气相色谱串联质谱法测定塑料玩具中非邻苯二甲酸酯类增塑剂的迁移量

Determination of Migration Amount of Non-phthalate Plasticizers in Plastic Toys by Gas Chromatography-tandem Mass Spectrometry

摘要

针对塑料玩具中14种非邻苯二甲酸酯类增塑剂迁移量的检测，建立气相色谱-串联质谱法（GC-MS/MS）。塑料玩具样品经模拟物在37 ℃下振荡240 min，制得迁移溶液，迁移溶液经乙酸乙酯提取后，通过0.22 μm聚四氟乙烯（PTFE）滤膜，保留滤液。目标物经TG-5SilMS色谱柱分离，在电子轰击源（EI）下，进行选择反应监测（SRM）测定，采用外标法定量，考察提取溶剂、NaCl加入量、提取次数、基质效应对目标物定量结果的影响。结果表明，在线性范围内，14种非邻苯二甲酸酯类增塑剂迁移量的相关系数均大于0.999 0，检出限为0.16~0.30 μg/kg，定量限为0.30~0.60 μg/kg，平均加标回收率为88.7%~115.0%，相对标准偏差为0.4%~6.1%。该方法适用于塑料玩具中14种非邻苯类增塑剂迁移量的检测。

Abstract

A method for detecting the migration of 14 types of non-phthalate plasticizers in plastic toys has been established using gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). Plastic toy samples were treated with simulants, shaken at 37 ℃ for 240 min to prepare migration solutions, which were then extracted with ethyl acetate and filtered through a 0.22 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter, retaining the filtrate. Target analytes were separated using a TG-5SilMS chromatographic column, and selected reaction monitoring (SRM) was performed under electron impact (EI) conditions, with quantification carried out using external standards. The influences of extraction solvent, NaCl addition, extraction times, and matrix effects on the quantification results of the target compounds were investigated. The results indicated that within the linear range, the correlation coefficients of the migration of the 14 types of non-phthalate plasticizers were all greater than 0.999 0, the limits of detection ranged from 0.16 to 0.30 μg/kg, the limits of quantification ranged from 0.30 to 0.60 μg/kg, the average recovery rates for spiking were between 88.7% and 115.0%, and the relative standard deviations ranged from 0.4% to 6.1%. The method is suitable for detecting the migration of 14 types of non-phthalate plasticizers in plastic toys.

Graphical abstract

关键词

气相色谱-串联质谱法 / 塑料玩具 / 非邻苯二甲酸酯类增塑剂 / 迁移量

Key words

Gas chromatography-tandem mass spectrometry / Plastic toys / Non-phthalate plasticizers / Migration

近年来，我国玩具行业发展迅猛，已成为世界上最大的儿童玩具生产基地和出口国之一。塑料玩具作为儿童成长过程的必需品，其质量安全非常重要，尤其是化学成分安全，使用劣质的塑料玩具给儿童带来的危害难以估量^[1]。一些替代型非邻苯二甲酸酯类(non-PAEs)增塑剂广泛添加于塑料玩具产品中，如脂肪族二元酸酯类、环己烷二羧酸酯类、柠檬酸酯类、植物油类、偏苯三酸酯类、烷基吡咯烷酮类、对苯二甲酸酯类、有机磷酸酯类等^[2-4]。研究表明，non-PAEs增塑剂具有潜在的致突变性、致畸性、致癌性、致敏性、神经毒性、基因毒性、生殖毒性等危害^[5-10]。因此，GB 9685—2016对柠檬酸三乙酯(TEC)、己二酸二(2-乙基己)酯(DEHA)、癸二酸二丁酯(DBS)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、磷酸三丁酯(TBP)、偏苯三酸三辛酯(TOTM)的特定迁移量限量进行了规定。

增塑剂与塑料多以氢键或范德华力相结合，使增塑剂与塑料各自保留相对独立的化学性质。但增塑剂在塑料制品中并非以化学键牢固固定，而是存在一定的活动性，在实际应用过程中，随着时间的推移以及周围环境因素的变化，容易发生迁移现象，逐渐从塑料内部向表面或周围介质扩散^[11]。因此，塑料玩具中non-PAEs增塑剂迁移量检测方法的开发非常必要。

目前，non-PAEs增塑剂迁移量的检测主要围绕食品接触材料^[11-15]、可降解塑料袋^[16-17]、药品包装材料^[18-20]等，而有关塑料玩具中non-PAEs增塑剂迁移量的检测方法较为少见。non-PAEs增塑剂迁移量的检测方法主要包括气相色谱法(GC)^[21]、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)^[11-14]、气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)^[22]、液相色谱法(HPLC)^[23]、液相色谱-质谱联用法(LC-MS)^[24]、超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱法(UPLC-Q/Orbitrap HRMS)^[8]、液相色谱串联四极杆-飞行时间高分辨质谱仪(HPLC-QTOF)^[15]。本研究基于液液萃取体系，建立能够同时测定塑料玩具中14种non-PAEs增塑剂迁移量的GC-MS/MS检测方法，并探究提取溶剂、NaCl加入量、提取次数、基质效应等对目标物定量结果的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

磷酸三乙酯(TEP，99.7%)、己二酸二乙酯(DEA，99.5%)、对苯二甲酸二甲酯（DMT，99.0%)、磷酸三丁酯(TBP，99.5%)、柠檬酸三乙酯(TEC，99.0%)、柠檬酸三丁酯(TBC，98.0%)、己二酸二(2-乙基己)酯(DEHA，99.0%)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP，98.0%)、偏苯三酸三辛酯(TOTM，97.0%)，上海麦克林生化科技有限公司；丁二酸二甲酯(DMSu，99.0%)、戊二酸二甲酯（DBE-2，98.0%)、己二酸二丁酯(DBA，99.0%)，北京百灵威科技有限公司；癸二酸二丁酯(DBS，98.0%)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC，97.0%)，阿拉丁试剂有限公司；甲苯(PhMe)、叔丁基甲醚(MTBE)、乙酸乙酯(EA)、正己烷(Hexane)、二氯甲烷(DCM)，色谱纯，美国Fisher公司；人工汗液，pH值6.5±0.1，人工唾液，pH值6.8±0.1，人工胃液，HCl浓度为0.07 mol/L，东莞市创威检测仪器有限公司；氯化钠、无水硫酸钠，优级纯，成都科隆化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

气相色谱-三重四极杆质谱联用仪，Trace1310-TSQ8000，美国Thermo Fisher公司；电子天平，BCE2241-1CCN，德国Sartorius公司；恒温水浴振荡器，ZWY-110X50，上海智诚分析仪器制造有限公司；旋转混合器，Lab dancer，德国IKA公司；聚四氟乙烯(PTFE)滤膜，0.22 μm，日本GL Sciences公司。

1.3 样品制备

1.3.1 标准工作溶液的配制

分别准确称取100.0 mg的14种non-PAEs增塑剂标准品于100 mL容量瓶中，用乙酸乙酯稀释并定容，配制成浓度约为1 000 mg/L的混合标准储备液。分别准确移取适量混合标准储备液于25 mL容量瓶中，用乙酸乙酯稀释并定容，混匀，配制成浓度约为100 mg/L的混合标准中间液。准确移取适量混合标准中间液于容量瓶中，配制成浓度约为0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L的系列标准工作溶液，供GC-MS/MS测试。

1.3.2 迁移溶液的配制与前处理方法

迁移实验：将塑料玩具样品剪成表面积约为0.5 cm×0.5 cm的小碎片，分别称取0.5 g小碎片，置于50 mL干燥提取器中，分别加入20 mL的人工汗液、人工唾液和人工胃液，置于恒温振荡器中，于37 ℃下振荡240 min，分别制得人工汗液、人工唾液、人工胃液迁移溶液^[25]。

迁移溶液的处理：移取10 mL迁移溶液于25 mL比色管中，加入约1 g氯化钠和4 mL乙酸乙酯，涡旋振荡2 min，将上清液移至比色管中，继续加入4 mL乙酸乙酯中，涡旋2 min，转移并合并2次提取的上清液，加入约2 g无水硫酸钠，涡旋振荡2 min，静置。取上清液，利用0.22 μm的聚四氟乙烯(PTFE)滤膜过滤，滤液供GC-MS/MS测试。

1.3.3 阳性迁移溶液的配制

选用阴性玩具样品，按迁移实验的前处理方法，分别制得阴性人工汗液、人工唾液、人工胃液迁移溶液；分别取1 L人工汗液、人工唾液、人工胃液迁移溶液，分别加入1 mL的混合标准储备液，分别制得浓度为1 mg/L的人工汗液、人工唾液和人工胃液阳性迁移溶液。

1.4 实验条件

1.4.1 色谱条件

TG-5SilMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管色谱柱；进样口温度：300 ℃；不分流进样；程序升温：60 ℃保持0 min，10 ℃/min升温至120 ℃，保持0 min，30 ℃/min升温至250 ℃，保持2 min，50 ℃/min升温至310 ℃，保持10 min；载气为高纯氦气(纯度≥99.999%)，流量1.2 mL/min。

1.4.2 质谱条件

离子源：电子轰击源(EI)；电离能量70 eV；离子源温度：300 ℃，传输线温度：300 ℃；碰撞气：高纯氩气(纯度≥99.999%)；扫描模式：选择反应监测模式(SRM)。14种non-PAEs增塑剂的保留时间及质谱参数见表1。

2 结果与讨论

2.1 仪器参数的优化

2.1.1 色谱柱的选择

14种non-PAEs增塑剂均为弱极性化合物，故选用TG-5SilMS(弱等极性)毛细管色谱柱对14种non-PAEs增塑剂进行分离。图1为14种non-PAEs增塑剂的总离子流图。从图1可以看出，14种增塑剂的峰形均尖锐且对称，其中TBP与TEC、DBS与TBC的色谱峰不能基线分离，但定量、定性碎片离子无交叉干扰，所以可通过提取特征离子将其有效分离，并不影响定量和定性分析。

2.1.2 质谱参数的优化

利用仪器自带的AutoSRM功能，选择目标化合物碎片强度较大且受基质干扰小的二级碎片离子作为子离子，确定目标化合物的定量离子对和定性离子对，并对每个离子对的最佳碰撞能进行优化，得到14种non-PAEs增塑剂最优的质谱参数，如表1所示。

图2为离子源、传输线温度对14种non-PAEs增塑剂测定的影响。从图2可以看出，对于0.50 mg/L标准溶液，在200~300 ℃时，14种non-PAEs增塑剂的响应强度均随离子源、传输线温度的升高而显著上升，即提高离子源、传输线温度可以显著提升测定灵敏度。离子源、传输线温度均为300 ℃时，未发现明显的裂解峰，故最终确认离子源温度为300 ℃，传输线温度也为300 ℃。

2.2 迁移溶液处理优化

2.2.1 萃取剂的选择

人工汗液、人工唾液、人工胃液等模拟液的主要成分是水，由于水不能直接进入气相色谱串联质谱分析系统，需要将目标化合物从水相中萃取出来，故选取与水相互不相溶、但对14种non-PAEs增塑剂有良好溶解能力的溶剂。从表1可以看出，14种non-PAEs增塑剂的油水分配系数(lg P)范围0.20~12.80，表明各种增塑剂的结构性质差异较大。有研究表明，当lg P大于4时，可认为该材料具有较高的亲脂性^[26]。为了充分从模拟物试液中提取目标化合物，以自制阳性迁移溶液为研究对象，考察乙酸乙酯、叔丁基甲醚、二氯甲烷、甲苯、正己烷5种不同极性溶剂对14种non-PAEs增塑剂提取效果的影响，平行测定3次。图3为萃取剂对14种non-PAEs增塑剂回收率的影响。从图3可以看出，乙酸乙酯对所有目标化合物的提取效果明显优于其他溶剂，其目标化合物的回收率均能到达80%以上。乙酸乙酯的综合提取效果最佳，正己烷的提取效果最差，这是由于正己烷的lg P为3.94，亲脂性较强，不利于DMSu、TEP、DBE-2、TEC等亲水性较强化合物的提取。因此，选用乙酸乙酯作为提取溶剂萃取模拟物试液中目标物。

2.2.2 NaCl加入量的选择

DMSu、TEP、DBE-2在水中的溶解性分别为8.5、500.0、4.3 g/L，根据盐析效应，在水溶液中加入无机盐可使其溶解度降低甚至析出。为了提高提取效率，验比对0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 g的NaCl加入量对14种non-PAEs增塑剂回收率的影响，平行测定3次。图4为NaCl加入量对14种non-PAEs增塑剂回收率的影响。从图4可以看出，NaCl加入量对DMSu、TEP、DBE-2回收率影响显著，而对其余non-PAEs增塑剂回收率影响不明显；NaCl加入量从0 g增加至1 g时，DMSu、TEP、DBE-2回收率增加，若继续增加NaCl加入量，DMSu、TEP、DBE-2回收率变化不大。因此，确定NaCl加入量为1 g。

2.2.3 提取次数的选择

图5为提取次数对14种non-PAEs增塑剂回收率的影响。从图5可以看出，2次提取对14种non-PAEs增塑剂的提取效果明显优于1次提取，且14种non-PAEs增塑剂的回收率均达到90%以上。因此，最终确定提取次数为2次。

2.3 基质效应的考察

本实验以阴性塑料玩具样品为研究对象，对14种non-PAEs增塑剂的基质效应(ME)进行考察。ME的计算公式^[27]为：基质效应=(基质标准曲线的斜率-纯溶剂标准曲线的斜率)/纯溶剂标准曲线的斜率×100%。

图6为14种non-PAEs增塑剂的基质效应。从图6可以看出，TOTM的ME小于0，存在基质抑制效应，且|ME|均小于20%；DMSu、TEP、DBE-2、DEA、DMT、TBP、TEC、DBA、DBS、TBC、ATBC、DEHA、DOTP的ME大于0，存在基质增强效应，且|ME|均小于20%，说明检测方法受基质影响不显著，可忽略不计。因此，选用乙酸乙酯配制标准溶液对目标化合物含量进行校正。

2.4 检出限、定量限、线性方程及线性范围

将标准工作溶液在最佳条件下上机测试，平行测定6次，以质量浓度为横坐标(X，mg/L)，以各目标化合物定量离子对峰面积为纵坐标(Y)，拟合线性关系，结果见表2。从表2可以看出，14种non-PAEs增塑剂在各自浓度范围内线性关系良好，线性相关系数均大于0.999 0。以空白基质提取液进行加标，上机测试，分别以信噪比S/N≥3和信噪比S/N≥10确定各个non-PAEs增塑剂的方法检出限与定量限，最终确定检出限为0.16~0.30 μg/kg，定量限为0.30~0.60 μg/kg。

2.5 回收率与精密度

选取阴性塑料玩具，在人工汗液、人工唾液、人工胃液进行迁移实验，在迁移溶液中分别进行低、中、高3个浓度水平的加标试验，各浓度水平平行测定6次，结果见表3。从表3可以看出，14种non-PAEs增塑剂在人工汗液、人工唾液、人工胃液迁移溶液中的平均加标回收率范围分别为90.7%~114.9%、91.3%~115.0%、88.7%~113.1%，相对标准偏差分别在1.0%~6.1%、1.0%~5.9%、0.4%~5.9%之间。14种non-PAEs增塑剂迁移量的平均加标回收率范围为88.7%~115.0%，相对标准偏差在0.4%~6.1%之间，表明方法的准确度与精密度均良好，能够满足实际样品的检测需求。

2.6 实际样品分析

采用本方法对市售20批次塑料玩具进行检测。表4为实际样品迁移量测试结果。

从表4可以看出，DMSu、TEP、DBE-2、DEA、DMT、TBP、TEC通过模拟汗液、唾液、胃液迁移出来，而DBA、DBS、TBC、ATBC、DEHA、DOTP、TOTM均未检出。其中，TEP迁移量在6.1~15.9 mg/kg，检出率高达50%。这说明塑料玩具中non-PAEs增塑剂随着时间或环境的变化发生迁移，能够迁移到汗液、唾液、胃液中，并最终进入人体，从而对人体造成损害。

3 结论

本研究通过对提取溶剂、NaCl加入量、提取次数、基质效应的考察，建立气相色谱-串联质谱法，成功检测出塑料玩具中14种non-PAEs增塑剂的迁移量，并对塑料玩具实际样品进行分析检测。结果表明，该方法操作简便快捷，灵敏度高，准确性好，适用于塑料玩具中14种non-PAEs增塑剂迁移量的定性定量分析。

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基金资助

重庆市科技局科研院所绩效激励引导专项(cstc2022jxjl50001)

重庆市计量质量检测研究院科研计划项目（2022（研）-12）