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标题 纺织品中9种有机磷酸酯类阻燃剂的超高效液相色谱
范文 温裕云+陈志华+欧延+弓振斌



摘要 建立了纺织品中9种有机磷酸酯类阻燃剂的超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）测定方法。样品在密闭萃取瓶中于50℃用甲醇超声萃取30 min，萃取液过滤后直接进样；采用C18色谱柱分离、甲醇/水（含5.0 mmol/L甲酸铵）为流动相，进行梯度洗脱，电喷雾正离子模式电离，多重反应监测模式测定，外标法定量。实验优化了纺织样品的超声萃取条件及色谱分离、质谱测定条件，对不同类型纺织样品的基质效应进行详细研究并拟定了基质效应消除/补偿技术。优化实验条件下，方法的精密度（RSD，n=5）分别为棉布5.2% （TOCP）～12.5% （TRIS）、聚酯纤维6.4% （TBEP）～13.8% （TRIS）、羊毛6.9% （TDCP）～14.5% （TEPA）；在上述类型纺织品添加低、中、高3个浓度水平时，加标回收率在52.5% （TEPA）～116.4% （TPP）之间；方法定量限（LOQ， S/N=10）为1.0 （TBP）～10.0 （TRIS） μg/kg。方法具有样品前处理简单，分析速度快、选择性好的特点，适用于纺织品中多种有机磷酸酯类阻燃剂的准确测定。
关键词 有机磷酸酯类阻燃剂； 纺织品； 液相色谱-串联质谱； 基质效应
1 引 言
有机磷酸酯类阻燃剂（Organophosphorus flame retardants， OPFRs）的阻燃效果优良，被广泛应用于纺织、建材、电子、化工等行业[1～3]，但近年的研究表明，过量使用OPFRs可能对人类健康、环境安全造成危害[1，2，4，5]；为此，许多国家和地区颁布法律/法规以限制OPFRs在各种产品中的使用[6，7]，其中明令禁止/限制在纺织品中使用的有6种：三-（1-氮杂环丙基）氧化膦（TEPA）、三-（2-氯乙基）磷酸酯（TCEP）、三-（1，3-二氯丙基）磷酸酯（TDCP）、三-（1，3-二溴丙基）磷酸酯（TRIS）、三-（邻甲苯基）磷酸酯（TOCP）、双（2，3-二溴丙基）磷酸酯（DDBPP）[6～10]。随着OPFRs毒理学、环境化学等研究的深入，各国对其使用、管理法规将日趋严格，未来可能有更多OPFRs列入限用/禁用范围。建立纺织品中多种OPFR快速测定方法是进行纺织品质量监测、化学及环境安全性评估的技术基础，对纺织品质量保证体系建设及健康环境建立具有重要意义。
OPFRs测定的标准方法[11，12]、文献[8，13～19]均采用气相色谱（GC）或气相色谱-质谱/串联质谱（GC-MS、GC-MS/MS）。由于OPFRs的沸点差异显著（如最低的TCEP 192℃，最高的TRIS 544℃），且个别组分热稳定性差（如TCEP、TRIS），多种组分同时测定时，进样口温度的设定存在困难，温度过高，待测组分热分解，影响结果准确度；降低进样口温度，影响高沸点组分的灵敏度；对复杂基质样品进行测定时，还需要进行待测组分的分离/净化以消除可能的基质干扰，避免造成结果的假阳性[16]。而液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）因其分离条件温和，检测灵敏度高，已应用于废水、饮用水/地表水[20～23]以及环境水样[24]中多种OPFRs的测定，表明该技术对多种OPFRs的测定具有更多的优势。
针对目前GC、GC-MS测定纺织品中OPFRs的不足，结合不同地区对生态纺织品中OPFRs限制标准的要求，本研究对纺织品样品前处理条件进行了优化，建立了超高效液相色谱（UHPLC）分离及串联质谱测定9种OPFRs （TEPA、TCEP、TDCP、TRIS、TOCP、三（2-氯丙基） 磷酸酯（TCPP）、磷酸三苯酯（TPP）、磷酸三丁酯（TBP）、三（2-丁氧乙基）磷酸酯（TBEP））的方法。本方法简单、快速，适用于各类纺织品中多种OPFRs的准确测定。
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
Agilent 1290液相色谱仪及Agilent 6460三重串联四极杆质谱仪（美国安捷伦科技有限公司），系统配置：电喷雾离子源（ESI）接口，MassHunter工作站软件。KQ-400KDE型超声波振荡器（昆山市超声仪器有限公司）。
甲醇、乙腈（LC-MS级，美国Merck公司）；甲酸、甲酸铵（LC-MS级美国Sigma公司）；Milli-Q超纯水制备系统（美国Millipore公司）。
9种OPFRs标准品（纯度>98.5%，Dr. Ehrenstorfer公司）；准确称取100 mg单一标准品于10 mL容量瓶，用甲醇溶解并定容，配制成10.0 mg/mL的单标储备液；使用时用初始流动相逐步稀释至所需浓度。
2.2 样品前处理
取纺织品样品约5 g，用金属剪刀剪成约5 mm × 5 mm的碎片，混匀后称取1.0 g（精确至0. 001 g）于具塞萃取瓶中，加20 mL甲醇后于50℃、功率240 W下超声萃取30 min；冷却至室温后，取约1.0 mL萃取液过0.22 μm滤膜，待测。
2.3 仪器条件
色谱柱Phenomenex Kinetex XB-C18（50 mm×2.1 mm， 2.6 μm），流动相为甲醇（MeOH）和水（含5.0 mmol/L甲酸铵），流速0.4 mL/min，柱温40℃；梯度洗脱程序为：0～0.35 min，60%～70% MeOH； 0.35～4.0 min，70%～90% MeOH； 4.0～4.5 min，90% MeOH；进样量2.0 μL。
电喷雾采用正离子模式；干燥气温度350℃，流速8 L/min；雾化气压力： 241.3 kPa；鞘气温度350℃，流速10 L/min； 毛细管电压： 4 kV；喷嘴电压： 1 kV。定性/定量采用多重反应监测（MRM）模式， 参数见表1。外标法定量。
3 结果与讨论
3.1 样品前处理条件的优化
纺织品中OPFRs的提取主要有超声萃取[13，14，16，25]、微波辅助萃取[8，15]、索氏萃取[26]等方法。王成云等[26]的研究表明，纺织品中OPFRs提取的所有方式中超声萃取效果最好，且操作简单、适合检测大批量的样品。本实验选择超声萃取进行待测组分的提取。
为更好地研究纺织品中OPFRs的提取方法及提取溶剂，实验自制3种有代表性的模拟样品。制备方法： 取不含待测目标物或含量较低的棉布、聚酯纤维、羊毛各100 g于烧杯中，加入500 mL丙酮、2.5 mL含TCEP、TDCP、TPP均为100 μg/mL组分的混合标准溶液，超声120 min，静置72 h；取出纺织品，摊放于350℃煅烧后的锡铂纸上，自然晾干后，进行样品中目标分析物含量的均一性测试，合格样品作为代表性样品，进行前处理条件选择与优化实验。
对甲醇、丙酮、乙腈的提取效果进行比较。结果表明，3种溶剂在50℃、30 min时的超声提取效率没有明显差异，考虑到后续测定采用甲醇-水为流动相，此处选择甲醇为萃取剂，以免进行溶剂转换、增加实验步骤。
以甲醇为萃取剂，萃取时间分别为10， 20， 30， 40， 50和60 min时，待测组分TCEP， TDCP和TPP的萃取量逐渐增加；萃取时间超过30 min 后，萃取量趋于稳定。选择超声萃取时间为30 min。
超声波功率（160， 200， 240和300 W）的影响实验结果表明，萃取量随着萃取功率的增加而升高，240 W时达到最大。萃取功率选择240 W。对萃取温度（40℃， 50℃， 60℃）的影响， 实验结果表明，温度对待测组分的萃取效率没有明显影响，考虑到超声萃取30 min时，甲醇溶液温度升高而超过室温，为稳定萃取时的温度，萃取温度选定为50℃。
3.2 色谱分离及质谱条件
实验选用对中等极性、弱极性待测组分有良好保留特性及分离能力的Kinetex XB-C18色谱柱，分别对甲醇-水（分别含0.0%、0.01%、0.05%、0.1%甲酸以及1.0、2.5和5.0 mmol/L甲酸铵）、乙腈-水、乙腈-水（0.1%甲酸）、乙腈-水（1.0 mmol/L甲酸铵）流动相进行梯度洗脱。结果表明，上述体系均能使目标组分得到很好分离，但甲醇-水体系中加入甲酸后，待测组分的质谱响应显著下降，
而加入甲酸铵，TEPA、TCEP的质谱响应明显增加，其它组分基本不受影响；当采用乙腈-水、乙腈-水（0.1%甲酸）、乙腈-水（1.0 mmol/L甲酸铵）为流动相时，所有待测组分的质谱响应均比甲醇-水体系（无论加入甲酸，还是甲酸铵）的灵敏度低。因此，实验选用甲醇-水（含5.0 mmol/L甲酸铵）体系进行分离，分离结果见图1。
采用仪器自带的优化软件Optimizer对碎裂电压、碰撞能量、定性/定量MRM离子对进行优化，得到各待测组分的最佳MRM采集参数（表1）。实验还优化了干燥气温度、干燥气流速、雾化气压力、鞘气温度、鞘气流速、毛细管电压、喷嘴电压等离子源参数，以使大多组分得到最佳的灵敏度。
3.3 样品基质效应评估
进行UHPLC-MS/MS分析时，样品前处理过程引入的样品基质或溶剂本身可能会抑制或增强待测组分在ESI源接口处的雾化效率、离子化过程，进而影响结果准确度和重复性，即复杂样品的基质效应（Matrix effect， ME）[27]。常用的ME评估方法有柱后注射法、提取后添加法[28]；而消除/补偿ME最常用的方法为同位素内标法、空白基质匹配标准校正法、优化净化方法、调整流动相的组成等。
本实验采用提取后添加法[28]评估代表性纺织样品的ME，分别测定空白基质提取液、纯溶剂中相同浓度待测组分的质谱响应，将两种基质是目标物的峰面积分别设定为A和B，定义：
ME（%）=BA×100（1）
为基质效应。ME<100时，基质对待测组分产生抑制作用；ME>100，基质对待测组分产生增强作用；ME=100，无基质效应。
实验考察了甲醇-水流动相中分别含0.0%、0.01%、0.05%、0.1%甲酸，以及0.0、1.0、2.5和5.0 mmol/L甲酸铵时的ME。结果表明，流动相中添加甲酸时，3种代表性纺织样品中待测组分的ME在25～90之间，即存在基质抑制效应，尤其是TEPA、TCEP、TRIS、TOCP等存在严重的基质抑制。且实验结果还表明，随着甲酸浓度升高，待测组分如TRIS、TOCP的ME有所减轻，而TEPA、TCEP则没有任何改善；当流动相中甲酸铵浓度升高时，除TEPA存在较严重的基质抑制（ME=65～76）外，其它组分基本不存在ME（ME=85～105）；表明通过调整流动相化学组成可以部分消除样品基质的影响。因此实验选择含5.0 mmol/L甲酸铵的甲醇-水为流动相。
实验还考察了稳定同位素内标TBP-d17、TPP-d15对待测组分ME的消除/补偿效果。结果表明，TBP-d17、TPP-d15可很好地消除/补偿甲醇/水、甲醇/水（0.1%甲酸）为流动相时TBP、TPP的ME，而其它组分则无法使用这两种内标进行ME的消除。因此，可以推测实验中的ME与ESI源的雾化、离子化过程有关，若要消除所有组分的ME，建议采用各待测组分的同位素内标。但为节省成本，文中采用外标法进行定量，通过对样品提取条件的控制，使待测组分在0.1～100 μg/L时的ME得以控制。
3.4 方法的精密度及加标回收实验
以实验室制备的模拟样品进行方法的精密度实验。称取一定量的棉布、聚酯纤维、羊毛等3种代表性的样品，分别加入浓度在10～20 μg/kg水平的 OPFRs混合标准溶液，混合均匀并放置72 h后，取出、晾干，制备成含量较低的模拟样品。依照优化的条件进行多次平行测定，结果见表2。在较低添加浓度时（除TRIS为20 μg/kg，其它为10 μg/kg），待测OPFRs的相对标准偏差（RSD，n=5）分别为棉布5.2%（TOCP） ～ 12.5% （TRIS）、聚酯纤维6.4% （TBEP）～13.8% （TRIS）、羊毛6.9% （TDCP）～14.5% （TEPA）。
以标准加入回收实验的回收率来验证方法的准确度。在3种代表性的纺织样品中分别添加20， 50和200 μg/kg的混合标准溶液，放置72 h后，依照2.2和2.3节所述的样品前处理、色谱分离及质谱测定条件进行实验，结果见表2。方法的平均回收率除TEPA在52.5%～74.5%外，其它组分在79.3%～116.4%之间，可满足不同类型纺织品中OPFRs的定量检测要求。
3.5 方法的线性范围与定量限
用初始流动相配制系列标准溶液，在优化后的条件下进行测定，以待测组分浓度（μg/L）为横坐标，定量离子对的峰面积（y）为纵坐标进行线性回归，结果见表3。实验表明，待测OPFRs在表3所述浓度范围内有良好的线性关系，相关系数均大于0.9991。
方法定量限（LOQ）采用标准添加法进行测定。在空白样品基质中从高到低添加待测组分后进行检测，直到获得信噪比等于10（S/N=10）的浓度，确定其为方法的LOQ，其中噪声的测量时间为0.1 min，噪声测量方式为均方根（RMS），由仪器自带工作站软件计算所得。结果见表3，表明9种OPFRs物质的LOQ在1.0～10.0 μg/kg之间。
3.6 实际样品测定
使用文中建立的测定方法，对市售15个批次不同类型功能性阻燃纺织品进行测定，共有3个样品检出部分OPFRs组分，见表4。
4 结 论
选择代表性棉布、聚酯纤维、羊毛等纺织品，依照功能性阻燃纺织品制造工艺制备模拟样品，通过对样品中待测组分提取条件的选择及分离条件、质谱检测参数的优化，建立了UHPLC-MS/MS测定纺织品中9中有机磷类阻燃剂的方法。本方法具有简单、快速、准确的特点，可应用于各类实际样品的批量测定。
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更新时间：2024/12/22 18:52:57