气相色谱-质谱法测定皮革及其制品中N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺

陈 浩 高永刚* 张艳艳

（1.山东出入境检验检疫局技术中心 山东青岛 266003；2.青岛市产品质量监督检验研究院）

1 前言

N，N-二甲基甲酰胺（N，N-dimethyl formamide，DMFo） 及 N，N-二甲基乙酰胺（N，N-Dimethylacetamide，DMAc）作为重要的化工原料以及性能优良的溶剂，主要应用于生产合成纤维、人造皮革和聚合物聚氨酯、聚丙烯腈以及湿法合成革生产中。皮革中的DMFo和DMAc主要来源于制革过程中以其作为溶剂的树脂材料，在移膜革、贴膜革加工过程中被直接使用，因此作为一种潜在的有害物质，极有可能影响到皮革产品的质量[1-2]。

人体皮肤对DMFo和DMAC有很大的吸收作用。长期接触这2种化合物会对人体造成健康损害，主要表现为肝脏损害，上呼吸道黏膜刺激症并伴随类神经哀弱症等[3]。《国家危险废物名录》（环境保护部令第1号）中明确指出，使用二甲基甲酰胺作为溶剂的合成革生产工艺产生的精（蒸）馏残渣属于危险废物。2003年欧盟第2003/36/EC号指令已将N，N-二甲基甲酰胺（CAS No.68-12-2）、N，N-二甲基乙酰胺（CAS No.127-19-5）列入REACH指令受限物质名单中，被归为第二类生殖毒性物质的清单；根据新的欧盟指令2009/48/EC，该类物质自2013年7月被禁止使用；2010年12月10日，比利时和法国颁布法令，禁止销售含有甲酰胺的泡沫拼图地垫；2012年Oeko-Tex Standard 100（生态纺织品认证标准）将N，N-二甲基乙酰胺等有机溶剂残留量列入检测范围内，并提出限量要求为1 000 ppm。

目前，大多文献报道是对水体、药品或空气中的DMFo或DMAc进行了检测[5-10]，很少有同时进行测定的。刘敏华等[4]采用GC-MS对纺织品中DMFo和DMAc残留量进行了检测，但仅针对纺织品进行检测。马贺伟[1]采用GC-MS对皮革中DMFo的残留量进行了相关研究，但其中采用提取试剂三氯甲烷不仅毒性大，还易造成环境污染。目前还未有皮革及其制品中DMFo和DMAc同时测定方法的报道。本研究基于皮革的特点，对样品中的DMFo和DMAc进行提取，建立了GC-MS同时测定皮革中DMFo和DMAc的方法，为相关检测技术标准建立，应对国外技术壁垒，促进我国的外贸发展提供技术支持。

2 实验部分

2.1 仪器、试剂与材料

气相色谱-质谱联用仪（Agilent 5975C，美国安捷伦公司），配 HP-INNOWax（30 m×320 μm×0.25 μm）石英毛细管柱；超声波提取器（KQ500DE昆山市超声仪器有限公司）；样品瓶（40 mL）；有机滤膜（0.45 μm）；甲醇，乙腈，丙酮，正己烷，乙酸乙酯（色谱纯，Burdick&Jackson公司）； N，N-二甲基甲酰胺及N，N-二甲基乙酰胺标准溶液（纯度≥98%，德国Dr.Ehrenstorfer公司）；实验用水为超纯水，电阻率为18.2 MΩ·cm。

标准储备液：用乙腈或其他合适溶剂将DMFo和DMAc配制成浓度约为1 000 μg/mL的标准储备溶液。-20℃储存备用；标准工作液：根据工作需要取2种适量标准储备液，混匀，使用乙腈配制成一定浓度的工作溶液。

2.2 实验方法

取5.0～10.0 g代表性的样品，将其剪碎成5 mm×5 mm以下的小片，混匀。称取1.0 g上述剪碎样品，精确至0.01 g，置于带螺旋盖的玻璃管提取器中，加入10mL乙腈后混匀，使所有试样浸没于液体中，将反应器密封，放入超声波清洗仪中超声提取30min。提取液过0.45μm滤膜，气相色谱-质谱联用仪待测。

3 结果与讨论

3.1 实验条件的选择

3.1.1 提取溶剂的选择

取阳性样品（样品基质为皮革，采用整理加工工艺添加DMFo），选择了二氯甲烷、乙酸乙酯、甲醇、乙腈、正已烷、丙酮、乙醇有机溶剂作为提取溶剂，在常温下对阳性样品进行超声波萃取，详见表1。

表1 超声波萃取溶剂的选择（单位：mg/kg）

由表1可知，在所有的萃取溶液中，二氯甲烷和乙腈提取效果最好。但二氯甲烷提取液谱图杂峰比较多，且二氯甲烷毒性大，易对环境造成污染。结合以上因素，选取乙腈作为提取溶剂。

3.1.2 提取方式的选择

常用的样品前处理方法有：快速溶剂萃取法、超声萃取法、常温机械振荡提取法、索氏提取法等方法。考虑到快速溶剂萃取法需要使用昂贵的仪器，不便于实际的推广，因此暂不考虑此方法。对含有DMFo的阳性样品采取索氏提取、超声萃取、常温机械振荡3种提取方式进行实验，结果见表2。超声萃取法和常温机械振荡提取法所用时间均为30 min，索氏提取法所用时间为4 h。

表2 提取方法效果比较（以DMFo为例）

从表2可以看出，索氏提取法与超声萃取法及常温机械振荡的提取效果相差不大。索氏提取是一种经典的样品前处理技术，具有提取效率高的优点，但该方法提取时间长，操作繁琐且所耗费试剂较多，且由于提取步骤较多，平行测试结果差别较大，不推荐使用。超声波提取器是实验室普遍都有的设备，考虑到方法的方便性及适用性，本研究提取方法采用超声萃取法。

3.1.3 提取温度的选择

取含有DMFo的阳性样品，按照2.2所述方法进行试验，设置常温、40℃、70℃ 3个不同的温度，每个温度设置6个平行样，在频率为40 KHz的超声波水浴中，对样品超声提取30 min。其结果见表3。

由表3可以看出，在超声波提取器相同的工作频率下，常温、40℃、70℃的水浴温度中，样品提取结果差别不大，温度较高时，方法的精密度（RSD%）相对较大，这可能跟提取温度有关，温度越高，提取溶剂易挥发，导致结果平行性越差。因此，从实验操作 的角度考虑，选择常温超声萃取比较合适。

表3 不同水浴温度超声萃取结果

3.1.4 超声萃取时间

选取含有DMFo的阳性样品，按照2.2所述方法进行试验，在常温条件下进行超声萃取时间选择试验，结果见表4。

表4 不同提取时间的比较

样品分别经过 15 min、30 min、60 min和90 min超声萃取后，超声萃取90 min的结果最高，提取15 min的由于时间过短，结果偏低。超声萃取时间过长会造成提取溶剂温度升高，而温度越高，萃取溶剂易挥发，导致结果平行性变差。考虑到样品提取的方便性，选择超声萃取30 min比较合适。

3.2 仪器条件的选择

3.2.1 色谱柱的选择

本研究比较了弱极性柱HP-5MS和极性柱HP-INNOWax两种类型的柱子。结果发现，用HP-5MS色谱柱无法将DMFo和DMAc分离。而HPINNOWax上所出峰形不仅对称，而且样品基本无杂峰干扰。分析原因，由于HP-INNOWax柱是键合/交联聚乙醇固定相的色谱柱，对各种极性化合物如酸、醛和醇类可以得到很尖锐的峰形。是理想的分离极性化合物的色谱柱。所以本试验选用HPINNOWax（30 m×320 μm×0.25 μm）石英毛细管柱。图1和图2分别是HP-5MS和HP-INNOWax色谱柱分离谱图。

图1 HP-5MS色谱柱分离谱图

图2 HP-INNOWax色谱柱分离谱图

3.2.2 气相色谱-质谱条件

HP-INNOWax石英毛细管柱（30 m×320 μm×0.25 μm），或相当者；载气为高纯氦气（纯度为99.999%）；进样口温度：280℃；进样量：1 μL；进样方式：不分流进样；溶剂延迟：4.4 min；流速：1.0 mL/min；程序升温：50℃保持1 min，以 20℃/min升至240℃，最后以280℃后运行5 min；电离方式：EI；电离能量：70 eV；扫描方式：全扫描。

3.2.3 定性定量方式的选择

试验中，首先通过全扫描方式（SCAN）做出DMFo和DMAc总离子流图（TIC），然后根据其质谱图中的碎片离子选择了丰度相对较高、分子质量较大的碎片离子作为定性和定量的特征目标监测离子（表5）。2种化合物的总离子流图如图3所示及质谱图如图4和图5所示。确证时，可根据待测阳性检出物中特征碎片离子的种类及丰度比作为其阳性判别的依据。在相同测试条件下，样品中待测物与同时检测的标准溶液应具有相同的保留时间，偏差应在±2.5%之内。

表5 N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺的特征目标检测离子

图3 DMFo和DMAc总离子流色谱图TIC

图4 DMFo质谱图

图5 DMAc质谱图

3.2.4 线性关系和测定低限

在本方法所确定的实验条件下，对标准溶液在0.05～50.0 μg/mL范围内测定，其浓度与响应值有良好的线性关系，相关系数γ均为1.0。

本方法测定低限采用实际样品加标方式进行实测，记录峰面积或峰高，并与相应的标准峰面积进行比较。信噪比S/N应≥3。经过实测，仪器对浓度为0.05 mg/L的DMFo和DMAc信噪比S/N分别为16.4和66.1。确定本方法仪器对DMFo和DMAc的检测低限为0.05 mg/L。

3.2.5 回收率试验及精密度试验

采用样品加标的方式进行回收率和精密度实验，添加水平分别为 0.5 mg/kg、5 mg/kg、20 mg/kg，每个水平做6个平行样品，外标法进行定量。

表6 回收率和精密度

实验结果表明，本方法的平均回收率均大于90%（表6）。精密度试验中低浓度添加相对标准偏差稍高，这可能是由于浓度较低，相对于浓度较高的样品更易受外界变化的影响，比如提取溶剂的量，进样量等因素。整体来说，均都能够满足实验室实际测定的要求。可以用于实际样品测定。

3.3 实际样品测定

利用上述方法对本实验室的鞋类及其他皮革制品类样品进行检测。经检测发现一些材料中含DMFo和DMAc残留，有的含量高达100.0 mg/kg，如表7所示。

表7 实际样品检测

4 结论

本法采用乙腈作为提取溶剂，超声波常温下提取30 min，利用GC-MS进行分析，实现了GC-MS对皮革及其制品中DMFo和DMAc的定性定量检测。对实验室的鞋类及其他皮革制品类样品进行了检测。从实验结果看，本方法的回收率和精密度均符合要求，可用于皮革及其制品中DMFo和DMAc残留量的测定。

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