塑料玩具中丙烯酰胺总量及迁移量检测方案

分析科学学报JOURNAL OF ANALYTICAL SCIENCE2011年8月Aug.2011Vol.27第27卷第4期No.4 第4期王 烨等：塑料玩具中丙烯酰胺总量及迁移量的高效液相色谱检测法及确证第27卷 文章编号：1006-6144(2011)04-0435-04 塑料玩具中丙烯酰胺总量及迁移量的高效液相色谱检测法及确证 王火烨，马55强*，白桦，王超，席海为，刘茜(中国检验检疫科学研究院，北京100123) 摘 要：建立了一种简单、快速测定玩具中丙烯酰胺含量与迁移量的高效液相色谱法(HPLC)。该方法以 Waters Atlantis T3 柱为分析柱，以纯水超声提取并作为流动相，采用 HPLC对水中丙烯酰胺的含量及模拟汗液、唾液中丙烯酰胺的迁移量进行测定，并测定了自制阳性样品中的残留丙烯酰胺的含量，最后用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)进行确证。丙烯酰胺的回收率在97.49%~103.42%之间，相对标准偏差(RSD)为0.66%~4.24%，检出限为0.02 mg/L。 关键词：丙烯酰胺；塑料玩具；高效液相色谱；自制阳性样品；迁移量 中图分类号：O657.7+2 文献标识码：A 丙烯酰胺俗称丙毒，是一种水溶性的神经性毒素，容易被人体的消化道、呼吸道、皮肤等等织织收，可损伤神经、DNA 等，对人体有较大的危害。国际癌症研究机构(International Agency Research on Canc-er，IARC)1994 年评估认定丙烯酰胺为一种可致癌的化学品(ⅡA类)。丙烯酰胺是生产聚丙烯酰胺的原料，聚丙烯酰胺主要用于水的净化处理、纸浆的加工及管道和色谱柱的内涂层2等。丙烯酰胺也用作乙烯基聚合物的交联剂以及使亲油性聚合物增加粘合力，以增强树脂软化点和抗溶剂性，而聚乙烯是塑料玩具的重要原料之一，因此塑料玩具中可能残留有丙烯酰胺。儿童经常会接触玩具，丙烯酰胺有可能通过唾液或汗液迁移到体内，严重危害儿童的健康。因此，对唾液、汗液中丙烯酰胺迁移量的分析和研究，对于保障儿童健康成长具有重要的意义。 目前，丙烯酰胺的检测方法主要有气相色谱法3]、高效液相色谱法[4-5]、离子交换色谱法61、气相色谱/串联质谱法、液相色谱/串联质谱法L81、超高效液色色谱/串联谱谱法等，相关样品主要是食品、生物样品、环境样品、化妆品等，但很少有关于测定塑料玩具中丙烯酰胺残留的研究报道。本文建立了简单、快速检测玩具中残留丙烯酰胺的高效液相色谱法(HPLC)，并以模拟汗液与唾液测定丙烯酰胺的迁移量，能够.为塑料玩具中丙烯酰胺残留状况的监测工作和产品质量控制提供科学学据。 实验部分 1.1 仪器与试剂 Agilent 1200 型高效液相色谱仪，配有线线脱气机、二元泵、二极管阵列检测器(美国，Agilent 公司)；ACQUITY 超高效液相色谱仪，Xevo TQ三重四极杆质谱仪，MassLynx 数据处理系统(美国，Waters 公司)；Milli-Q超纯水器(美国，Millipore 公司)；KQ-600B型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。 丙烯酰胺标准品(纯度≥99.5%，德国 Dr. Ehrenstorfer公司)溶液：准确称取丙烯酰胺标准品0.05g ( 收稿日期：2010-07- 1 4 修回日期：2010-1 2 -03 ) ( 基金项目：质检公益性行业科研专项计划(No.200810953)；国家质量监督检验检疫总局科技计划项目(No.2010IK088)；国家认证认可监督管理委员会计划(No.2007B259) ) ( *通讯作者：马 强 ，男，助理研究员，从事消费品中化学危害物质检测技术及风险评估研究 ) (精确至0.0001 g)，用去离子水溶解并定容至50 mL棕色容量瓶中，得质量浓度为1000 mg/L的标准储备液，于4℃避光密封保存；氮气、氩气(>99.999%)；甲醇、乙(色谱纯，美国 Fisher 公司)；其他试剂均为分析纯(北京化工厂)。实验用水为 Milli-Q 超纯水。 1.2 高效液相色谱条件 色谱柱： Waters Atlantis T3(250×4.6 mm，5 um)；流动相：纯水，等度洗脱；流速：0.85 mL/min；进样量：40uL；检测波长：198 nm；柱温：25℃。 1.3 高效液相色谱-质谱条件 Waters AtlantisT3 色谱柱(150×2.1 mm，3um)；柱温30℃；流动相：0.1%甲酸水溶液/甲醇(体积比99.5：0.5)，等度洗脱；流速0.2 mL/min；进井量10 uL。 电喷雾离子子(ESI)；正离子扫描；毛细管电压 3.5kV；一级锥孔电压20V；二级锥孔电压3V；射频透镜电压0.1V；离子源温度120℃；去溶剂气温度350℃；去溶剂气流量500 L/h；锥孔气流量50 L/h；光电倍增器电压650V；碰撞气体为氩气，碰撞气压0.32Pa；多反应监测(MRM)模式检测。 1.4 样品前处理 准确角取玩具试样1.0g(精确至0.001 g)置于50 mL具塞锥形瓶中，准确加入15 mL超纯水，充分混匀，置于超声波仪中提取 30 min。吸取上清液经0.45 pm 的微孔滤膜过滤，滤液供 HPLC 测定。 1.5 模拟汗液与唾液的制备及迁移量的测定 1.5.1 模拟汗液的制备 准确称取L-组氨酸盐酸盐盐水合物0.5g、氯化钠5.0g、磷酸二氢钠二水合物2.5g，加入1L超纯水溶解，用0.1 mol/L 的氢氧化钠溶液调节pH值至5.5，定容至1L10]。 1.5.2 模拟唾液的制备 准确称取氯化钠4.5g、氯化钾0.3g、硫酸钠0.3g、氯化铵0.4g、90%乳酸3.0g、脲0.2g，用少量超纯水溶解后，定容至1L，即得 pH=2.92的模拟人体唾液107。 1.5.3 迁移量的测定 将塑料玩具用粉碎机磨成粉末，准确称取1.0g(精确至0.001 g)，置于50 mL具塞锥形瓶中，充分混匀并静置2h，分别加入已先加热至37℃的模拟汗液和模拟唾液 25 mL，于37.5℃恒温振荡水浴锅中浸泡30 min，充分摇匀。吸取上清液经0.45 um的微孔滤膜过滤，滤液供 HPLC测定。 2 结果与讨论 2.1 实验条件的优化 2.1.1色谱柱的选择 分别考察了不同品牌的 Ci8、Cg色谱柱对于丙烯酰胺的保留行为。结果表明，丙烯酰胺在普通 C18、Cg色谱柱上的保留较弱，均小于4 min，而在 Waters Atlantis T3 柱上有强保留，且在100%水为流动相的条件下有良好的峰形和承压能力，由于塑料玩具基质中的杂质较多，为避开干扰峰，保留时间宜在5 min 以后。综合考虑保留能力和分析条件，最终选用 Waters Atlantis T3 色谱柱。 2.1.2 检测波长的选择 取丙烯酰胺标准溶液进行紫外-可见光的全波长扫描(190~500nm)扫描，发现丙烯酰胺在198 nm 处具有最大吸收峰，因此选在198 nm 波长处进行测定。 2.1.3 流动相的选择 逐步调节水与有机相的配比，由于丙烯酰胺是强极性化合物，随着有机相比率的降低，保留时间增加，在100%水的条件下有最大保留，而Waters Atlantis T3 柱在100%水相为流动相情况下，有优越的保留性能和良好的峰形，故选择100%水做为流动相。 2.1.4 提取溶剂和提取时间的选择丙烯酰胺在甲醇、乙醇和乙腈中都有较好的溶解度，所以本实验考察了甲醇、乙醇、乙腈、水，以及三种有机溶剂与水的混合液的提取回收率。经过比较发现，除水外其他溶剂会出现明显的溶剂干扰峰，且水作为提取溶剂成本低无毒性，故最终选择水作为提取溶剂。在空白塑料玩具中添加相同量的丙烯酰胺，同时分别超声提取10、20、30、40、50 min，测定溶液中丙烯酰胺的含量，结果发现提取时间对提取率的影响比较小，因此选用最佳超声提取时间30 min。 2.2 线性关系及检出限 取质量浓度为0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10、20、50 mg/L的标准溶液进行测定，以色谱峰面积(y)对相应的质量浓度x(mg/L)做图，得线性方程为：y=503.86x+6.14，线性相关系数r²为0.9999。在确定的实验条件下进行测定，以10倍信噪比计算检出限，其结果为 0.02 mg/L。 2.3 方法的回收率和精密度 实验中选择了不含有丙烯酰胺塑料玩具样品进行空白加标回收率和精密度实验。设定高、中、低三个添加水平，加入标样后充分混匀并静置2 h。对每个添加水平进行6次平行实验，测得丙烯酰胺的方法回收率，并计算出相对标准偏差(RSD)，结果见表1。 表1 塑胶玩具中丙烯酰胺含量与迁移量的回收率与相对标准偏差(n=6) Table 1 Recovery and relative standard deviation(RSD) of the content and migration of acrylamide in plastic toys(n=6) Solvent Added(mg/kg) Recovery(%) RSD(%) Solvent Added(mg/kg) Recovery(%) RSD(%) Water 0.3 98.98 4.24 Simulated sweat 3.0 103.42 0.66 3.0 99.61 4.09 Simulated saliva 3.0 97.49 1.27 15.0 99.75 1.72 2.4 自制阳性样品的测定 称取5g聚乙烯塑料颗粒于培养皿中，添加0.3 mg/kg 的标准丙烯酰胺，充分混匀并静置2h，加入100 mL丙酮充分溶解，搅拌超声 30 min 后置于通风橱内，待丙酮完全挥发，样品呈塑料薄膜状态，将其磨成粉末，称取1g于50mL具塞锥形瓶中，加入15 mL的丙酮充分溶解，再加入20mL甲醇使之沉淀，将上清液倒入鸡心瓶中，旋蒸干，准确加入15 mL 超纯水，于超声波仪中提取 30 min。吸取上清液经0.45 um的微孔滤膜过滤，滤液供液相色谱测定，实验平行3次。塑料玩具基质中丙烯酰胺色谱图如图1所示。自制阳性样品色谱图如图2所示。添加浓度下的丙烯酰胺的平均回收率为97.3%。 图1 塑料玩具基质中丙烯酰胺色谱图 图2 自制阳性样品色谱图 Fig. 1Chromatogram of acrylamide in plastic toy Fig.2 Chromatogram of self-made positive sample 2.5 模拟汗液和唾液中迁移量的测定 从表1中可以看出，塑料玩具中丙烯酰胺在模拟汗液与模拟唾液中的迁移量均高于97%，与丙烯酰胺在水中的回收率接近，由此可以看出汗液与唾液均可将塑料玩具中残留的丙烯酰胺转移至人体，因此对塑料玩具中的丙烯酰胺的严格控制，以保护少年儿童的健康具有重要的意义。 孙春云等考察了模拟汗液和唾液对塑料玩具中7中环境雌激素的的溶出情况107。本文中由于塑料玩具样品被磨成粉末，与提取液的接触面积比薄片大，且丙烯酰胺在水、模拟汗液和唾液中的溶解性极强，故实验前处理步骤相对简单，丙烯酰胺的浸出时间较之环境雌激素短，浸出速率也较大。从回收率上来看，丙烯酰胺的回收率在97.49%~103.42%之间，整体大于环境雌激素的回收率81.65%~99.86%。两实验均表明： 目标物质在汗液中的迁移量比唾液大，可能因为汗液接近于中性而模拟唾液偏酸性，模拟唾液中目标化合物相对较少可能与 酸性水解有关。 2.6 质谱确证 采用液相色谱进行分析时，有时一个色谱峰可能包含有几个不同的组分，因此仅仅依靠色谱峰的保留时间进行定性，有可能对分析结果造成误差，为消除误差，准确定性，用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)对丙烯酰胺进行确证。实验结果表明，丙烯酰胺在 ESI电离方式下，可获得丰度较高的[M+H]+母离子。经二级质谱分析，可产生[CH：0]+和[CONH]+的碎片峰。丙烯酰胺质谱图见图3。 图3 丙烯酰胺质谱图 Fig.3 Mass spectrum of acrylamide 3 结论 本文建立了简单快速测定塑料玩具中丙烯酰胺的高效液相色谱法，其回收率、检出限和精密度等各项技术指标均符合要求，且质谱确证符合要求。自制阳性样品中检测出了高含量的残留丙烯酰胺，证明该方法的适用可行性。模拟汗液和唾液中丙烯酰胺的迁移量回收率都高于97%，表明严格控制塑料玩具中残留丙烯酰胺含量的必要性。 ( 参考文献： ) ( 17 International Agency for Research on Cancer. 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This method was performed on aWaters Atlantis T3 column with pure water as mobile phase. Acrylamide was extracted by ultrasonator，detected by HPLC and verified by LC-MS/MS. The concentrations of acrylamide in self-made positivesample and the migration of acrylamide in simulated sweat and saliva were determined. The recoveries ofacrylamide were among 97.49%~103. 42%， with the relative standard deviations among 0. 66%~4.24%，and the limit of detection was 0.02 mg/L. Keywords： Acrylamide； Plastic toys；S：High performance liquid chromatography； Self-made positivesample； Migration China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net