超高效液相色谱-串联质谱法同时测定塑料玩具中四溴双酚A和六溴环十二烷
时间：2022-12-07 20:25:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
肖 亮， 薛 芳， 丛 静， 刘翠珍
(1.威海市产品质量标准计量检验研究院，山东威海 264200；
2.山东药品食品职业学院，山东威海 264200)
四溴双酚A(TBBPA)和六溴环十二烷(HBCD)是目前世界上使用量最大的两类溴代阻燃剂，由于它们优良的阻燃性能，广泛应用于电路板、塑料、橡胶、纺织品、聚苯乙烯类电气设备等方面。六溴环十二烷在环境中具有迁移性和富集性，还可引起生殖发育毒性、肝脏毒性等毒性效应[1,2]。四溴双酚A会增加啮齿动物子宫肿瘤的发生率[3]，致使内分泌系统失衡。这两类物质在被焚化处理时，均会释放出容易致癌的二噁英和呋喃[4,5]。《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》和欧盟的持久有机污染物法规修订案(EU) No 293/2016中，均新增了禁用六溴环十二烷(≤100 mg/kg)。美国华盛顿和加州等一些州要求儿童产品和软垫家具产品中的四溴双酚A和六溴环十二烷等阻燃剂的质量分数都不得超过1 000 mg/kg。儿童正处在发育的关键阶段，玩具在儿童的成长中比重日渐增加，其中的有害物质很容易通过吮吸和接触迁移到体内，对儿童的身体健康造成危害[6]。因此，制定一种能有效监测玩具及儿童产品中四溴双酚A和六溴环十二烷的分析检测方法是十分必要的。
目前对于四溴双酚A和六溴环十二烷的检测，已报道的方法主要有气相色谱-电子捕获检测法(GC-ECD)[7,8]、气相色谱-质谱法(GC-MS)[9,10]、液相色谱-质谱法(LC-MS)[11 - 15]。GC和GC-MS只能检测六溴环十二烷总量，无法分离六溴环十二烷的3种非对映异构体，而且还会发生热重排和脱溴降解[16]，导致测定结果不准确。四溴双酚A在检测前需要先进行繁琐的衍生化，导致方法线性范围窄且样品回收率低[17]。LC-MS法测定四溴双酚A无需衍生化可直接进样，六溴环十二烷3种同分异构体在液相色谱柱上也可实现分离，有利于提高两者定量的准确性，因此成为测定四溴双酚A和六溴环十二烷的最佳技术手段。目前尚未见超声提取同时测定塑料玩具中四溴双酚A和六溴环十二烷方法的研究报道。本研究采用超声提取目标化合物，并通过沉淀净化，超高效液相色谱-串联质谱法同时分析测定塑料玩具中四溴双酚A和六溴环十二烷含量。该方法提取方式简单、快速，无需复杂的净化步骤，有助于为玩具企业加强质量控制、提高产品质量、积极应对贸易性技术壁垒提供技术支撑。
1.1 仪器与试剂
TSQ Quantum Ultra超高效液相色谱-串联质谱联用仪(美国，Thermo)；
MS3 Digital漩涡振荡器(德国，IKA)；
Neofuge 23R高速冷冻离心机(上海力申科学仪器有限公司)；
KQ500DE超声波萃取仪(昆山市超声仪器有限公司)；
Neofuge 23R台式高速冷冻离心机(上海力申科学仪器有限公司)；
ME204E电子天平(梅特勒-托利多)；
MS3digital涡旋混匀器(德国，IKA)。
四溴双酚A标准物质(纯度99.0%，德国Dr.Ehrenstorfer公司)；
α-六溴环十二烷、β-六溴环十二烷、γ-六溴环十二烷标准品(纯度95.0%，加拿大Toronto Research Chemicals)。标准溶液：准确称取适量的四溴双酚A、六溴环十二烷标准品，分别用甲醇溶解定容(六溴环十二烷需先加入适量的甲苯溶解)，配制成质量浓度为100 mg/L的标准储备溶液，于冰箱中-20 ℃保存。临用时以甲醇-水溶液将上述标准溶液稀释为系列混合标准工作溶液。乙腈、甲醇为色谱纯(德国Merck公司)；
丙酮、正己烷、二氯甲烷、异丙醇、甲苯等均为色谱纯(天津科密欧化学试剂有限公司)。去离子水由Millipore公司超纯水器制得。
1.2 阳性基质样品制备过程
阳性基质样品，委托广东华科检测技术服务有限公司加工制备。制备过程如下：按照配比称量ABS原料、硬脂酸稳定剂、抗氧化剂和扩散剂加入高混机中；
然后将按比例准确称量的四溴双酚A、六溴环十二烷目标物质逐步加入至原料中，在助剂的辅助下进高混机中混合以实现均匀掺混的目的。混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融，挤出造粒等特殊工艺得到相应浓度的颗粒。利用液氮冷冻磨粉机将制备的颗粒磨成粉末状，过100目筛，在鼓风干燥箱中90 ℃干燥4 h，得所需样品。
1.3 样品前处理
称取经冷冻研磨仪粉碎后混匀的试样0.5 g(精确到0.001 g)，放于离心管中，加入20 mL丙酮-正己烷混合溶剂，在超声波提取器中萃取40 min后，定容至25 mL。取1 mL定容液加入9 mL的甲醇沉淀基质后，离心，取上清液氮吹至近干，用甲醇-水溶液定容至1 mL，涡旋振荡1 min，经微孔滤膜过滤，取滤液上机测定。
1.4 色谱和质谱参考条件
色谱条件：Hypersil Gold色谱柱(100 mm×2.1 mm，3 μm)；
流动相：A为水溶液，B为甲醇-乙腈(体积比5∶1)。梯度洗脱程序：0～3 min，60% B；
3～14 min，60～95%B；
14～18 min，95%B；
18～22 min，60%B；
流速：0.3 mL/min；
柱温：35 ℃；
进样量：10 μL。
质谱条件：电喷雾电离源，负离子(ESI-)模式；
喷雾电压2 800 V；
离子源温度200 ℃；
离子传输毛细管温度350 ℃；
鞘气(N2) 50 arb；
辅助气(N2)10 arb；
碰撞气(Ar)压力1.5 mTorr；
扫描方式为多反应监测(MRM)模式。
2.1 样品提取条件的确定
2.1.1 提取溶剂的选择选取了丙酮-正己烷、二氯甲烷、异丙醇-正己烷、甲苯-甲醇4种溶剂来考察提取效果。取一定量的阳性样品，分别加入以上4种萃取溶剂进行超声提取，结果见图1。结果表明：丙酮-正己烷对目标组分的提取效率均较其他3种提取溶剂提取效率高。因此，最终选择丙酮-正己烷作为提取溶剂。
图1 不同溶剂的超声萃取效率(n=3)
2.1.2 超声提取时间的选择实验分别考察了超声提取10、20、30、40、50和60 min时的提取效果(图2)。结果显示，提取时间大于40 min时，目标组分的提取效率趋于稳定，继续延长超声时间对提取效率的影响不大。因此，实验采用最佳提取时间为40 min。
图2 不同萃取时间的萃取效率(n=3)
2.1.3 基质沉淀UPLC-MS/MS法具有较高的灵敏度和选择性，实验尝试将提取液浓缩至近干，再复溶后直接上机测定，结果显示此时的目标物回收率较低。这可能是由于提取过程中某些聚合物材质会发生一定程度的溶解，在进行浓缩时随着提取溶剂的不断挥发，大量的高分子聚合物会很快析出并结块，浓缩液中的目标组分会被包裹而导致回收率降低。为了减少复溶时聚合物基质对测定的影响，简化测定步骤，实验考察了甲醇和正己烷作为沉淀剂来沉淀聚合物，离心取上清液氮吹后复溶对测定结果的影响。结果表明：用甲醇做沉淀剂时的沉淀物较为细腻，通过高速离心后可较好的去除聚合物，对回收率的影响也较小，因此选择甲醇作为基质沉淀剂。
2.2 分析条件的选择和优化
2.2.1 色谱条件实验选择常用的C18色谱柱，四溴双酚A的极性较六溴环十二烷大，在反相色谱柱上四溴双酚A的保留相对较弱，与六溴环十二烷较易分离。但在常用的流动相体系下3种六溴环十二烷异构体不能实现有效分离，无法对3种异构体进行准确的定量。为此，考察了甲醇-水、乙腈-水和甲醇-乙腈-水3种流动相体系对六溴环十二烷3种异构体的分离效果。结果表明，乙腈-水流动相体系对六溴环十二烷的响应抑制较大，但是六溴环十二烷的3种异构体分离选择性较好；
当流动相为甲醇-水体系时，3种异构体响应较高，但异构体之间的色谱分离较差；
综合考虑选用甲醇-乙腈-水体系作为分析流动相。研究还比较了甲醇-乙腈-水体系中乙腈的比例对响应和分离的影响。结果表明，当甲醇-乙腈的比例为5∶1，3种六溴环十二烷异构体都能得到很好的分离，且响应与甲醇-水体系接近，因此采用甲醇-乙腈(5∶1)-水溶液体系作为流动相。目标化合物的总离子流色谱图见图3。
图3 四溴双酚A和六溴环十二烷标准溶液的总离子流(TIC)色谱图
研究中还发现色谱的溶剂效应较强，当用纯甲醇做溶剂时，会导致峰形分叉而且保留时间漂移，因此选用的溶剂为70%的甲醇-水溶液。
2.2.2 质谱条件根据4种目标化合物的化学电离特性，选用ESI-作为离子化模式。通过流动注射的方式，利用全扫描和子离子扫描得到目标化合物的母离子和子离子，并对化合物的离子源参数和碰撞能量、管透镜(Tube lens)电压进行优化，得到最终的化合物质谱条件见表1。
表1 四溴双酚A和六溴环十二烷的质谱参数
2.3 线性关系和检出限
配制质量浓度分别为2.0、5.0、10.0、40.0、80.0、100.0 μg/L的系列标准工作溶液，按照优化的仪器条件上机测定，以浓度(X)和峰面积(Y)做标准曲线得到线性方程及相关系数，如表2。由表2可知，4种化合物标准品在2.0～100 μg/L质量浓度范围内，所有物质的浓度与响应值均呈良好的线性关系，相关系数均大于0.9973。检出限为0.010～0.012 mg/kg，能够满足检测要求。
表2 方法的线性方程、相关系数、检出限和定量限
2.4 回收率和精密度
向空白样品中添加混合标准溶液，使其添加水平分别为0.3 mg/kg、0.8 mg/kg、3 mg/kg，平行测定6次，外标法定量，计算其回收率和精密度，结果见表3。可以看出，样品加标的回收率为81.8%～97.2%，且相对标准偏差(RSD)均<10%。表明该方法稳定性好，准确度高，能满足玩具塑料中四溴双酚A和六溴环十二烷的检测要求。
表3 塑料玩具中四溴双酚A和六溴环十二烷的回收率和精密度(n=6)
2.5 实际样品分析
按本文方法对5个市售玩具产品的塑料材料中的四溴双酚A和α-、β-、γ-六溴环十二烷含量进行测定，结果显示5种玩具样品中均未检出目标溴代阻燃剂。
建立了同时测定塑料玩具中的四溴双酚A和六溴环十二烷的超高效液相色谱-串联质谱分析方法。样品采用丙酮-正己烷超声萃取，甲醇沉淀后，直接上机测定。该方法操作步骤简单，无需复杂的净化步骤，异构体可实现有效分离，定量准确，串联质谱也能为测定提供良好的定性能力，可以满足塑料玩具及儿童产品中四溴双酚A和六溴环十二烷的测定要求。
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