-charge ratios of qualitative and quantitative fragment ions of four target mass spectra

圖1 4種多環芳烴總離子色譜Fig.1 Total ion chromatograms of four PAHs

圖2 4種多環芳烴質譜Fig.2 Mass spectra of four PAHs

由分析結果確定苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?和二苯并[cd，jk]芘質譜定量離子質荷比分別為216，234，242和274，色譜保留時間分別為4.63，5.17，5.77和9.07 min。

2.2 毛細管色譜柱選擇

研究DB-EUPAH和DB-WAX毛細管色譜柱對4種多環芳烴的分離效果。

結果表明：選用極性毛細管色譜柱DB-WAX，目標物保留時間不穩定，測試重復性差，無法實現目標物的分離和定量；選用非極性毛細管色譜柱DB-EUPAH，獲得的4種目標物色譜半峰寬度小，無拖尾，保留時間穩定，測試重復性好，完全滿足苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?和二苯并[cd，jk]芘4種目標物的定量分析檢測。因此，本研究選用DB-EUPAH毛細管色譜柱。

2.3 樣品萃取條件

2.3.1 萃取方法

以甲苯為溶劑，分別采用索氏萃取法（110 ℃，回流6 h）、超聲波萃取法（25 ℃，超聲50 min）和微波萃取法（120 ℃，20 min）對同一均勻樣品中含有的目標物萃取效果進行研究，結果顯示3種萃取方法的目標物萃取率相當。

索氏萃取法萃取時間長且使用大量有機溶劑，完成萃取后需進一步濃縮、轉移和定容待測液，操作步驟冗長，容易污染樣品，工作效率低；微波萃取法使用甲苯溶劑時高溫高壓下存在暴沸危險，且每批次處理樣品個數較少；超聲波萃取法操作步驟簡單，不易帶入污染，使用萃取溶劑少，工作效率高，一次可同時萃取40個以上樣品。綜上，本研究選擇超聲波萃取樣品中目標物。

2.3.2 萃取溶劑和萃取時間

萃取溶劑和萃取時間是影響4種多環芳烴提取效果的2個重要因素。結合目標物性質，研究了甲醇、甲苯、四氫呋喃、丙酮和二氯甲烷5種有機溶劑對目標物萃取率的影響。在相同條件，對同一個均勻樣品中含有的4種多環芳烴進行萃取，平行試驗6次，測定結果如圖3所示。

由圖3可見，甲苯對4種多環芳烴目標物萃取效果最好，因此采用甲苯作為萃取溶劑。

圖3 5種溶劑萃取效果的比較Fig.3 Comparison of extraction effects with five solvents

以甲苯為溶劑，分別超聲萃取樣品30，40，50，60和70 min。結果表明，超聲萃取50 min后，萃取液中的目標物含量不再增大，因此選擇超聲萃取時間為50 min。

2.4 方法檢出限、精密度及回收率

采用外標法定量分析樣品中4種多環芳烴含量。分別依次測定各多環芳烴標準溶液，繪制標準工作曲線。以定量離子的峰面積（y）對其質量濃度（x）進行線性回歸，得到線性回歸方程和線性相關因數見表2。

表2 4種多環芳烴測定的線性回歸方程和相關因數Tab.2 Linear regression equations and correlation coefficients of determiantion of four PAHs

由表2可見，該方法定量分析的線性關系良好，線性相關因數不小于0.999 2。

按照實際樣品測試流程，在空白樣品中添加不同量的4種多環芳烴的標準物質，按信噪比不小于10計算，得出苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?、二苯并[cd，jk]芘檢測限分別為0.08，0.15，0.10和0.16 mg·kg-1。選取一個塑料玩具，分別按樣品中目標物質量濃度為0.01和1 mg·L-1制作試樣，每個質量濃度按上述試驗平行試驗6次，得到線性范圍內的回收率，見表3。

由表3可見，該方法的準確性和精密度滿足測定要求，回收率為86.5%～108.7%，相對標準偏差小于3%。

表3 4種多環芳烴測定的回收率和精密度Tab.3 Recoveries and precisions of determination of four PAHs

2.5 實際樣品分析

取3個兒童自行車橡膠輪胎，按照本方法測定苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?和二苯并[cd，jk]芘含量，每個樣品平行測定6次。樣品中未檢出苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩和5-甲基?，但均檢出二苯并[cd，jk]芘。

兒童自行車橡膠輪胎的二苯并[cd，jk]芘含量見表4。

表4 兒童自行車橡膠輪胎的二苯并[cd，jk]芘含量Tab.4 Contents of dibenzo[cd，jk]pyrene in rubber tires of children’s bicycles

3 結論

確定了氣相色譜-質譜聯用法快速測定玩具及兒童用品中4種多環芳烴苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?和二苯并[cd，jk]芘的方法。

使用甲苯溶劑，樣品超聲波萃取50 min，選用DB-EUPAH毛細管色譜柱，苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?和二苯并[cd，jk]芘質譜定量離子質荷比分別為216，234，242和274。在初始溫度為180 ℃（保持1 min），以30 ℃·min-1升至310 ℃（保持5 min）的程序升溫條件下，苯并[c]芴、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩、5-甲基?和二苯并[cd，jk]芘的色譜保留時間分別為4.63，5.17，5.77和9.07 min，檢出限分別為0.08，0.15，0.10和0.16 mg·kg-1。

該方法的4種多環芳烴質量濃度測定線性范圍為0.01～1 mg·L-1，線性相關因數不小于0.999 2，加標回收率為86.5%～108.7%，相對標準偏差小于3%。試驗表明本方法測定4種多環芳烴快速、精確，完全滿足玩具及兒童用品中4種多環芳烴的檢測和質量控制需求。