皮革与纺织品环保指标及检测
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五、现有方法标准检测过程中存在的主要问题及对策

1. 样品预处理过程耗时长

从已有检测方法标准的内容可以看出,所有方法均包含预处理、还原裂解、固相萃取、浓缩及仪器分析过程。对于皮革样品,其还原裂解之前还要进行专门的脱脂处理,从而导致耗时长、检测效率较低。主要原因在于检测原理都是基于还原裂解产物中可致癌芳香胺的存在,由其对染料进行判别,整个操作过程中都应以还原裂解为中心,确保还原裂解操作的有效性以及后处理过程中芳香胺的稳定存在。至目前,除了能在仪器分析方面提高效率外,从样品预处理到样液浓缩处理的时间,无法被有效缩短。

2. 样品预处理过程有机溶剂污染大

从方法标准的内容可知,对硅藻土柱子进行淋洗时,1 g样品至少消耗80 mL叔丁基甲醚或乙醚,而且该淋洗液收集后需要进一步旋蒸浓缩,以去除这些有机溶剂,提高方法的灵敏度。由于叔丁基甲醚及乙醚均为易挥发的低沸点溶剂,而且气味重,严重影响实验室环境和检测人员的健康,该问题早已引起检测工作者的重点关注。

3. 样品预处理过程中存在问题的对策

针对采用国标方法检测偶氮染料过程中出现的有机溶剂污染严重、效率低等问题,已经发展出了溶剂萃取、重氮化-偶合显色及液相微萃取等环保、高效的样品预处理技术。这些样品预处理技术在纺织品及皮革检测过程中的应用已有较多报道,具体如下。

(1)溶剂萃取技术

溶剂萃取即向裂解后的水溶液体系中加入有机溶剂,对芳香胺进行萃取,然后分离出有机溶剂进行HPLC或GC-MS测试。该方法也即是常规的液液萃取法。为了促进芳香胺的游离并加速其转移到有机相中,通常要将水溶液的pH调节至碱性,并加入中性盐至饱和。

已有的研究中以甲醇、乙酸乙酯和叔丁基甲醚为溶剂,对纺织品裂解后溶液中的芳香胺进行萃取,所建方法的检测结果与已有的国家标准的一致性良好,其中1g样品消耗的有机溶剂量约为10mL,从而使溶剂的消耗量显著降低。同时该过程省去了繁琐的旋蒸浓缩和氮吹过程,提高了检测过程的环保性和高效性。

然而上述技术是基于纺织品的材质特点而开发,因为纺织品裂解后的溶液中杂质较少,萃取后的有机溶剂采用膜过滤即可满足GC-MS的进样要求。而皮革中含有较多的油脂和填充物,这些基质材料在70℃进行的裂解过程中,必然进入到裂解液中,而且在有机溶剂萃取过程中会进一步进入到有机相中,这将对HPLC或GC-MS造成严重污染,并干扰测定结果。因此虽然溶剂萃取操作简便、溶剂消耗量少,但与已有的国标GB/T 19942相比,该过程杂质干扰及仪器污染严重,对于皮革样品可能不适用。

(2)重氮化-偶合显色技术

该技术基于芳香胺的重氮化-偶合显色反应原理而建立。样品经过裂解处理后,采用叔丁基甲醚和盐酸溶液两步萃取,以实现芳香胺的萃取和反应液的脱色,然后向盐酸萃取液中加入微量(50μL)的NaNO2溶液完成重氮化,再加入适量(1mL)邻甲氧基苯酚溶液与重氮盐偶合而显色,通过目测即可快速判断样品中是否含有禁用芳香胺,方法检出限可达到15mg/kg,相关技术已申请了国家专利。该方法操作简单、快速、成本低,溶剂消耗量少,不依赖于大型的GC-MS仪器,因此检测方法可以延伸到车间、仓库等场所,适用于纺织品中禁用偶氮染料的快速定性筛选。

然而,该技术对于皮革样品的检测的适用性未见报道。该技术应用于皮革时可能存在的关键问题是颜色干扰,因为皮革的色牢度一般低于纺织品,裂解液中颜色通常比较明显。采用国标GB/T 19942对皮革的检测时表明,至少30%的皮革样品的裂解液经过硅藻土层析柱净化后,样液中的颜色仍然显著。由于皮革加工中所用染料类型的多样性,本技术中所采用的叔丁基甲醚和盐酸液两步萃取技术,无法保证偶合之前的样液脱色完全。因此若能进一步研究出有效降低裂解液中颜色的技术,该技术可用于皮革中禁用偶氮染料的快速筛选。

(3)液相微萃取技术

液相微萃取(LPME)是在溶剂萃取和固相微萃取(SPME)基础上发展起来的一种新的样品前处理方法,它集采样、萃取、浓缩于一体,通过将少量萃取溶剂悬于色谱进样针头或将溶剂注入一小段中空纤维内部,并置于待测溶液中富集待测物质。与SPME技术相比,LPME不需要专门的装置,检测成本低。由于其萃取时溶剂用量少,故对萃取溶剂的富集能力提出了高的要求。

离子液作为一种新型溶剂,具有优于传统萃取溶剂的突出性质,例如不挥发性、高稳定性、强极性和无污染性等,可以通过氢键和静电作用溶解多种有机化合物,比常规有机溶剂具有更高溶解力,表现出优良的富集效果,非常适合作为液相微萃取中的萃取溶剂。同时离子液可以直接进入HPLC进行分析,因为在流动相的冲洗下,离子液容易被稀释,不会影响目标物的分析。虽然未能证实离子液在使用过程中为绿色试剂,但其高沸点和极低的消耗量保证了其在使用过程中的安全。以离子液体为萃取剂的LPME技术已成功用于萃取富集环境样品中的多环芳烃及苯系物,并体现出环保、高效的特点。

LPME通常使用密度大于水的疏水性离子液体,以便于富集后离子液的分离。使用时,离子液可以先注入中空纤维内再置于裂解后的样品溶液中,也可以直接加入裂解后的样品溶液中进行分散萃取。

已有的文献采用离子液 [BMIM] PF6(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)或 [C6 MIM] PF6(1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐)作为富集相(用量低于100μL),选择不同的富集模式,对裂解液中多种芳香胺进行萃取,芳香胺的富集倍数可在10~180倍,所测芳香胺含量及灵敏度均高于国标的测定值。原因在于样品预处理时,离子液的富集效果突出,减少了芳香胺的损失。

但是,因基于离子液的液相微萃取技术所用试剂的微量化,则要求实验操作过程更加精细,因此对实验人员的熟练程度和细心程度提出了更高的要求,否则将会导致极大偏差(结果重复性差)。另外,因离子液的高沸点特征,导致分析测试的仪器只能采用HPLC进行,而难以使用灵敏度高、定性准确的GC-MS,这也是采用离子液体作为萃取剂的LPME技术未广泛应用于芳香胺染料检测的问题所在。对于HPLC操作经验丰富的实验室,可以根据实际情况对液相微萃取技术进行调整和改进,以替代有机溶剂消耗量大、操作繁琐耗时的国标法。