多次溶劑萃取-氣相色譜/串聯質譜法測定熱熔膠中的多環芳烴

司曉喜　朱瑞芝　張鳳梅　劉春波　徐艷群　李中昌　何沛　劉志華

(云南省煙草化學重點實驗室，云南中煙工業有限責任公司技術中心，昆明650231)

多次溶劑萃取-氣相色譜/串聯質譜法測定熱熔膠中的多環芳烴

司曉喜朱瑞芝張鳳梅劉春波徐艷群李中昌何沛劉志華*

(云南省煙草化學重點實驗室，云南中煙工業有限責任公司技術中心，昆明650231)

建立了熱熔膠中16種多環芳烴(PAHs)的多次溶劑萃取-氣相色譜/串聯質譜測定方法。詳細研究了樣品的萃取條件、凈化條件和氣相色譜/串聯質譜測定條件，并與氣相色譜-質譜法進行了對比。樣品以10 mL正己烷為萃取溶劑，于60℃超聲萃取20min，萃取液依次經冷凍后離心、二甲基亞砜萃取2次、正己烷反萃取2次進行凈化，得到的凈化液以氣相色譜/串聯質譜法多反應監測(MRM)模式進行檢測。本方法的線性相關系數(R2)均大于0．9969，檢出限為1．0～10μg/kg，精密度小于6．3%，16種PAHs的加標回收率為80．4%～117．6%?？疾炝舜撡|譜檢測的基質效應，發現基質效應不明顯。本方法檢出限優于氣相色譜-質譜法(23～94μg/kg)，并能增加定性和定量分析的準確性。本方法靈敏、準確可靠，滿足熱熔膠中PAHs測試要求。

多環芳烴;溶劑萃取;氣相色譜-串聯質譜;熱熔膠

1　引言

熱熔膠是以熱塑性樹脂或彈性體為基料，添加增黏劑、增塑劑、抗氧化劑、阻燃劑及填料，經熔融混合而成的固體狀粘合劑［1］。熱熔膠廣泛應用于各領域，但其主體原料乙烯-醋酸乙烯聚合物、石蠟等均為石化產品，存在著多環芳烴(PAHs)污染的可能性［2，3］，增粘劑“氫化石油樹脂”中也可能存在芳香單體殘留［4］。多環芳烴具有致癌、致畸和致突變的作用，對人類健康和生態環境具有巨大的潛在危害［5］。歐盟2002/72/EC指令中規定了“氫化石油樹脂”中殘留芳香單體≤50 mg/kg，GB 7189-2010采用“紫外吸光度”限量的方法控制食品級石蠟中PAHs含量。盡管對熱熔膠的一些組成原料有PAHs的限量要求，但目前我國還沒有熱熔膠中PAHs的限量要求和檢測方法，因此建立熱熔膠中PAHs的檢測方法對熱熔膠的安全性研究十分必要。

目前，測定環境樣品、塑料制品中PAHs的報道較多［6］，常用方法主要是紫外吸光光度法和氣相色譜-質譜聯用法［7］。GBT 7363-1987采用紫外吸光光度法測定石蠟中PAHs的紫外吸光度，操作繁瑣，且不能得到PAHs的含量。氣相色譜-質譜法快速、靈敏度高，但是抗基質干擾能力一般［8］。氣相色譜-串聯質譜法(GC-MS/MS)靈敏度高，選擇性好，十分適合復基質中痕量污染物的檢測［9～11］。此外，熱熔膠性狀特別、基質復雜［12～14］，需要經過特殊的前處理才能進行分析。常用的PAHs提取方法有索氏提取法、微波萃取法、超聲萃取法等;凈化方法主要有固相萃取法和液液萃取法［15］。其中微波萃取法、超聲萃取法快速、萃取效率高;固相萃取法集樣品富集及凈化于一體，但可能造成目標物的損失，液液萃取法簡便，對性質差異較大的干擾物去除效果好［15］。

本研究針對熱熔膠樣品的特殊性，擬開發集成超聲萃取和液液萃取凈化的多次溶劑萃取前處理方法，并采用氣相色譜/串聯質譜測定熱熔膠中16種PAHs。

2　實驗部分

2．1儀器、試劑與材料

Scion TQ氣相色譜-串聯質譜儀，配456 GC氣相色譜儀和自動進樣器(美國布魯克·道爾頓公司);超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，配有溫控功能，功率≥200 W;BT224S電子天平(感量0．0001 g，德國賽多利斯科學儀器有限公司);3K15高速臺式離心機(德國Sigma公司，);旋轉蒸發儀(瑞士Buchi公司);Milli-Q超純水器(美國Millipore公司)。

正己烷、環己烷(色譜純，美國J．T．Baker公司);二甲基亞砜(色譜純，德國Merk公司);NaCl(分析純，國藥集團化學試劑有限公司);16種多環芳烴混合標樣，包括萘(NAP)、苊烯(ANY)、苊(ANA)、芴(FLU)、菲(PHE)、蒽(ANT)、熒蒽(FLT)、芘(PYR)、苯并(a)蒽(BaA)、(CHR)、苯并(b)熒蒽(BbF)、苯并(k)熒蒽(BkF)、苯并(a)芘(BaP)、茚苯(1，2，3-cd)芘(IPY)、二苯并(a，h)蒽(DBA)、苯并(g，h，i)芘(BPE)，濃度均為1 mg/mL(美國O2si公司，);氘代萘-D8(內標物1)、氘代蒽-D10(內標物2)、氘代苝-D12(內標物3)(標準品，純度≥99%，德國Dr．Ehrenstorfer公司)。市售熱熔膠樣品，以及自制添加了16中多環芳烴的陽性樣品。

用正己烷配制濃度為20μg/mL的氘代萘-D8、氘代蒽-D10、氘代苝-D12混合內標溶液。

用正己烷配制系列濃度為0．01，0．05，0．2，0．5，1．0和2．0 mg/L的16種多環芳烴混合標準溶液，并加入內標，使得內標濃度均為1．0 mg/L。

2．2樣品前處理

熱熔膠樣品前處理過程如圖1所示。

圖1　熱熔膠中多環芳烴前處理過程示意圖Fig．1　Diagram of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)pretreatment process from hotmelt adhesive DMSO:Dimethyl sulfoxide．

2．2．1樣品萃取將熱熔膠樣品切碎成粒徑小于1 mm的顆粒。準確稱取切碎的樣品0．25 g置于22 mL頂空瓶，加入10 mL正己烷，同時加入50μL內標溶液，密閉，放入超聲波水浴中，于恒溫60℃下萃取20 min，至熱熔膠樣品分散或溶解。萃取液轉移至離心管，冷凍10 min，經高速離心機離心5 min。

2．2．2樣品凈化轉移上清液至已加入8 mL二甲基亞砜的分液漏斗中，劇烈搖動約1 min，離心或靜置分層后，將二甲基亞砜萃取液轉移至另一個分液漏斗中，殘液再用8mL二甲基亞砜重復提取一次，合并萃取液;向萃取液中加入5 mL正己烷和80 mL 4%NaCl溶液，劇烈搖動2 min，靜置分層。將下層水相放入另一個分液漏斗中，再用5 mL正己烷重復提取一次，合并萃取液。將萃取液連續用5 mL 4% NaCl溶液洗滌2次，棄去水層，收集正己烷層，在溫度不大于35℃時，采用旋轉蒸發儀將萃取物濃縮至近干，加入1 mL正己烷復溶，供測試。因二甲基亞砜熔點為18℃，以上實驗需在室溫大于20℃下操作。

2．3氣相色譜/串聯質譜分析條件

2．3．1氣相色譜條件DB-5MS毛細管色譜柱(30 m×0．25 mm×0．25μm，美國Agilent公司);進樣口溫度:280℃;傳輸線溫度:280℃;溶劑延遲:7．5 min;載氣:氦氣(純度≥99．999%)，恒流流速:1．5 mL/min;進樣量:1μL，分流進樣(分流比 10∶1);程序升溫:初始溫度 60℃，保持 1 min，然后以6℃/min升至120℃，再以5℃/min升至300℃，并保持13 min。

2．3．2串聯質譜條件離子源溫度:200℃;四極桿溫度:40℃;電離模式:電子轟擊離子源(EI)，電子能量:70 eV;燈絲發射電流80μA;碰撞氣:高純氬氣(純度≥99．999%)，壓力:23．8 Pa;檢測方法:多反應監測模式(MRM)，設定l6種PAHs的檢測窗口，分別測定其離子強度。其它質譜參數見表1。

表1　16種多環芳烴的串聯質譜和單四極桿質譜參數Table 1　Parameters of MS/MSand MS for determination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)

3　結果與分析

3．1樣品萃取條件優化

根據相似相溶原理以及熱熔膠的性質，考察了正己烷、二甲基亞砜、二氯甲烷、乙酸乙酯等溶劑對加標陽性樣品的萃取效果。其中，二氯甲烷會使熱熔膠溶脹，萃取液呈粘稠狀，不利于后續處理與測定;乙酸乙酯、二甲基亞砜等對熱熔膠溶解或分散效果差，萃取率低;正己烷對熱熔膠溶解性好，萃取率高，因此選擇正己烷為萃取劑。

進一步比較了萃取方式(加熱回流法、超聲萃取法及微波萃取法)、萃取時間(10，20，40和60 min)和溶劑用量(5，10，20和40 mL)對PAHs的萃取效果，以PAHs的平均萃取率作為評價指標，結果見圖2。由圖2A可見，超聲萃取法和微波萃取法的萃取率最高，但微波萃取法較為劇烈，易造成萘等低沸點PAHs的損失，此外萃取液冷卻后，析出的熱熔膠附著在提取罐上，難于清洗去除。超聲萃取法的萃取率高，且簡單、方便，適合批處理，因此選擇超聲萃取方式。萃取時間過長，小分子量的PAHs有一定的損失，選取萃取時間為20min。萃取劑用量過少，不能使熱熔膠分散或溶解;萃取劑用量過大，增加后續處理工作量，浪費溶劑，且易造成PAHs的損失，綜合考慮，選取10 mL萃取劑。60℃下，熱熔膠樣品能較好地溶解或分散，考慮到高溫易造成低沸點的PAHs損失，因此萃取溫度選取60℃。

圖2　萃取方式、萃取時間(A)和溶劑用量(B)對熱熔膠中多環芳烴萃取率的影響Fig．2　Influence of recovery of different extractionmethods，extraction time(A)and volume of solvent(B) on 16 PAHs from hotmelt adhesive

3．2樣品凈化條件優化

萃取液中含有大量熱熔膠基體和干擾物，首先采用冷凍后離心的方法，促使大量基體快速析出，通過離心實現基體與萃取液分離。結果表明，上清液中仍殘留有大量來自石蠟的C17～C36烷烴混合物，其性質與PAHs接近，且其分子量恰好覆蓋了分子量在250～280的PAHs，給PAHs的定性與定量分析造成了干擾，因此需要進一步選擇并考察凈化方法。

對比了固相萃?。?6］和液液萃取的凈化效果。固相萃取柱凈化后，提取液明顯變得澄清，表明大部分熱熔膠基體被去除，但小分子量的多環芳烴損失嚴重，不能滿足分析要求。根據正構烷烴與PAHs在二甲亞砜(DMSO)溶劑中的溶解度差異，考察了液液萃取的凈化效果。首先采用對PAHs溶解性更強的DMSO萃取上清液中的PAHs，以空白基質加標樣品進行實驗，考察了DMSO用量(5，8，10和15 mL)和萃取次數(1～3次)對萃取率的影響。由圖3A可見，1次萃取難于萃取完全，因此采用少量溶劑多次萃取方式，以8 mL DMSO為萃取劑，重復萃取2次，多環芳烴的平均萃取率超過99．2%，可視為基本萃取完全。采用足量NaCl溶液除去DMSO，并用正己烷反萃取多環芳烴，考察了正己烷用量(5，10和15 mL)和萃取次數(1～3次)對萃取率的影響。由圖3B可見，以5 mL正己烷為萃取劑，重復萃取2次，多環芳烴的平均萃取率超過99．7%，基本萃取完全。正己烷萃取液經洗滌、濃縮、復溶，最終得到澄清的萃取液，經測定發現，基質干擾顯著降低。

圖3　二甲基亞砜用量(A)和正己烷用量(B)對多環芳烴回收率的影響Fig．3　Influence of DMSO volume(A)and n-hexane volume(B)on recovery of 16 PAHs

3．3儀器測定條件優化

熱熔膠樣品提取液經處理后仍有少量干擾物，宜采用較緩的升溫程序，使干擾物與目標物分離，增加定性與定量分析的準確性。此外，進樣口溫度較高，會降低小環PAHs的響應強度，增加大環PAHs的響應強度，綜合考慮，進樣口溫度選擇280℃。隨著離子源溫度升高，大部分PAHs的響應值均有所提高，最終選取離子源溫度為200℃。

以標準溶液進行母離子掃描，確定母離子，再進行子離子掃描，選取響應高、干擾小的兩個子離子，以MRM對碰撞能量等質譜參數進行優化，確定的質譜參數列于表1中。在優化的條件下，標準溶液的MRM譜圖見圖4。

圖4　多反應監測模式下16種多環芳烴標準工作溶液的色譜圖Fig．4　Chromatogram of 16 PAHs standard substances undermultiplemonitormode(MRM)化合物序號同表1。The numbers of compounds are the same as in Table 1．

3．4方法評價

取系列混合標準工作液，按優化好的儀器條件進樣分析。以各PAHs的定量離子峰面積與內標物定量離子峰面積的比值為縱坐標，各PAHs的濃度為橫坐標，繪制標準曲線，內標法定量。將空白樣品測定20次，以空白響應的3倍標準偏差作為檢出限。將自制陽性樣品按照上述實驗方法處理后測定，以7次平行樣測定的峰面積計算相對標準偏差。取空白樣品，添加含量為0．8，4．0和16．0 mg/kg的各PAHs標準物質，進行加標回收實驗(表2)。結果表明，在所考察濃度范圍內，各PAHs線性回歸良好，相關系數(r2)大于 0．9969。方法的檢出限為 1．0～10μg/kg，檢測實際樣品相對標準偏差小于6．3% (n=7)，加標回收率為80．4%～117．6%。

3．5基質效應評價

GC-MS/MS測定復雜樣品時，基質成分可能對目標物響應值造成影響，且一般具有增強效應，影響分析的準確度和靈敏度［17］。通過比較純溶劑配制的標準溶液和空白基質配制的標準溶液中待測物的響應信號強度來評價基質效應。選取1．0μg/mL濃度水平的混合標準溶液進行考察，純溶劑配制的標準溶液待測物響應值記為A1，空白基質配制的標準溶液待測物響應值記為A2，則基質效應(ME)= A2/A1。由表2可見，16種分析物均表現出較弱的增強效應，在101．3%～113．4%之間，增強效應不明顯，可以忽略。這表明樣品前處理過程中去除了大部分基質，減弱了基質效應［18］。

表2　線性相關系數、方法的檢出限、精密度和回收率Table 2　Linear correlation coefficient，limit of detection，precision and the recovery test

3．6與氣相色譜-質譜法的比較

GC-MS法的線性相關系數、檢出限、精密度和回收率見表2。GC-MS/MS法精密度和回收率與GCMS法相當，但檢出限遠低于GC-MS法，表明GC-MS/MS法靈敏度明顯優于GC-MS法。此外，GC-MS/ MS法選擇性和抗基質干擾能力也明顯優于GC-MS法。圖5為兩種方法測定實際樣品中蒽的離子流圖，GC-MS/MS法信噪比高，兩個離子對m/z 178/176、m/z178/152的響應比值為100∶86．2，與推測值100∶86．8十分接近，而GC-MS法中3個離子m/z178、176、177測得的豐度比為100∶20∶10，與推測值100∶14∶8差異較大，可能受干擾物的碎片離子共溢出影響或者基質效應的影響，容易造成定性與定量分析不準確。由表2可見，GC-MS法的基質效應在94．9%～123．6%之間，也表明GC-MS法基質效應稍大于GC-MS/MS法。綜上可知，與GC-MS法相比，GC-MS/MS的定性與定量分析結果更加準確。

圖5　實際樣品中蒽的GC-MS/MS測定MRM離子流圖(A)和GC-MS測定SIM離子流圖(B)Fig．5　Ion chromatograms of anthracene in sample by GC-MS/MSwith MRM(A)and by GC-MSwith SIM(B)

3．7實際樣品測定

采用本方法測定40個市售熱熔膠樣品，所測樣品中有少部分檢出萘、菲和蒽，萘含量為0．08～1．21mg/kg，檢出率為 21．1%;菲含量為 0．08～4．75 mg/kg，檢出率為 23．7%;蒽含量為0．17～4．77mg/kg，檢出率為28．9%，檢出的多環芳烴總量在0．08～9．63mg/kg之間，存在潛在的風險。

References

1Malysheva G V，Bodrykh N V．Polym．Sci．Ser．D．，2011，4(4):301－303

2Park Y J，Kim H J．Int．J．Adhes．，2003，23(5):383－392

3GUO Jing，XIANG Heng-Xue，WANG Qian-Qian，GUAN Fu-Chen．China Adhesives，2010，19(7):54－58郭靜，相恒學，王倩倩，管福成．中國膠粘劑，2010，19(7):54－58

4DU Xin-Sheng，YANG Cheng-Jie，ZHANG Lin，XU Hui-Jian，PAN Guang-Qin．ShanghaiCoatings，2013，51(6):37－40杜新勝，楊成潔，張霖，徐惠儉，潘廣勤．上海涂料，2013，51(6):37－40

5HafnerW D，Carlson D L，Hites R A．Environ．Sci．Technol．，2005，39(19):7374－7379

6Poster D L，Schantz M M，Sander L C，Wise SA．Anal．Bioanal．Chem．，2006，386(4):859－881

7Wise SA，Sander L C，Schantz M M．Polycycl．Aromat．Comp．，2015，35(2-4):187－247

8Wang X Y，Wang Y，Qin Y Q，Ding L，Chen Y，Xie FW．Talanta，2015，140:102－108

9Ballesteros E，Sánchez A G，Martos N R．J．Chromatogr．A．，2006，1111(1):89－96

10Strher G L，Poppi N R，Raposo JL，Souza JBG．Microchem．J．，2007，86(1):112－118

11LIU Fei，DUAN Feng-Kui，LIHai-Rong，MA Yong-Liang，HE Ke-Bin，ZHANG Qian．Chinese J．Anal．Chem．，2015，43 (4):540－546劉斐，段鳳魁，李海蓉，馬永亮，賀克斌，張倩．分析化學，2015，43(4):540－546

12CHEN Hai-Yan．China Adhesives，2010，19(5):61陳海燕．中國膠粘劑，2010，19(5):61

13Khairullin I I，Aleksashin V M，Petrova A P．Polym．Sci．Ser．C．，2007，49(1):84－88

14Park Y J，Joo H S，Kim H J，Lee Y K．Int．JAdhes．Adhes．，2006，26(8):571－576

15ZHANG Ru-Ping，HE Li-Fang．Food science and technology，2007，32(1):20－23章汝平，何立芳．食品科技，2007，32(1):20－23

16MarcéR M，Borrull F．J．Chromatogr．A，2000，885(1):273－290

17SONG Ying，ZHANG Yao-Hai，HUANG Xia，PAN Jia-Rong，JIAO Bi-Ning．Chinese J．Anal．Chem．，2011，39(8):1270－1273宋瑩，張耀海，黃霞，潘家榮，焦必寧．分析化學，2011，39(8):1270－1273

18Frenich A G，Vidal JLM，Moreno JL F，Romero-González R．J．Chromatogr．A，2009，1216(23):4798－4808

Thiswork was supported by the standards project of China National Tobacco Company(No．2013QB015)and the Technological development projects of China Tobacco Yunnan Industrial Co．，Ltd．(No．2015JC06)

Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Hot Melt Adhesive by Multiple Solvent Extraction Coupled with Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

SIXiao-Xi，ZHU Rui-Zhi，ZHANG Feng-Mei，LIU Chun-Bo，XU Yan-Qun，LIZhong-Chang，He Pei，LIU Zhi-Hua*
(Key Laboratory of Tobacco Chemistry，R＆D Center of China tobacco Yunnan Industrial Co．，Ltd．，Kunming 650231，China)

Amethod for multiple solvent extraction coupled with gas chromatography-tandemmass spectrometry(GC-MS/MS)was established for the simultaneous determination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)in hotmelt adhesive．The extraction conditions，purification conditions，chromatogphic conditions and tandem MS conditions of analysiswere critically examined．The resultswere also compared with those obtained by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)．The sample was extracted by ultrasonic extraction with n-hexane as solvent at 60℃．Then，the extract was purified by centrifugation after freezing treatment，twice extraction with dimethyl sulfoxide，twice re-extraction with n-hexane in turn．The purified extract was determined by gas chromatography-tandem mass spectrometry undermultiple reaction monitoring (MRM)mode．The linear correlation coefficients were above 0．9969，the limits of detection(LOD)ranged from 1．0μg/kg to 10μg/kg，the relative standard deviations(RSDs)were below 6．3%，and the recoveries ranged from 80．4%to 117．6%at three spiked levels．Thematrix effects of tandem MSwere studied，but there was no significance．Compared with GC-MS methods，the established method outperformed the GC-MS methods in LOD，which ranged from 23μg/kg to 94μg/kg for GC-MS，and could greatly enhance the accuracy of the qualitative and quantitative analysis of PAHs．The results indicated that the method was sensitive，accurate and reproducible，and suitable for the simultaneous determination of 16 PAHs in hotmelt adhesive．

Polycyclic aromatic hydrocarbons;Solvent extraction;Gas chromatography-tandemmass spectrometry;Hotmelt adhesive

17 September 2015;accepted 6 November 2015)

10．11895/j．issn．0253-3820．150739

2015-09-17收稿;2015-11-06接受

本文系中國煙草總公司標準項目(No．2013QB015)和云南中煙工業有限責任公司科技開發項目(No．2015JC06)資助

*E-mail:474629695@qq．com