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乃牛
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1 2015 年 4 月 Vol.33 No.4 April 2015 Chinese Journal of Chromatography 377 ~ 382 研究论文 DOI: / SP.J 超高效液相色谱线性离子阱 / 静电场轨道阱高分辨质谱法测定纺织品中的游离态致癌芳香胺叶曦雯 1, 彭燕 2, 牛增元 1, 高永刚 1, 罗忻 1 2, 邹立 (1. 山东出入境检验检疫局, 山东青岛 ; 2. 中国海洋大学环境科学与工程学院, 山东青岛 ) 摘要 : 建立了超高效液相色谱线性离子阱 / 静电场轨道阱高分辨质谱 ( UPLC LTQ / Orbitrap MS) 同时测定纺织品中 24 种游离态致癌芳香胺的方法样品经二氯甲烷超声提取并稀释后, 用 ZORBAX SB C 18 色谱柱 (150 mm 2 1 mm, 5 μm) 分离, 以 0 1% 甲酸水溶液和甲醇为流动相, 电喷雾正离子 (ESI + ) 模式电离, 以准分子离子峰的精确质量数和保留时间定性, 以提取的色谱图峰面积定量在 0 5 ~ 500 μg / L 范围内,24 种芳香胺的线性相关系数 ( R 2 ) 大于 0 99, 样品加标回收率为 87 8% ~ 105 6%, 相对标准偏差为 1 6% ~ 3 4% 方法检出限为 0 5 ~ 1 μg / kg 应用本方法检测山东地区进出口含氨纶纺织品样品 14 个, 在 5 个样品中检出游离态芳香胺 4,4 二氨基二苯甲烷, 含量范围为 0 21~ 25 6 mg / kg 关键词 : 超高效液相色谱 ; 线性离子阱 / 静电场轨道阱高分辨质谱 ; 游离态致癌芳香胺 ; 纺织品中图分类号 :O658 文献标识码 :A 文章编号 : (2015) Determination of free carcinogenic aromatic amines in textiles by ultra performance liquid chromatography linear ion trap / orbitrap high resolution mass spectrometry YE Xiwen 1, PENG Yan 2, NIU Zengyuan 1, GAO Yonggang 1, LUO Xin 1, ZOU Li 2 (1. Shandong Entry Exit Inspection and Quarantine Bureau, Qingdao , China; 2. College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao , China) Abstract: A method of ultra performance liquid chromatography linear ion trap / orbitrap high resolution mass spectrometry ( UPLC LTQ / Orbitrap MS) was used to determine 24 free carcino genic aromatic amines in textiles. The main factors influencing the method, including the extraction solvent, the extraction temperature and the extraction time, were optimized. Under the optimized experimental conditions, the analytes were extracted by dichloromethane for 10 min and loaded into a ZORBAX SB C18 column (150 mm 2 1 mm, 5 μm) with a gradient elu tion of methanol and 0 1% aqueous formic acid solution, and finally detected by LTQ / Orbitrap MS. The screening and quantitative analysis were carried out by the accurate mass of quasi molecular ion and the peak in extracted chromatogram with accurate mass respectively. The correlation coefficients (R 2 ) were higher than The recoveries were 87 8% % with the RSDs were 1 6% -3 4%. The limits of detection were μg / kg, and the limits of quanti fication were μg / kg. The proposed method was applied to 14 textile samples containing spandex. 4,4 Diaminodiphenylmethane was determined in five samples and the contents were mg / kg. The results indicate that the developed method is a simple, efficient, precise and reliable technique for the determination of free carcinogenic aromatic amines in textiles. Key words: ultra performance liquid chromatography ( UPLC); linear ion trap / orbitrap high resolution mass spectrometry ( UPLC LTQ / Orbitrap MS); free carcinogenic aromatic amines; textiles 通讯联系人.E mail:ye.xiwen@ 163.com. 基金项目 : 国家质检公益性行业科研专项基金项目 ( ); 国家质检总局科研项目 (2013IK015). 收稿日期 :

2 378 色谱第 33 卷纺织品着色过程中, 染料印染助剂黏合剂等的使用导致纺织品中残留部分游离态芳香胺这些游离态致癌芳香胺的存在影响纺织品质量, 危害人体健康 Oeko Tex Standard 100 ( 生态纺织品标准 100 ) [1] 于 2006 年 11 月 27 日发布的 2007 年修订本中新添加了含有游离态致癌芳香胺物质, 规定含聚氨酯的材料需检测 24 种游离态致癌芳香胺, 且限量为 20 mg / kg 纺织品中常见的游离态致癌芳香胺主要是 2,4 二氨基甲苯和 4,4 二氨基二苯甲烷两种, 且主要存在于聚氨酯材料中聚氨酯材料是一种新型的纺织材料, 广泛用于纺织助剂, 如聚氨酯 (PU) 涂层剂等其结构中所含有的 TDI(2,4 和 2,6 甲苯二异氰酸酯 ) 和 MDI(4,4 二苯甲烷二异氰酸酯 ) 分别由 2,4 二氨基甲苯和 4,4 二氨基二苯甲烷为原料合成, 因合成反应效率不高, 由此合成的聚氨酯中上述两种物质残留量大, 可能会超过法规限量 ; 此外, 聚氨酯因不耐激烈条件下的碱裂解, 也会释放出二氨化合物 (2,4 二氨基甲苯和 4,4 二氨基二苯甲烷 ) [2] 目前, 国内外有关纺织品中致癌芳香胺检测的研究日趋成熟, 典型的检测标准主要有 GB / T [3] 和 EN [4,5] [6-9] 等然而这些研究及标准检测的目标物均针对的是禁用偶氮染料经还原后得到的芳香胺, 而非直接存在于纺织品中的游离态芳香胺两者仪器测定方法类似, 但样品的提取方法无可借鉴性有关纺织品中游离态致癌芳香胺的研究和检测标准未见文献报道气相色谱质谱联用方法 (GC MS) 是日常检测纺织品中禁用偶氮染料分解的芳香胺的主要方法但 GC MS 仪进样口的高温会使聚氨酯材料发生裂解, 释放出二氨化合物, 因此在采用 GC MS 检测出上述两种物质时, 尚不能确定是纺织品中存在的游离态芳香胺还是聚氨酯材料分解所致采用高效液相色谱 ( HPLC) 可避免上述问题, 但普通的 HPLC 在实际操作中仅依靠保留时间和紫外光谱特性的定性方法无法满足实际工作中准确定性的要求 [10] 本文采用超高效液相色谱线性离子阱 / 静电场轨道阱高分辨质谱 (UPLC LTQ / Orbitrap MS) 方法测定纺织品中 24 种游离态致癌芳香胺, 分析速度快灵敏度高, 一种仪器一次检测可实现纺织品中游离态致癌芳香胺的准确定性定量, 避免了因 GC MS 进样口高温分解等原因产生的假阳性现象还可利用 UPLC LTQ / Orbitrap MS 的高分辨性能有效应对复杂基体杂质的干扰, 简化样品前处理过程 1 实验部分 1.1 仪器与试剂 ACQUITY Ultra Performance LC 超高效液相色谱仪 (Waters 公司 ), LTQ Orbitrap XL 线性离子阱静电场轨道阱组合质谱仪 ( Thermo 公司 ); SHA B 型恒温振荡器 ( 国华仪器 ), 0 22 μm 聚四氟乙烯 (PTFE) 滤膜过滤头 (DIKMA 公司 ), 二氯甲烷 ( 色谱纯,Merck 公司 ), 24 种芳香胺 ( 见表 1) 标准品 ( 德国 Dr. Ehrenstorfer 公司 ) 24 种芳香胺标准溶液 : 分别准确称取适量的各标准品, 用二氯甲烷溶解并定容, 配制成有效浓度为 mg / L 的单标准储备液, 于 - 18 下保存 ; 使用时, 用二氯甲烷逐级稀释成标准中间液, 现用现配 1.2 实验方法样品前处理将样品剪碎至 5 mm 5 mm 以下, 准确称取 0 5 g 样品于反应瓶中, 加入 5 ml 二氯甲烷, 超声提取 30 min, 取 10 μl 提取液用二氯甲烷稀释并定容至 1 ml, 用于上机检测色谱条件 ZORBAX SB C 18 色谱柱 (150 mm 2 1 mm, 5 μm); 流动相 A 为 0 1% 甲酸水溶液, B 为甲醇 ; 线性梯度洗脱程序 :0 ~ 1 0 min, 95% A ~ 90% A; 1 0 ~ 5 0 min, 90% A ~ 70% A; 5 0 ~ 6 0 min, 70% A ~ 5% A, 保持 4 min; 10 0 ~ 10 1 min, 5% A ~ 95% A, 保持 5 min 流速 :0 25 ml / min; 柱温 :30 ; 样品室温度 :15 ; 进样量 :10 μl 质谱条件可加热的电喷雾离子源 ( HESI Ⅱ); 毛细管温度 :350 ; 鞘气 (N 2 ) 压力 :206 7 kpa; 辅助气 (N 2 ) 流量 :3 3 L / min; 正离子电离模式, 喷雾电压为 3 kv, 毛细管电压为 30 V, 管状透镜电压为 80 V 扫描方式 : 全扫描分辨率为种致癌芳香胺的 UPLC LTQ / Orbitrap MS 分析参数见表 1 化合物筛选的离子提取窗口宽度为结果与讨论 2.1 提取溶剂的选择纺织品中游离态致癌芳香胺主要来自聚氨酯材料, 且主要为 4,4 二氨基二苯甲烷和 2,4 二氨基甲苯本文选取已知含有游离态 4,4 二氨基二苯甲烷的阳性样品和自制的添加有 2,4 二氨基甲苯的样品进行方法研究实验

3 第 4 期叶曦雯, 等 : 超高效液相色谱线性离子阱 / 静电场轨道阱高分辨质谱法测定纺织品中的游离态致癌芳香胺 379 表 1 24 种致癌芳香胺的 UPLC LTQ / Orbitrap MS 分析参数 Table 1 UPLC LTQ / Orbitrap MS analysis parameters of the 24 carcinogenic aromatic amines No. Compound CAS number Retention time / min Theoretical exact mass ( m / z) 1 4 aminobiphenyl benzidine choro o toluidine naphthylamine o aminoazotoluene nitro o toluidine chloroaniline ,4 diaminoanisole ,4 diaminodiphenylmethane ,3 dichlorobenzidine ,3 dimethoxybenzidine ,3 dimethylbenzidine ,3 dimethyl 4,4 diaminodiphenylmethane p cresidine ,4 methylene bis (2 chloro aniline) ,4 oxydianiline ,4 thiodianiline o toluidine ,4 toluylenediamine ,4,5 trimethylaniline methoxyaniline aminoazobenzene ,4 xylidine ,6 xylidine 纺织品样品的蓬松度因材质而不同, 因此根据日常检测经验, 用 10 ml 的提取溶剂既能保证完全浸泡样品, 又不会造成试剂浪费, 因此本文选择 10 ml 在常温超声 30 min 条件下, 比较了提取溶剂分别为甲醇乙酸乙酯乙腈叔丁基甲醚和二氯甲烷的提取效率表 2 结果显示 : 二氯甲烷无论是对 4,4 二氨基二苯甲烷还是 2,4 二氨基甲苯, 提取效率都是最高的, 其次为乙酸乙酯甲醇, 叔丁基醚的提取效率最差, 因此本文选择二氯甲烷为样品的提取溶剂表 2 不同提取溶剂的提取效果 (n = 2) Table 2 Extraction efficiency with different solvents ( n = 2) mg / kg Compound Methanol Dichloromethane Ethyl acetate Methyl tert butyl ether Acetonitrile 4,4 Diaminodiphenylmethane ,4 Toluylenediamine 提取方式的选择纺织品检测中样品前处理方法主要有索氏提取超声提取振荡提取及快速溶剂提取等快速溶剂提取需配备昂贵的仪器, 不便于实际推广 ; 索氏提取作为经典的提取方式, 提取完全, 准确度高 ; 超声提取, 易于操作, 简单快速以二氯甲烷作为提取溶剂, 考察了超声提取和索氏提取两种提取方式对纺织样品中游离态芳香胺的提取效果根据溶剂二氯甲烷的沸点 (39 5 ) 以及索氏提取过程中要保持平稳的溶剂回流速率, 设定索氏提取温度为 50, 在此条件下通常要提取 6 ~ 12 h, 本文选取提取 8 h, 提取效果见表 3 对含 4,4 二氨基二苯甲烷的样品, 索氏提取结果比超声提取稍高 ; 但对含 2,4 二氨基甲苯的样品, 索氏提取的效果不如超声提取效果好这可能是因为芳香胺分子中的氨基不稳定, 暴露在空气中或者在较高温度下容易氧化变质 [11], 而 2,4 二氨基甲苯的苯环上有两个氨基, 在高温长时间索氏提取条件下,2,4 Compound 表 3 不同提取方式下的提取效果 (n = 3) Table 3 Extraction efficiency with different methods ( n = 3) Ultrasonic treatment at room temperature for 30 min Soxhlet extraction at about 50 for 8 h 4,4 Diaminodiphenylmethane ,4 Toluylenediamine

4 380 色谱第 33 卷二氨基甲苯发生变化所致另外, 索氏提取还存在所需溶剂多时间长操作繁琐等问题, 考虑到方法的普遍适用性, 本文采用超声提取 2.3 温度的选择纺织品中禁用偶氮染料的还原通常是在 70 水浴振荡条件下进行鉴于此, 本文采用二氯甲烷为提取溶剂, 比较了常温超声提取和 70 水浴振荡超声提取对样品中游离态芳香胺的提取效率, 结果如表 4 所示可见较高的温度导致 2,4 二氨基甲苯的提取效率明显下降故选择在常温下超声提取 Compound 表 4 不同提取温度下的超声提取效果 (n = 6) Table 4 Extraction efficiency of ultrasonic at different temperatures ( n = 6) Room temperature 70 4,4 Diaminodiphenylmethane ,4 Toluylenediamine 提取时间的选择在常温条件下考察了超声提取时间的影响在 10 ~ 60 min 范围内, 每隔 10 min 为一个测试点, 结果如图 1 所示 : 在 10 ~ 30 min 之间, 萃取效率随时间延长而增加 ; 在 30 ~ 60 min 之间, 提取效率没有明显变化因此将萃取时间定为 30 min 图 1 不同超声时间下的提取效率 Fig. 1 Extraction efficiency under different ultrasonic treatment times 种致癌芳香胺的色谱图通过对色谱柱及流动相等色谱条件的优化, 选择 ZORBAX SB C 18 色谱柱 ( 150 mm 2 1 mm, 5 μm); 流动相为 0 1% 甲酸水溶液和甲醇, 线性梯度洗脱分离 24 种致癌芳香胺 ( 见图 2) 高分辨质谱通过保留时间和提取精确质量数的方式准确定性, 整个分离可在 15 min 之内完成与 GC MS 和 HPLC / 紫外检测方法相比, 仅为其检测时长的 1 / 方法的线性范围和检出限本文采用 Orbitrap 高分辨质谱对 24 种芳香胺进行定量分析, 根据各化合物的响应情况, 将 24 种芳香胺的标准溶液用二氯甲烷稀释成合适浓度的系列标准工作液, 以其质量浓度和峰面积绘制标准曲线以空白基质提取液逐级稀释标准溶液至仪器所能检出的最低浓度, 换算为方法的检出限 ( LOD), 结果如表 5 所示以 3 倍 LOD 值确定为方法定量限 (LOQ), LOQ 为 1 5 ~ 3 μg / kg 表 5 24 种致癌芳香胺的线性范围相关系数 (R 2 ) 和检出限 Table 5 Linear ranges, correlation coefficients (R 2 ) and LODs of the 24 carcinogenic aromatic amines Compound Linear range / (μg / L) R 2 LOD / (μg / kg) 4 Aminobiphenyl Benzidine Chloro o toluidine Naphthylamine o Aminoazotoluene Nitro o toluidine Chloroaniline ,4 Diaminoanisole ,4 Diaminodiphenylmethane ,3 Dichlorobenzidine ,3 Dimethoxybenzidine ,3 Dimethylbenzidine ,3 Dimethyl 4, diaminodiphenylmethane p Cresidine ,4 Methylene bis (2 chloro aniline) 4,4 Oxydianiline ,4 Thiodianiline o Toluidine ,4 Toluylenediamine ,4,5 Trimethylaniline Methoxyaniline Aminoazobenzene ,4 Xylidine ,6 Xylidine 不同基质中的加标回收率和精密度分别采用不同基质前处理后的溶液配制标准溶液, 进行不同基质的加标回收与精密度测定在选取的 3 个有代表性的不同材质 ( 样品 1:13 9% 氨纶,86 1% 锦纶 ; 样品 2:3 3% 氨纶,60 2% 聚酯纤维,36 5% 粘胶纤维 ; 样品 3: 1% 氨纶, 60 8% 棉, 35 7% 锦纶 ) 中分别添加 mg / L 水平的标准溶液, 每个水平平行测定 6 次, 计算方法的回收率

5 第 4 期叶曦雯, 等 : 超高效液相色谱线性离子阱 / 静电场轨道阱高分辨质谱法测定纺织品中的游离态致癌芳香胺 381 Fig. 2 图 2 24 种致癌芳香胺的 UPLC MS 谱图 Chromatograms of the 24 carcinogenic aromatic amines by UPLC MS

6 382 色谱第 33 卷和精密度, 方法的回收率为 87 8% ~ 105 6%, 相对标准偏差为 1 6% ~ 3 4% 2.8 实际样品检测采用所建立的方法对 14 个含有氨纶成分的实际样品进行检测, 共检出 5 个含有 4,4 二氨基二苯甲烷的阳性样品, 其主要成分及目标物含量见表 6 表 6 4,4 二氨基二苯甲烷阳性样品的检测结果 Table 6 Detection results of 4,4 diaminodiphenylmethane positive samples No. Main components of textile sample Content / ( mg / kg) % cotton; 15.3% artificial cotton; 16.5% dacron; 7.9% spandex % polyester; 12.7% spandex % polyester; 4.5% spandex % cotton; 43.5% polyester; 4.9% spandex % viscose; 16.1% polyester; 2.5% spandex 结论本文采用二氯甲烷超声提取结合超高效液相色谱线性离子阱 / 静电场轨道阱高分辨质谱测定了纺织品中 24 种游离态致癌芳香胺, 并对实际纺织品样品进行了分析本方法简单快速定性定量准确可靠, 填补了纺织品中游离态致癌芳香胺的检测方法空白参考文献 : [1] Oeko Tex Standard l00 [2] Wang J P, Chen R X. Code REACH and Ecological Textiles. Beijing: China Textile & Apparel Press ( 王建平, 陈荣圻. REACH 法规与生态纺织品. 北京 : 中国纺织出版社 ), 2009: 348 [3] GB / T [4] EN [5] EN [6] Yun H, Liu X, Wang J, et al. Chinese Journal of Chromatog raphy ( 云环, 刘鑫, 王静, 等. 色谱 ), 2013, 31(9): 845 [7] Wen Y Y, Ou Y, He M C, et al. Chinese Journal of Chroma tography ( 温裕云, 欧延, 何明超, 等. 色谱 ), 2013, 31(4): 380 [8] Miguel N S, Patricia M S, Cristina P S, et al. Talanta, 2014, 119(2): 375 [9] Cecilia S E, Richard D, Lennart M. J Chromatogr A, 2002, 955(2): 215 [10] Wang C Y, Zhang W Y, Yang Z J, et al. Dyeing and Finish ing Journal ( 王成云, 张伟亚, 杨左军, 等. 染整技术 ), 2010, 32(11): 35 [11] Qian W J, Ruan Y, Jin M J, et al. Advanced Textile Tech nology ( 钱微君, 阮勇, 金美菊, 等. 现代纺织技术 ), 2010 (2): 36

g ml 10% ph 色谱条件 kinetex C μm 100 A 4. 6 mm 150 mm 25 5 μl A B 10 mmol /L ml /min

g ml 10% ph 色谱条件 kinetex C μm 100 A 4. 6 mm 150 mm 25 5 μl A B 10 mmol /L ml /min 25 4 2013 8 监测技术 5 1 2 1 ( 1. 江苏省疾病预防控制中心, 江苏南京 210009; 2. 南京医科大学第二附属医院, 江苏南京 210029) 5 Phenomenex kinetex C 18 2. 6 μm 4. 6 mm 150 mm 10 mmol /L ph 2. 5 + 60 40 DAD 280 nm 5 20. 0 mg /L ~ 100 mg /L 0.