超高效液相色谱法同时测定纺织品中18种荧光增白剂

汤　娟,　周　佳,　钱　凯,　丁友超,　程　月,　齐　琰

(江苏出入境检验检疫局工业产品检测中心, 江苏 南京 210019)

随着经济和科技的发展,越来越多的消费者选择购买对人体无害的消费品,而绿色环保的消费潮流已扩展到纺织领域。荧光增白剂(fluorescent whitening agents, FWAs)是一种能激发入射光线产生荧光、使所染物质获得类似荧石效应的荧光染料。目前,纺织品中常用的FWAs种类包括三嗪氨基二苯乙烯类、二苯乙烯联苯类、苯并噁唑类、吡唑啉类和碳环类等[1]。

虽有文献[2]显示大多数FWAs是低毒的,但由于其本身含有芳香胺和苯乙烯结构,在毒理性上具有潜在的致癌风险。FWAs中含有特别活跃的结构,较易迁移到角质层或血液中,不易分解,能够降低人体免疫力,甚至造成血液系统受损[3,4]。FWAs对皮肤黏膜具有强烈的刺激作用,使人体出现皮肤起皱、汗液减少、红肿瘙痒、感染出血或紫斑溃烂等症状,甚至会引起变态反应性皮炎或接触性皮炎等疾病[5]。因此,建立测定FWAs的检测方法对纺织品安全至关重要。

表 1 　18种FWAs标准品的信息

目前,国内外针对FWAs已制定相关标准或法规,如GB/T 27741-2011、GB/T 9685-2008和2002/72/EC等,但上述标准或法规主要以塑料制品或纸张为检测基质。文献报道的检测FWAs的基质主要有纸张[6,7]、塑料制品[8,9]、食品[10-12]、化妆品[13,14]、水[15]、洗涤剂[16]和纺织品[17,18]等。仪器方法主要包括共振光散射光谱法[19]、荧光光谱法[20]、离子色谱法[21,22]、液相色谱法(LC)[23-25]、液相色谱-质谱联用法(LC-MS)[26]和超高效合相色谱法(UPC2)[27]等,其中涉及纺织品中FWAs的检测主要集中于天然纤维中阴离子型FWAs或化学纤维中非离子型FWAs。

荧光检测器(FLR)抗干扰能力强,选择性高;UPLC与LC相比,分析速度快,分离度高,样品通量大，灵敏度高。因此,本实验建立了UPLC-FLR同时测定纺织品中18种FWAs的方法,与已报道文献[17,18,27]相比,分析物种类更多。

1　实验部分

1.1　仪器、试剂与材料

Acquity超高效液相色谱仪,配荧光检测器(美国Waters公司); PL602-L和ML54型电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司); KQ-250DB型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。

18种FWAs标准品信息见表1。甲醇、乙腈和乙醇(色谱纯,德国Merck公司);三氯甲烷(分析纯,南京化学试剂有限公司);乙酸铵(色谱纯,美国Sigma公司);乙酸二正己基铵(纯度70%～75%)、四丁基氟化铵(0.5 mol/L)(日本TCI公司)。实验用水为Milli-Q去离子水发生器(美国Millipore公司)制备的超纯水(18.2 MΩ5cm)。59种纺织样品均购于本地市场;阳性样品由上海染料研究所提供。

1.2　标准溶液的配制

准确称取各FWAs标准品,配制成质量浓度为500 mg/L的标准储备液(MST、SPP、APC、VBL、4BK、BBF、CBS-X、CXT、DCB和WG用甲醇配制,ER-2、ER-1、DT、KCB、OB-1、FP、KSN和OB用三氯甲烷配制),于-4 ℃冰箱中避光保存。

分别吸取适量体积的标准储备液,置于50 mL棕色容量瓶中,用甲醇配制成质量浓度分别为1.0 mg/L(MST和CBS-X)、5.0 mg/L(FP)、10 mg/L(ER-2、ER-1、DT、KCB、OB-1、KSN和OB)、25 mg/L(VBL)和50 mg/L(SPP、APC、BBF、4BK、CXT、DCB和WG)的混合标准溶液,使用时用甲醇逐级稀释,配制成所需浓度的混合标准工作溶液。

1.3　样品前处理

将样品剪成约5 mm×5 mm大小,混合均匀。准确称取1.0 g(精确至0.01 g)样品,置于50 mL具塞玻璃管中,加入10 mL三氯甲烷-乙醇(6∶4, v/v),将纤维充分浸湿,于50 ℃超声提取30 min,重复上述提取步骤,合并提取液,于40 ℃旋转蒸发至干,用1 mL甲醇溶解残渣,过0.22 μm有机滤膜,待测。

1.4　分析条件

色谱柱:Waters ACQUITY UPLC HSS T3柱(100 mm×2.1 mm, 1.8 μm);柱温:45 ℃;流动相:(A)5 mmol/L乙酸铵水溶液和(B)甲醇;流速:0.4 mL/min。梯度洗脱程序:0～2.0 min, 85%A～65%A; 2.0～10.0 min, 65%A～30%A; 10.0～11.0 min, 30%A; 11.0～15.0 min, 30%A～10%A; 15.0～27.0 min, 10%A; 27.0～27.1 min, 10%A～85%A; 27.1～28.0 min, 85%A。进样量:2 μL;激发波长:350 nm;发射波长:430 nm。

图 1 　采用不同色谱柱时18种FWAs的色谱图Fig. 1 　Chromatograms of 18 FWAs on different columns　Column: a. ACQUITY UPLC HSS T3 (100 mm×2.1 mm, 1.8 μm); b. ACQUITY UPLC BEH C18 (100 mm×2.1 mm, 1.7 μm); c. ACQUITY UPLC BEH Shield RP 18 (100 mm×2.1 mm, 1.7 μm); d. ACQUITY UPLC BEH HILIC (100 mm×2.1 mm, 1.7 μm).　Peaks 1-18 are the same as that in Table 1.

2　结果与讨论

2.1　色谱柱的优化

本试验分别考察了4种不同键合相的色谱柱对18种荧光增白剂分离效果的影响(见图1),包括ACQUITY UPLC HSS T3(100 mm×2.1 mm, 1.8 μm,三键C18烷基键合)、ACQUITY UPLC BEH C18(100 mm×2.1 mm, 1.7 μm,直链烷烃)、ACQUITY UPLC BEH Shield RP 18(100 mm×2.1 mm, 1.7 μm, C18键合相内嵌氨基甲酸酯极性基团)和ACQUITY UPLC BEH HILIC(100 mm×2.1 mm, 1.7 μm,硅胶)色谱柱。采用ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱时,18种FWAs可获得较为理想的分离效果。另外,还发现部分FWAs在不同色谱柱上的洗脱顺序发生了改变,表现出不同固定相分离选择性的差异。

2.2　流动相的优化

甲醇和乙腈是液相色谱分析时最常使用的有机流动相,经试验可知,甲醇能使18种FWAs得到较好分离。18种FWAs中包含阴离子型化合物,这些化合物在水中均以阴离子形式存在,以水为流动相时,大分子空间位阻使得这些待测物在反相色谱柱上无保留或保留较差,如MST、SPP和APC,理论上离子对试剂可以增强待测物与固定相的结合力。试验比较了不同离子对试剂(5 mmol/L乙酸铵水溶液、5 mmol/L乙酸二正己基铵水溶液和5 mmol/L四丁基氟化铵水溶液)对18种FWAs色谱分离的影响。结果表明,3种离子对试剂均能使阴离子型待测物的保留增强,但以乙酸二正己基铵和四丁基氟化铵为离子对试剂时,部分分析物的分离效果较差,如SPP和APC。因此本试验选用5 mmol/L乙酸铵水溶液作为流动相中的水相。

2.3　提取溶液的优化

纺织品中尤其是非天然纤维纺织品,经各种工艺加工后,对分析物的吸附力极强。本实验分别比较了三氯甲烷、乙醇和三氯甲烷-乙醇(9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9, v/v)混合溶液作为提取剂时18种FWAs的提取率(见图2)。结果表明,当三氯甲烷-乙醇(6∶4, v/v)作为提取剂时,离子型和非离子型FWAs的提取率均较高,故选为实验所用。

2.4　超声时间、超声温度和超声功率的优化

超声提取可促进纤维大分子链蠕动,加快待测物从纤维表面解析溶出,但超声时间过长影响工作效率,超声温度过高或超声功率过大都可能造成待测物发生异构化,使提取物有效成分的含量降低。本实验选择13个阳性样品(均含有本研究的18种FWAs),比较了不同超声时间(10、20、30、40、50和60 min)、超声温度(30、40、50和60 ℃)和超声功率 168、252、336和420 W)对提取总量的影响,实验结果见表2。当超声时间为30 min、超声温度为50 ℃和超声功率为252 W时,18种FWAs的提取总量达到最大值,为5 562.3 mg/kg，故选为实验所用。

图 2 　不同提取溶液对18种FWAs提取率的影响Fig. 2 　Effects of different extraction solvents on the extraction rates of the 18 FWAs　A: chloroform; B: chloroform-ethanol (9∶1, v/v); C: chloroform-ethanol (8∶2, v/v); D: chloroform-ethanol (7∶3, v/v); E: chloroform-ethanol (6∶4, v/v); F: chloroform-ethanol (5∶5, v/v); G: chloroform-ethanol (4∶6, v/v); H: chloroform-ethanol (3∶7, v/v); I: chloroform-ethanol (2∶8, v/v); J: chloroform-ethanol (1∶9, v/v); K: ethanol.

表 2 　不同超声时间、超声温度和超声功率下18种FWAs的提取总量

表 2 　(续)

2.5　线性范围及定量限

将混合标准工作液用甲醇逐级稀释成系列混合标准工作液,按1.4节描述进行测定,外标法定量,以各FWAs的质量浓度为横坐标、对应的峰面积为纵坐标建立标准曲线,得到各FWAs的线性回归方程(见表3)。结果表明,18种FWAs在各自范围内线性关系良好,相关系数(R2)均≥0.999 2。

对系列混合标准溶液进行分析，以信噪比为10(S/N=10)计算方法的定量限(LOQ), 18种FWAs的定量限为0.002～0.1 mg/L。

表 3 　18种FWAs的线性范围、线性方程、相关系数和定量限

y: peak area;x: mass concentration, mg/L.

2.6　回收率及精密度

对阴性棉、涤纶和55%棉涤样品进行3个水平的加标回收试验,每个水平做6次平行。结果表明,棉、涤纶和55%棉涤样品中18种FWAs的平均回收率分别为88.3%～101.2%、90.3%～104.5%和89.8%～103.4%;相对标准偏差(RSD)分别为2.3%～5.4%、2.4%～5.4%和2.0%～5.5%(n=6),详见表4。本方法的回收率及精密度均能满足检测要求。

表 4 　不同添加水平下18种FWAs的回收率和精密度(n=6)

表 4 　(续)

2.7　实际样品检测

应用本方法检测59种纺织样品,其中12种样品检出4BK,含量为78.2～150.2 mg/kg; 6种样品检出CBS-X,含量为57.2～123.9 mg/kg; 3种样品检出ER-1和ER-2,含量分别为123.3～1 119.3 mg/kg和141.3～1 233.2 mg/kg。典型阳性样品色谱图见图3。

图 3 　典型阳性样品中4BK、CBS-X和ER-1、ER-2的色谱图Fig. 3 　Chromatograms of 4BK, CBS-X and ER-1, ER-2 in the typical positive samples

3　结论

本实验建立了UPLC-FLR测定纺织品中18种FWAs的方法。该方法可用同一种前处理步骤处理天然纤维、化学纤维以及混合纤维,灵敏度高,稳定性好,适用于各种纺织品中FWAs的检测。该方法具有一定的实际应用价值,为我国相关部门的监管工作提供科学依据。