氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用快速測定玩具及兒童用品中4種多環(huán)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(huán)芳烴是由多個苯環(huán)鍵合的一類有機化合物，迄今為止已發(fā)現(xiàn)200余種。多環(huán)芳烴是有機化工重要基礎(chǔ)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(huán)芳烴[6-9]。作為高沸點功能溶劑和有機成分，多環(huán)芳烴用于涂層產(chǎn)品的制造中。同時，多環(huán)芳烴是最早被發(fā)現(xiàn)的環(huán)境致癌物[10]，部分多環(huán)芳烴經(jīng)皮膚吸收和肺部吸入，在人體內(nèi)不斷累積，易誘發(fā)皮膚癌、肺癌和胃癌等嚴重疾病[11-12]。

隨著多環(huán)芳烴的毒性不斷被證實，越來越多的國家和環(huán)保組織制定此類物質(zhì)管控法規(guī)和標準。美國環(huán)保署（EPA）對苯并（a）芘和芴等16種多環(huán)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(huán)芳烴進行嚴格管控[13]。德國產(chǎn)品安全法于2020年7月1日起實施的多環(huán)芳烴新標準再次更新了兒童用品中多環(huán)芳烴標準要求，規(guī)定了萘、菲和芘等15種物質(zhì)新的限值要求[14]。

2017年10月世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)將多環(huán)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(zhì)，5-甲基?新增為2B類致癌物質(zhì)[15]。目前，國內(nèi)外法規(guī)和標準均未對這4種新增多環(huán)芳烴限定物質(zhì)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(chǎn)品等材料中均會含有這4種多環(huán)芳烴，長期反復(fù)接觸此類物質(zhì)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(huán)保組織已開始對此類物質(zhì)的風(fēng)險評估，這4種物質(zhì)勢必納入歐美國家玩具和兒童用品新的有毒有害物質(zhì)管控范圍，這將給我國玩具和兒童用品的出口提出新挑戰(zhàn)。

目前國內(nèi)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(zhì)譜聯(lián)用法快速測定玩具及兒童用品中這4種多環(huán)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(zhì)量分數(shù)為0.98）、苯并[b]萘并[2，1-d]噻吩標準品（Dr．Ehrenstorfer，質(zhì)量分數(shù)為0.98）、5-甲基?標準品（Toronto Research Chemicals，質(zhì)量分數(shù)為0.97）和二苯并[cd，jk]芘標準品（AccuStandard，質(zhì)量分數(shù)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(chǎn)品。

1.2 測試儀器及條件

GCMS-QP 2010 Ultra型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津制作所產(chǎn)品；KQ3200DB型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；索氏提取器，意大利VELP公司產(chǎn)品；CEM Mars 6型高通量密閉高壓微波消解儀，美國CEM公司產(chǎn)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(zhì)譜測試條件如下：EI源，四級桿質(zhì)量分析器；氣相色譜-質(zhì)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(jīng)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(zhì)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(jīng)厚度為0.45 μm有機系一次性過濾膜過濾待測。一些成分復(fù)雜、受基質(zhì)影響大的萃取液還需經(jīng)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(zhì)、不同顏色以及用物理的方法能夠分開的樣品應(yīng)分別取樣和測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 目標物色譜和質(zhì)譜分析

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

表1 4種目標物質(zhì)質(zhì)譜定性和定量碎片離子質(zhì)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(huán)芳烴總離子色譜Fig.1 Total ion chromatograms of four PAHs

圖2 4種多環(huán)芳烴質(zhì)譜Fig.2 Mass spectra of four PAHs

由分析結(jié)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(zhì)譜定量離子質(zhì)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(huán)芳烴的分離效果。

結(jié)果表明：選用極性毛細管色譜柱DB-WAX，目標物保留時間不穩(wěn)定，測試重復(fù)性差，無法實現(xiàn)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(wěn)定，測試重復(fù)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(jié)果顯示3種萃取方法的目標物萃取率相當(dāng)。

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(zhuǎn)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(shù)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(huán)芳烴提取效果的2個重要因素。結(jié)合目標物性質(zhì)，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(huán)芳烴進行萃取，平行試驗6次，測定結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見，甲苯對4種多環(huán)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(jié)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(huán)芳烴含量。分別依次測定各多環(huán)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(zhì)量濃度（x）進行線性回歸，得到線性回歸方程和線性相關(guān)因數(shù)見表2。

表2 4種多環(huán)芳烴測定的線性回歸方程和相關(guān)因數(shù)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(guān)系良好，線性相關(guān)因數(shù)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(huán)芳烴的標準物質(zhì)，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(zhì)量濃度為0.01和1 mg·L-1制作試樣，每個質(zhì)量濃度按上述試驗平行試驗6次，得到線性范圍內(nèi)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(huán)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(jié)論

確定了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法快速測定玩具及兒童用品中4種多環(huán)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(zhì)譜定量離子質(zhì)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(huán)芳烴質(zhì)量濃度測定線性范圍為0.01～1 mg·L-1，線性相關(guān)因數(shù)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(huán)芳烴快速、精確，完全滿足玩具及兒童用品中4種多環(huán)芳烴的檢測和質(zhì)量控制需求。