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液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

嘉峪檢測網(wǎng)        2025-12-11 20:13

摘 要: 建立紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物同時測定的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)法。以乙腈為溶劑,利用超聲輔助萃取紡織品中的N-亞硝胺及N-亞硝基化合物,將提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至近干,用甲醇定容,用LC-MS/MS法測定,外標(biāo)法定量。15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的質(zhì)量濃度在0.1~5.0 mg/L范圍內(nèi)與色譜峰面積線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)均大于0.999,方法檢出限為0.03 mg/kg,定量限為0.1 mg/kg??瞻讟悠芳訕?biāo)平均回收率為80.2%~114 %,測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%~11%(n=6)。該方法靈敏度高、簡便、高效,滿足紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的測定要求。

 

關(guān)鍵詞: 紡織品; N-亞硝胺化合物; N-亞硝基化合物; 液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法

 

N-亞硝胺是一類具有R—N—N=O結(jié)構(gòu)的強致癌有機化合物,而N-亞硝基化合物在特定條件下經(jīng)亞硝化作用可以生成N-亞硝胺化合物。N-亞硝胺化合物可通過呼吸道、消化道或皮膚表面吸收進入人體,與DNA相互作用,發(fā)生烷基化,迄今為止已發(fā)現(xiàn)的300多種亞硝胺化合物中約有90%具有致癌作用[1]。紡織染整工藝中用到的一些紡織染料如冰染染料中含有N-亞硝胺化合物,在偶氮染料重氮化過程中也會產(chǎn)生N-亞硝胺化合物殘留。

 

2011年8月,美國華盛頓州發(fā)布的兒童高關(guān)注物質(zhì)(CHCC)清單中明確規(guī)定,N-亞硝基二甲胺使用限量為1.0 mg/kg。2013年,《歐盟玩具安全指令》增加并規(guī)定了對N-亞硝胺類化合物遷移量的限制。2019版Oeko生態(tài)紡織品標(biāo)準(zhǔn)將N-亞硝胺和N-亞硝基化合物列為受監(jiān)測物質(zhì)。而在2020版中則將該類化合物列入了限制目錄中,并且對N-亞硝基甲基乙基胺、N-亞硝胺和N-亞硝基化合物的限制由14項變?yōu)?5項;同時又規(guī)定了每種N-亞硝胺化合物最低限量為0.5 mg/kg,而N-亞硝基化合物總量不得超過5.0 mg/kg[2]。隨著法規(guī)的不斷更新,針對N-亞硝胺和N-亞硝基化合物的限量要求將會越來越嚴(yán)格。對于N-亞硝胺和N-亞硝基化合物,現(xiàn)有國內(nèi)外檢測方法多采用液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)法[2?4]、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)法[5?9]、氣相色譜-熱能分析(GC-TEA)法[10]、液相色譜(HPLC)法[11]進行檢測。使用GC-MS法時,由于其中的N-亞硝基-N-甲基苯胺(NMPhA)和N-亞硝基-N-乙基苯胺(NEPhA)具有熱不穩(wěn)定性,極易在進樣口高溫下分解為N-甲基苯胺(MPhA)和N-乙基苯胺(EPhA)[12]。在實際測試中若有MPhA或EPhA檢出,則無法準(zhǔn)確判斷樣品中是否真的含有NMPhA或NEPhA,因此,僅采用GC-MS一種檢測手段無法保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性。

 

目前對N-亞硝胺和N-亞硝基化合物的測定主要集中于飲用水、化妝品、食品接觸材料和橡膠制品,針對紡織品中N-亞硝胺和N-亞硝基化合物同時檢測的研究報道則較少[13],且僅能檢測部分亞硝胺化合物。基于紡織品法規(guī)要求以及GC-MS法檢測時的假陽性問題,筆者建立了同時測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)法。該方法靈敏度高,定性準(zhǔn)確,有效彌補了氣相色譜法因高溫分解而產(chǎn)生的干擾缺陷,可為紡織品中N-亞硝胺和N-亞硝基風(fēng)險物質(zhì)的管控提供技術(shù)支持。

 

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀:TSQ Quantum Access MAX型,美國賽默飛世爾科技公司。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:R215型,瑞士步琦有限公司。超聲波發(fā)生器:KQ-300DV型,昆山舒美超聲儀器有限公司。電子天平:BS224S型和BS223S型,感量分別為0.1 mg和10 mg,賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司。渦旋混勻器:IKA-MS3型,德國艾卡公司。超純水儀:Milli-Q A10型,美國密理博公司。有機微孔濾膜:0.22 μm,上海安譜實驗科技股份有限公司。甲醇、乙腈:均為色譜純,美國天地試劑公司。甲酸:色譜純,上海安譜實驗科技股份有限公司。標(biāo)準(zhǔn)品:N-硝基聯(lián)芐基胺、N-亞硝基二丁胺、N-二乙醇亞硝胺、N-二乙基亞硝胺、N-亞硝基二異丁胺、N-亞硝基二異壬胺、N-亞硝基二異丙胺、N-亞硝基二甲胺、N-亞硝基二丙胺、N-亞硝基甲基乙基胺、N-亞硝基嗎啉、N-亞硝基-N-乙基苯胺、N-亞硝基-N-甲基苯胺、N-亞硝基哌啶、N-亞硝基吡咯烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不小于98%,德國Dr.Ehrenstorfer公司。紡織品樣品:棉、毛、滌綸及其他基質(zhì)樣品,均來自實驗室日常檢測紡織品。實驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜儀

色譜柱:Kinetex C18柱(100 mm×2.1 mm,2.6 μm,廣州菲羅門科學(xué)儀器有限公司);柱溫:40 ℃;進樣體積:2 μL;流動相:A相為0.1%甲酸溶液,B相為0.1%甲酸甲醇溶液,流量為0.3 mL/min;洗脫方式:梯度洗脫;洗脫程序:0~10.0 min時B相體積分?jǐn)?shù)由10%逐漸增加至98%,10.0~13.0 min時B相體積分?jǐn)?shù)為98 %,13.0~13.1 min時B相體積分?jǐn)?shù)由98%減少至10%,13.1~15.0 min時B相體積分?jǐn)?shù)為10%。

1.2.2 質(zhì)譜儀

離子源:大氣壓化學(xué)電離源;掃描方式:正離子掃描模式;噴霧電壓:3.5 kV;霧化溫度:350 ℃;碰撞溫度:270 ℃;檢測方式:選擇離子反應(yīng)監(jiān)測。15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的保留時間及質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1   15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物保留時間及質(zhì)譜參數(shù)

Tab. 1   Retention time and mass spectrum parameters of 15 N-nitrosamines and N-nitrosatable compounds

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

注:標(biāo)*的為定量離子。

 

1.3 溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)儲備液:準(zhǔn)確稱取各標(biāo)準(zhǔn)品25.0 mg (精確到0.1 mg)于25 mL棕色容量瓶中,分別用甲醇溶解并定容至標(biāo)線,混勻,配制成15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的質(zhì)量濃度均為1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液,于-18 ℃避光保存,有效期12個月?;旌蠘?biāo)準(zhǔn)使用液:分別移取15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物標(biāo)準(zhǔn)儲備液各2.5 mL,置于同一只25 mL容量瓶中,用甲醇稀釋定容至標(biāo)線,混勻,配制成15種化合物的質(zhì)量濃度均為100 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液。系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液:依次移取0.025、0.125、0.25、0.5、1.25 mL混合標(biāo)準(zhǔn)使用液,分別置于5只25 mL容量瓶中,用甲醇稀釋并定容至標(biāo)線,混勻,配制成15種化合物的質(zhì)量濃度均分別為0.1、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.4 樣品處理

取代表性樣品,將其剪碎至約5 mm×5 mm,混勻。稱取剪碎的樣品1.0 g (精確至0.01 g),置于樣品瓶中,加入30 mL乙腈,常溫下超聲提取20 min,將提取液倒入雞心瓶中,樣品殘渣再用30 mL乙腈超聲提取20 min,合并提取液,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至約2 mL,用氮氣吹至近干,用甲醇溶解并定容至1 mL,混勻,經(jīng)微孔濾膜過濾,濾液即為樣品溶液。同法制備空白樣品溶液。

1.5 樣品測定

在1.2儀器工作條件下,分別測定系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和樣品溶液,以各化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x),以色譜峰面積為縱坐標(biāo)(y),繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,用外標(biāo)法定量。樣品溶液中目標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)工作曲線質(zhì)量濃度范圍內(nèi),超過標(biāo)準(zhǔn)工作曲線質(zhì)量濃度上限的樣品溶液應(yīng)用空白樣品溶液稀釋后進樣測定。

 

2 結(jié)果與討論

2.1 流動相選擇

色譜條件優(yōu)化的核心目標(biāo)是提高色譜峰響應(yīng)值,改善色譜峰形對稱性,并使各目標(biāo)物實現(xiàn)良好的分離,提高定性和定量的準(zhǔn)確性。根據(jù)前期對各類化合物的研究以及文獻報道[14?15],選擇Kinetex C18 (100 mm×2.1 mm,2.6 μm)色譜柱作為分析柱,在0.3 mL/min柱流量和40 ℃柱溫下,對水-甲醇流動相體系及梯度洗脫程序進行優(yōu)化。為改善色譜峰形,提高亞硝胺響應(yīng)值,在兩種流動相中均加入甲酸,考察流動相中甲酸體積分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.3%、0.5%時的分離效果。結(jié)果顯示,在甲醇-水流動相體系中加入體積分?jǐn)?shù)為0.1%的甲酸,更易形成質(zhì)子化離子[M+H]+,顯著提高質(zhì)譜檢測靈敏度。增大流動相中甲酸濃度,信號響應(yīng)平穩(wěn),變化不顯著。綜合考慮,選擇0.1%甲酸溶液和0.1%甲酸甲醇溶液為最佳流動相體系。

2.2 電離源選擇

電噴霧電離源(ESI)和大氣壓化學(xué)電離源(APCI)是液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀中常用的兩種電離源。ESI為電噴霧,即樣品先帶電再噴霧,帶電液滴在去溶劑化過程中形成樣品離子,從而被檢測。APCI為大氣壓力化學(xué)電離源,樣品先形成霧,然后電暈放電針對其放電,在高壓電弧中,樣品被電離,然后去溶劑化形成離子,最后被檢測。ESI適用于分析極性化合物和生物大分子,而APCI適用于中等極性、小分子且具有一定揮發(fā)性的化合物。分別考察ESI和APCI正離子模式下,15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的儀器響應(yīng)值,并對離子源溫度、電暈放電針電流、輔助霧化氣和碰撞氣壓力等參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在ESI正離子模式下,部分N-亞硝胺及N-亞硝基化合物能夠獲得較好的響應(yīng)。而在APCI模式下,N-亞硝胺及N-亞硝基化合物色譜峰信噪比更高,峰形更好,而且APCI源的基線比ESI低近一倍,說明APCI抗干擾能力優(yōu)于ESI。而且在ESI模式下,只有N-亞硝基二丁胺和N-亞硝基二異丙胺兩種化合物的儀器響應(yīng)值高于APCI,其余化合物的儀器響應(yīng)值均低于APCI。尤其是N-亞硝基-N-乙基苯胺,在APCI模式下的響應(yīng)值明顯優(yōu)于ESI模式。綜合考慮,選擇大氣壓化學(xué)電離源。

2.3 提取方式選擇

測定紡織品常用的提取方法主要有超聲輔助提取法[16]、索氏提取法[17]、固液振蕩提取法[18]、加速溶劑萃取法[19]等。其中,索氏提取法效率較高,但過程繁瑣,提取時間長,試劑消耗量大。加速溶劑萃取法設(shè)備昂貴,普及率不高。超聲提取法是利用超聲波產(chǎn)生的聲波輻射,促進萃取液中微氣泡的持續(xù)振動,破壞目標(biāo)物質(zhì)與固體基質(zhì)的結(jié)合,引起結(jié)合層的疲勞破壞而剝離,從而達(dá)到提取的目的。通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻的分析以及基于方法操作的簡便性,選取棉、毛、滌綸3種基質(zhì)的布料,分別加入1 mL質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,考察固液振蕩提取和超聲波水浴提取兩種方法的提取效果,結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出,超聲波提取效果明顯優(yōu)于振蕩提取法,且振蕩提取時樣品瓶一般需要橫放,若密封不好,易造成提取液滲漏,影響測定結(jié)果,因此,選擇超聲波提取法。

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

圖1   不同提取方法時15種化合物的平均回收率

Fig. 1   Average recoveries of 15 compounds under different extraction methods

2.4 提取溶劑選擇

目前提取N-亞硝胺及N-亞硝基化合物常用的溶劑有甲醇、丙酮、乙腈等。選取棉、毛、滌綸3種基質(zhì)的陰性布料,分別加入1 mL質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,分別加入30 mL甲醇、丙酮、乙腈,超聲提取20 min,考察3種溶劑的提取效果,結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出,乙腈提取效果明顯優(yōu)于甲醇和丙酮,故選擇乙腈為提取溶劑。

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

圖2   不同提取溶劑時15種化合物的平均回收率

Fig. 2   Average recoveries of 15 compounds under different solvents

1—乙腈; 2—甲醇; 3—丙酮

2.5 提取時間選擇

采用單因素變量法考察提取時間對15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物提取效果的影響。取棉、毛、滌綸3種陰性樣品,分別加入1 mL質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后加入30 mL乙腈,分別超聲提取10、20、30 min,考察不同提取時間時目標(biāo)化合物的回收率,結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出,當(dāng)提取時間為10 min時,回收率較低,當(dāng)提取時間為20 min和30 min時,3種基質(zhì)樣品中目標(biāo)物的回收率均大于80%。為提高檢測效率,選擇提取時間為20 min。

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

圖3   不同提取時間時15種化合物的平均回收率

Fig. 3   Average recoveries of 15 compounds at different extraction time

2.6 提取溫度的選擇

選取棉、毛、滌綸3種陰性樣品,分別加入1 mL質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后加入30 mL乙腈,超聲提取20 min。提取溫度分別為25、40、60、70 ℃,考察不同提取溫度時目標(biāo)化合物的回收率,結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出,滌綸樣品中目標(biāo)物的回收率最高,毛次之,棉最低。在25 ℃時,3種基質(zhì)中目標(biāo)物的提取效率均最高,且回收率變化趨勢相同,均隨提取溫度的升高而降低。少數(shù)亞硝胺,如N-亞硝基二甲胺,隨提取溫度的升高,回收率下降比較明顯,在40 ℃時,N-亞硝基二甲胺的回收率為75%,60 ℃時為60%,70 ℃時僅為45%,其原因可能是提取溫度過高造成N-亞硝基二甲胺分解,因此提取溫度不宜過高。綜合考慮,選擇提取溫度為25 ℃。

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

圖4   不同提取溫度時15種化合物的平均回收率

Fig. 4   Average recoveries of 15 compounds under different extraction temperature

2.7 提取次數(shù)的選擇

選取棉、毛、滌綸3種陰性樣品,分別加入1 mL質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按1.4方法提取一次,收集全部提取液,剩余殘渣再提取一次,將兩次提取液分別濃縮至約2 mL,用高純氮氣吹至近干,用甲醇溶解并定容至1 mL,經(jīng)微孔濾膜過濾后上機檢測。結(jié)果表明,第一次提取回收率為90%左右,第二次提取回收率為9%左右,合并兩次提取回收率可達(dá)99%左右。考慮實驗效率及成本,最終確定采用乙腈提取兩次。

2.8 基質(zhì)效應(yīng)

基質(zhì)效應(yīng)(EM)是指樣品中除目標(biāo)物以外的組分對目標(biāo)物響應(yīng)的影響。這種影響可能表現(xiàn)為基質(zhì)抑制,也可能表現(xiàn)為基質(zhì)增強效應(yīng)。基質(zhì)效應(yīng)的強弱可用相對響應(yīng)值法進行評估:EM=B/A×100%式中:EM——基質(zhì)效應(yīng);B——樣品溶液中目標(biāo)物的響應(yīng)值;A——純?nèi)軇┲刑砑酉嗤磕繕?biāo)物的響應(yīng)值。選取純棉、毛、滌綸3種樣品,考察15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的基質(zhì)效應(yīng)。經(jīng)檢測計算,15種目標(biāo)物基質(zhì)效應(yīng)均為100%左右,說明紡織品檢測中基質(zhì)效應(yīng)影響不明顯,因此,可采用系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進行線性擬合,用標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法定量,無需配制基質(zhì)匹配校準(zhǔn)溶液。

2.9 線性方程與方法檢出限、定量限

在1.2儀器工作條件下,測定系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,以各目標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x),以對應(yīng)的色譜峰面積為縱坐標(biāo)(y),繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,計算線性方程和相關(guān)系數(shù)。取混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,用甲醇稀釋,按1.2儀器工作條件測定,分別以3倍信噪比和10倍信噪比對應(yīng)的質(zhì)量濃度計算方法檢出限和定量限,根據(jù)取樣質(zhì)量、定容體積以及樣品溶液濃縮倍數(shù)換算成樣品中的含量,以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/kg)表示。15種目標(biāo)物的線性范圍(質(zhì)量濃度)、線性方程、相關(guān)系數(shù)、方法檢出限及定量限見表2。由表2可知,15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的質(zhì)量濃度在0.1~5.0 mg/L范圍內(nèi)與色譜峰面積具有良好的線性,線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999,方法檢出限為0.03 mg/kg,定量限為0.1 mg/kg。

表2   15種化合物的線性范圍(質(zhì)量濃度)、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

Tab. 2   Linear range (mass concentration),linear equation,correlation coefficients, detection limits and quantitative limits of 15 compounds

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

 

2.10 樣品加標(biāo)回收與精密度試驗

以不含目標(biāo)化合物的棉、毛、滌綸織物作為空白基質(zhì),分別加入0.2、0.5、5.0 mg/L 3個濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,每個添加水平取6份平行樣,按建立的方法進行測定,結(jié)果見表3。由表3可知,棉基質(zhì)中15種目標(biāo)物的平均回收率為80.2%~104%,毛基質(zhì)中的平均回收率為81.7%~112%,滌綸基質(zhì)中的平均回收率為82.6%~114%。3種基質(zhì)中測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%~11%。表明所建方法準(zhǔn)確度和精密度良好。

表3   樣品加標(biāo)回收與精密度試驗結(jié)果

Tab. 3   Results of samples spiked recoveries and precision test

液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物

 

3 結(jié)語

建立了液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜分析紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的方法。該方法靈敏度高、樣品處理過程簡便、高效,可以滿足紡織品中15種N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的分析要求,同時能夠滿足國際生態(tài)紡織品標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于N-亞硝胺及N-亞硝基物質(zhì)嚴(yán)格限量的檢測要求,也可為紡織品中N-亞硝胺及N-亞硝基化合物的檢測和風(fēng)險監(jiān)控提供可靠的分析手段.

 

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來源:化學(xué)分析計量

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