超声波辅助萃取同位素稀释质谱法测定聚氯乙烯中6种邻苯二甲酸酯*

王卫华，邵明武，马联弟

(中国计量科学研究院，北京 100013)

邻苯二甲酸酯(PAEs)类化合物作为增塑剂被广泛应用于玩具、食品包装、个人护理品等数百种日常产品中。由于和聚合物间没有化学键合，在产品使用过程中邻苯二甲酸酯会迁移出来而被人体摄入。研究表明，邻苯二甲酸酯具有类雌激素作用，干扰内分泌，有致癌性［1–2］，尤其是婴幼儿常常把玩具、婴儿奶嘴等放入口中，这些物品中含有的邻苯二甲酸酯从而得以进入唾液，进而进入消化系统，给婴幼儿肝脏、生殖系统、肾脏造成损害，甚至引发癌症［2］。因此很多国家和地区对儿童玩具及护理产品中邻苯二甲酸酯的含量有明确的限量规定，欧盟和美国大多规定邻苯二甲酸酯的总含量不得超过0.1%，我国相应限量标准也在制定过程中。

目前常用的塑料中邻苯二甲酸酯提取方法有索氏提取法［3–4］、超声提取法［2］、微波萃取法［5］，常用溶剂有二氯甲烷、乙酸乙酯等，提取后直接进样或经固相萃取柱净化后进样。此外还有溶解沉淀法［1，6］，采用四氢呋喃溶解样品后，加入正己烷或甲醇沉淀聚合物，取清液测定。常用测定仪器有气相色谱仪、液相色谱仪、气相色谱–质谱联用仪。笔者基于中、日、韩计量比对，研究了超声波辅助萃取同位素稀释质谱测定PVC中邻苯二甲酸方法，由韩国标准科学研究院(KRISS)负责样品制备及均匀性、稳定性检验，测定6种常见邻苯二甲酸酯，结果满意。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱–质谱联用仪：6890N/5975B型，美国安捷伦科技有限公司；

精密电子天平：XP26型，分辨力为0.001 mg，瑞士梅特勒–托利多集团；

分析天平：CP324S型，分辨力为0.1 mg，德国赛多利斯集团；

超声波清洗仪：8510型，美国必能信(Branson)科技有限公司；

高速冷冻离心机：3–18K型，德国西格玛(Sigma)公司；

冷冻研磨机：Sample Pre 6870型，美国SPEX公司；

玻璃样品瓶：瓶盖带聚四氟乙烯衬垫；

邻苯二甲酸二甲酯(DMP)：纯度不小于99.9%，美国Chemservice公司；

邻苯二甲酸二乙酯(DEP)：纯度不小于98.4%，美国Chemservice公司；

邻苯二甲酸二丁酯(DBP)：纯度不小于99.0%，美国Sigma-Aldrich公司；

邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)：纯度不小于98.8%，美国Sigma-Aldrich公司；

邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)：纯度不小于99.6%，美国Sigma-Aldrich公司；

邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)：纯度不小于98.0%，德国Dr. Ehrenstorfer公司；

同位素内标：6种邻苯二甲酸酯D4标记物纯度均不小于98%，美国剑桥同位素实验室(CIL)；

甲醇、四氢呋喃：色谱纯，德国Merck公司。

1.2 溶液配制

1.2.1 标准溶液和同位素标记溶液

使用XP26型精密电子天平分别称取6种邻苯二甲酸酯及其氘代试剂纯品各约50 mg至小玻璃称量托中(精确至0.001 mg)，记录称量质量后转移至250 mL磨口锥形瓶中，根据纯品称取质量和甲醇密度，准确加入一定体积的甲醇(约100 mL)，混合均匀，得到500 μg/mL的邻苯二甲酸酯标记和非标记溶液，用棕色安瓿瓶分装，每瓶5 mL，冷藏待用。

根据样品初测得到的各组分浓度，分别取约2 mL单一标准储备液，用甲醇配制为混合标准和混合同位素标记物溶液，使得各组分浓度约为9.0～10.0 μg/mL，并尽量保证标记物和非标记物混合溶液中相应组分的浓度一致，用于样品制备时同位素标记物的添加及工作标准的配制。

1.2.2 标准工作溶液

根据样品处理后待测液的浓度，取适量混合标准溶液及混合同位素标记物溶液配制工作标准，使工作标准和样品中待测物浓度、同位素标记物浓度均保持一致。同时，样品待测液由甲醇和四氢呋喃按体积比2∶1组成，应向工作标准中准确添加适量四氢呋喃保持其体系与待测液相同。

1.3 样品制备

接收到同一批样品共3瓶，每瓶10 g，样品为PVC塑料颗粒，直径约2～3 mm。分析前将每瓶样品分别进行冷冻研磨，整瓶样品均研磨至粉末状后用玻璃瓶密封冷藏储存，待测。

使用万分之一天平准确称取0.05 g PVC粉末样品至20 mL玻璃样品瓶中，加入5 mL四氢呋喃至样品中，密封，室温下超声30 min加速样品溶解。样品完全溶解后，向其中加入同位素内标的甲醇混合溶液5 mL(其同位素内标含量与样品中待测物含量须一致)，精确记录加入内标重量后，再次加入5 mL甲醇，摇匀，使聚氯乙烯聚合物形成沉淀。静置约5 min，取适量上层清液至1.5 mL离心管中，于4℃以20 000 r/min高速离心5 min，将上清液转移至进样瓶中进样测定。

处理每批样品时，同时做一份空白样品，除不加样品外，其它步骤与样品处理相同。

1.4 仪器工作条件

1.4.1 气相色谱条件

色 谱 柱：HP–5MS 型 (30 m×0.32 mm，0.25 μm)； 进样体积：1 μL；进样方式：不分流进样；载气：高纯氦气；柱流量：1 mL/min，恒流模式；升温程序：50℃保持1 min，以10℃/min升温至220℃，保持5 min，再以5℃/min升温至280℃，保持5 min。

1.4.2 质谱条件

EI源；电离能量：70 eV；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；采用分段选择离子方式监测，分段时间及选择离子见表1。

表1 目标物及标记物选择离子

2 结果与讨论

2.1 样品前处理方法的优化

在美国消费品安全委员会(CPSC)标准方法［6］基础上，前处理采用四氢呋喃对聚氯乙烯样品进行溶解的方法，为更好地保障样品完全溶解、目标物充分提取，增加了超声波辅助萃取步骤，并选择超声30 min以保证萃取效果；在沉淀溶剂的选择上，主要对比了正己烷和甲醇的沉淀效果，结果表明这两种沉淀试剂对测定结果没有明显影响，但甲醇沉淀的样品溶液更加澄清，沉淀更为完全，因此确定甲醇为沉淀溶剂；此外，采用了同位素稀释质谱法，以同位素试剂为内标，消除了回收率、进样体积误差等因素对测定结果的影响。

需要注意的是，不少塑料材质的实验器皿中含有邻苯二甲酸酯，在实验过程中容易造成干扰，因此应尽量减少使用塑料制品。同时，实验过程中还发现处理好的样品置于色谱进样瓶中搁置时间太长也可能使干扰增多，以DEHP，DNOP为例，处理好后当天测定(图1)与隔天测定(图2)对比，出现了许多干扰物，可能是由于样品瓶盖与样品溶剂作用产生，因此样品制备好后应尽快测定。在使用单点法–同位素稀释质谱法测定时，标准工作溶液与样品溶液中待测物含量、同位素内标含量应尽可能一致，否则测定结果会有偏差。

图1 样品处理后当天测定谱图

图2 样品处理后隔天测定谱图

2.2 气相色谱–质谱条件的选择与优化

采用HP–5MS柱对样品进行分离测定，由于邻苯二甲酸酯类化合物种类多，样品提取液中存在较多干扰物，在方法优化过程中陆续发现DBP，DEHP色谱峰存在干扰，导致峰形不对称、测定结果重复性差，经过升温程序的优化，降低初始温度、升温速率，提高了目标物与干扰物的分离度。

在质谱选择离子的选择上，首先考虑目标物质谱图上丰度最高的离子，但除DMP外，其余目标物丰度最高的离子均为m/z149，不具备特征性，若选择低质量端的离子，质谱本底易对结果产生影响，因此，以丰度较高、质量数较大为原则选择了定量离子；同时，为提高单个离子的扫描速率，提高目标物灵敏度，采用分段扫描方式采集数据，取得了较好的定量结果。

2.3 样品选择离子色谱图

经过仪器条件优化，在最终确定的1.4仪器工作条件下，样品的选择离子色谱图如图3。

图3 样品选择离子色谱图

2.4 测定结果的不确定度

比对样品共3瓶，均来自同一批样品，经过预备实验初步测定各待测物浓度后，正式测定时每瓶样品平行测定两次，分两天进行。每次测定时3瓶样品各取一份子样，同时做一份试剂空白样品，防止测定过程中引入干扰物。

定量方法采用单点校正法，仪器测定时按照空白→标准→样品→标准顺序进行，每个样品重复测定3次，取3次测定平均值作为一个有效结果。样品中各组分含量按式(1)计算：

式中：cs——PVC样品中待测组分浓度，μg/g；

Is——仪器测得样品中待测组分与其同位素标记物峰面积比；

Istd——仪器测得标准中各组分与其同位素标记物峰面积比；

mi,s——样品中添加内标溶液质量，g；

mi，std——标准中添加内标溶液质量，g；

Wstd——标准溶液中邻苯二甲酸酯的绝对量，μg；

ms——取样质量，g。

由计算公式分析可知，测定所用同位素稀释质谱法所得结果不确定度主要来源于样品、内标、标准的称量和配制过程，仪器测定的重复性及标准物质纯度定值的不确定度。本次比对采用重量法配制标准溶液过程引入的不确定度很小，可以忽略，在不确定度评估过程中主要考虑仪器重复性及标准物质纯度引入的不确定度。最终测定结果及扩展不确定度数据(k=2)列于表2。

表2 测定结果及扩展不确定度

2.5 比对结果

最终统计的中国、韩国、日本3国计量院比对结果显示，除DEP测定结果相对标准偏差为2.4%以外，其它5种邻苯二甲酸酯相对标准偏差为0.7%～1.2%，所有测定结果的相对扩展不确定度为1.8%～4.9%，3家实验室的测定结果取得很好的一致性。

中日韩3国实验室均采用溶解–沉淀法进行样品前处理，GC/IDMS法测定。采用四氢呋喃溶解样品后，韩国、日本计量院使用正己烷沉淀聚合物，中国使用甲醇沉淀，结果表明这两种不同的沉淀溶剂对该样品的测定结果无明显影响。

4 结语

采用四氢呋喃为提取溶剂、超声波辅助萃取目标物，再以甲醇沉淀高聚物分子后，冷冻离心取上清液进行GC/MS分析，采用同位素稀释质谱法测定PVC中6种邻苯二甲酸酯增塑剂，该方法准确度高、操作简便。应用该方法对中日韩国家计量院比对样品进行测定，测定结果相对标准偏差为0.7%～3.0%，6种邻苯二甲酸酯测定结果与其它两国取得等效一致，证明了该方法的可靠性。

［1］李丹，周明辉，刘莹峰，等.溶解–沉淀–GC/MS法测定聚氯乙烯塑料中的邻苯二甲酸酯类增塑剂［J］.塑料科技，2010，38(3):92–96.

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［3］GB/T 22048–2008 玩具及儿童用品 聚氯乙烯塑料中邻苯二甲酸酯增塑剂的测定［S］.

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［5］王成云，张绍文，张伟亚. PVC玩具和儿童用品中6 种限用邻苯二甲酸酯类增塑剂的同时测定［J］.聚氯乙烯，2008，36(2):30–33.

［6］CPSC–CH–C1001–09.3 Standard Operating Procedure for Determination of Phthalates［S］.