加速溶剂萃取固相萃取硅胶吸附色谱电喷

【摘要】 　　建立了测定纺织品中壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚的硅胶吸附色谱电喷雾质谱分析方法。不同类型的纺织品样品采用加速溶剂萃取法，以无水乙醇为提取溶剂，在10.3 mpa和100 ℃下静态循环提取2次，提取液经seppak carbon/nh2石墨化碳黑/氨基复合型固相萃取柱净化，以waters spherisorb s3w（150 mm×2.0 mm, 3 μm）色谱柱为分离柱，乙腈水体系为流动相梯度洗脱，在电喷雾质谱正离子模式下进行定性及定量分析。壬基酚聚氧乙烯醚的方法检出限为10～40 μg/kg，在1～20 mg/kg的3个添加水平范围内的平均回收率为81.4%～95.9%，相对标准偏差均小于12.5%。辛基酚聚氧乙烯醚的方法检出限为10～30 μg/kg，在1～20 mg/kg的3个添加水平范围内的平均回收率为80.2%～96.8%, 相对标准偏差均小于13.0%。本方法准确、简便、快速，可用于纺织品的实际检验工作。

【关键词】 加速溶剂萃取 固相萃取 硅胶吸附色谱 电喷雾质谱 纺织品 烷基酚聚氧乙烯醚

　　1 引言

　　烷基酚聚氧乙烯醚（alkylphenol ethoxylates, apeos）广泛应用于纺织、塑料、橡胶、日用化工、医药、造纸、电子等领域，主要用作纺织助剂、洗涤剂、乳化剂、润湿剂及稳定剂等[1，2]，是继脂肪醇聚氧乙烯醚之后的另一大类非离子型表面活性剂。烷基酚聚氧乙烯醚中以壬基酚聚氧乙烯醚（nonylphenol ethoxylates, npeos）最多，占80％～85%，辛基酚聚氧乙烯醚（octylphenol ethyoxylates, opeos）约占15%[3]，它们的结构式为(r=c9h19为npeos; r=c8h17为opeos）。烷基酚聚氧乙烯醚的生物降解代谢物作为一种内分泌干扰物，会在生物体内积累，并通过食物链循环进入人体[4，5]，对人体癌细胞增长及生殖能力均会产生严重影响，对环境和人类健康具有潜在的危害性[6，7]。欧盟2003/53/ec指令规定了纺织品等商品中壬基酚聚氧乙烯醚的含量不得高于0.1%[8]。国际环保纺织协会制订和颁布的“oekotex standard 1000”中明确规定，禁止在纺织品生产过程中使用烷基酚聚氧乙烯醚[9]。欧盟2002/371/ec指令也规定对于想要获得“欧洲纺织品生态标签”的纺织品供应商，必须提供所使用的纺织助剂中不含烷基酚聚氧乙烯醚的证明[10]。

　　文献报道的烷基酚聚氧乙烯醚的分析方法主要有液相色谱法[11，12]、液相色谱质谱联用法[13，14]、气相色谱质谱联用法[15，16]等。以上方法大多用于分析环境样品（污水、饮用水、地表水、淤泥等）和生物样品（鱼组织、羊毛等），关于纺织品中烷基酚聚氧乙烯醚的测定鲜有报道。本研究建立了测定纺织品中烷基酚聚氧乙烯醚的硅胶吸附色谱电喷雾质谱分析方法，可全面了解烷基酚聚氧乙烯醚的烷基碳链及乙氧基分布的结构信息，并可满足不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚的定量要求，方法准确、简便、快速，能够为纺织品的检验工作和产品质量控制提供科学依据和技术支持。

　　2 实验部分

　　2.1 仪器与试剂

　　alliance 2695高效液相色谱仪、quattro micro api三重四级杆质谱仪、masslynx数据处理系统（美国waters公司）；ase 300加速溶剂萃取仪（美国dionex公司）；milliq超纯水器（美国millipore公司）；n1000型旋转蒸发仪（日本eyela公司），配有bc55型真空冷却系统（日本yamato公司）；12通道半自动固相萃取装置（美国supelco公司）；seppak carbon/nh2石墨化碳黑/氨基复合型固相萃取柱，6 ml，500 g/500 g（美国waters公司）；acrodisc ghp双性滤膜（美国pall公司）；甲醇、乙腈、二氯甲烷、无水乙醇均为色谱纯（美国fisher公司）；实验用水为经milliq净化系统（0.22 μm过滤膜）过滤的去离子水；其它试剂均为分析纯（北京化工厂）。

　　混合标样np2eo、np5eo、np7.5eo、np10eo、np15eo、np18eo、np20eo（由不同聚合度的npneo组成，n为平均聚合度和op10eo（由不同聚合度的opneo组成，平均聚合度为10）购自日本东京化成公司。

　　2.2 液相色谱条件

　　waters spherisorb s3w色谱柱（150 mm×2.0 mm, 3 μm）；流动相：乙腈（a）和水（b），梯度洗脱：0～30 min，0～25% b； 30～35 min，25%～0 b；流速：0.2 ml/min；柱温：35 ℃；进样量： 5 μl。

　　2.3 质谱条件

　　电喷雾离子源；正离子模式；毛细管电压3.50 kv；射频透镜电压0.3 v；离子源温度120 ℃；去溶剂气温度350 ℃；去溶剂气流量500 l/h；锥孔气流量50 l/h；定性采用全扫描（full scan）模式，锥孔电压随扫描质荷比m/z 250～1150，从25 v程序调节至105 v；定量采用选择离子监测（sir）模式，壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚的sir质谱分析参数见表1。

　　表1 壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚的质谱分析参数（略）

　　table 1 lc/ms parameters for nonylphenol ethoxylates (npneo) and octylphenol elhoxylates (opneo) analysis

　　2.4 样品处理

　　纺织品样品剪碎后，准确称取2.0 g，转移至底部放有玻璃纤维素滤纸片的34 ml的不锈钢萃取池中进行加速溶剂萃取。提取溶剂为无水乙醇；系统压力为10.3 mpa；提取温度为100 ℃；加热时间5 min；静态时间5 min；静态循环２次；冲洗体积：60%萃取池体积。最后用氮气吹扫收集萃取液于250 ml收集瓶中，用旋转蒸发仪于40 ℃水浴减压浓缩至近干，用氮气缓慢吹干后，准确加入2 ml二氯甲烷溶解残渣，溶液用于固相萃取。seppak carbon/nh2固相萃取柱依次用10 ml ｖ（甲醇）∶ｖ（二氯甲烷混合液）＝1∶4混合液、10 ml甲醇活化、10 ml二氯甲烷平衡后，将试样溶液过柱，用8 ml二氯甲烷淋洗，再用8 ml ｖ（甲醇）∶ｖ（二氯甲烷）＝1∶4混合液洗脱。收集洗脱液，用氮气缓慢吹干后，准确加入1 ml乙腈溶解残渣，过0.20 μm微孔滤膜后，供lc/ms测定。

　　3 结果与讨论

　　3.1 离子化方式的选择

　　电喷雾电离（esi）和大气压化学电离（apci）均有用于烷基酚聚氧乙烯醚检测的报道，但esi的灵敏度和专属性更高[17]。在全扫描正、负离子方式下，标准样品直接进样，分别采用esi和apci对烷基酚聚氧乙烯醚进行分析。结果表明，在apci电离方式下，未观测到特征性离子峰。而在esi+电离方式下，壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚的lc/ms质谱图中均出现了一系列近似于正态分布的[m+na]+、[m+h]+、[m+nh4]+、[m+k]+、[m+2na]2+、[m+2h]2+、[2m+na]+及[2m+h]+等特征性离子峰，其中[m+na]+为基峰。各系列的离子峰之间的质量数彼此相差44，即相差一个乙氧基基团，反映了它们是不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚的特征峰。由于烷基酚聚氧乙烯醚具有较高的表面活性和对碱金属离子较强的亲和性，在电喷雾质谱分析过程中，往往以与碱金属离子结合的离子峰的形式存在，可有效离子化，灵敏度高。因此，采用esi+模式，选择不同聚合度烷基酚聚氧乙烯醚的[m+na]+离子作为监测离子进行分析。壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚的esi质谱图见图1a和图1b。

　　图1 壬基酚聚氧乙烯醚(a)和辛基酚聚氧乙烯醚(b)的esi质谱图（略）

　　fig.1 esi/ms spectra of npeos（a） and opeos(b)

　　3.2 色谱分离条件的优化

　　不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚的特性、应用范围和毒性差别较大，因此建立同时分离分析不同聚合度烷基酚聚氧乙烯醚的方法非常重要。此外，由于某些聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚单体的加na+和其它单体的双电荷离子具有相同的质荷比，如np6eo的准分子离子峰[np6eo+na]+和np17eo的双电荷离子[np17eo+2na]2+的质荷比均为507.4;op6eo的准分子离子峰[op6eo+na]+和op17eo的双电荷离子[op17eo+2na]2+的质荷比均为493.6，有必要在进行质谱分析前，对不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚实现有效色谱分离,以保证定量结果的准确性。本研究分别考察了反相色谱、正相键合色谱、硅胶吸附色谱等液相色谱分离模式对不同聚合度烷基酚聚氧乙烯醚的分离效果。结果表明，硅胶吸附色谱实现了不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚按照乙氧基链长度的不同依次出峰，达到了理想的分离效果，避免了不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚单体物质之间在离子化过程中的相互抑制以及单电荷和多电荷离子的相互影响，而且硅胶吸附色谱所使用的乙腈水流动相体系及其流速均适用于电喷雾离子源。分别优化了流动相组成与梯度洗脱条件、柱温、流速等色谱参数，确定了最佳的色谱条件。壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚的sir色谱图分别见图2a和图2b。

　　图2 壬基酚聚氧乙烯醚(a)和辛基酚聚氧乙烯醚(b)的sir色谱图（略）

　　fig.2 sir chromatograms of npeos(a) and opeos(b)

　　npeos和opeos的峰号同表1(the peak number of npeos and opeos is the same as in table 1)。

　　3.3 质谱测定条件的优化

　　采用流动注射泵连续进样方式对毛细管电压、锥孔电压、射频透镜电压、质谱分辨率等质谱参数进行了优化，使不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚的特征离子峰的离子强度达到最佳。实验发现，随着锥孔电压的适度提高，[m＋na]+离子的强度有增加的趋势，这是源于提高锥孔电压会优先破坏加ｈ＋、加ｎｈ＋４等，而加na+则需要更高的能量才能被破坏，进而多电荷离子的相对强度也会减小，取而代之的是较为简单的单电荷加na+占主导地位[18]。

　　3.4 样品提取条件的优化

　　选择一个含有烷基酚聚氧乙烯醚的阳性样品，以无水乙醇为提取溶剂,分别进行超声提取（提取时间40 min）、振荡提取（提取时间40 min）、索氏提取（提取时间8 h）和加速溶剂萃取（提取条件见2.4），结果表明，加速溶剂萃取法的提取效果优于其它提取方法，且具有溶剂用量少、快速和全程自动化等优点。因此，选择加速溶剂萃取法作为样品提取方法。分别考察了提取溶剂、提取温度、提取次数对提取效果的影响，确定了最佳的提取条件。

　　3.5 固相萃取净化条件的优化

　　纺织品样品基质复杂，样品提取液有必要进行净化。分别考察了不同类型的固相萃取柱对烷基酚聚氧乙烯醚的净化效果：c18柱（supelclean lcc18、seppak c18）、亲水亲脂柱（oasis hlb）、石墨化碳黑柱（supelclean envicarb）和石墨化碳黑/氨基复合柱（seppak carbon/nh2）。结果表明，seppak carbon/nh2柱的净化效果和回收率最优。采用石墨化碳黑/氨基复合柱为固相萃取柱，实验中先用10 ml ｖ（甲醇）∶ｖ（二氯甲烷）＝1∶4混合液、10 ml甲醇活化固定相，并除去固定相中的杂质，再用10 ml二氯甲烷平衡，创造适合上样的环境。考察了不同配比的甲醇二氯甲烷混合液淋洗系统（用量均为8 ml）的洗脱效果。根据洗脱曲线，以二氯甲烷作为淋洗液时，烷基酚聚氧乙烯醚仍将保留在固相萃取柱上，不会被洗脱下来。因此，选用二氯甲烷作为淋洗液以去除样品基质中杂质干扰。ｖ（甲醇）∶ｖ（二氯甲烷）＝１∶4混合液获得了最佳的回收率，故将其作为洗脱液。进一步对洗脱液的洗脱体积进行了考察，结果表明，8 ml洗脱液可将烷基酚聚氧乙烯醚完全洗脱。

　　3.6 定性和定量分析

　　采用电喷雾质谱的正离子全扫描模式，利用保留时间和质谱进行定性。在难以获得烷基酚聚氧乙烯醚单体标准品的情况下，烷基酚聚氧乙烯醚的定量多采用混合标样以外标法定量[19]。准确测定样品中烷基酚聚氧乙烯醚的含量，要求所测定样品的平均聚合度与标准样品的平均聚合度尽可能接近[17, 20]。因此，在实际样品测定时，首先通过电喷雾质谱全扫描方式确定样品中烷基酚聚氧乙烯醚的平均聚合度，然后选择相应聚合度的标准样品，在选择离子监测模式下采用外标法进行定量分析。

　　3.7 方法的线性范围和检出限

　　分别配制一系列标准工作溶液，不同聚合度的烷基酚聚氧乙烯醚单体的浓度需要按照各自在标准样品中所占的百分比进行换算，在选定的色谱和质谱条件下进行测定。壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚中代表性物质的线性方程、相关系数见表２，全部结果见附表1和附表2（/fig/080494）。以信噪比为3估算检出限（lod），壬基酚聚氧乙烯醚的检出限为10～40 μg/kg，辛基酚聚氧乙烯醚的检出限为10～30 μg/kg。

　　表２ 壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚的线性方程和相关系数（略）

　　table ２ linear equations and correlation coefficients for ｎｐｅｏs and opeosnpeos

　　3.8 方法的回收率和精密度

　　采用经测定不含有烷基酚聚氧乙烯醚的纺织品样品进行添加回收率和精密度实验，样品添加不同浓度标准溶液，按本方法进行提取和净化，用液相色谱质谱测定。在1～20 mg/kg的3个添加水平范围内的平均回收率（每个添加浓度平行测定6次），壬基酚聚氧乙烯醚为81.4%～95.9%，相对标准偏差（rsd）均小于12.5%；辛基酚聚氧乙烯醚为80.2%～96.8%，相对标准偏差（rsd）均小于13.0%。壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚中代表性物质的回收率和精密度见表３和表４，全部结果见附表3和附表4（/fig/080494）。

　　表３ 纺织品中壬基酚聚氧乙烯醚的添加回收率和精密度结果（n=6）（略）

　　table ３ results of recovery and precision for npeos in textile sample（n=6）

　　表４ 纺织品中辛基酚聚氧乙烯醚的添加回收率和精密度结果（n=6）（略）

　　table ４ results of recovery and precision for opeos in textile sample（n=6）

　　3.9 样品测定

　　应用本方法对全棉、亚麻、纯毛、长丝、绢丝、涤棉、腈纶、桃皮绒、牛仔布等不同类型的纺织品样品共15件进行了分析测定。结果表明，有3件样品检出含有壬基酚聚氧乙烯醚，壬基酚聚氧乙烯醚的总含量分别为78.2、285.3和526.8 mg/kg，所有样品均未检出含有辛基酚聚氧乙烯醚。

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