高效液相色譜法測定鞋類產品中EVA和PU材料中的苯乙酮

蔚 彪,馮徐根,楊 萌,白子竹,韓 軍

(北京市產品質量監督檢驗研究院 國家紡織及皮革產品質量監督檢驗中心,北京 100025)

苯乙酮,又稱乙酰苯,是最簡單的芳香酮,其主要用作制藥及其他有機合成的原料,也用于配制香料。用作溶劑時,苯乙酮有沸點高、性質穩定等特點。在歐盟67/548/EEC危險物質的分類、包裝、標示指令的2014年修訂版相關規定,苯乙酮屬于有毒有害物質,毒性等級為4級,對皮膚和眼睛有刺激傷害;并且STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中附錄4限定苯乙酮不超過10 mg/kg,目前我國尚無鞋類和鞋類部件中苯乙酮的限量要求。

目前測定苯乙酮的方法主要有氣相色譜、氣相色譜-質譜法、頂空氣相色譜法、高效液相色譜法[1-6],但是在鞋類用熱塑材料中暫無液相色譜的檢測標準方法。文中采用高效液相色譜法對熱塑材料中苯乙酮進行定性定量,通過優化前處理條件和儀器條件,建立了熱塑材料中苯乙酮的分析方法。

1 試驗部分

1.1 主要儀器及試劑

儀器:Agilent 1260 Infinity液相色譜儀(美國安捷倫科技有限公司);電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司);JP-040超聲波發生器(深圳市潔盟清洗設備有限公司);全玻璃微孔過濾器(規格1 000 mL,天津津騰實驗設備有限公司);QL-866旋渦混合器(江蘇海門市其林貝兒儀器制造有限公司);0.45μm 100尼龍過濾膜(美國安捷倫科技有限公司)。

試劑:苯乙酮標準品(德國Dr Ehrenstorf er公司);色譜級甲醇、乙腈(Fisher Scientific);色譜級丙酮(Dik ma Technologies);色譜級甲基叔丁基甲醚、正己烷、甲苯、乙酸乙酯、四氫呋喃(Fisher Scientific)。

材料:白色EVA材料、黑色PU材料(經監測含有苯乙酮)。

1.2 標準品的配制

稱取適量苯乙酮標準品,以色譜級甲醇為溶劑,配制成濃度為880 mg/L的標準儲備液。取1 mL標準儲備液,以色譜級甲醇為溶劑,定容至25 mL,得到濃度為35.2 mg/L的中間儲備液。按試驗所需依次將標準工作液稀釋到特定濃度。

1.3 試驗步驟

取代表性鞋樣樣品,將其剪碎至5 mm×5 mm小片,混勻。稱取1.0 g(精確至0.01 g)試樣3份(供平行試驗用),置于50 mL具塞錐形瓶中,加入40 mL甲醇,將反應器密閉,搖勻,使所有試樣浸于液體中,于超聲波提取器中水浴提取50 min后過濾,過0.45μm濾膜后,供液相色譜測定和確證。

1.4 HPLC條件

色譜柱:Aglient Zor bax Eclipse XDB C18(4.6 mm×150 mm×5μm);

流速:0.6 mL/min;

柱溫:30℃;

進樣量:5μL;

流動相A:超純水;

流動相B:甲醇;

梯度洗脫,0~6 min,流動相B:70%~70%;6~8 min,流動相B:70%~100%;8~11 min,流動相B:100%~70%;

檢測波長:244 n m。

2 結果與討論

2.1 色譜條件優化

2.1.1 檢測波長的選擇

采用1.408 mg/L的苯乙酮標準溶液在190~400 n m下的紫外光譜全掃描,結果如圖1所示,在244 n m和280 n m處都有吸收,為提高分析方法的靈敏度,選擇244 n m作為試驗檢測波長。

圖1 苯乙酮二極管陣列檢測器紫外吸收光譜

2.1.2 流動相的選擇

由于甲醇和乙腈的截止吸收波長分別為190 n m和210 n m,其對苯乙酮檢測的干擾都較小。比較了甲醇-水、乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)3種不同的流動相,首先選擇甲醇-水體系,考察了不同甲醇和水配比(95∶5、90∶10、85∶15、80∶20、70∶30、60∶40)下,苯乙酮在反相色譜柱上的保留時間。由于苯乙酮屬于極性物質,隨著甲醇比例減小,苯乙酮在色譜柱上的保留時間延長,同時峰形變寬。當甲醇-水的體積比為70∶30時,目標峰在4.16 min出峰,保留時間適中,峰形較好。檢測實際樣品時,在流速為0.6 mL/min時,非極性基質出峰較長,遠遠加大檢測時間,因此在6~8 min增加100%甲醇,將所有雜質沖洗出色譜柱。

用乙腈-水和甲醇-水(0.1%甲酸)兩種流動相檢測低濃度樣品時,基線不穩定,同時甲醇-水(0.1%甲酸)峰形較差,目市場上色譜級乙腈的價格高于甲醇的價格,因此,綜合考慮選擇甲醇-水作為本試驗的最佳流動相。

圖2 甲醇-水流動相體系

圖3 乙腈-水流動相體系

2.2 提取條件

2.2.1 提取溶劑的選擇

超聲波萃取技術是一種常用的萃取技術,利用超聲波產生的數以萬計的50~500μm的微小氣泡的空化作用來達到提取效果,成本低、操作簡單、萃取效率高,因此采用超聲波萃取。

以陽性聚氨酯鞋底樣品為測試樣,考察了甲醇、乙酸乙酯、丙酮、甲基叔丁基醚、甲苯、正己烷、四氫呋喃作為萃取溶劑,在30℃超聲波水浴中萃取測試樣60 min,自然降到常溫,注射器過濾后上機。四氫呋喃和乙酸乙酯幾乎無法用注射器(有機濾膜和無機濾膜)過濾,進樣更是造成針座和留通閥的堵塞。丙酮和甲苯用注射器比較困難,進樣也會造成堵塞。結果見表1。

表1 萃取溶劑對萃取效率的影響

由表1可知,四氫呋喃、乙酸乙酯、丙酮和甲苯的萃取液容易堵塞儀器;甲基叔丁基醚萃取效率最低,甲醇次之,正己烷萃取效率最高。本試驗是以甲醇-水為流動相,綜合考慮以甲醇為萃取溶劑。

2.2.2 提取溫度的選擇

以1.0 g陽性EVA鞋底樣品為測試樣,10 mL甲醇分別在20、30、40、50、60、70℃下超聲萃取60 min,考察不同萃取溫度對萃取效率的影響。因為甲醇的沸點是67.4℃,在70℃下甲醇已經沸騰,致使萃取瓶內壓力過大而產生安全問題,故80℃不作為測試溫度。結果見表2。

表2 提取溫度對EVA中苯乙酮提取效率的影響

由表2可知,隨著溫度的升高,苯乙酮的萃取效率逐漸增大,在40℃達到最大;溫度超過40℃后,苯乙酮的萃取效率不再增大,而是略有降低且逐漸趨于平穩。綜合安全、環保和效率最大化,本試驗選擇40℃為最佳萃取溫度。

2.2.3 提取時間的選擇

以甲醇為萃取溶劑,在超聲溫度為40℃下分別測定萃取時間為10、20、30、40、50、60、70、80 min的黑色熱塑材料陽性樣品中苯乙酮的提取效率,比較不同萃取時間對苯乙酮提取效率的影響,結果如圖4所示。

圖4 萃取時間對熱塑材料樣品中苯乙酮萃取效率的影響

由圖4可知,從10 min到40 min,隨著萃取時間的增加,萃取液中到苯乙酮含量逐漸增加;從40 min到50 min,隨著萃取時間到增加,萃取液中到苯乙酮含量逐漸趨于平穩,在50 min達到最大,故本試驗選擇50 min為最佳提取時間。

2.2.4 提取體積的選擇

在超聲溫度為40℃下,分別稱取1.0 g黑色熱塑材料陽性樣品在10、20、30、40、50、60 mL甲醇中萃取40 min,比較不同萃取體積對苯乙酮提取效率的影響,結果見表3。

表3 萃取溶劑體積對苯乙酮萃取效率的影響

在不同的萃取溶劑體積下,從10 mL到30 mL萃取液中的苯乙酮效率沒有達到最大,但是由于萃取溶劑體積較小,濃度已經達到飽和,無法繼續萃取出苯乙酮,在40 mL時苯乙酮的萃取效率達到最大,再增大溶劑體積,萃取效率增長趨于平穩,綜合考慮溶劑的利用率和萃取效率,本試驗選擇40 mL甲醇作為萃取溶劑的體積。

2.3 線性方程和檢出限

取一陰性白色熱塑材料樣品,按2.3方法進行處理得到空白基質溶液,移取適量中間儲備液用空白基質溶液配制濃度分別為0.352、0.704、1.408、3.52、7.04、14.08、35.2 mg/L的標準溶液工作曲線,按2.4儀器條件進行上機分析,苯乙酮在上述濃度范圍內具有良好的線性關系,線性方程Y=58.597 19X-10.107 151,相關系數R2=0.999 17,可以很好滿足定量分析的需要。方法檢出限采用空白基質添加標準溶液完成前處理步驟后進行儀器分析,當S/N=7.3時得出苯乙酮的方法檢出限為0.14 mg/kg。

2.4 回收率和精密度

對同一待測樣品(樣品中苯乙酮含量未檢出)添加不同濃度水平的苯乙酮標準品溶液,采用HPLC測定方法的回收率和精密度,每個濃度水平制備5個平行樣,按2.3樣品前處理進行測試,測試結果見表4。試驗證明苯乙酮的平均回收率為90.40%~94.91%,相對標準偏差(RSD)為2.25%~6.36%,說明試驗測試精密度較好。

表4 方法的回收率和精密度

2.5 實際樣品測定

采用上述方法對市售鞋樣上的熱塑材料樣品進行檢測,結果顯示:24個熱塑樣品中共有6個檢出,檢出率為25%,苯乙酮含量范圍在4.9~170 mg/kg,參照STANDARD 100 by OEKO-TEX 2021版中對苯乙酮不超過10 mg/kg的限量要求,有4個鞋樣樣品超出限量17倍,說明了苯乙酮在鞋類熱塑材料中的應用較為廣泛,風險較大。我國應適當加強對鞋類中的苯乙酮的監測。

3 結束語

運用高效液相色譜分析方法,采用甲醇超聲波萃取,優化液相色譜和前處理條件,能夠對鞋類EVA和PU中的苯乙酮進行精確定性和定量,建立了利用液相色譜測定鞋類產品中苯乙酮的分析方法。本方法具有簡便、快捷,能在12 min內出檢測結果,測定結果準確。在14.08~563.2 mg/kg濃度范圍內具有良好的線性關系,相關系數為0.999 17,加標回收率在90.40%~94.91%之間,相對標準偏差在2.25%~6.36%之間,方法檢出限為0.14 mg/kg,精密度高,低于氣質的檢出限[7]。