超高效液相色谱法测定涂料中11种紫外吸收剂

刘付建

(广东产品质量监督检验研究院，广东 广州 510330)



超高效液相色谱法测定涂料中11种紫外吸收剂

刘付建*

(广东产品质量监督检验研究院，广东 广州 510330)

建立了同时测定涂料中11种苯甲酮类和苯并三唑类紫外吸收剂的超高效液相色谱(UPLC)分析方法。乳胶漆类样品经水分散后，乙酸乙酯提取；木器清漆类样品以乙腈直接提取。提取液以C18色谱柱为分离柱，在乙腈-水流动相体系下变流速洗脱分离，二极管阵列检测器检测。结果表明，11种紫外吸收剂在0.1～50 mg/L浓度范围内线性关系良好，相关系数(r)均不小于0.999 0；方法检出限为10～30 mg/kg；3个加标水平下的平均回收率(n=6)为80.7%～107%，相对标准偏差(RSD)为3.0%～8.7%。该方法简单、快速，回收率和精密度良好，适用于涂料中11种紫外吸收剂的同时测定。

紫外吸收剂；涂料；超高效液相色谱法；变流速洗脱；苯甲酮类；苯并三唑类

涂料是一类具有防护和装饰等多种功能的工程材料，被广泛应用于建筑、木制品和金属制品等工业领域。然而，紫外线辐射会使暴露的涂料表面发生化学改性，令涂料表面失去光泽、变色、粉化，甚至涂膜剥落等。目前，绝大多数有机涂料通过添加光稳定剂来降低光致损害，提高其耐候性和耐老化性[1-2]。紫外吸收剂(UV absorbers，UVAs)是一类常用的光稳定剂，其结构中一般含有共轭结构和氢键，可以吸收有害紫外线并通过能量转换的方式释放，如苯甲酮类和苯并三唑类等有机化学物，其中苯并三唑类因具有较高的消光系数和极好的光持久性而在涂料行业中具有较好的商业意义[1]。但是，紫外吸收剂会在涂料的使用过程中逐渐释放，并在紫外线的作用下发生分解和裂变，对环境造成污染，成为危害消费者身体健康的风险因素[1]。毒理学实验表明，二苯甲酮(BP)对实验动物不仅具有致癌作用，而且还有皮肤接触毒性和生殖毒性[3-4]。人体皮肤接触和吸收过量的紫外线吸收剂及其分解产物，会增加皮肤致敏机率，存在诱发丘疹和脓疱等风险[5]。高效的2-(2′-羟基-3′,5′-二叔丁基苯基)-苯并三唑(UV320)和2-(2′-羟基-3′,5′-二叔戊基苯基)苯并三唑(UV328)也因具持久性、生物累积性和毒性而被欧盟加入第12批高关注物质(SVHC)清单[6]。因此，建立涂料中紫外吸收剂的检测方法，对于探究涂料行业紫外吸收剂的添加情况及其抗紫外能力、开发环境友好型抗紫外涂料有着积极的意义。

在已报道的文献中，紫外吸收剂的检测方法有液相色谱法[5,7-11]、液相色谱-串联质谱法[12-14]、气相色谱-质谱联用法[15]等，其中液相色谱法为主要方法。报道中检测基质多为化妆品[5,10-11]、食品接触材料及食品模拟物[7-8,13-14]、环境样品[9,12]等，尚未见关于涂料的检测研究。鉴于涂料中的紫外吸收剂一般为常量添加，含量较高，液相色谱的灵敏度足以满足检测要求[15]，且液相色谱仪器价格较低，已在实验室广泛普及，因此，本研究应用超高效液相色谱(UPLC)的分离快速和耗溶剂少等优点，针对11种苯甲酮类和苯并三唑类紫外吸收剂的物化性质，优选出合适的变流速洗脱分离条件和定性条件，并针对不同涂料的基质特性，探讨了提取处理条件，建立了涂料中11种紫外吸收剂的UPLC检测方法，可满足分析检测要求。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

超高效液相色谱仪(Waters Acquity UPLC system)，配有二元泵、自动进样器、柱温箱、二极管阵列检测器(PDA)及Empower色谱工作站(美国Waters公司)。MS2 Minshaker涡旋振荡器(德国IKA公司)，N-EVAP 112水浴氮吹仪(美国OA公司)，KDC-400低速离心机(科大创新公司)。

11种紫外吸收剂(UVAs)标准品:二苯甲酮(BP)，2,4-二羟基二苯甲酮(UV-0)，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9)，2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑(UV-71)，2-[2-羟基-5-叔辛苯基)苯并三唑(UV-329)，2-(5-氯-2-苯三唑基)-6-叔丁基对甲酚(UV-326)，2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)-5-氯苯并三唑(UV-327)，2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-二(1-甲基-1-苯乙基)苯酚(UV-234)，2,2′-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚(UV-360)，2-(2′-羟基-3′,5′-二叔丁基苯基)-苯并三唑(UV-320)，2-(2′-羟基-3′-5′-二叔戊基苯基)苯并三唑(UV-328)，纯度均大于98%，购自上海安谱科学仪器有限公司。甲醇、乙腈(色谱纯，美国Fisher公司)。

分别准确称取适量标准品，其中BP，UV-0和UV-9用甲醇溶解定容，配成相应的单标储备液；UV-71，UV-234，UV-320，UV-326，UV-327，UV-328，UV-329和UV-360用少量二氯甲烷溶解、甲醇定容，配成相应的单标储备液。分别吸取适量的单标储备液，用甲醇逐级稀释成浓度均为100 mg/L的11种紫外吸收剂混合标准溶液，均置于4 ℃冰箱保存。临用时，用乙腈稀释成所需浓度的系列混合标准工作液。

分析样品:共10个(5个外墙乳胶漆，5个聚氨酯木器清漆)，购自广州市场。

1.2 样品处理

乳胶漆:称取0.2 g样品(精确至0.001 g)于15 mL聚四氟乙烯(PTFE)离心管中，加入2 mL水，涡旋混匀，再加入5 mL乙酸乙酯，3 000 r/min涡旋萃取2 min，4 000 r/min离心3 min，移取上清液于10 mL比色管中，重复用5 mL乙酸乙酯萃取1次，合并萃取液并用乙酸乙酯定容至10 mL。吸取1.0 mL萃取液于40 ℃水浴中氮吹浓缩至干，用乙腈定容至1.0 mL，经0.22 μm PTFE滤膜过滤，滤液供UPLC测定。

表1 梯度洗脱程序

Table 1 Gradient elution program

Time(min)Flow(mL/min)A(%)B(%)00033565500401008005010082060100140060100145033565170033565

木器清漆:称取0.2 g样品(精确至0.001 g)于10 mL比色管中，加入2 mL乙腈，3 000 r/min涡旋2 min，用乙腈定容至10 mL，3 000 r/min涡旋1 min，2 000 r/min离心3 min，上清液经0.22 μm PTFE滤膜过滤后，滤液供UPLC测定。

1.3 UPLC/PDA检测条件

色谱柱:Phenomenex kinetex C18色谱柱(100 mm×3.0 mm，2.6 μm)；流动相:A为水，B为乙腈，变流速梯度洗脱程序如表1所示。柱温:35 ℃；进样量:5 μL；进样方式:不充满定量环(针溢出)；检测波长:BP为252 nm；UV-0和UV-9为288 nm；其余8种苯并三唑类紫外吸收剂为340 nm。

2 结果与讨论

2.1 检测波长的确定

用UPLC分别对11种化合物标准溶液在190～450 nm进行扫描，得到各目标化合物的紫外吸收光谱图。由紫外吸收光谱图可知，BP，UV-0和UV-9均以苯甲酮为母体，BP在250 nm处有明显的吸收峰，但UV-0和UV-9由于羟基和甲氧基的作用，250 nm处的吸收峰蓝移至240 nm，且在288 nm和322 nm处出现2个吸收峰，以288 nm处的吸收最高；UV-71等8种苯并三唑类化合物均以母体苯并三唑的贡献最大，紫外吸收光谱图大体相似，在约300 nm和340 nm处有2个主要的吸收峰，且以340 nm处吸收最高。实验确定各化合物的检测波长如“1.3”所述。

2.2 色谱分离条件的优化

2.2.1 色谱柱的选择 从分子结构上分析，11种UVAs均具有一定的极性，可采用C18色谱柱进行分离；但其在水中的溶解度较低，需用纯乙腈或纯甲醇作为标准品和样液的溶剂，而分离11种化合物常采用梯度洗脱，且BP，UV-0和UV-9的极性相对较大，初始梯度应有相当比例的水相来增强其在C18色谱柱上的保留。若使用小颗粒填料紧密填充的Waters BEH C18色谱柱(2.1mm×100 mm，1.7 μm)分离，则易出现溶剂效应，因此考虑选用填料颗粒和管径略大的Phenomenex kinetex C18色谱柱(100 mm×3.0 mm，2.6 μm)进行实验，以避免产生溶剂效应，且其核-壳颗粒技术具有较好的分离性能。

图1 11种化合物混合标准溶液在不同流速下的色谱图(λ=275 nm)Fig.1 Chromatograms of 11 analytes mixed standard solution at different flow rates1.UV-0，2.BP,3.UV-9,4.UV-71，5.UV-329，6.UV-326，7.UV-234，8.UV-320,9.UV-327，10.UV-328,11.UV-360；flow rate(a-d):0.3,0.4,0.5，0.6 mL/min

图2 乙酸乙酯和正己烷的萃取效果对比Fig.2 Comparison of extraction effects of ethyl acetate and hexane values within the same mullion with same letters above are no signi-ficantly different at p>0.05;values within the same mullion with different letters above are significantly different at p<0.05(柱上字母相同表示组间无显著差异,p>0.05；柱上字母不同表示组间存在显著差异,p<0.05)

2.2.2 流动相及梯度的优化 实验采用Phenomenex kinetex C18色谱柱，在乙腈-水流动相下优化了梯度和流速等色谱条件。当恒流速为0.3 mL/min时，有助于极性较大的BP，UV-0和UV-9获得较理想的保留时间，但由于流速低而使峰展宽，降低了分离效率，UV-326和UV-234峰重叠(见图1a)，梯度变换为100%乙腈洗脱20 min时未见UV-360的色谱峰；恒流速为0.4 mL/min时，UV-0的出峰时间提前至1.2 min左右，实际样品检测时会有杂质峰干扰，但UV-326和UV-234稍可分离成并肩峰(见图1b)，UV-360在梯度变换为100%乙腈后洗脱约17 min处出峰；恒流速为0.5 mL/min时，UV-0的出峰时间提前至死时间附近，但UV-326和UV-234可完全分离(见图1c)，UV-360在梯度变换为100%乙腈洗脱后约在12 min处出峰。因此，实验选择变流速洗脱方式，初始流速设置为较低的流速，然后逐步提高流速，既使BP，UV-0和UV-9获得合适的保留时间，又可缩短其它化合物的保留时间，从而提高响应值，并使UV-326和UV-234实现良好分离；在除UV-360以外的10个化合物均被洗脱后，将流速提高至0.6 mL/min，以进一步缩短UV-360的保留时间。经优化后的梯度洗脱程序见表1，所获得的标准溶液色谱图见图1d。11种化合物的色谱峰尖锐对称，均可获得较好的分离和保留时间。

2.2.3 柱温的选择 考察了柱温分别为30，35，40，45 ℃时11种化合物的色谱行为，发现不同柱温对11种化合物的分离情况基本无影响，保留时间则随着温度的提高而稍有前移。综合考虑，最终确定柱温为35 ℃。

在优化的色谱条件(“1.3”所述)下，对1 mg/L混标溶液连续进样6针，各化合物峰面积的相对标准偏差均小于3%，表明所设置的变流速洗脱等色谱条件稳定性良好。

2.3 前处理条件的优化

对于乳胶漆样品，其基质特点为水分散性涂料，实验根据11种待测物的性质，拟用水分散样品，然后选择合适的有机溶剂提取，以减少水溶性杂质的共萃取率。对比了乙酸乙酯和正己烷的萃取效果(n=5)，并采用SPSS 13.0统计软件对不同溶剂萃取回收率数据进行了方差分析(显著性水平为0.05)，结果见图2。由图可见，对于BP，UV-0和UV-9，两种萃取溶剂的萃取效果有显著性差异，且乙酸乙酯的萃取率稍好；对于其余8种待测物，两种萃取溶剂的萃取效果无显著差异；另外，色谱图显示两种溶剂提取出的杂质情况也基本相同，对目标峰不会产生干扰，因此实验选定乙酸乙酯作为乳胶漆样品的提取剂。

聚氨酯木器清漆样品多为油性漆，实验拟选用对脂类物质溶解性低、通用性较好的乙腈进行提取，结果获得了较好的提取效果，11种紫外吸收剂的提取回收率均在80%以上。

2.4 线性关系与检出限

配制质量浓度为0.1～50 mg/L的系列混合标准工作液，采用“1.3”所述仪器条件检测，以各待测物的峰面积(y)为纵坐标，相应的质量浓度(x，mg/L)为横坐标绘制标准曲线，得到各待测物的线性方程。以3倍信噪比(S/N)计算仪器的检出限，结合前处理稀释倍数(50倍)考察回收率情况，同时考虑到涂料中紫外吸收剂的添加量和方法的普适性，在满足检测要求的前提下，确定11种化合物的方法检出限(MLOD)。11种化合物的保留时间、线性范围、回归方程、相关系数及方法检出限见表2。结果表明，11种化合物在相应的浓度范围内线性关系良好，相关系数均不小于0.999 0，方法检出限为10～30 mg/kg。

表2 11种化合物的线性方程、相关系数、方法检出限及保留时间

Table 2 Linear equations,correlation coefficients(r)，method detection limits(MLOD) and retention times of 11 analytes

AnalyteRetentiontime(min)Linearrange(mg/L)LinearequationrMLOD(mg/kg)BP21802～50y=23471x+278100999115UV-017701～20y=56628x+121550999210UV-924901～20y=53800x+954880999510UV-7133201～20y=59249x-973880999310UV-23463102～50y=24091x-560330999015UV-32065202～50y=37960x+505240999715UV-32661802～50y=29450x+484290999215UV-32769702～50y=20906x+291790999315UV-32871102～50y=31051x+205020999915UV-32959102～50y=36179x-498310999315UV-360126805～50y=14087x+116220999830

2.5 回收率、精密度及实际样品检测

选取阴性乳胶漆和聚氨酯木器清漆样品各1个，分别进行3个水平的加标回收实验，平行6次实验，回收率和精密度结果见表3。在加标浓度范围内，11种化合物的平均回收率(n=6)为80.7%～107%，相对标准偏差(RSD)为3.0%～8.7%，表明方法具有良好的准确度与精密度。

表3 回收率和精密度测定结果(n=6)

Table 3 Recoveries and pricisions of 11 analytes(n=6)

AnalyteAdded(mg/kg)LatexpaintWoodfurniturevarnishRecovery(%)RSD(%)Recovery(%)RSD(%)BP15，150，1500835，910，89783，67，63807，889，90679，81，54UV-010，100，1000814，895，90284，58，69103，877，88187，61，55UV-910，100，1000878，907，92175，55，59100，954，90581，54，51

(续表3)

AnalyteAdded(mg/kg)LatexpaintWoodfurniturevarnishRecovery(%)RSD(%)Recovery(%)RSD(%)UV-7110，100，1000902，102，98362，43，52856，934，91956，47，50UV-23415，150，1500885，104，10751，83，86972，867，90475，60，63UV-32015，150，1500925，971，95247，56，46915，952，97758，43，45UV-32615，150，1500945，101，10553，73，85950，918，10483，52，69UV-32715，150，1500900，943，93740，47，36908，992，95645，43，51UV-32815，150，1500891，928，93345，30，34927，984，99141，42，30UV-32915，150，1500912，983，95651，43，47887，924，96149，56，34UV-36030，200，2000893，939，99444，52，35853，915，93850，37，42

采用本方法对10个涂料样品(5个外墙乳胶漆和5个聚氨酯木器清漆)进行测定，结果均未检出11种紫外吸收剂。

3 结 论

根据外墙涂料和木器清漆的基质特性，以及本文11种紫外吸收剂的物化性质，建立了变流速洗脱/超高效液相色谱测定11种紫外吸收剂的方法。通过优化提取条件，采用变流速洗脱方式使11种紫外吸收剂获得了良好的色谱分离和保留时间；考察了方法检出限、回收率、精密度等技术指标，结果表明方法回收率和精密度良好，检出限能够满足要求，可为同时检测涂料中不同极性的苯甲酮类和苯并三唑类紫外吸收剂提供快速高效的分析方法。

[1] Mo Q X.PreparationandPropertiesofAnti-agingExteriorWallLatexCoating.Xi′an:Xi′an University of Science and Technology(么秋香.抗老化外墙乳胶涂料制备及性能研究.西安:西安科技大学),2009.

[2] Gao Q,Yang P F,Hu W Y,Fang X W,Pei W.Chem.Prod.Technol.(高倩,杨培凤,胡卫雅,方锡武,裴文.化工生产与技术),2011,18(2):33-37.

[3] Rhodes M C,Bucher J R,Peckham J C,Kissling G E,Hejtmancik M R,Chhabra R S.FoodChem.Toxicol.,2007,45(5):843-851.

[4] Hsieh M,Grantham E B,Macapagal R,Willingham E,Baskin L.J.Urol.,2007,178(2):1637-1642.[5] He Q S,Xu N,Li J,Liao S F.Chin.J.Chromatogr.(何乔桑,徐娜,李晶,廖上富.色谱),2011,29(8):762-767.

[6] Six New Substances of very High Concern(SVHCs) Added to the Candidate List and One Entry Updated [EB/OL].http://echa.europa.eu/view-article/-/journal_content/title/six-new-substances-of-very-high-concern-svhcs-added-to-the-candidate-list-and-one-entry-updated.

[7] Ai L F,Guo C H,Ge S H,Chen R C,Zhao A K.J.Instrum.Anal.(艾连峰,郭春海,葛世辉,陈瑞春,赵安康.分析测试学报),2011,30(1):13-17.

[8] Lin Q B,Li B,Song H,Li X M.J.Liq.Chromatogr.RelatedTechnol.,2011,34(9):730-734.[9] Zenker A,Schmutz H,Fent K.J.Chromatogr.A,2008,1202(1):64-74.

[10] Mao X Q,Bian H T,Qu B C.Chin.J.Chromatogr.(毛希琴,边海涛,曲宝成.色谱),2013,31(8):775-780.[11] Huang X F,Liu L Y,Xu Q,Zhuang G S,Du J W.Chin.J.Anal.Chem.(黄雄风,刘绿叶,许群,庄国顺,杜军伟.分析化学),2014,42(12):1846-1850.

[12] Negreira N,Rodriguez I,Ramil M,Rubi E,Cela R.Anal.Chim.Acta,2009,654(2):162-170.

[13] Xiao X F,Wang J L,Chen T,Liu T F,He J,Deng H Y,Yang J J.J.Instrum.Anal.(肖晓峰,王建玲,陈彤,刘艇飞,何军,邓弘毅,杨娟娟.分析测试学报),2015,34(9):1021-1026.

[14] Himmelsbach M,Buchberger W,Reingruber E.Polym.Degrad.Stabil.,2009,94(8):1213-1219.

[15] Liu F J,Guo X D,Weng Y B,Xian Y P,Peng Y,Chen J W,Huang J F,Lu Y J.J.Instrum.Anal.(刘付建,郭新东,翁乙斌,冼燕萍,彭莺,陈纪文,黄金凤,卢宇靖.分析测试学报),2014,33(3):329-333.

Determination of 11 Kinds of Ultraviolet Absorbers in Coatings by Variable Flow Elution Combing with Ultra High Performance Liquid Chromatography

LIU Fu-jian*

(Guangdong Testing Institute for Product Quality Supervision,Guangzhou 510330,China)

An ultra high performance liquid chromatographic(UPLC) method was established for the simultaneous determination of eleven benzophenone and benzotriazole UV absorbents in coating samples.The emulsion paint samples were firstly dispersed with water,and subsequently extracted with ethyl acetate,while the wood varnish samples were extracted directly with acetonitrile.The extracts were separated on a C18chromatographic column using acetonitrile-water mobile system with a variable flow rate,and detected with diode array detector(DAD).The results indicated that 11 analytes had good linear relationships(r≥0.999 0) in the concentration range of 0.1-50 mg/L.The limits of detection of the method(MLODs) were in the range of 10-30 mg/kg.Recoveries of 11 analytes at three spiked concentration slevels were in the range of 80.7%-107% with relative standard deviations(RSD,n=6) of 3.0%-8.7%.The method was simple and rapid,and was suitable for the simultaneous determination of eleven UV absorbents in coating samples with favorable recoveries and precisions.

ultraviolet absorbers；coatings；ultra high performance liquid chromatography(UPLC)；variable flow elution；benzophenone；benzotriazole

2015-10-14；

2015-10-25

质检公益性行业科研专项经费资助(2012104011-14)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.05.015

O657.6

A

1004-4957(2016)05-0585-05

*通讯作者：刘付建，高级工程师，研究方向:涂料色谱分析，Tel:0757-22802662，E-mail:liufujian@126.com