气相色谱-质谱联用定量检测溶液中的5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷

王 宝，占锦玉，张进超，郭 宝

(1 福建福清核电有限公司，福建 福清 350300；2 福州大学，福建 福州 350108)

二噁烷是一种有机化合物，别名二氧六环、1,4-二氧己环，该品在医药、化妆品、香料等特殊精细化学品制造，以及科学研究中作为溶剂、反应介质、萃取剂使用。该品对皮肤、肺、粘膜有刺激性，且具有致癌性，因而对于化妆品中1,4-二恶烷的含量有明确的规定和成熟的检测方法。气相色谱-质谱法是一种实用、灵敏、准确的二噁烷检测方法，多数采用简便的顶空自动进样系统[1-4]。据报道，该方法的最低检出限为1.3 ng/g，定量限为4.3 ng/g；当标准工作液在0.026～10.35 mg/L的范围内线性良好[5]。

5-溴-5-硝基-1，3-二噁烷(5-bromo-5-nitro-1,3-dioxane)，CAS#：30007-47-7，是一种二噁烷的衍生化合物，通常为白色结晶性粉末，可溶于水。通常，5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷也用作化妆品的防腐抑菌剂，另外该品还常在磷酸盐缓冲系统中使用。钟吉强等[6]采用气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)法测定化妆品中防腐剂类成分，其中就包括5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷。由于5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷的沸点较高，采用顶空进样效果不理想，必须对样品进行预处理。本文建立气相色谱串联质谱法鉴别并测定缓冲液中的5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷含量的方法，采用甲醇/四氯化碳萃取预处理，并利用外标法建立标准曲线，为缓冲液的有效成分鉴定提供了参考依据。

图1 5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷的分子结构

1 实 验

1.1 主要仪器与装置

试验所用仪器设备型号：离子色谱仪(IC)，Thermo Fisher ICS 5000+；紫外可见近红外分光光度计(UV-Vis), Agilent Cary 7000；全二维气相色谱-高分辨飞行时间质谱联用仪(GC-MS), LECO, PEGASUS HRT 4D plus。

1.2 主要材料与试剂

本实验所用5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷标准物质(AR, 98%)采购自阿拉丁，实验用水为MilliQ超纯水，其他试剂如甲醇和四氯化碳均为分析纯。待测溶液为某厂商提供的pH缓冲液，其参考成分见表1。

表1 待检测溶液的参考成分

1.3 溶液配制与样品前处理

精密称取5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷固体粉末纯物质，用去离子水定容，分别配制成质量浓度为0.004%，0.02%，0.1%，0.5%，2.5%的系列标准溶液，置于4 ℃冰箱保存。气相色谱进样前，试样经10倍去离子水稀释后，取1.5 mL，经甲醇和四氯化碳提取，四氯化碳回收体积约为10 μL。提取时间为15 min。

1.4 实验条件

1.4.1 色谱条件

根据气相色谱柱的适用温度范围及化合物的沸点，采用Rxi-5ms毛细管色谱柱，在实验色谱条件下待测化合物均有较好的分离效果和色谱峰形。色谱柱品牌 RESTEK，一维柱 Rxi-5MS 30 m，二维柱 Rxi-17 Sil MS 2 m，柱内径250 μM 膜厚0.25 μM，载气为氦气，载气流量 1.4 mL/min。进样口温度280 ℃，分流1:100进样，炉温初始温度50 ℃，以10 ℃/min升至280 ℃，保持5 min，进样量1 μL。

1.4.2 质谱条件

EI 离子源；离子源温度：250 ℃；四级杆温度：130 ℃；电子能量：70 eV；溶剂延迟：400 s；传输线温度：280 ℃；扫描速率11.9张谱图/s；扫描范围 35～550 amu；高分辨模式。

2 结果与讨论

2.1 待测溶液的定性分析

根据厂商提供的资料，待测溶液中还含有无机盐和少许染料，本文就此开展了一系列实验定性确定这些物质的成分，是5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷测定的必要前提。

由图2中的离子色谱可知，溶液中存在的主要阴离子为磷酸根，其出峰时间为25～26 min。从溶液中测出的其它阴离子，如氯离子、氟离子，出峰时间10 min以内，但通过峰面积对比可以这些离子的含量极少。

图2 待测溶液稀释100倍后的离子色谱图

本试验中待测溶液的吸收光谱只出现一个吸收峰，峰值在426 nm，如图3所示。这与文献报道的柠檬黄的最大吸收波长一致[7]。磷酸根、磷酸二氢根、5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷在试验波长范围内均不具有光谱特性。

因本文的重点是考察气相色谱质谱法对5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷的定量检测，未利用离子色谱法或吸收光谱法对待测液中的磷酸盐和柠檬黄进行定量分析。

图3 待测溶液(未稀释)的紫外可见吸收光谱

2.2 目标物质的GC-MS(气质联用仪)分析

普通二噁烷，如1,4-二氧己环的沸点为101 ℃，可以采用顶空进样进入色谱分离。而5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷在常压下的沸点为280.8 ℃，闪点为123.6 ℃，采用顶空进样的效果不理想。故而采用萃取方法分别对标准样品和待测样品进行预处理，甲醇和四氯化碳在水中分散性较好，因而使用其提取目标物质。同时待测样品中的大量无机盐可以与目标物质有效分离，避免测试的干扰或损伤色谱柱。

图4为待测溶液和5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷的标准溶液(0.5%)的总离子流图。可见5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷在507 s左右出现保留峰，另有正十一烷(Undecane)在403 s左右出峰。图5为5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷的质谱图与标准库质谱图对比，可见匹配度较高。正十一烷在待测溶液和标准溶液的测试中都是不可避免的，疑似为溶剂分解产生。

图4 待测溶液(a)和0.5%的5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷标液(b)的总离子流图

图5 待测样品中5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷的质谱图与

仪器对所测样品的色谱峰进行了自动识别，其中待测样品的色谱峰识别如表2所示，除上述较强的正十一烷和5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷外，待测样品和标液中均存在一些低强度的杂峰，出峰时间介于两强峰之间，且与数据库中各物质的匹配度都不高。

表2 待测样品的色谱峰识别

2.3 GC-MS方法学考察

按照选定的仪器条件对一系列浓度标准溶液样品进样检测，以目标物的质量百分浓度(X)为横坐标，待测化合物的峰面积(Y)为纵坐标作图。由图6可见，线性关系良好，相关系数为0.9999，对待测浓度的预测可靠。方法具有较高的灵敏度，当样品中目标物超过此线性范围时，可适当进行稀释后测定。取某一浓度的标准溶液，在上述测定条件下于24 h 内重复进样5次，测得各待测化合物峰面积的RSD 为2.6%，表明测试均具有较高的稳定性。对待测样品的5次平行试验结果显示，送检缓冲液中的5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷含量为0.045%。

图6 根据5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷所对应的峰面积得到的线性回归拟合方程

3 结 论

采用甲醇/四氯化碳萃取法可以有效提取缓冲液中的5-溴-5-硝基-1,3-二噁烷，排除缓冲液中无机盐离子的干扰。利用色谱图的峰面积定量分析目标物质，利用外标法建立的标准曲线线性关系良好，测试的稳定性较高，最终建立了气相色谱串联质谱法鉴别并测定缓冲液中的含量的方法。