超高效液相色譜－串聯質譜法測定醫用口罩中有機磷酸酯

2021-11-03 09:17:56侯敏敏史亞利蔡亞岐

分析測試學報 2021年10期

侯敏敏，史亞利，蔡亞岐

（1. 中國科學院生態環境研究中心，環境化學與生態毒理學國家重點實驗室，北京 100083；2. 國科大杭州高等研究院環境學院，浙江杭州 310024；3. 中國科學院大學，北京 100049）

有機磷酸酯（OPEs）作為阻燃劑和增塑劑廣泛應用于建筑材料、電子產品、紡織品、泡沫家具以及涂料等消費品中［1－2］。隨著鹵系阻燃劑，如多溴聯苯醚的限制使用，有機磷酸酯作為替代品，其生產和使用量逐年增加［3］。由于有機磷酸酯主要作為添加型的阻燃劑，因此很容易從消費品中釋放進入環境，進而通過呼吸、灰塵攝食或飲食暴露于人體［4－6］。部分毒理學研究證實有機磷酸酯與生物體的一些不良健康狀況有關，如癌癥［1］、內分泌紊亂［7－8］、不良妊娠結局［9－10］、發育以及神經發育疾病［11］等。因此，有機磷酸酯作為一類在環境中廣泛存在且危害人體健康的污染物引起了研究者的廣泛關注。

2019 年以來，隨著新冠病毒（COVID－19）的爆發和全球病例的逐漸增多，戴口罩被認為是一種能夠有效對抗病毒傳播的物理干預措施［12］。因此，受新冠病毒的影響，口罩的需求大幅增加，我國眾多具有生產資質的企業紛紛加入了醫用口罩的生產行列。2019年，我國口罩產量超50億只，可用于防護病毒的醫用口罩占比54%。2020年3月到年底，我國共出口醫用口罩650億只［13］。醫用口罩一般是由兩層紡粘無紡布中間增加一層熔噴無紡布制成，所用原材料屬于紡織品。已有研究在各種紡織品類消費品中檢測到有機磷酸酯［14－16］。我國關于醫用口罩的國家標準要求，醫用口罩所用材料不應具有易燃性，續燃時間不超過5 s［17－18］。由于缺乏更為詳細的相關標準以及生產監管制度的不完善，我國所生產的醫用口罩中是否添加有機磷酸酯為其提供阻燃性能目前尚不清楚。近兩年，口罩已成為人們日常生活的必需品，而口罩中存在的化學物質可能會通過呼吸以及皮膚接觸進入人體，因此有必要對醫用口罩中的有害物質進行監測。

本研究首先建立了醫用口罩中磷酸三甲酯等16 種有機磷酸酯的超高效液相色譜-串聯質譜（UPLC－MS/MS）檢測方法，并采用該方法對我國市售的醫用口罩中16 種OPEs 進行測定，旨在判斷其中是否添加有機磷酸酯阻燃劑。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

UltiMate 3000 超高效液相色譜儀（美國Thermo Fisher 公司）；Triple quadTM三重四極桿串聯質譜檢測系統（MS/MS，美國AB SCIEX 公司）；固相萃取柱（ENVI－18，6 mL/500 mg，Supelco 公司）；超純水制備系統（美國Millipore 公司）；KQ－500DB 型數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；氮吹濃縮儀（東莞市譜標實驗器材科技有限公司）。

甲醇、乙腈、二氯甲烷、正己烷（色譜純，美國Fisher 公司）；16 種目標分析物（表1）及內標的標準品：包括磷酸三甲酯（TMP）、磷酸三乙酯（TEP）、磷酸三丙酯（TPrP）、磷酸三正丁酯（TnBP）、磷酸三異丁酯（TiBP）、磷酸三丁氧酯（TBOEP）、磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）、磷酸三（1-氯-2-丙基）酯（TCIPP）、磷酸三（1，3-二氯-2-丙基）酯（TDCPP）、磷酸三苯酯（TPHP）、磷酸三甲苯酯（TMPP）、2-乙基己基苯基磷酸酯（EHDPP）和磷酸甲苯二苯酯（CDPP）購自i國Dr. Ehrenstorfer 公司；間苯二酚雙（磷酸二苯酯）（RDP）、雙酚A 雙（磷酸二苯酯）（BABP）、四（2-氯乙基）二氯異戊基二磷酸酯（V6）、TCIPP－D18和TCEP－D12購自加拿大Toronto Research Chemicals 公司；TMP－D9、TEP－D15和TPrPD21購自加拿大C/D/N Isotopes 公司；TnBP－D27和TPHP－D15購自美國Cambridge Isotope Laboratories公司。

表1 16種OPEs的分子式、相對分子質量及CAS號Table 1 Formulas，relative molecular masses and CAS numbers of 16 OPEs

1.2 標準溶液的配制

將各有機磷酸酯標準品以及內標標準品用乙腈配制成質量濃度為1 000 mg/L 的標準儲備溶液。分別量取10 μL標準儲備溶液，用乙腈定容至10 mL，配制成質量濃度為1 mg/L的混合標準儲備溶液和內標混合溶液，于－4 ℃保存。使用時，用甲醇配制質量濃度為0.1、0.5、2、5、10、20、50 μg/L 的標準工作溶液。

1.3 樣品采集與前處理

2020 年9 月購買42 個來自37 種品牌的醫用口罩，包括醫用外科口罩（n= 21），一次性醫用口罩（n=18）以及醫用護理口罩（n=3）3種類型。

用剪刀準確剪取口罩四分之一的面積（0.416 dm2），剪成直徑約3×3 mm 的碎片于15 mL 玻璃離心管中。加入10 μL質量濃度為1 mg/L的內標混合溶液，再加入10 mL甲醇，超聲萃取30 min后，轉移上清液至另一干凈的玻璃離心管中；再向殘余部分加入5 mL 甲醇，重復超聲萃取2 次；將3 次萃取所得上清液合并，氮吹濃縮至近干后，加入30 mL超純水待凈化。

樣品凈化過程參考本課題組的前期研究［19］：依次采用5 mL 乙腈和5 mL 超純水活化ENVI－18 固相萃取小柱；將30 mL 萃取溶液加載到萃取小柱上，用5 mL 超純水清洗小柱，負壓下抽干約40 min；然后用6 mL含有25%二氯甲烷的乙腈進行洗脫，洗脫液氮吹至近干，以甲醇定容至1 mL，過0.22 μm 的有機濾膜后上機檢測。

1.4 儀器條件

色譜條件：色譜柱選用Acquity UPLC BEH C18（2.1 mm × 100 mm，1.7 μm）連接保護柱Acquity UPLC BEH C18（2.1 mm×5 mm，1.7 μm）；柱溫為25 ℃；流動相：A為5 mmol/L 乙酸銨緩沖溶液，B為甲醇；流速：400 μL/min。梯度洗脫程序為：0～1 min，10%～40% B；1～4 min，40%～90% B；4～4.1 min，90%～100%B；4.1～9 min，100%B；9～9.1 min，100%～10%B；9.1～13 min，10%B。

質譜條件：離子源為電噴霧離子源正離子模式（ESI+）；檢測方式為多反應監測（MRM）模式；離子源噴霧電壓為5 000 V，溫度為600 ℃，氣簾氣壓力為0.14 MPa，碰撞氣壓力為0.02 MPa，霧化氣壓力為0.34 MPa，輔助霧化氣壓力為0.28 MPa。目標物質的定性定量離子對及其他質譜檢測參數見表2。

表2 16種OPEs的質譜參數Table 2 MS parameters for 16 OPEs

2 結果與討論

2.1 萃取溶劑的優化

本研究涉及的16 種OPEs 具有較廣泛的物理化學性質，為有效地提取口罩中目標物質，選擇合適的萃取溶劑至關重要。實驗對比了二氯甲烷－正己烷（1∶1，體積比）、二氯甲烷－乙腈（1∶1，體積比）和甲醇3種萃取溶劑對口罩樣品中16種OPEs的提取效果（見圖1）。結果顯示，二氯甲烷-正己烷（1∶1）對于芳香基的OPEs（如EHDPP、TMPP、RDP和BABP）的提取效果較差，回收率均低于20.0%。使用二氯甲烷－乙腈（1∶1）為萃取溶劑時，TMPP、CDPP、RDP 和BABP 受基質效應影響，回收率均大于120%，且CDPP 和BABP 的回收結果精密度較差，相對標準偏差（RSD）大于15%。而使用甲醇為萃取溶劑時，16 種OPEs 均有較好的回收效果，回收率為75.0%～126%，RSD 為0.80%～18%。因此，實驗選擇甲醇為萃取溶劑。

圖1 3種萃取溶劑對16種目標化合物的萃取回收率（n=3）Fig.1 Recoveries of 16 OPEs using three different extracting solvents（n=3）

2.2 凈化方法的優化

本課題組之前的研究已證實ENVI－18 小柱對于OPEs 具有良好的凈化效果［19］。但考慮到凈化過程中需要負壓抽干柱子40 min，消耗時間，因此參考文獻方法［16］，本實驗對比了以下兩種凈化方法：①ENVI－18 小柱用乙腈和超純水依次活化后，將換相成水溶液的萃取液上樣，負壓抽干柱子后，采用6 mL 含25%二氯甲烷的乙腈溶液進行洗脫并收集；②ENVI－18 小柱用甲醇活化后，直接加載甲醇萃取液并收集，再用6 mL 甲醇進行洗脫并收集，將兩次收集的溶液合并。兩種凈化方法收集的洗脫液氮吹至近干，加入1 mL 甲醇定容，上機分析。結果表明，兩種凈化方法對16 種OPEs 均有較好的回收效果，回收率分別為75.0%～126%和76.2%～182%，RSD 分別為0.80%～18%和0.10%～13%。第二種凈化方法雖然節省了負壓抽干凈化小柱的時間，但CDPP 的回收率為182% ± 7.6%，存在較大的基質干擾。因此，最終選擇第一種凈化方法。在最佳實驗條件下，16 種OPEs 標準溶液（10 μg/L）的色譜圖見圖2。

圖2 16種OPEs標準溶液的總離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatogram of 16 OPEs standard solutions

2.3 線性關系、檢出限與定量下限

按照“1.4”儀器條件，分析一系列不同質量濃度的標準溶液（0.1、0.5、2、5、10、20、50 μg/L），以目標物質與內標的質量濃度比為橫坐標（x），峰面積比為縱坐標（y）繪制標準曲線。結果表明，16 種OPEs在0.1～50 μg/L 范圍內均呈良好的線性關系（r＞0.995）。分別以3倍和10倍的信噪比計算方法的檢出限（LOD）和定量下限（LOQ），16 種OPEs 的LOD 為0.004 60～1.03 ng/dm2，LOQ 為0.015 2～3.43 ng/dm2（見表3）。

表3 16種OPEs的線性關系、檢出限和定量下限Table 3 Linear relations，limits of detection（LOD）and limits of quantitation（LOQ）of 16 OPEs

（續表3）

2.4 加標回收率與相對標準偏差

為進一步確認前處理與儀器方法的有效性和精密度，以含有較低濃度OPEs 的口罩樣本為空白基質，分別取0.416 dm2面積，加入5、20、40 ng的混合標準物質，按照本方法進行檢測，每個濃度水平進行3 個平行樣本，計算加標回收率。16 種OPEs 的加標回收率為68.8%～140%，RSD 為0.70%～18%（見表4）。7種內標的加標回收率為（76.3±0.90）%～（98.1±5.4）%。表明該方法滿足檢測要求，精密度良好。

表4 16種OPEs在口罩中的回收率和相對標準偏差（n=3）Table 4 Spiked recoveries and relative standard deviations（RSD）of 16 OPEs in mask samples（n=3）

2.5 樣品分析

利用本方法對42 個市售口罩樣本進行分析，結果見表5。結果顯示，16 種OPEs 的總濃度范圍為6.60～2 387 ng/dm2，中位濃度為34.2 ng/dm2。除TMP、TPrP、CDPP 和RDP 外，其余12 種OPEs 的檢出率均大于50%，其中TCIPP、TCEP、TPHP 和EHDPP 在全部樣本中均檢出，表明這些OPEs在口罩中普遍存在。TPHP 是口罩中檢出的最主要物質，占16 種OPEs 總濃度的42%，濃度范圍為0.131～2 274 ng/dm2，中位濃度為6.88 ng/dm2；其次為TCIPP，占總濃度的23%，濃度范圍為0.370～79.8 ng/dm2，中位濃度為3.70 ng/dm2。此外，不同品牌與類型的口罩中各OPEs的濃度無顯著差異（p＞0.05）。整體來看，口罩中雖有12 種OPEs 普遍檢出，但濃度較低，加之OPEs 在室內空氣和灰塵中普遍存在，可在一定程度上說明口罩中檢出的OPEs并非人為添加，可能是在生產和包裝過程中受空氣或塑料包裝污染所致。