超临界CO2/索氏抽提法测定勺子中14种PAEs

 张飞1，3，郑家概1，林钦恒1，方丽1，陈嘉勋1，左雄军2*

 1．中国广州分析测试中心，广东省化学危害应急检测技术重点实验室（广州510070）；

 2．华南师范大学实验中心（广州510006）；3．华南师范大学化学与环境学院（广州510006）

摘要建立了用于检测添加在乙酰柠檬酸三丁酯（ATBC）中14种邻苯二甲酸酯(PAEs)的高效液相色谱法。建立了超临界CO2／索氏抽提-高效液相色谱法测定塑料勺子中14种邻苯二甲酸酯的分析方法。勺子粉碎后，先经超临界CO2流体萃取，将勺子内部的塑化剂萃取到表面后，再由索氏抽提法制得提取液。采用C18柱，流动相为水和乙腈，梯度洗脱，流速1.0 mL/min，检测波长224 nm，乙酰柠檬酸三丁酯和14种邻苯二甲酸酯可实现良好分离。考察了超临界CO2萃取温度、压力和时间对萃取效率的影响。优化出最佳萃取条件：温度55℃，压力25 MPa，时间3h。与溶解沉淀法、超声波提取法和索氏抽提法相比，该方法准确、可靠，适用于基体较为致密样品中14种邻苯二甲酸酯的提取与检测。

关键词邻苯二甲酸酯；乙酰柠檬酸三丁酯；超临界CO2-索氏抽提法；高效液相色谱法

  邻苯二甲酸酯类( PAEs)是通用型塑化剂，此类塑化剂引起的环境和毒性问题近年得到普遍关注。欧盟、美国等已禁止此类物质用在食品、医药等方面。乙酰柠檬酸三丁酯( ATBC)具有无毒、生物降解性好和挥发性小等优点，被美国食品与药物管理局( FDA)批准用于食品包装、医疗器具和儿童玩具等材料的增塑。由于PAEs价格低廉、应用工艺成熟，难免有个别企业会继续使用PAEs塑化剂或ATBC-PAEs复合塑化剂增塑。建立准确的ATBC与PAEs复合塑化剂的分析方法十分必要。

 众所周知，一次性塑料勺子在日常生活中随处可见，应用甚广。而对塑料勺子中PAEs的测定还未见报道。PAEs主要通过氢键和范德华力结合在在塑料勺子中。由于受到外部环境的影响，勺子中的PAEs会迁移出来，存在安全隐患。针对塑料制品的前处理方法主要有：溶解一沉淀法、超声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)，结构致密。传统的溶剂提取法，只能提取到塑料表层的塑化剂，而内部的塑化剂提取不到，导致检测结果偏低。超临界流体属于高密度流体，性质介于气体和液体之间，具有高渗透性和高溶解能力，是国际上最先进的物理萃取技术。超临界流体萃取法分为动态法、静态法和循环萃取法三种。其中，静态法适用于基体较为致密、流体不易渗透的样品。最常用的流体是CO2，它对固体样品的渗透力强，样品内部的PAEs容易被提取出来。

 试验建立的方法可同时测定ATBC和14种PAEs，为ATBC的质量监控提供技术参考。建立了超临界CO2-索氏抽提法作为PP勺子的前处理方法。与溶解-沉淀法、超声波提取法和索氏抽提法相比，该方法准确、可靠，适用于PP勺子中14种邻苯二甲酸酯的测定。

1试验部分

1.1仪器与试剂

 SHIMADZU LC-20A 2300高效液相色谱仪一二极管阵列检测器：日本岛津公司；Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦科技公司；KQ-2200型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；电热恒温水浴锅：上海浦东荣丰科学仪器有限公司；JFC-300液氮冷冻粉碎机：格雷菲尼科技有限公司；超临界萃取装置：华安超临界萃取有限公司；恒温培养振荡器：上海智城分析仪器制造有限公司。

 甲醇、乙腈：色谱纯，Merck;重蒸水：自制；无水乙醚、乙醇、正己烷、四氢呋喃：色谱纯，Aladdin。玻璃器皿洗净后，用重蒸水淋洗，乙醇浸泡1h后，倒置，自然风干。

 14种邻苯二甲酸酯类：二甲酯( DMP)、二乙酯( DEP)、二丙酯(DPRP)、丁酯苯甲酯(BBP)、

二异丁酯( DIBP)、二丁酯(DBP)、二戊酯( DPP)、二环己酯(DCHP)、二庚酯(DHP)、二（2-乙基己基）酯(DEHP)、二壬酯(DNP)、二正辛酯( DNOP)、二异壬酯(DINP)、二异癸酯( DIDP)；乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)均购自Accu Standard。

1.2标准溶液的配制

 分别称取14种PAEs各100.0 mg，甲醇定容至100.0mL，作为标准储备液，4℃避光储存。使用时用甲醇稀释至所需浓度。

 称取乙酰柠檬酸三丁酯100.0 mg，甲醇定容至50mL，作为标准储备液，4℃避光储存。使用时用甲醇稀释至所需浓度。

1.3样品预处理

 将勺子剪碎至最大长度不超过2 mm后，用液氮冷冻粉碎机粉碎，过80目筛，备用。

1.3.1溶解一沉淀法

 准确称量0,10 g样品于50 m L容量瓶中，加入30mL四氢呋喃，密封后放在震荡器上缓慢摇动3h后，滴加正己烷直至定容，摇匀后静置1h。移取25 m L至K-D浓缩瓶，用氮气吹干，甲醇定容至1 m L，过滤待测。

1.3.2超声波提取法

  准确称量0.5 g样品于具塞三角瓶中，加入100 m L正己烷，密封后超声提取1h，移取25 mL至K-D浓缩瓶，用氮气吹干，甲醇定容至1 m L，过滤待测。

1.3.3索氏抽提法

 准确称量0.8 g样品，用滤纸筒包好，放入索氏抽提管内。在圆底烧瓶内加入100 m L无水乙醚作为萃取剂，60℃恒温水浴抽提6h。通过蒸浴让乙醚挥发干。正己烷溶解并转移至100 m L容量瓶中定容，移取25 m L至K-D浓缩瓶，用氮气吹干，甲醇定容至1mL，过滤待测。

1.3.4超临界CO2-索氏抽提法

 准确称量1.0 g样品，用滤纸筒包好，放人1L萃取釜内，萃取釜温度55℃、压力25 M Pa，萃取3h。萃取期间每隔20 min轻轻摇动萃取釜，避免萃取釜内的CO2流体局部处于过饱和状态。萃取完后，将滤纸筒转至索氏抽提管内，用无水乙醚清洗萃取釜3次，每次40 mL，合并至圆底烧瓶内，以下步骤同1.3.3。

  超临界CO2静态法的工艺流程见图1。

1.4  HPLC条件

1.5  GC-MS条件

 GC条件：DB-5MS UI气相毛细管色谱柱(30m×0.25 mm×0.25μm)；载气：氦气(纯度≥99.999%)；程序升温：初始60℃保持1 min，再以20℃/min升温至220℃，保持1 min，再以5℃/min升温至280℃，保持4 min；进样口温度：280℃；传输线温度：280℃；流速1.0 m L/min;不分流进样；进样量1μL。MS条件：电子轰击源(EI)；电离能量：70 e V;溶剂延迟：10 min；监测方式：全扫描模式( Scan)。

2结果与讨论

2.1  HPLC色谱条件的优化

2.1.1检测波长的选择

 采用二极管阵列检测器，在195～800 nm范围内对ATBC和14种PAEs进行波长扫描，得到15种化合物的特征吸收波长。综合考虑15种化合物的特征吸收波长和为了减少杂质干扰，最终选择224 nm作为检测波长。

2.1.2 ATBC中14种PAEs的测定

 甲醇一水体系对15种塑化剂的洗脱能力差，不能保证15种塑化剂都能洗脱出来且获得合适的分离度。综合考虑流动相的紫外吸收和洗脱能力，选择乙腈一水为流动相。15种塑化剂的极性强弱不同，采用等浓度洗脱难以保证15种塑化剂在合理的时间内全部出峰，并具有良好的分离度，试验采用线性梯度洗脱。图2A为14种PAEs标准溶液色谱图。15种塑化剂的色谱分离图见图2B。由图2B可知，ATBC和14种PAEs有足够的分离度，高浓度的ATBC也不干扰14种PAEs的定量分析。

2.2 PP勺子中塑化剂的测定

2.2.1空白扣除

 由于PAEs污染源具有广谱性，在试验过程中需做好防止交叉污染。对于实际样品的分析，为了避免试剂、容器和仪器等在试验过程中产生干扰，需要做空白试验，空白试验按照1.3处理。结果表明，4种样品预处理过程均不会产生干扰。

2.2.2 PP勺子中塑化剂的定性分析

2.2.2.1保留时间定性

 图3为超临界CO2-索氏抽提法制得勺子提取液的液相色谱图。与图2A标准物质的保留时间对比，发现图3中色谱峰1与图2A中DEHP的保留时间一致。同一种物质在相同的色谱条件下保留时间相同，但保留时间相同的两个色谱峰不一定是同一种物质。通过保留时间得到PP勺子中可能含有DEHP，下一步进行质谱定性分析。

2.2.2.2质谱定性

 采用气相色谱一质谱法对提取液作进一步定性分析，结果表明提取液中含有DEHP，其质谱图见图4。

2.3超临界CO2萃取条件的优化

 在静态法中，超临界CO2的萃取效率主要受萃取温度、压力和时间的影响。

2.3.1萃取温度的影响

 在萃取压力为25 MPa，萃取时间为3h时，萃取温度分别选取40℃，45℃，50℃，55℃，60℃和65℃。考察萃取温度与测得DEHP含量的关系，见图5。

 温度的变化主要影响流体的密度、溶质蒸汽压。压力一定，在低温区（仍在临界温度以上），温度升高，流体密度降低，而溶质蒸汽压变化不大，萃取率降低。当温度升高到45℃以上时，虽然流体的密度进一步降低，但溶质蒸汽压增加，挥发度提高，萃取率逐渐增大。温度到达60℃时，升高温度对萃取效率的影响减小，试验成本增加，综合考虑选择55℃作为萃取温度。

2.3.2萃取压力的影响

 在萃取温度为55℃，萃取时间为3h时，萃取压力分别选取10，15，20，25，30和35 MPa。考察萃取压力与测得DEHP含量的关系，结果见图6。

 图6表明，随着压力增大，DEHP的萃取率先降低后升高。压力升高不仅C02密度增加，还会减小分子间的传质距离，增大CO2内部的传质效率。而在10～15 MPa之间正好与之相反。因为在临界压力附近，CO2的物理、化学性质随压力的变化极其敏感，即压力的改变会影响CO2极性的强弱，最终导致萃取率降低。随着压力增大，当压力大于25 M Pa后，CO2密度较大，可压缩性变小，压力升高对萃取效率的影响减小。同时高压会增加设备的折旧费和操作费。综合考虑选择25 M Pa最为合适。

2.3.3萃取时间的影响

 在萃取压力25 M Pa．萃取温度为55℃时，萃取时间分别为1，2，3，4，5和6h，考察萃取时间与测得DEHP含量的关系。结果表明萃取时间为3h时萃取效率最佳。一般情况下，萃取时间越长，萃取量越大，萃取就越完全。但随着萃取时间延长，由于目标物的减少，导致萃取率下降，而试验成本会大大增加。综合分析，选定萃取时间为3h。

2.4  四种萃取方法的比较

  试验还参考了3个现有标准，选取3种前处理方法：溶解沉淀法、超声波提取法和索氏抽提法，分别测得PP勺子中DEHP含量为0.5，2.3和2.9 mg/kg。超临界CO2-索氏抽提法测得DEHP含量为3.6 mg/kg。由此可知：超临界CO2-索氏抽提法对于勺子中DEHP的提取效率最高。因为超临界CO2流体不仅黏度低，扩散性高，还具有特殊的溶解能力和优异的传质性能，能迅速渗透进PP勺子内部，将其内部的塑化剂萃取出来，再结合索氏抽提法，能最大程度萃取出其所含的DEHP。索氏抽提法是一种经典方法，通常被用作其它方法提取效果的评价标准。溶解沉淀法不适用于PP材质勺子中塑化剂的测定，因为四氢呋喃不能将PP材质溶解，对DEHP的提取效率不高。

2.5工作曲线和定量限

 用甲醇将DMP，BBP，DPP，DEHP和ATBC储备液稀释成质量浓度为20，40，80，100，120和160μg/mL进行测定。以色谱峰面积为纵坐标(Y)，标准质量浓度(X)为横坐标，求得线性方程见表1，可知5种塑化剂在20～160μg/m L范围内，线性良好。

3结论

 作为PAEs的替代塑化剂，环保型塑化剂ATBC在医药、食品包装和玩具制造等领域应用越来越广。试验建立的分析方法，可以实现ATBC和14种PAEs的同时分析，为ATBC的质量监控提供技术参考。试验以一次性PP勺子为检测对象，测出其含有DEHP。优化了超临界CO2萃取DEHP的参数条件，建立了超临界CO2/索氏抽提一高效液相色谱法测定PP勺子中DEHP的测定方法。该方法准确、可靠，适用于PP勺子中DEHP的检测，为一次性PP餐具的检测提供了一定的参考价值，填补了国内相关检测的空白。