气相色谱法测定橡胶中的苯胺类物质含量

尹洪雷，戴金兰，程立军，涂满娣，周 磊，俞凌云，陈学灿

（1.榕城海关综合技术服务中心，福建 福清 350300；2.福州海关技术中心，福建 福州 350003；3.天津海关，天津 300041；4.成都海关技术中心，四川 成都 610041）

苯胺类物质因为含有—NH官能团，具有较强的质子给予能力，其本身能与橡胶中的自由基反应，阻止自由基对橡胶分子链的破坏；同时苯胺类物质反应生成的中间产物不仅结构稳定，而且具有很强的自由基捕获能力，与自由基反应可生成稳定产物，阻止自由基进一步反应。因此，苯胺类物质被作为橡胶加工中性能优异的抗氧老化剂，对氧、臭氧、热老化、疲劳老化以及变价金属离子等都有优良的防护效果，被广泛应用于橡胶制品中。

多数苯胺类化合物是由苯胺或乙基苯胺酚衍生物合成的，其中会残留少量N-乙基苯胺。N-乙基苯胺可经呼吸道吸入或经皮肤吸收进入人体，其毒性与苯胺相似，能在血液中形成高铁血红蛋白，造成人体组织缺氧，引起中枢神经系统、心血管系统及其他脏器的损坏[1-3]。含有N-乙基苯胺的废弃橡胶会污染水体和土壤，影响水生生物的生长和繁殖[4-6]。当水体中的污染物达到一定浓度时，水生物会引起一系列中毒反应，如行为异常、生理功能紊乱、组织细胞病变，直至死亡。目前ISO/TR 16178：2012《鞋类 鞋类和鞋类部件中潜存的关键物质》的清单中将N-乙基苯胺分为第4类（高度怀疑对穿着者有危害的物质）或第5类（怀疑对穿着者有危害的物质）。

虽然已经有一些苯胺含量的检测方法，用来检测纺织品、饮用和环境水、工作场所、汽油和化妆品中的苯胺含量[7-15]，但是国内外暂时还没有橡胶中的苯胺类物质含量检测的标准方法。为了保护消费者的身体健康和生命安全及应对国外技术壁垒，有必要制订橡胶中的苯胺类物质含量的相关检测方法。

本工作研究气相色谱法测定橡胶中的苯胺类物质含量。

1 实验

1.1 试剂

苯胺（标准物质）、N-乙基苯胺（标准物质）、邻苯二胺（标准物质）和N，N-二乙基对苯二胺（标准物质），美国CATO公司产品；无水乙醇（优级纯）、二氯甲烷（优级纯）、甲醇（优级纯）和丙酮（优级纯），国药集团有限公司产品。

1.2 主要仪器

DC 300型涡旋振荡器，杭州瑞诚仪器有限公司产品；Agilent 7890A型气相色谱仪，美国安捷伦仪器公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 提取溶剂的选择

准确称取试样2.0 g（无特别说明，试样颗粒的长度×宽度为3 mm×3 mm），加入10 mL提取溶剂，在25 ℃下涡旋振荡10 min后再用微波提取20 min，用制备的固相萃取柱净化，将净化液旋转蒸发至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，测定目标物苯胺、N-乙基苯胺、邻苯二胺和N，N-二乙基对苯二胺含量。分别考察提取溶剂乙醇、二氯甲烷、甲醇和丙酮的提取效果。

1.3.2 提取方式选择

准确称取试样2.0 g，加入甲醇10 mL，在25℃下分别考察索氏提取（240 min）、超声提取（20 min）、振荡提取（60 min）方式对橡胶中N-乙基苯胺的提取效果。用聚-β-环糊精固相萃取柱净化，将净化液旋转蒸发至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，测定目标物。

为进一步优化提取方式，考察了涡旋振荡20 min、涡旋振荡10 min加超声提取20 min和超声提取30 min对目标物含量测定结果的影响。

1.3.3 提取次数优化

准确称取试样2.0 g，加入甲醇10 mL，在25 ℃下涡旋振荡10 min加超声提取20 min，过滤后收集滤液，用制备的固相萃取柱净化，将净化液旋转蒸发至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，测定目标物含量；在滤渣中加入10 mL甲醇，重复提取操作，测定提取液中目标物含量；再次在滤渣中加入10 mL甲醇，重复上述操作，测定提取液中目标物含量。

1.3.4 提取温度优化

准确称取试样2.0 g，加入甲醇10 mL，分别在20，25，30，35，40，45和50 ℃下涡旋振荡10 min加超声提取20 min，用聚-β-环糊精固相萃取柱净化，将净化液旋转蒸发至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，测定目标物含量。

1.3.5 超声提取时间优化

准确称取试样2.0 g，加入甲醇10 mL，在25 ℃下分别涡旋振荡10 min加超声提取10，20，30，40，50和60 min，用聚-β-环糊精固相萃取柱净化，将净化液旋转蒸发至0.5 mL左右，用正己烷定容至2.0 mL，测定目标物含量。

1.3.6 试样颗粒大小

将制备的样品（厚度3 mm）裁剪成长度和宽度分别为1 mm×3 mm，2 mm×3 mm，3 mm×3 mm和5 mm×3 mm的1#—4#试样颗粒。称取2.0 g试样，加入甲醇10 mL，在25 ℃下涡旋振荡10 min加超声提取20 min，用聚-β-环糊精固相萃取柱净化，旋转蒸发净化液至0.5 mL左右，用正己烷定容到2.0 mL，测定目标物含量。

1.4 检测方法准确性

1.4.1 检出限和标准曲线

配制质量浓度为0.05 mg·L-1的4种目标物标准溶液，在优化的仪器条件下，通过测定目标物的信噪比，以3倍噪声计算检测限，检出低限以10倍信噪比计算。

苯胺标准溶液质量浓度分别为13，26，52，104，130和208 μg·mL-1；N-乙 基 苯 胺 标 准 溶液 质 量 浓 度 分 别 为25，50，100，200，250和400 μg·mL-1；邻苯二胺和N，N-二乙基对苯二胺标准溶液质量浓度分别为10，20，40，80，100和160 μg·mL-1，在优化的仪器条件下制作苯胺含量（Y）-标准溶液质量浓度（X）标准曲线。

1.4.2 加标回收率

在4种不同的试样中加入3种梯度浓度的苯胺类衍生物，加入10 mL甲醇，在25 ℃下涡旋振荡10 min加超声提取20 min，过滤并收集滤液；加入10 mL甲醇至滤渣，重复上述操作步骤，将2次的滤液合并，用制备的固相萃取柱净化，旋转蒸发至0.5 mL左右，用正己烷定容到2.0 mL，在优化仪器条件下测定目标物含量。

1.4.3 样品测定

在优化条件下进行样品中目标物含量测定。

2 结果与讨论

2.1 提取条件的优化

2.1.1 提取溶剂

不同提取溶剂对苯胺类物质的提取效果对比如图1所示。从图1可以看出，相比于二氯甲烷、乙醇和丙酮，甲醇对于4种目标物都有很高的提取效率，因此可以选取甲醇作为提取溶剂。

2.1.2 提取方式

不同提取方式的苯胺类物质含量测定结果对比如图2所示。从图2可以看出，超声提取效果最好、振荡提取效果最差，索氏提取效果居中，而其提取时间最长。结合实验室条件和提取效率，选取振荡提取和超声提取为提取目标物的主要方式。

优化提取方式的目标物含量测定结果对比如图3所示。从图3可以看出，3种提取方式测定目标物含量的结果都很好，旋涡振荡提取效率最高，考虑到实验室操作的效率，选取涡旋振荡（10 min）加超声提取（20 min）的提取方式。

2.1.3 提取次数

不同提取次数的目标物含量测定结果对比如图4所示。从图4可以看出，经过2次提取后，已经提取出目标物总量的90%以上，因此采取2次提取。

2.1.4 提取温度

不同提取温度下目标物含量测定结果对比如图5所示。从图5可以看出：随着提取温度的升高，苯胺、N-乙基苯胺、邻苯二胺和N，N-二乙基对苯二胺的含量测定结果都有不同程度的减小；20～30 ℃提取温度范围内目标物含量测定结果的稳定性较好。考虑到实验室的操作性，提取温度选取20～30 ℃。

2.1.5 超声提取时间

不同超声提取时间下目标物含量测定结果对比如图6所示。从图6可以看出：随着超声提取时间的延长，苯胺、N-乙基苯胺、邻苯二胺和N，N-二乙基对苯二胺含量测定结果均先增大后减小；在超声提取时间为20 min时，目标物含量测定结果最大。因此选取超声提取时间为20 min。

2.1.6 试样颗粒大小

不同试样颗粒大小的目标物含量测定结果对比见图7。在4种试样颗粒尺寸情况下，苯胺、N-乙基苯胺、邻苯二胺和N，N-二乙基对苯二胺含量的检测结果相对标准偏差（RSD）分别为3.25%，4.74%，2.81%和3.34%。从图7可以看出，试样颗粒大小对于测定结果没有显著影响。为了提高制样效率，采用5 mm×3 mm试样颗粒尺寸即可。

2.2 色谱条件优化

2.2.1 色谱柱的选择

固定相为质量分数5%二苯基聚硅氧烷加质量分数95%二甲基聚硅氧烷的HP-5，DB-5，SPE-5和AT-5色谱柱均能使目标物很好地分离，采用HP-5色谱柱的典型气相色谱如图8所示。在分离30 min内，分析计算各目标物的典型色谱峰面积，4种目标物的质量浓度分别为104，200，80和80 mg·L-1。

2.2.2 升温程序

考察柱箱的升温程序对目标物的分离效果，初始温度在50 ℃下保持2 min，随后优化阶升温度，分别以4，10和15 ℃·min-1的升温速率阶升到170 ℃，然后以40 ℃·min-1的升温速率阶升到280℃，保持2 min。

结果表明，各阶升温下，对目标物都能够很好地分离。考虑保留时间及试验的时效性，试验选择4 ℃·min-1作为阶升1的升温速率阶升到170℃，再以40 ℃·min-1的升温速率阶升到220 ℃。色谱柱升温程序见表1。

2.3 方法的准确性

2.3.1 检出限和标准曲线

方法的标准曲线线性方程和检出限见表2。从表2可以看出，各目标物测定标准曲线的线性相关因数均大于0.998，线性相关性良好。

表2 方法的标准曲线线性方程和检出限Tab.2 Standard curve linear equations and detection limits of methods

2.3.2 加标回收率

目标物加标回收率见表3。由表3可见，各目标物的加标回收率在89.00%～110.51%范围内，RSD均在1.61%～9.94%范围内，符合一般检测的精密度要求。

表3 目标物加标回收率（n＝6）Tab.3 Spiked recoveries of target objects（n＝6）

2.3.3 样品测定

样品测定结果见表4。由表4可见，样品测定的RSD为4.91%～10.7%，符合一般检测的精密度要求。

表4 样品测定结果（n＝6）Tab.4 Sample test results（n＝6） mg·kg-1

3 结论

（1）采用固相萃取-气相色谱法测定橡胶中苯胺、N-乙基苯胺、邻苯二胺和N，N-二乙基对苯二胺，优化测定步骤为：准确称取2.0 g试样，加入10 mL乙醇，在25～30 ℃涡旋振荡10 min，再超声提取20 min，过滤，收集滤液，重复提取操作1次，2次滤液合并，用制备的固相萃取柱净化，旋转蒸发至约0.5 mL，用正己烷定容至2 mL，用孔径为0.45 μm有机相滤膜过滤；采用HP-5色谱柱，在初始温度50 ℃保持2 min后，以4 ℃·min-1速率升温至170 ℃并保持5 min，再以40 ℃·min-1速率升温至280 ℃并保持2 min的升温程序下进行滤液的气相色谱测试。

（2）在优化提取条件下，苯胺、N-乙基苯胺、邻苯二胺和N，N-二乙基对苯二胺的测定标准曲线的线性相关因数均大于0.998，检出限分别为0.005，0.260，0.005和0.005 mg·kg-1，加 标回收率为89.00%～110.51%，相对标准偏差为1.61%～9.94%。