超臨界CO2/索氏抽提法測定勺子中14種PAEs
張飛1，3，鄭家概1，林欽恒1，方麗1，陳嘉勛1，左雄軍2*
1．中國廣州分析測試中心，廣東省化學危害應急檢測技術重點實驗室（廣州510070）；
2．華南師范大學實驗中心（廣州510006）；3．華南師范大學化學與環(huán)境學院（廣州510006）
摘要建立了用于檢測添加在乙酰檸檬酸三丁酯（ATBC）中14種鄰苯二甲酸酯(PAEs)的高效液相色譜法。建立了超臨界CO2／索氏抽提-高效液相色譜法測定塑料勺子中14種鄰苯二甲酸酯的分析方法。勺子粉碎后，先經超臨界CO2流體萃取，將勺子內部的塑化劑萃取到表面后，再由索氏抽提法制得提取液。采用C18柱，流動相為水和乙腈，梯度洗脫，流速1.0 mL/min，檢測波長224 nm，乙酰檸檬酸三丁酯和14種鄰苯二甲酸酯可實現良好分離�？疾炝顺R界CO2萃取溫度、壓力和時間對萃取效率的影響。優(yōu)化出最佳萃取條件：溫度55℃，壓力25 MPa，時間3h。與溶解沉淀法、超聲波提取法和索氏抽提法相比，該方法準確、可靠，適用于基體較為致密樣品中14種鄰苯二甲酸酯的提取與檢測。
關鍵詞鄰苯二甲酸酯；乙酰檸檬酸三丁酯；超臨界CO2-索氏抽提法；高效液相色譜法
鄰苯二甲酸酯類( PAEs)是通用型塑化劑，此類塑化劑引起的環(huán)境和毒性問題近年得到普遍關注。歐盟、美國等已禁止此類物質用在食品、醫(yī)藥等方面。乙酰檸檬酸三丁酯( ATBC)具有無毒、生物降解性好和揮發(fā)性小等優(yōu)點，被美國食品與藥物管理局( FDA)批準用于食品包裝、醫(yī)療器具和兒童玩具等材料的增塑。由于PAEs價格低廉、應用工藝成熟，難免有個別企業(yè)會繼續(xù)使用PAEs塑化劑或ATBC-PAEs復合塑化劑增塑。建立準確的ATBC與PAEs復合塑化劑的分析方法十分必要。
眾所周知，一次性塑料勺子在日常生活中隨處可見，應用甚廣。而對塑料勺子中PAEs的測定還未見報道。PAEs主要通過氫鍵和范德華力結合在在塑料勺子中。由于受到外部環(huán)境的影響，勺子中的PAEs會遷移出來，存在安全隱患。針對塑料制品的前處理方法主要有：溶解一沉淀法、超聲波提取法和索氏抽提法。一次性塑料勺子的主要成分是聚丙烯( PP)，結構致密。傳統的溶劑提取法，只能提取到塑料表層的塑化劑，而內部的塑化劑提取不到，導致檢測結果偏低。超臨界流體屬于高密度流體，性質介于氣體和液體之間，具有高滲透性和高溶解能力，是國際上最先進的物理萃取技術。超臨界流體萃取法分為動態(tài)法、靜態(tài)法和循環(huán)萃取法三種。其中，靜態(tài)法適用于基體較為致密、流體不易滲透的樣品。最常用的流體是CO2，它對固體樣品的滲透力強，樣品內部的PAEs容易被提取出來。
試驗建立的方法可同時測定ATBC和14種PAEs，為ATBC的質量監(jiān)控提供技術參考。建立了超臨界CO2-索氏抽提法作為PP勺子的前處理方法。與溶解-沉淀法、超聲波提取法和索氏抽提法相比，該方法準確、可靠，適用于PP勺子中14種鄰苯二甲酸酯的測定。
1試驗部分
1.1儀器與試劑
SHIMADZU LC-20A 2300高效液相色譜儀一二極管陣列檢測器：日本島津公司；Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀：美國安捷倫科技公司；KQ-2200型超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋：上海浦東榮豐科學儀器有限公司；JFC-300液氮冷凍粉碎機：格雷菲尼科技有限公司；超臨界萃取裝置：華安超臨界萃取有限公司；恒溫培養(yǎng)振蕩器：上海智城分析儀器制造有限公司。
甲醇、乙腈：色譜純，Merck;重蒸水：自制；無水乙醚、乙醇、正己烷、四氫呋喃：色譜純，Aladdin。玻璃器皿洗凈后，用重蒸水淋洗，乙醇浸泡1h后，倒置，自然風干。
14種鄰苯二甲酸酯類：二甲酯( DMP)、二乙酯( DEP)、二丙酯(DPRP)、丁酯苯甲酯(BBP)、
二異丁酯( DIBP)、二丁酯(DBP)、二戊酯( DPP)、二環(huán)己酯(DCHP)、二庚酯(DHP)、二（2-乙基己基）酯(DEHP)、二壬酯(DNP)、二正辛酯( DNOP)、二異壬酯(DINP)、二異癸酯( DIDP)；乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC)均購自Accu Standard。
1.2標準溶液的配制
分別稱取14種PAEs各100.0 mg，甲醇定容至100.0mL，作為標準儲備液，4℃避光儲存。使用時用甲醇稀釋至所需濃度。
稱取乙酰檸檬酸三丁酯100.0 mg，甲醇定容至50mL，作為標準儲備液，4℃避光儲存。使用時用甲醇稀釋至所需濃度。
1.3樣品預處理
將勺子剪碎至最大長度不超過2 mm后，用液氮冷凍粉碎機粉碎，過80目篩，備用。
1.3.1溶解一沉淀法
準確稱量0,10 g樣品于50 m L容量瓶中，加入30mL四氫呋喃，密封后放在震蕩器上緩慢搖動3h后，滴加正己烷直至定容，搖勻后靜置1h。移取25 m L至K-D濃縮瓶，用氮氣吹干，甲醇定容至1 m L，過濾待測。
1.3.2超聲波提取法
準確稱量0.5 g樣品于具塞三角瓶中，加入100 m L正己烷，密封后超聲提取1h，移取25 mL至K-D濃縮瓶，用氮氣吹干，甲醇定容至1 m L，過濾待測。
1.3.3索氏抽提法
準確稱量0.8 g樣品，用濾紙筒包好，放入索氏抽提管內。在圓底燒瓶內加入100 m L無水乙醚作為萃取劑，60℃恒溫水浴抽提6h。通過蒸浴讓乙醚揮發(fā)干。正己烷溶解并轉移至100 m L容量瓶中定容，移取25 m L至K-D濃縮瓶，用氮氣吹干，甲醇定容至1mL，過濾待測。
1.3.4超臨界CO2-索氏抽提法
準確稱量1.0 g樣品，用濾紙筒包好，放人1L萃取釜內，萃取釜溫度55℃、壓力25 M Pa，萃取3h。萃取期間每隔20 min輕輕搖動萃取釜，避免萃取釜內的CO2流體局部處于過飽和狀態(tài)。萃取完后，將濾紙筒轉至索氏抽提管內，用無水乙醚清洗萃取釜3次，每次40 mL，合并至圓底燒瓶內，以下步驟同1.3.3。
超臨界CO2靜態(tài)法的工藝流程見圖1。
1.4 HPLC條件
1.5 GC-MS條件
GC條件：DB-5MS UI氣相毛細管色譜柱(30m×0.25 mm×0.25μm)；載氣：氦氣(純度≥99.999%)；程序升溫：初始60℃保持1 min，再以20℃/min升溫至220℃，保持1 min，再以5℃/min升溫至280℃，保持4 min；進樣口溫度：280℃；傳輸線溫度：280℃；流速1.0 m L/min;不分流進樣；進樣量1μL。MS條件：電子轟擊源(EI)；電離能量：70 e V;溶劑延遲：10 min；監(jiān)測方式：全掃描模式( Scan)。
2結果與討論
2.1 HPLC色譜條件的優(yōu)化
2.1.1檢測波長的選擇
采用二極管陣列檢測器，在195～800 nm范圍內對ATBC和14種PAEs進行波長掃描，得到15種化合物的特征吸收波長。綜合考慮15種化合物的特征吸收波長和為了減少雜質干擾，最終選擇224 nm作為檢測波長。
2.1.2 ATBC中14種PAEs的測定
甲醇一水體系對15種塑化劑的洗脫能力差，不能保證15種塑化劑都能洗脫出來且獲得合適的分離度。綜合考慮流動相的紫外吸收和洗脫能力，選擇乙腈一水為流動相。15種塑化劑的極性強弱不同，采用等濃度洗脫難以保證15種塑化劑在合理的時間內全部出峰，并具有良好的分離度，試驗采用線性梯度洗脫。圖2A為14種PAEs標準溶液色譜圖。15種塑化劑的色譜分離圖見圖2B。由圖2B可知，ATBC和14種PAEs有足夠的分離度，高濃度的ATBC也不干擾14種PAEs的定量分析。
2.2 PP勺子中塑化劑的測定
2.2.1空白扣除
由于PAEs污染源具有廣譜性，在試驗過程中需做好防止交叉污染。對于實際樣品的分析，為了避免試劑、容器和儀器等在試驗過程中產生干擾，需要做空白試驗，空白試驗按照1.3處理。結果表明，4種樣品預處理過程均不會產生干擾。
2.2.2 PP勺子中塑化劑的定性分析
2.2.2.1保留時間定性
圖3為超臨界CO2-索氏抽提法制得勺子提取液的液相色譜圖。與圖2A標準物質的保留時間對比，發(fā)現圖3中色譜峰1與圖2A中DEHP的保留時間一致。同一種物質在相同的色譜條件下保留時間相同，但保留時間相同的兩個色譜峰不一定是同一種物質。通過保留時間得到PP勺子中可能含有DEHP，下一步進行質譜定性分析。
2.2.2.2質譜定性
采用氣相色譜一質譜法對提取液作進一步定性分析，結果表明提取液中含有DEHP，其質譜圖見圖4。
2.3超臨界CO2萃取條件的優(yōu)化
在靜態(tài)法中，超臨界CO2的萃取效率主要受萃取溫度、壓力和時間的影響。
2.3.1萃取溫度的影響
在萃取壓力為25 MPa，萃取時間為3h時，萃取溫度分別選取40℃，45℃，50℃，55℃，60℃和65℃�？疾燧腿囟扰c測得DEHP含量的關系，見圖5。
溫度的變化主要影響流體的密度、溶質蒸汽壓。壓力一定，在低溫區(qū)（仍在臨界溫度以上），溫度升高，流體密度降低，而溶質蒸汽壓變化不大，萃取率降低。當溫度升高到45℃以上時，雖然流體的密度進一步降低，但溶質蒸汽壓增加，揮發(fā)度提高，萃取率逐漸增大。溫度到達60℃時，升高溫度對萃取效率的影響減小，試驗成本增加，綜合考慮選擇55℃作為萃取溫度。
2.3.2萃取壓力的影響
在萃取溫度為55℃，萃取時間為3h時，萃取壓力分別選取10，15，20，25，30和35 MPa。考察萃取壓力與測得DEHP含量的關系，結果見圖6。
圖6表明，隨著壓力增大，DEHP的萃取率先降低后升高。壓力升高不僅C02密度增加，還會減小分子間的傳質距離，增大CO2內部的傳質效率。而在10～15 MPa之間正好與之相反。因為在臨界壓力附近，CO2的物理、化學性質隨壓力的變化極其敏感，即壓力的改變會影響CO2極性的強弱，最終導致萃取率降低。隨著壓力增大，當壓力大于25 M Pa后，CO2密度較大，可壓縮性變小，壓力升高對萃取效率的影響減小。同時高壓會增加設備的折舊費和操作費。綜合考慮選擇25 M Pa最為合適。
2.3.3萃取時間的影響
在萃取壓力25 M Pa．萃取溫度為55℃時，萃取時間分別為1，2，3，4，5和6h，考察萃取時間與測得DEHP含量的關系。結果表明萃取時間為3h時萃取效率最佳。一般情況下，萃取時間越長，萃取量越大，萃取就越完全。但隨著萃取時間延長，由于目標物的減少，導致萃取率下降，而試驗成本會大大增加。綜合分析，選定萃取時間為3h。
2.4 四種萃取方法的比較
試驗還參考了3個現有標準，選取3種前處理方法：溶解沉淀法、超聲波提取法和索氏抽提法，分別測得PP勺子中DEHP含量為0.5，2.3和2.9 mg/kg。超臨界CO2-索氏抽提法測得DEHP含量為3.6 mg/kg。由此可知：超臨界CO2-索氏抽提法對于勺子中DEHP的提取效率最高。因為超臨界CO2流體不僅黏度低，擴散性高，還具有特殊的溶解能力和優(yōu)異的傳質性能，能迅速滲透進PP勺子內部，將其內部的塑化劑萃取出來，再結合索氏抽提法，能最大程度萃取出其所含的DEHP。索氏抽提法是一種經典方法，通常被用作其它方法提取效果的評價標準。溶解沉淀法不適用于PP材質勺子中塑化劑的測定，因為四氫呋喃不能將PP材質溶解，對DEHP的提取效率不高。
2.5工作曲線和定量限
用甲醇將DMP，BBP，DPP，DEHP和ATBC儲備液稀釋成質量濃度為20，40，80，100，120和160μg/mL進行測定。以色譜峰面積為縱坐標(Y)，標準質量濃度(X)為橫坐標，求得線性方程見表1，可知5種塑化劑在20～160μg/m L范圍內，線性良好。
3結論
作為PAEs的替代塑化劑，環(huán)保型塑化劑ATBC在醫(yī)藥、食品包裝和玩具制造等領域應用越來越廣。試驗建立的分析方法，可以實現ATBC和14種PAEs的同時分析，為ATBC的質量監(jiān)控提供技術參考。試驗以一次性PP勺子為檢測對象，測出其含有DEHP。優(yōu)化了超臨界CO2萃取DEHP的參數條件，建立了超臨界CO2/索氏抽提一高效液相色譜法測定PP勺子中DEHP的測定方法。該方法準確、可靠，適用于PP勺子中DEHP的檢測，為一次性PP餐具的檢測提供了一定的參考價值，填補了國內相關檢測的空白。
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