固相萃取结合气相色谱-质谱法测定皮革中的14种阻燃剂

王 莉，王 斌，罗海英，冼燕萍，吴玉銮，董 浩，陈宗良

(广州质量监督检测研究院 国家皮革制品质量监督检验中心(广州)，广东 广州 511447)



固相萃取结合气相色谱-质谱法测定皮革中的14种阻燃剂

王 莉，王 斌，罗海英，冼燕萍，吴玉銮*，董 浩，陈宗良

(广州质量监督检测研究院 国家皮革制品质量监督检验中心(广州)，广东 广州 511447)

采用固相萃取结合气相色谱-质谱(GC-MS)技术，建立了皮革中14种多氯联苯及磷酸三酯类阻燃剂(TEP，TBP，TCEP，PCB18，TCPP，PCB101，PCB153，PCB138，TPhP，TEHP，PCB180，o-TTP，m-TTP，p-TTP)的高通量检测方法。皮革样品经乙腈超声提取后，采用Florisil 固相萃取柱净化，经DB-5MS色谱柱分离，GC-MS的选择离子监测(SIM)模式监测，以保留时间和特征离子比值定性，外标法定量。14种阻燃剂在一定浓度范围内线性关系良好，相关系数(r2)均大于0.998，方法检出限为25.0～50.0 μg/kg，平均回收率为82.0%～112.8%，相对标准偏差(RSD，n=6)为2.1%～9.4%。方法的前处理简单快速，灵敏度高，适用于皮革中14种阻燃剂的同时测定。

皮革；阻燃剂；固相萃取；气相色谱-质谱

多氯联苯(Polychlorinated biphenyls，PCBs)及磷酸三酯类化合物(Organophosphate esters，OPEs)是常见的阻燃剂。多氯联苯类阻燃剂是一类苯环上与碳原子连接的氢被氯取代的联苯化合物，其性质稳定，难以降解，可通过食物链富集[1]。磷酸三酯类化合物属于有机磷阻燃剂，此类阻燃剂多为液体，主要以添加方式加入到材料中，因此极易进入周围环境[2]。研究显示，PCBs和部分OPEs(TBP,TCEP等)能够侵害人的神经系统、肝脏、肾脏等，且具有潜在致癌作用[3-4]。因此，斯德哥尔摩公约将PCBs列为优先控制的12类持久性有机污染物之一[5]，欧洲化学管理局(ECHA)等对OPEs进行了评估，并制定了相关的管控措施[6]。

目前检测PCBs及OPEs大多采用液液提取[7-8]或固相萃取[9-12]等前处理方式，索氏抽提法[13]因耗时且溶剂量大，应用相对较少。两类阻燃剂的仪器分析方法主要有气相色谱法[7,14]、气相色谱-质谱法[10-13,15]等，OPEs的仪器分析方法还有液相色谱-质谱法[16-17]。

皮革作为一种性能优良的材料，已被广泛应用于生产和生活的各领域。在加工过程中，除了考虑皮革的手感、物理机械性能及挥发雾化等指标外，还需对其进行适当的阻燃处理，以符合安全防火的要求[18]。国内现有的关于PCBs的检测方法研究集中在电子电气产品[13]、纸制品[19]、水及水产品[10]、植物油[20]等基质，OPEs的检测方法研究集中在水[11-12,16-17]、纺织品[14-15,21]、土壤[22]等基质，两类阻燃剂在皮革中的检测研究鲜有报道，仅有蒋小良等[23]测定了皮革中阻燃剂磷酸三(2-氯乙基)酯，该方法涉及的检测物质单一，检出限为0.04 mg/kg。因此，有必要开展皮革中多氯联苯及OPEs等14种阻燃剂的高通量检测方法研究。

本文针对皮革基质的特点，对色谱-质谱条件、萃取条件、净化条件等方面进行了优化，采用固相萃取结合气相色谱-质谱技术，建立了皮革中TEP等14种阻燃剂的气相色谱-质谱测定方法。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

Agilent 7890A GC-5975C，配7683自动进样器，MS2 Minshaker涡旋振荡器(德国IKA公司)，KQ-500E超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)，N-EVAP 112水浴氮吹仪(美国OA公司)，KDC-400低速离心机(科大创新公司)。

磷酸三乙酯(TEP，纯度≥99.9%)、磷酸三丁酯(TBP，纯度≥99.5%)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP，纯度≥98.5%)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP，纯度≥67.3%)、磷酸三苯酯(TPhP，纯度≥99.5%)、磷酸三辛酯(TEHP，纯度≥98.0%)、磷酸邻三甲酚酯(o-TTP，纯度≥97.0%)、磷酸间三甲酚酯(m-TTP，纯度≥97.0%)、磷酸对三甲酚酯(p-TTP，纯度≥97.0%)标准品均购自德国Dr.Ehrenstorfer公司；2，2′,5-三氯联苯(PCB18，纯度≥96%)、2,2′,4,5,5′-五氯联苯(PCB101，纯度≥98%)、2,2′,4,4′,5,5′-六氯联苯(PCB153，纯度≥95%)、2,2′,3,4,4′,5′-六氯联苯(PCB138，纯度≥97.4%)、2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯联苯(PCB180，纯度≥93%)标准品均购自美国Accustandard公司。甲醇、乙腈、丙酮、正己烷、乙酸乙酯(色谱纯，美国Fisher公司)，超纯水(18.2 MΩ·cm)。

Florisil固相萃取柱(1 000 mg，6 mL,Agilent科技有限公司)，ENVI-Carb固相萃取柱(500 mg，6 mL,美国Waters公司)，C18固相萃取柱(500 mg，6 mL，上海安谱科学仪器有限公司)，硅胶固相萃取柱(500 mg，3 mL，上海安谱科学仪器有限公司)。

12个皮革样品(购自市场)。

1.2 标准工作溶液的配制

5种多氯联苯和9种OPEs用丙酮溶解并配成单标标准储备液；分别吸取适量的单标储备液，用丙酮逐级稀释成浓度为1.0 mg/L的5种多氯联苯和9种OPEs混合标准溶液。置于4 ℃冰箱保存。临用时，用丙酮稀释成所需浓度。

1.3 样品前处理

将皮革样品剪碎(约5 mm×5 mm小片)，混合均匀。称取0.2 g样品于50 mL离心管中，加入4 mL乙腈，涡旋振荡1 min，超声10 min，2 000 r/min离心3 min，收集上清液于玻璃试管中。重复提取1次，合并提取液。提取液置于40 ℃水浴中氮气吹干，用1 mL正己烷溶解残渣，待净化。

分别用6 mL乙酸乙酯和12 mL正己烷活化和平衡Florisil固相萃取柱，将待净化液转移至SPE小柱，待溶液全部流出后，用6 mL乙酸乙酯洗脱，流速控制约为30～40滴/min，收集洗脱液，于40 ℃水浴中氮气吹干，用丙酮复溶并定容至1.0 mL，过0.22 μm滤膜，供GC-MS测定。

1.4 仪器分析条件

1.4.1 气相色谱条件 色谱柱：DB-5MS石英毛细管气相色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气：高纯氦气，恒流模式，流速1.0 mL/min；升温程序：初始温度50 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至300 ℃，保持5 min；进样口温度：280 ℃；进样量：1 μL，不分流进样；溶剂延迟：4.5 min。

1.4.2 质谱条件 离子源：EI，70 eV；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；传输线温度：280 ℃；选择离子监测模式(SIM)。待测物的参考保留时间、定性和定量离子碎片见表1。

表1 14种阻燃剂的参考保留时间、定量和定性选择离子

图1 14种阻燃剂混合标准溶液(200 μg/L)的SIM总离子流色谱图Fig.1 SIM chromatogram of 14 flame retardants(200 μg/L)the number denoted was the same as that in Table 1

图2 不同溶剂对皮革样品中14种阻燃剂的提取效果Fig.2 Extraction effect of 14 flame retardants in leather using different kinds of solvent

图3 不同SPE柱对皮革样品提取液中14种阻燃剂的净化回收率Fig.3 Recoveries of 14 flame retardants in leather extract purified by different SPE columns

2 结果与讨论

2.1 色谱-质谱条件的优化

为减少干扰，提高方法的选择性和灵敏度，本研究采用选择离子监测模式(SIM)对化合物离子对进行分析。首先对混合标准溶液进行质谱全扫描模式(Scan)分析，得到其总离子流图，调整色谱分离参数，获得各化合物最佳的分离条件。根据总离子流图选择各目标分析物的特征碎片离子，尽量选择丰度高、质量端高的离子进行测定，根据保留时间划分时间段，使每个时间段所监测的目标化合物数量尽量少。根据分析物的类型、保留时间和目标监测离子确定质谱选择离子分析参数，建立气相色谱-质谱分析方法。各目标化合物混合标准溶液(200 μg/L)的SIM总离子流色谱图见图1。

2.2 萃取条件的优化

皮革加工过程中，常通过浸润油脂或加入加脂剂来增强皮革的饱满度和柔软度，提高皮革的物理和机械性能[24]，因此皮革普遍难被水润湿，宜采用有机溶剂对皮革进行处理。本研究比较了极性由强到弱的甲醇、乙腈、丙酮、正己烷-丙酮(50∶50)、正己烷作为提取溶剂对皮革中14种目标物质(加标浓度200 μg/kg)的提取效果，结果如图2所示。除乙腈外，其他溶剂对TEP的回收率偏离正常水平(大于120%或小于50%)，如丙酮因极性相对较弱，皮革提取液中油脂杂质较多[25]，甲醇对于极性基质的共萃效应明显，提取液中共有的杂质含量过高不仅影响14种目标物的提取效果，而且会带来基质效应，影响仪器检测的灵敏度和准确性。而乙腈对各目标物的提取率较为均衡，整体萃取效果最好，回收率稳定在85%～110%之间，综合上述原因，本文选取乙腈作为最佳提取溶剂。

2.3 净化条件的优化

2.3.1 固相萃取小柱种类的优化 由于皮革含有大量油脂和胶原蛋白等物质，在加工过程中又添加大量助剂、染料，使得样品提取液存在复杂的干扰物[26]，因而提取液在测试前需经过净化处理。本研究采用固相萃取法去除提取液中的杂质，并比较了C18，Florisil，硅胶和ENVI-Carb固相萃取柱对提取液的净化效果，结果见图3。由图3可知，C18柱对样品的净化能力较弱，大多数目标物的回收率低于80%；ENVI-Carb柱对杂质有较强的吸附能力，但洗脱液中共有的杂质对TCEP，TCPP，TPhP和TEHP等物质的干扰较大，使其回收率大于130%；硅胶柱对目标物质的回收率与Florisil 柱相近，但TBP及PCB18的回收率较低；而Florisil 柱对14种目标物净化的整体回收率在83.8%～124.3%之间，回收率稳定，净化效果好，这是由于Florisil柱的填料为硅酸镁，具有比表面积大、孔隙率高、吸附能力强等特点，能较好地去除皮革中的染料、脂肪及其他助剂。因此，本实验选用Florisil 柱对皮革的提取液进行净化。

2.3.2 洗脱剂的种类及用量优化 不同种类洗脱溶剂对固相萃取柱的净化效果有一定影响，因此，本研究比较了乙酸乙酯、丙酮、正己烷-乙酸乙酯(95∶5)、正己烷-乙酸乙酯(50∶50)的净化效果。结果显示，目标物经不同洗脱溶剂净化洗脱后的回收率大小关系为：正己烷-乙酸乙酯(50∶50)≈乙酸乙酯>丙酮>正己烷-乙酸乙酯(95∶5)。正己烷-乙酸乙酯(95∶5)因极性小，不能洗脱TBP，TCEP，TCPP，TPhP，TEHP，m-TTP和p-TTP；丙酮对目标物洗脱的回收率小于乙酸乙酯；正己烷-乙酸乙酯(50∶50)与乙酸乙酯的洗脱效果相近，但由于乙酸乙酯对TCEP与TEP的回收率远高于正己烷-乙酸乙酯(50∶50)，因此选取乙酸乙酯为洗脱溶剂。

进一步考察了洗脱溶剂用量对回收率的影响。结果显示，洗脱溶剂用量少时，不能完全将目标物从萃取柱中洗脱，回收率低；但用量过大时，则会增加杂质的含量，影响净化效果。本研究比较了乙酸乙酯用量分别为3，6，9 mL时的回收率，发现当乙酸乙酯用量为 6 mL时，所有目标物质已洗脱完全，杂质含量少，此时的净化效果最好，回收率最高。因此洗脱溶剂选用6 mL乙酸乙酯。

2.3.3 方法的基质效应 化学分析中，基质是指样品中除被分析物以外的组分。基质常对分析物的分析过程有显著干扰，并影响分析结果的准确性。为考察方法的基质效应，本实验选取空白样品，采用优化后的方法获取样品的基质空白溶液，配制浓度为定量下限(LOQ，S/N=10)，2LOQ，10LOQ的基质校正溶液，以待测物在基质校正溶液与纯标准溶液的响应差值为分子，纯标准溶液响应值为分母计算表征基质效应。结果表明，14种待测物经优化实验条件提取后，基质效应为-7%～18%，表明样品基质对样品定量检测影响较小，可以忽略。在计算化合物的含量时，可直接采用混合标准工作溶液对化合物含量进行校正。

2.4 线性关系与检出限

按“1.2”配制系列目标物混合标准工作溶液，其中TEP，TCPP，TPhP和TCEP的浓度分别为30.0，100.0，200.0，500.0，1 000，2 000 μg/L；TBP，PCB18，PCB101，PCB153，PCB138，TEHP，PCB180，o-TTP，m-TTP及p-TTP的浓度分别为15.0，50.0，100.0，200.0，500，1 000 μg/L。按优化仪器条件进行检测，以各待测物的峰面积为纵坐标(y)，以相应的质量浓度为横坐标(x，μg/L)作回归曲线，得到各待测物的线性方程。分别以3倍信噪比和10倍信噪比计算方法检出限(LOD，S/N=3)和定量下限(LOQ，S/N=10)。14种阻燃剂的线性回归方程、线性范围、相关系数(r2)、LOD和LOQ见表2。可见，14种阻燃剂在相应的浓度范围内线性关系良好，r2均大于0.998；LOD为25.0～50.0 μg/kg。

表2 14种阻燃剂的线性方程、相关系数、方法检出限与定量下限

2.5 方法回收率与精密度

选取皮革样品进行3个水平(LOQ，2LOQ，10LOQ)的加标回收实验，6次平行实验的结果见表3。由表3可知，在添加浓度范围内，14种阻燃剂的平均回收率为82.0%～112.8%，相对标准偏差(RSD，n=6)为2.1%～9.4%，表明本方法具有良好的回收率与精密度。

表3 回收率和精密度测定结果(n=6)

图4 牛皮革样品的选择离子色谱图(m/z=99.0)Fig.4 Selected ion chromatogram of a cow leather sample(m/z=99.0)

2.6 实际样品检测

使用本方法测定了10个皮革样品。10个样品中均检出TBP，9个样品检出TEP，其他目标阻燃剂未检出。其中，TBP的检出含量为0.42～4.41 mg/kg；TEP的检出含量为0.55～3.56 mg/kg。图4为牛皮革样品萃取液中TEP与TBP的选择离子色谱图。根据实际样品的检测结果可知，市场上销售的皮革制品，存在添加磷酸三酯阻燃剂的行为。

3 结 论

建立了固相萃取结合气相色谱-质谱测定皮革中TEP等14种阻燃剂的高通量检测方法。通过试验优化色谱-质谱条件、提取条件及净化条件，得到最佳的实验条件。检出限、回收率和精密度等方法学技术指标的研究表明，本方法准确、灵敏，具有良好的回收率和精密度，可为定性定量分析皮革中阻燃剂提供一种准确有效的检测方法。

[1] Liu Z J，Bai X.Environ.Sci.Manage.(刘子靖，白昕.环境科学与管理)，2005，30(4)：103-104.

[2] Wang X W，Liu J F，Yin Y G.Prog.Chem.(王晓伟，刘景富，阴永光.化学进展)，2010，22(10)：1983-1992.[3] Li L T，Xie Q.J.Univ.Sci.Technol.Suzhou:Eng.Technol.(李兰廷，解强.苏州科技学院学报：工程技术版)，2004，17(3)：15-21.

[4] Elena M C，Carmen G B，Andrea S，Sigrid S，Oliver G.Sci.TotalEnviron.，2007，388：290-299.

[5] United Nations Environmental Program.Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants，Geneva.2001.

[6] European Chemicals Agency(ECHA).Candidate List of Substances of Very High Concern for Authorisation.2010-01-13.

[7] Andresen J，Bester K.WaterRes.，2006，40(3):621-629.

[8] Gao R，Rao Z，Guo X C，Huang Y，Li X J.J.Instrum.Anal.(高冉，饶竹，郭晓辰，黄毅，李晓洁.分析测试学报)，2014,33(5):539-544.

[9] Ai L F，Li W，Wang J，Ma Y S，Chen R C，Guo C H.J.Instrum.Anal.(艾连峰，李玮，王敬，马育松，陈瑞春，郭春海.分析测试学报)，2015,34(5):570-575.

[10] Li Q，Xia J，Bai Y K，Cai L P，Zhang Y.J.Chin.MassSpectrom.Soc.(李强，夏静，白彦坤，蔡立鹏，张岩.质谱学报)，2012，33(5)：295-300.

[11] Yan X J，He H，Peng Y，Wang X M，Gao Z Q，Yang S G，Sun C.Chin.J.Anal.Chem.(严小菊，何欢，彭英，王晓萌，高占啟，杨绍贵，孙成.分析化学)，2012，40(11)：1693-1697.

[12] Lü J X，Sun J，Dong J,Liu Y Q,Pan Y X，Ren F.J.Anal.Sci.(吕建霞,孙军,董静,刘永强,潘玉香,任芳.分析科学学报)，2011，27(6):755-758.

[13] Weng R R，Liang M，Jiang X L，Tang X.FujianAnal.Test.(翁若荣，梁鸣，姜晓黎，唐熙.福建分析测试)，2009，18(2)：1-5.

[14] Mu J Z，Li X，Zhang B，Jiang L Y.Chin.J.Chromatogr.(慕俊泽，李宣，张斌，江丽媛.色谱)，2007，26(3)：389-391.

[15] Xing Y N，Wang X，Chen Z Y，Suo Y Y，Lin H X.Chin.J.Anal.Chem.(幸苑娜，王欣，陈泽勇，索彦彦，林浩学.分析化学)，2012，40(9)：1403-1408.

[16] Rodil R，Quintana J B，Reemtsma T.Anal.Chem.，2005，77(10)：3083-3089.

[17] Wang X W，Liu J F，Yin Y G.J.Chromatogr.A，2011，1218(38)：6705-6711.

[18] Huang Z，Li L X，Chen W Y.J.ShanxiUniv.Sci.Technol.:Nat.Sci.Ed.(黄瓒，李立新，陈武勇.陕西科技大学学报：自然科学版)，2004，22(3)：139-142.

[19] Tan J H，Li H Y，Zheng Y M，Wang J C，Chen Q H，Shen C W，Guo C H，Xi S F，Li W S.J.Instrum.Anal.(谭建华，李慧勇，郑艳明，王继才，陈乔华，沈聪文，郭长虹，席绍峰，李伟盛.分析测试学报)，2009，28(3)：330-332.

[20] Huang D M，Shi Y F，Qian B L，Wang Y，Jiang Z J.J.Instrum.Anal.(黄冬梅，史永富，钱蓓蕾，王媛，姜朝军.分析测试学报)，2008，27：183-186.

[21] Wang C Y，Li L X，Xie T T，Zhang W Y，Liu C M，Zhu N Q.Chin.J.Chromatogr.(王成云，李丽霞，谢堂堂，张伟亚，刘彩明，褚乃清.色谱)，2011，29(8)：731-736.

[22] Lu J X,Ji W,Ma S T,Yu Z Q,Wang Z,Li H,Ren G F,Fu J M.Chin.J.Anal.Chem.(鹿建霞，季雯，马盛韬，于志强，王昭，李寒，任国发，傅家谟.分析化学)，2014，42(6)：859-865.[23] Jiang X L，Yu J，Hu J W，Chen K.Chin.Leath.(蒋小良，余建，胡加文，陈凯.中国皮革)，2014,(15)：6-8.[24] Shan Z H.TanningChemistryandTechnology.Beijing：Science Press(单志华.制革化学与技术.北京：科学出版社),2005：154.

[25] Dong Z L，Yang C G，Xiao S S，Zhao J H，Li Y C.Chin.J.Anal.Chem.(董振霖，杨春光，肖珊珊，赵景红，李一尘.分析化学)，2009,(5)：698-702.

[26] Zhao Y，Qi X X.Chin.J.Chromatogr.(赵洋，戚晓霞.色谱)，2010，28(1)：54-58.

Determination of 14 Kinds of Flame Retardants in Leather by Solid Phase Extraction Combined with GC-MS Method

WANG Li，WANG Bin，LUO Hai-ying，XIAN Yan-ping，WU Yu-luan*，DONG Hao，CHEN Zong-liang

(Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute，National Center for Quality Supervision and Testing of Leather Product(Guangzhou)，Guangzhou 511447，China)

A new method was established to determine 14 kinds of polychlorinated biphenyls(PCBs) and organophosphate esters(OPEs) flame retardants(including TEP，TBP，TCEP，PCB18，TCPP，PCB101，PCB153，PCB138，TPhP，TEHP，PCB180，o-TTP，m-TTP andp-TTP) in leather by solid phase extraction(SPE) coupled with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The samples were ultrasonically extracted with acetonitrile，and purified with a Florisil solid phase extracting column.Analytes were successfully separated on a DB-5MS capillary column,and detected by GC-MS in selected ion monitoring mode(SIM).Analytes were qualitatively analyzed via retention time and abundance ratio of characteristic ions，and quantified by the external standard method.14 flame retardants presented favorable linearity in the respective linear ranges，with correlation coefficients(r2) more than 0.998.The detection limits(S/N=3) ranged from 25.0 μg/kg to 50.0 μg/kg，the average recoveries(n=6) were in the range of 82.0%-112.8%，and the relative standard deviations(RSDs，n=6) were 2.1%-9.4%.The method is accurate，rapid and sensitive,and is suitable for the determination of 14 flame retardants in leather samples.

leather;flame retardant;solid phase extraction(SPE);gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

2016-05-12；

2016-07-27

广东省质量技术监督局科技项目(2015PZ06)；广州市质量技术监督局科技项目(2014KJ37)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.12.006

O657.63;TQ314.248

A

1004-4957(2016)12-1548-06

*通讯作者：吴玉銮，博士，教授级高级工程师，研究方向：色谱质谱检测，Tel：020-82022303，E-mail：docwu@126.com