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微波萃取 气相色谱-质谱法测定增塑剂的方法

时间:2010-08-09      阅读:5995

    增塑剂是常用于添加在塑料制品中的化工助剂,它能改善加工性能,赋予制品柔韧性, 而被广泛应用。单一类型的增塑剂往往不能满足 塑料制品的所有要求,因此通常同时使用多种不同 类型的增塑剂。zui常用的增塑剂主要有四大类,即 邻苯二甲酸酯类、己二酸酯类、磷酸酯类和柠檬酸 酯类.
     增塑剂的广泛应用,对人类的健康危害越来越 大。经动物实验表明,邻苯二甲酸酯类增塑剂对人 类和动物有雌性激素效应,可以引起内分泌失调, 出现生殖系统病变,严重影响人们的身体健康[2]。 而zui近的研究成果表明,己二酸二(2-乙基己基) 酯(DEHA)是一种生物内分泌干扰素,可干扰人体 激素的分泌,在人体内长期积累会导致畸形、癌变 和致突变[3]。其他增塑剂对人类的影响也在加紧 进行评估中。欧盟及一些国家纷纷立法,对增塑剂 的使用进行种种限制。由于常用增塑剂的多样性,因此,建立一个能同时测定塑料制品中多种类型增 塑剂的检测方法,具有十分重要的意义。
    本文以乙酸乙酯为提取溶剂,采用微波萃取法 提取塑料制品中的增塑剂,建立了气质联用法同时测定塑料制品中分属邻苯二甲酸酯类、己二酸酯 类、磷酸酯类和柠檬酸酯类四大类的18种增塑剂 的分析方法,并对实验样品进行测定!

  .1仪器与试剂
气相色谱质谱联用仪,GC3800-MS1200(配 COMBIPAL三合一自动进样器),美国Varian公司; 微波萃取仪,MARS 5,美国CEM公司。 己二酸二(1-丁基戊基)酯(BBPA)、己二酸二 甲酯(DMA)、己二酸二乙酯(DEA)、己二酸二异丁 酯(DIBA)、己二酸二(2-乙基己基)酯(DEHA)、 己二酸二(2-丁氧基乙基)酯(BBOEA)、己二酸二 己酯(DHA),纯度均为99%,Aldrich Chemical公 司;
己二酸二丁酯(DBA)(纯度95%)、邻苯二甲 酸二丁酯(DBP)(纯度99.4%)、邻苯二甲酸二异壬 酯(DINP)(纯度99%),Chemservice公司; 邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)(纯度98%)、邻苯二 甲酸二正辛酯(DNOP)(纯度98%),TCI公司; 邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP),纯 度97%,Fluka公司;
邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP),纯度99.5%, Merck公司;
邻苯二甲酸二庚酯(DHP),纯度97%,Aldrich 公司;
邻苯二甲酸二丙酯(DPRP),纯度98%,Tokyo Kasei Kogyo公司;
乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)(纯度99%)、磷酸 三辛酯(TEHP),北京防化研究院化工厂; 磷酸三丁酯(TBP),纯度98.5%,天津市化学 试剂一厂;
CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、甲醇、正丙醇、乙醇、乙酸乙 酯、异丙醇、石油醚、CCl 4 ,均为分析纯;叔丁基甲醚 为色谱纯。
1.2标准溶液配制
用乙酸乙酯分别配制1.0g/L DMA、DEA、 DIBA、DBA、DEHA、DHA、BBOEA、BBPA、 DBP、BBP、DEHP、DNOP、DINP、DIDP、DHP、 DPRP、TBP、TEHP、ATBC的储备液,使用时再用乙酸乙酯稀释至所需要的浓度。
1.3样品处理
取5~10g塑料样品,将其剪碎至约2.5mm ×2.5mm,混合均匀后称取0.5g样品,置于微波萃 取管中,加入15ml乙酸乙酯,在100℃下微波萃 取30min,然后将萃取液转移至50ml容量瓶中,残 渣用少量乙酸乙酯洗涤3次,合并萃取液,定容至 50ml。准确移取适量该样品溶液至10ml容量瓶 中,加入适量的BBPA内标液,定容至刻度,样品经 0.45有机滤膜过滤后,进行GC-MS分析。
1.4测定条件
色谱柱:DB-5MS毛细管柱(30m×0.25mm× 0.25);
色谱柱温度:初温90℃,恒温1min,以15℃/min 升至200℃,恒温2min,然后以15℃/min升至 235℃,恒温8min,再以5℃/min升至250℃,恒温 2min,zui后以20℃/min升至300℃,恒温7.33min。 进样口温度:250℃;色谱-质谱接口温度:250℃; 离子源温度:250℃;载气:氦气,纯度≥99.999%, 流速1.0ml/min;进样量:1.0;进样方式:不分流 进样,1.0min后开阀;电离方式:EI;质量扫描范围: 45~550amu;全扫描模式;电离能量:70 eV;电子倍 增器电压:1.1kV;溶剂延迟:3min;
定量离子:DMAm/z 114、DEAm/z 128、DIBA m/z 129、DBA m/z 129、DEHA m/z 129、DHA m/z 129、BBOEA m/z 155、DBP m/z 149、BBP m/z 149、 DEHP m/z 149、DNOP m/z 279、DINP m/z 293、 DIDP m/z 307、DHP m/z 149、DPRP m/z 149、TBP m/z 99、TEHP m/z 99、ATBC m/z 185。
2结果与讨论
2.1萃取条件的选择
采用微波萃取方式进行样品前处理,微波萃取 的效率主要取决于三个因素,即萃取时间、温度和 溶剂。
有研究结果显示[12],微波萃取的效率随萃取 时间延长而有所增加,但增长幅度不大,可以忽略 不计。在一般情况下,萃取时间为10~15min就可 保证萃取效果。为确保微波萃取效果,本实验萃取时间选择为30min。 在有机物的萃取过程中,将有机物从基质的活 性位脱附下来是整个萃取过程的关键步骤,较高的 萃取温度有助于提高溶剂的溶解能力,更好地破坏 有机物和基团活性位之间的作用力,同时温度的提 高使溶剂的表面张力和黏度下降,保持溶剂和基质 之间的良好接触[13]。通常情况下,微波萃取温度可 比萃取溶剂的沸点高10~20℃。本实验采用的萃 取温度均比相应溶剂的沸点高20℃。
首先以CH 2 Cl 2 、叔丁基甲醚、CHCl 3 、甲 醇、CHCl 3 /甲醇(2:1)、乙酸乙酯、乙酸乙酯/ CH 2 Cl 2 (1:1)、乙醇、异丙醇、CCl 4 /甲醇(2:1)、石油 醚、正丙醇等12种常用溶剂作为萃取溶剂,采用 微波萃取方式对A、B、C、D、E五种塑料样品进 行萃取,时间均为30min,萃取温度均比各自的沸 点高20℃,综合比较12种溶剂的萃取效率(以 样品中测得增塑剂的质量百分浓度表示),得出 CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、乙酸乙酯、CCl 4 /甲醇(2:1)四种溶 剂的萃取效率较高(表1)。为进一步比较这几种 溶剂的萃取效果,取样品F、样品G、样品H各2份, 进行萃取实验。当采用CH 2 Cl 2 为萃取溶剂时,萃 取温度为65℃,采用其他三种萃取溶剂时,萃取温 度均为100℃,结果表明,这几种溶剂的萃取效率相 差不大。在CH 2 Cl 2 、CHCl 3 、乙酸乙酯、CCl 4 /甲醇 (2:1)这几种溶剂中,乙酸乙酯属低毒类,大鼠经口 LD 50 为5 620mg/kg,其毒性远远小于其他几种溶 剂[14]。因此,综合考虑萃取效率、试剂毒性等因素, 初步选定乙酸乙酯为萃取溶剂。

GB/T 20388—2006采用CHCl 3 为提取溶剂, ASTM D3421—75(该标准目前已废止,但尚无替 代标准,许多实验室仍然使用该检测方法)以CCl 4 / 甲醇(2:1)为提取溶剂。为进一步确定上述溶剂选 择结果,分别以CHCl 3 、乙酸乙酯、CCl 4 /甲醇(2:1) 为萃取溶剂,萃取温度均为100℃,各取J样品2份, 测定萃取效果,结果表明,CHCl 3 、乙酸乙酯、CCl 4 / 甲醇(2:1)3种溶剂的提取效率相差不大,故zui终确 定乙酸乙酯为萃取溶剂。
2.2气相色谱-质谱法测定结果分析
2.2.1定性
选用DB-5MS(30m×0.25mm×0.25)毛细 管柱,应用气相色谱-质谱法具有灵敏度高、选择 性好和抗干扰等特点,对样品进行分析。在试验过 程中,首先通过全扫描方式得到总离子流色谱图, 然后根据保留时间与质谱图和标准品的谱图或标 准谱库进行对照比较,判定目标增塑剂的存在与 否。图1为所研究的18种增塑剂和内标的总离子 流图,从图1可以看出,除DINP、DNOP、DIDP外, 其余15种增塑剂及内标的谱峰之间均可*分 离。

2.2.2定量
根据总离子流色谱图峰面积,以BBPA为内 标,采用内标法定量。除DIDP、DNOP、DINP外, 其余增塑剂色谱分离均比较*,采用总离子流 色谱峰面积或提取定量离子的峰面积即可准确定 量。DINP、DIDP由于有大量同分异构体的存在, 沸点高、沸程宽,同时存在部分重叠,无论采取何种 分离方法均为一系列的“五指峰”,信号响应低,与 其他同浓度的增塑剂信号相比要低1~2个数量级 以上。DNOP的沸点界于DINP、DIDP两者之间, 混在其中出峰,3种增塑剂部分谱峰存在重叠,对其 准确定量带来很大困难。一般选取它们不灵敏但 相对具有一定特征性的碎片来进行定量。这一区 域出现的DINP、DNOP、DIDP的特征离子分别为 293、279、307,三者的提取离子色谱图如图2所示。 因此,可提取各自的特征离子峰进行峰面积定量测 定。DINP和DIDP为“五指峰”,则采用其各自异 构体化合物峰面积加和进行定量。如果样液的检 测响应值超出仪器检测的线性范围,可适当稀释后 测定。
 
2.3线性范围、检测限和回收率
 
本方法确定的实验条件下,各增塑剂在一定 浓度范围内与响应值有很好的线性关系,这个浓度 范围就是其线性范围,各化合物的线性范围见表2。 采用在实际样品中加入一定浓度混标溶液的方式 来测定方法的检测限,在S/N=3的条件下,确定各 化合物的检测限,结果也列于表2中。从表2可以 看出,该方法线性范围宽,检测限低。 采用添加法在实际样品中添加不同浓度水 平的增塑剂混标,进行精密度测定,对于DMA、 DEA,其添加水平分别为40、400、4 000 g,对于 DNOP,其添加水平分别为100、500、2 500 g,对 于DINP、DIDP,其添加水平分别为1 000、5 000、 25 000 g,其余增塑剂的添加水平分别为20、200、 2 000 g。按上述方法进行分析,采用内标法定 量,每个添加水平单独测定7次。实验结果表明, 方法回收率和精密度良好。增塑剂的平均回收率 为93.96%~101.20%,精密度实验的相对标准偏差 (RSD)值为1.09%~5.82%。
2.4实际样品的测试
对从市面上随机购买的63种塑料制品,按本 文方法进行测定,部分阳性样品的测试结果见表3。 表3结果表明,增塑剂分布较普遍,含量有低有高, 本检测方法*塑料中邻苯二甲酸酯类、己二 酸酯类、磷酸酯类、柠檬酸酯类等四种不同类型的 18种增塑剂的检测需求。
 
3结论
以乙酸乙酯为提取溶剂,采用微波萃取技术对 塑料制品中邻苯二甲酸酯类、己二酸酯类、磷酸酯 类、柠檬酸酯类等四种类型的增塑剂进行萃取,然 后采用气质联用法对提取的四类增塑剂进行了测 定,建立了塑料中上述四种类型增塑剂的同时测定 方法,该方法精密度好,准确性高,检出限低,可以很 好地满足塑料中上述四种类型的增塑剂的同时测 定。采用该方法对市售的塑料制品进行了测定,发 现部分塑料制品中不同程度地含有上述四种类型 的增塑剂

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