KOH超聲萃取/氣相色譜-質譜法同時檢測紡織品中19種含氯苯酚

呂明旭， 胡 蘋， 廖耀祖

(1.黎明職業大學 新材料與鞋服工程學院，福建 泉州 362000；2.東華大學 a.材料科學與工程學院，b.纖維材料改性國家重點實驗室， 上海 201620)

含氯苯酚(chlorophenols，CPs)常用作鞋服產品的防腐、防霉、防蛀劑[1]，廣泛存在于紡織產業鏈的各種紡織助劑中。但含氯苯酚是一種持久性有機污染物，它可以通過皮膚接觸而被吸收，從而在人體內蓄積，導致人體免疫系統及內分泌系統失調，具有潛在的致癌、致畸作用，對人體健康、環境安全危害較大[2]，因此受到越來越多的關注。許多歐美國家紛紛出臺標準和技術法規，對含氯苯酚的含量加以限制[3]。GB/T 18885—2020《生態紡織品技術要求》和Oeko-Tex Standard 100(2018版)對含氯苯酚的最嚴格限量為:嬰兒用品小于0.05 mg/kg，其他類產品小于0.50 mg/kg。

目前皮革制品中含氯苯酚的檢測標準，如ISO 17070∶2015[4]、GB/T 22808—2021[5]均采用水蒸氣蒸餾法，這些方法步驟繁瑣，使用的設備和玻璃器皿多，分析時間長，不適于大批量樣品的快速分析[6]。GB/T 18 414.1—2006[7]采用碳酸鉀溶液室溫超聲萃取含氯苯酚，萃取效率低。GB/T 18414.2—2006[8]采用丙酮溶劑超聲萃取含氯苯酚，丙酮為有機溶劑，萃取紡織品中含氯苯酚目標物的同時也易將色素和染料萃取下來，導致樣品基質復雜[9]。含氯苯酚的檢測方法主要有氣相色譜-電子捕獲檢測法[10]、氣相色譜-質譜聯用法[11]、高效液相色譜法[12]、高效液相色譜-串聯質譜法[13]。氣相色譜-電子捕獲檢測法的靈敏度較高，但在定性分析上不如氣相色譜-質譜聯用法，且一氯、二氯目標物的響應值不高。高效液相色譜法不需要乙酸酐衍生化，超聲萃取后可直接測定，但檢測器的專屬性和特異性較差，易產生假陽性。高效液相色譜-串聯質譜法普及率不高，難以推廣。

氫氧化鉀(KOH)溶液超聲萃取含氯苯酚的研究鮮有文獻報道，本文采用KOH溶液對紡織品中的含氯苯酚進行超聲萃取，采用氣相色譜-質譜聯用法對含氯苯酚進行掃描，依據目標化合物的保留時間和特征離子峰面積分別進行定性、定量檢測。該方法的設備簡單，操作簡便，含氯苯酚的萃取率高，適合批量樣品的檢測要求，可實現紡織品中19種含氯苯酚化合物的同時檢測。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：7890A-5975C型氣相色譜-質譜聯用儀(美國安捷倫公司)；BSA223S型電子天平儀器(賽多利斯科學儀器(北京)有限公司)；KQ-400KDE型數控超聲波清洗器，超聲功率為400 W(昆山市超聲儀器有限公司)；MMV-1000W型分液漏斗振蕩器(日本理化器械株式會社)；孔徑0.45 μm聚四氟乙烯濾膜(天津市津騰實驗設備有限公司)；超純水系統(美國密理博公司)；40和60 mL棕色管狀玻璃瓶。

試劑：正己烷(色譜純，美國天地有限公司)；KOH，碳酸鉀(K2CO3)，乙酸酐(均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；含氯苯酚標準溶液(質量濃度為50 mg/L，德國Dr.Ehrenstorfer公司)；四氯鄰甲氧基苯酚(TCG)標準品(內標，純度為99.00%，德國Dr.Ehrenstorfer公司)。

1.2 標準溶液的配制

取5個60 mL棕色管狀玻璃瓶，移取24 mL濃度為0.1 mol/L的K2CO3溶液、1 mL濃度為2 mol/L的KOH溶液和0.125 mL質量濃度為2 mg/L的TCG內標溶液，分別加入5、25、50、100、200 μL質量濃度為1 mg/L的19種含氯苯酚標準溶液，繼續加入0.3 mL乙酸酐和5.0 mL正己烷萃取溶劑，旋緊瓶蓋。將棕色玻璃瓶放在分液漏斗振蕩器上，以320 r/min的速率振蕩萃取30 min。萃取液靜置15 min待兩相分層，取上層正己烷有機相進行測試，標準工作溶液的質量濃度分別為1、5、10、20、40 μg/L。

1.3 樣品前處理

取具有代表性的紡織品材料，剪碎樣品至尺寸5 mm×5 mm以下，混勻待測。準確稱取紡織品試樣1.000 g，放入40 mL棕色管狀玻璃瓶中，加入19 mL濃度為2 mol/L的KOH溶液、1 mL質量濃度為2 mg/L的TCG內標溶液，在70 ℃下超聲水浴萃取2 h。萃取結束后，取出棕色管狀玻璃瓶，靜置，待樣品萃取液溫度冷卻至室溫。

移取24 mL濃度為0.1 mol/L的K2CO3溶液和1 mL紡織品試樣萃取液，置于60 mL棕色管狀玻璃瓶中，繼續加入0.3 mL乙酸酐和2.0 mL正己烷萃取溶劑，蓋上瓶蓋。將該棕色玻璃瓶置于分液漏斗振蕩器上，以320 r/min的速率振蕩萃取30 min。萃取液靜置15 min待兩相分層后，移取上層正己烷有機相，經孔徑為0.45 μm濾膜過濾后供氣相色譜-質譜測試。

1.4 氣相色譜-質譜條件

Agilent DB-5MS型超高惰性毛細管色譜柱(20 m×0.18 mm×0.18 μm)；進樣口溫度為280 ℃；進樣量為1 μL。進樣方式：脈沖不分流，脈沖壓力為200 kPa，脈沖時間為0.75 min。載氣：高純氦，恒定流速為0.72 mL/min。升溫程序：初始溫度為80 ℃，保持0.60 min，以25 ℃/min升溫速率升至250 ℃，保持0.50 min。

離子源為電子轟擊源；電離能量為70 eV；離子源、四極桿溫度分別為230、150 ℃；溶劑延遲時間為3.2 min；傳輸線溫度為280 ℃；質量監測范圍為質荷比(m/z)40～400；選擇離子監測(SIM)，保留時間及定量、定性離子如表1所示。

表1 含氯苯酚及內標物乙酰化產物保留時間及定量、定性離子Table 1 Retention time, quantitative/qualitative ions of chlorophenol and internal standard substance acetates

2 結果與討論

2.1 萃取方式的選擇

目前國內針對紡織品中含氯苯酚的萃取主要有3種方法，分別是水蒸氣蒸餾法，有機溶劑如丙酮、甲醇超聲萃取法，堿性溶液如K2CO3溶液超聲萃取法。堿性溶液萃取的原理是將樣品中的含氯苯酚都轉化成含氯苯酚鹽，含氯苯酚鹽易溶于水，經乙酸酐衍生后生成含氯苯酚乙酸酯，再用正己烷液液萃取含氯苯酚乙酸酯目標物。含氯苯酚分子含有一個酚羥基，其電離后呈弱酸性，與堿性強的物質更容易反應，與堿性弱的物質較難反應。與K2CO3、NaOH等溶液相比，KOH溶液的堿性更強，且強堿性溶液對紡織品有一定的腐蝕作用，使紡織品中的含氯苯酚被大量萃取出來[14]。

KOH溶液不宜用于索氏萃取，而在相同溫度和時間內，烘箱高溫萃取的反應不如超聲萃取劇烈，因此，本試驗采用超聲萃取紡織品中的含氯苯酚。現有方法檢出的含氯苯酚目標物主要包括2,4,6-TriCP、2,3,4,6-TeCP、PCP，為保證試驗結果具有代表性，選取同時含有這3種目標物的陽性紡織品材料，進行超聲萃取條件的選擇試驗。

2.2 萃取濃度的選擇

在60 ℃萃取1 h條件下，研究不同濃度(0.1、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0 mol/L)的KOH溶液對紡織品材料中含氯苯酚萃取量的影響，如圖1所示。由圖1可知，紡織品中含氯苯酚的萃取量隨著KOH濃度的增大而逐漸增大，但濃度過高的堿性溶液嚴重影響乙酸酐的乙酰化反應效量。隨著KOH濃度增大，一方面提高了萃取量，另一方面又抑制目標物和內標物乙酰化反應，且高濃度的KOH溶液易對玻璃器皿及儀器造成損害。綜合考慮，本試驗選擇2.0 mol/L的KOH進行后續研究。

圖1 KOH濃度對含氯苯酚和內標物乙酰化的影響Fig.1 Effect of KOH concentration on the acetylation of CPs and internal standard substance

2.3 萃取溫度的選擇

當KOH濃度為2.0 mol/L時，在不同超聲萃取溫度(40、45、50、55、60、65、70 ℃)下萃取1 h對含氯苯酚萃取量的影響，結果如圖2所示。由圖2可知，萃取溫度越高，含氯苯酚的萃取量也越大，其中，2,4,6-TriCP在60 ℃時萃取量達到最大，70 ℃基本保持不變，2,3,4,6-TeCP和PCP在70 ℃時萃取量達到最大。這可能是因為在較高的溫度下，KOH溶液中的離子活度上升，導致化學反應速率加快，同時高溫下KOH溶液的腐蝕能力增強，加快了萃取溶液與紡織品材料之間的交換效率，提高了萃取量。考慮到本文方法采用超聲水浴，溫度超過70 ℃，水會大量蒸發，水浴的溫度變得難以控制，因此，本試驗選擇70 ℃作為超聲萃取溫度。

圖2 萃取溫度對含氯苯酚萃取量的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction content of CPs

2.4 萃取時間的選擇

當KOH濃度為2.0 mol/L時，在70 ℃下研究不同萃取時間(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 h)對含氯苯酚萃取量的影響，結果如圖3所示。由圖3可知：在萃取0.5～2.0 h時，隨著萃取時間的增加，樣品中的含氯苯酚萃取量逐漸增大；當萃取時間超過2.0 h時，萃取量不再發生明顯變化。因此本試驗選擇2.0 h作為超聲萃取時間。

圖3 萃取時間對含氯苯酚萃取量的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction content of CPs

2.5 樣品萃取液的穩定性

將萃取液在室溫條件下放置，放置時間分別為0、6、18、24、30、42、48、72 h，每個時間點每次取1 mL超聲后的樣品萃取液衍生，采用氣相色譜-質譜儀測試含氯苯酚的含量，考察樣品萃取液的穩定性，結果見表2。萃取液在室溫下放置 24、48、72 h衍生后檢測的結果與0 h衍生后檢測結果的相對標準偏差(RSD)最大分別為8.2%、 11.0%和11.1%。由此可見，樣品萃取液可在72 h內完成衍生測定，這對測定結果的準確性和穩定性影響不大。

表2 不同放置時間下樣品萃取液的穩定性Table 2 Stability of the extraction solution under different placing time

2.6 線性關系和檢出限

取19種含氯苯酚乙酸酯標準工作溶液，按照氣相色譜-質譜條件進行儀器分析測定。以目標物與內標物色譜峰面積比(y)為縱坐標，目標物與內標物質量濃度比(x)為橫坐標，繪制標準工作曲線，線性方程和線性相關系數見表3。

表3 含氯苯酚乙酰化產物線性范圍、線性方程、相關系數、檢出限及定量下限

由表3可知，在質量濃度為1～40 μg/L內19種目標物峰面積與其質量濃度呈良好的線性關系，相關系數(r2)均大于0.995。19種含氯苯酚乙酸酯標準溶液的選擇離子色譜圖見圖4，除2,4-DiCP和2,5-DiCP這2種同分異構體無法分離，其他17種含氯苯酚目標物均能完全分離，圖4中含氯苯酚及內標物編號同表1。

圖4 含氯苯酚及內標物乙酰化產物選擇離子色譜圖(40 μg/L)Fig.4 Selected ion monitoring chromatogram of chlorophenol and internal standard substance acetates (40 μg/L)

在空白紡織品試樣中添加一低濃度含氯苯酚混合標準溶液(相當于樣品中含氯苯酚含量為0.05 mg/kg)，重復試驗11次，求11次的標準偏差。3倍的標準偏差定義為方法檢出限，10倍的標準偏差定義為定量下限，具體結果見表3。由表3可知，19種含氯苯酚的方法檢出限為0.006～0.025 mg/kg，可以滿足標準和法規的限量要求。

2.7 回收率和精密度

稱取1.0 g空白紡織品試樣，分別添加不同含量(0.05、0.50、1.00 mg/kg)的含氯苯酚混合標準溶液進行回收率試驗，每個含量水平進行6組平行試驗，采用氣相色譜-質譜檢測、內標法定量，求得回收率和RSD，具體結果見表4。由表4可知，紡織品試樣中19種含氯苯酚目標物的平均回收率為82.7%～113.3%，RSD為1.2%～12.2%，均小于15%。由此說明本文方法的檢測結果準確可靠且精密度好。

表4 方法的加標回收率和RSDTable 4 Spiked recoveries and RSDs of the method

2.8 實際樣品測試

采用本文建立的檢測方法對成人鞋、服制品類的116個紡織材料(聚氨酯、棉線、聚酯)樣品進行檢測，結果顯示，在7個樣品中檢測出2,4,6-TriCP、2,3,4,6-TeCP、PCP，其他含氯苯酚目標物均未檢出。其中檢出次數最多的目標物是2,3,4,6-TeCP和PCP，均檢出5次，2,4,6-TriCP檢出2次。檢出最小含量為2,4,6-TriCP(0.44 mg/kg)，檢出最大含量為2,3,4,6-TeCP(1.83 mg/kg)，大于法規的限量值(0.50 mg/kg)。

3 結 語

采用KOH溶液超聲萃取紡織品試樣中的含氯苯酚，建立了氣相色譜-質譜同時測定紡織品中19種含氯苯酚的方法。優化了超聲萃取的KOH濃度、溫度和時間，選擇濃度為2.0 mol/L的KOH為萃取溶液、萃取溫度為70 ℃、萃取時間為2 h。同時研究了樣品萃取液的穩定性，當萃取液在72 h內完成衍生測定，對檢測結果的影響不大。該檢測方法具有靈敏度高、操作簡便、定量準確，適用于紡織品中多種含氯苯酚的分析測定，并在部分紡織品中檢出了3種含氯苯酚目標物。