文/劉鈺成 黃宗雄

1 引言

染料指的是可以讓某些物質(zhì)著色的一類化合物，染料的應(yīng)用范圍較為廣泛，如：紡織行業(yè)、印染行業(yè)、化妝品行業(yè)等。天然染料和合成染料是目前主要的染料來源。第一種合成染料于1857年被英國著名科學(xué)家W.H.Perkin發(fā)明，這意味著合成染料進(jìn)入了生產(chǎn)應(yīng)用的新時代。但在19世紀(jì)末期，德國醫(yī)學(xué)家Rehn研究發(fā)現(xiàn)：在染料制造廠長期工作的45位工人中有4位工人患有癌癥。Rehn通過對動物和臨床病人的調(diào)查研究得出：某些染料會增加癌癥的患病概率，這類染料就是可致癌染料。紡織品中存在的致癌染料如果長時間與人體直接接觸會被人體日常的代謝產(chǎn)物還原降解最終通過皮膚被人體吸收，致癌染料被人體吸收后有可能導(dǎo)致人體細(xì)胞發(fā)生癌變或者誘發(fā)腫瘤的產(chǎn)生，對此國際社會規(guī)定禁止使用可致癌染料。

國內(nèi)外也發(fā)布了許多有關(guān)致癌染料的檢測標(biāo)準(zhǔn)，表1為國內(nèi)外主要的致癌染料檢測標(biāo)準(zhǔn)。從表1中可以看出目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)檢測致癌染料的種類遠(yuǎn)少于國際標(biāo)準(zhǔn)，對此今后可以在這些標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上擴增致癌染料的種類。

表1 部分致癌染料檢測標(biāo)準(zhǔn)

在新發(fā)布的GB/T 18885—2020《生態(tài)紡織品技術(shù)要求》中規(guī)定不得使用表2中的15種染料。而我國現(xiàn)行紡織品中致癌染料的檢測標(biāo)準(zhǔn)僅囊括了15種中的9種，亟須開發(fā)檢測其余6種致癌染料的檢測方法來滿足日常檢測的要求。

表2 GB/T 18885—2020規(guī)定的不得使用的15種致癌染料信息

2 紡織品中致癌染料檢測方法簡介

色譜檢測法作為目前檢測紡織品中致癌染料的主要手段有著100多年的發(fā)展歷史。最早的色譜法可以追溯至1938年的薄層色譜法(TLC)，該方法使用氧化鋁作為吸附劑，在載玻片上進(jìn)行圓心式分離。到了20世紀(jì)40年代，紙色譜法與分配色譜法橫空出世；在20世紀(jì)50年代，氣相色譜法（GC）被人們發(fā)明；而在60年代以后，分子排阻色譜法（SEC）與高效液相色譜法（HPLC）也相繼出現(xiàn)。

目前，紡織品中致癌染料的檢測方法主要有以下幾種，分別為：高效液相色譜法(HPLC)、高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（HPLC-MS）、氣相色譜法（GC）、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）；但國內(nèi)對于紡織品致癌染料的研究主要是以高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（HPLC-MS）與高效液相色譜二極管陣列（HPLC-DAD）為主。

2.1 高效液相色譜法（HPLC）

高效液相色譜法是研究紡織品致癌染料中常用的方法之一，該儀器一般由高壓輸液泵系統(tǒng)、進(jìn)樣器系統(tǒng)、色譜柱系統(tǒng)、檢測器系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。其原理是以單一溶劑或混合溶劑作為載體，利用高壓輸液泵推動輸液，待進(jìn)樣器將試樣注入色譜柱時，色譜柱會對試樣內(nèi)的各種物質(zhì)進(jìn)行分離，同時將分離后的試樣送入檢測器中進(jìn)行分析檢測，最后在電子設(shè)備端顯示試樣的色譜分析圖。其中高效液相色譜二極管陣列（HPLC-DAD）在紡織品致癌染料檢測的相關(guān)研究中更是備受青睞，通過高效液相色譜與二極管陣列檢測器的聯(lián)用技術(shù)，可以得到一定范圍內(nèi)試樣的吸光度變化趨勢，得到該試樣的三維譜圖，通過三維譜圖能更好地分析試樣中的雜質(zhì)與未知物。圖1是采用三維液相色譜技術(shù)來檢測中草藥含有的有效化學(xué)物質(zhì)研究，從圖上可以看出，一種化學(xué)物質(zhì)得到的三維液相色譜圖類似一座高山，不同的化學(xué)物質(zhì)就像一座座“山峰”聳立在“平地”上?！吧椒濉钡奈恢煤托螤罱Y(jié)合了測定物質(zhì)的出峰時間和光譜吸收特性，能提高比二維色譜更多測定物質(zhì)的細(xì)節(jié)信息，因此是一種比較有前景的分析測試技術(shù)，如應(yīng)用到紡織品中致癌染料的檢測，對與測定物質(zhì)出峰時間相近的雜質(zhì)的判別會更加準(zhǔn)確。

圖1 兒茶素和表兒茶素的三維液相色譜圖[16]

液相色譜法檢測紡織品中的致癌染料也存在一些問題，對于部分面料，致癌染料的萃取效率不高；化學(xué)性質(zhì)接近的染料在色譜中難以分離。不過，盧坤等人利用乙腈與硫酸二氫四丁基銨的混合溶液對新增染料（溶劑黃1、溶劑黃2、溶劑黃34、酸性紫49）進(jìn)行萃取并達(dá)到出色的萃取效果。而在丁友超等人的研究中發(fā)現(xiàn)采用吡啶與水的4∶3溶液能夠萃取出天然纖維中的直接染料與分散染料，而對于腈綸或是混紡面料中堿性染料可以在吡啶水溶液中加入甲酸配制成吡啶/甲酸/水（70/5/25，v/v）溶液進(jìn)行萃取；不僅如此，在色譜保留上丁友超等人使用磷酸二氫四丁基銨作為試劑，通過四丁基銨離子與陰離子染料的結(jié)合提升了酸性染料和直接染料的色譜保留程度從而提高了色譜柱的分離能力。

高效液相色譜法檢測紡織品致癌染料擁有操作過程相對簡單、檢測結(jié)果容易分析、能夠更好地將固體試樣與液體試樣分離等優(yōu)勢，但是也存在靈敏度有限；若檢測出假陽性譜圖時，將難以進(jìn)行下一步的定性判定；對于致癌染料的同分異構(gòu)體，該方法也難以精確識別該物質(zhì)結(jié)構(gòu)式等問題。

2.2 高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（HPLC-MS）

高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法增加了質(zhì)譜儀進(jìn)行分子質(zhì)量分析工作，如圖2所示，該儀器相對于高效液相色譜儀增加了離子源、質(zhì)量分析器、數(shù)據(jù)分析和處理等設(shè)備。離子源主要分為電噴霧離子源（ESI）、大氣壓化學(xué)電離源（APCI）、復(fù)合源（MM）3種形式，電噴霧離子源能夠產(chǎn)生多電荷離子，因此可測量的分子量范圍較大；大氣壓化學(xué)電離源屬于氣態(tài)電離方式，該方式以電荷轉(zhuǎn)移的形式產(chǎn)生離子進(jìn)行分析檢測；復(fù)合源則是將以上兩種電離方式結(jié)合，使得電離過程更加靈活且具有選擇性。試樣經(jīng)過色譜柱的分離后進(jìn)入質(zhì)譜儀，經(jīng)過離子源離子化后的試樣被分離成各離子碎片并進(jìn)入質(zhì)量分析器中，最后通過檢測器得到相應(yīng)的質(zhì)譜圖。

圖2 高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀流程示意圖

使用該方法檢測致癌染料還應(yīng)考慮不同化合物是否會對質(zhì)譜的離子化造成干擾。Ding等人根據(jù)染料的電荷和檢測模式把致癌染料進(jìn)行分類研究來減少染料性質(zhì)差異帶來的干擾，但是在實際檢測中面對未知樣品無法判斷其使用染料的具體化學(xué)性質(zhì)，將其分類也有較大的難度。同時，染料信息數(shù)據(jù)庫的不完整也是亟須完善的一方面，例如：歐盟生態(tài)紡織品標(biāo)簽Eco-Label的文章中將分散橙37與分散橙76視為同一種物質(zhì)。在羅忻等人的文章中也提到不同數(shù)據(jù)庫中同種物質(zhì)的CAS編號存在差異，部分染料的CAS編號在SciFinder數(shù)據(jù)庫中無法查詢結(jié)構(gòu)式與分子式等信息，或部分染料在數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)式與實際產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)式不一致。

高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法有更好的定量能力，對大分子試樣的檢測也有優(yōu)勢。但也存在著色譜與質(zhì)譜的工作方式較難兼容等問題，比如：高效液相色譜應(yīng)在高壓環(huán)境下進(jìn)行操作、試樣與載液進(jìn)入離子源將轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w形態(tài)、質(zhì)量的范圍沒有嚴(yán)格的限制、緩沖溶液多以無機鹽的形式存在等，而質(zhì)譜儀則應(yīng)在高真空的環(huán)境下運行、離子傳輸系統(tǒng)中限制了氣體進(jìn)入量、質(zhì)量的測定范圍取決于m/z以及質(zhì)譜類型、需使用揮發(fā)性的緩沖鹽溶液等。

2.3 氣相色譜法（GC）

氣相色譜儀通常由5種系統(tǒng)組合而成，分別是：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、色譜柱系統(tǒng)、溫控與檢測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。其中，氣路系統(tǒng)的目的是輸送純凈、氣流穩(wěn)定的載氣氣體。進(jìn)樣系統(tǒng)通常由進(jìn)樣器、氣化室、加熱器等設(shè)備組成，這些設(shè)備在保證試樣被瞬間氣化時不發(fā)生分解或其他反應(yīng)。色譜柱系統(tǒng)可將氣化試樣中的混合物分離并送往檢測器，檢測器根據(jù)其濃度或質(zhì)量與時間的關(guān)系轉(zhuǎn)變成電信號生成譜圖。色譜柱對檢測結(jié)果起到?jīng)Q定性的影響，如缺少維護或長期使用腐蝕性試樣則有可能出現(xiàn)無峰、小峰、雙峰、拖尾峰等現(xiàn)象。溫度控制系統(tǒng)主要控制著進(jìn)樣口、氣化室、色譜柱、檢測器的溫度，其控溫方式有程序升溫與恒溫兩種模式，程序升溫是使溫度在某一時間段有固定的變化趨勢，該方法可使試樣中沸點不同的分子在設(shè)定的溫度下分離，這樣對試樣成分分析與節(jié)約分析時間都有很大的幫助，而恒溫則是在分析過程中始終保持同一溫度，該方法適用于單一或簡單的試樣分析。數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)是將檢測電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理繪制試樣的色譜圖。

該技術(shù)較為成熟且選擇性強，對于相似度較高的化合物該方法能夠表現(xiàn)出較好的分離能力。對同分異構(gòu)體與同位素?fù)碛胁诲e的檢測靈敏度。應(yīng)用領(lǐng)域廣，無論是在紡織、食品、藥品分析等行業(yè)都能看到該方法的身影。不過高溫氣化試樣的過程中易導(dǎo)致待測物質(zhì)的分解，例如在GB/T 17592—2011《紡織品禁用偶氮染料的測定》中提到4-氨基偶氮苯經(jīng)本方法處理后分解為苯胺或1，4-苯二胺，應(yīng)重按GB/T 23344—2009進(jìn)行測定。錢崇濂在其致癌染料的定性文章中提到以下的問題：1）對于一些復(fù)雜樣品，使用氣相色譜檢測時容易出現(xiàn)色譜峰重疊等現(xiàn)象；2）對于沸點較高、分子量大、熱穩(wěn)定差的物質(zhì)來說使用氣相色譜檢測可能無法使樣品完全氣化或待測物在高溫環(huán)境下分解。因此，以氣相色譜法研究致癌染料的文獻(xiàn)較少。

2.4 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）

如圖3所示，該方法中氣相色譜主要是起進(jìn)樣作用，通常采用分流或不分流的進(jìn)樣結(jié)構(gòu)。質(zhì)譜儀中離子源將試樣分子電離成離子進(jìn)入質(zhì)量分析器中，其中電子轟擊源（EI）和化學(xué)電離源（CI）應(yīng)用最廣，電子轟擊源的原理是通過燈絲發(fā)出的電子與試樣分子碰撞反應(yīng)生成離子，在離子聚焦形成離子束后進(jìn)入后續(xù)的分析系統(tǒng)?；瘜W(xué)電離源作為一種“軟電離”手段利用帶電荷的甲烷反應(yīng)氣與試樣分子反應(yīng)生成分子離子。質(zhì)量分析器將離子的質(zhì)量與電荷比進(jìn)行區(qū)分得到以質(zhì)荷比（m/z）為橫坐標(biāo)的譜圖，四極桿質(zhì)量分析器與離子阱質(zhì)量分析器較為常見，四極桿質(zhì)量分析器由四根平行的金屬極棒排列而成，通過施加極性不同的電壓讓與四極桿匹配的離子通過且過濾其他離子；離子阱質(zhì)量分析器利用磁場和電場的作用力儲存氣相離子，再以環(huán)形電極上的變頻電壓讓離子穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)并等待離子源產(chǎn)生的離子到達(dá)再依次進(jìn)入檢測器中。檢測器主要有電子倍增管檢測器、直接電檢測器、閃爍檢測器等，常見的電子倍增管檢測器是受到質(zhì)量分析器的離子撞擊發(fā)出二次電子，同時二次電子連續(xù)撞擊電極發(fā)生倍增，最后聚集形成離子束被檢出。

圖3 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀流程示意圖

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法擁有出色的檢測靈敏度、可以有效分析同系物的同分異構(gòu)體等優(yōu)勢使得該方法在紡織品中致癌染料的檢測中廣泛使用。海勇等人使用總離子流法完成了對致癌染料聯(lián)苯胺的定性定量檢測。張焱等人在研究禁用芳香胺過程中通過對柱極性、分流比、升溫條件等對色譜的影響發(fā)現(xiàn)由于固定液分配系數(shù)的差異，禁用芳香胺染料在低極性毛細(xì)管柱中分離效果更佳，而在分流條件下的峰形更加明顯，在分流比10∶1時效果最優(yōu)，同時不同升溫程序的設(shè)置也會對色譜分離效率造成較大影響。綜上所述，氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法的檢測條件比較嚴(yán)格復(fù)雜，容易受到雜質(zhì)或試樣性質(zhì)的干擾。但是該方法在檢測低沸點或者分子量小的物質(zhì)時能夠比液相色譜發(fā)揮得更加出色。

2.5 高效液相-串聯(lián)質(zhì)譜方法（HPLC-MS/MS）

如圖4所示，高效液相-串聯(lián)質(zhì)譜方法是以高效液相色譜作為分離器，離子源能夠?qū)⒃嚇臃肿与婋x為離子進(jìn)入串聯(lián)質(zhì)譜，經(jīng)過離子源離子化后的試樣在串聯(lián)質(zhì)譜中能夠有更多的質(zhì)譜掃描方式。最常用的掃描方式是多重反應(yīng)檢測模式（MRM），在該模式下，質(zhì)譜1可以選擇特定的母離子，母離子經(jīng)碰撞池碰撞后進(jìn)一步產(chǎn)生碎片離子并在質(zhì)譜2中得到監(jiān)測。MRM模式對于復(fù)雜基質(zhì)樣品來說優(yōu)勢巨大，通過電子倍增技術(shù)放大信號后可以得到很高的靈敏度。串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)提高了對高沸點、難揮發(fā)、熱穩(wěn)定性較差等化合物的定性定量能力，同時對于種類繁多與結(jié)構(gòu)類似的致癌染料而言該方法也擁有較大的優(yōu)勢。但是，由于該設(shè)備較為昂貴且維護難度大，其普及率也相對更低。

圖4 經(jīng)典高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜原理圖

丁友超、馬強等建立了致癌染料采用高效液相-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)分析的方法，采用該方法測定致癌染料，不僅可以大幅度改善液相色譜的分析速度（10多種致癌染料的色譜圖能夠在10min內(nèi)走完），而且分離效率和靈敏度都能夠滿足日常檢測的要求，該方法利用致癌染料的特征離子，保障了定性和定量分析的可靠性，避免假陽性現(xiàn)象的干擾。

3 紡織品中致癌染料檢測方法的總結(jié)與展望

本文討論了當(dāng)前紡織品中致癌染料的檢測方法，其中高效液相色譜與二極管陣列檢測器聯(lián)用得到的三維譜圖能更好地分析試樣中的雜質(zhì)與未知物，提供比二維色譜更多分析物質(zhì)的細(xì)節(jié)信息。如應(yīng)用到紡織品中致癌染料的檢測，對于測定物質(zhì)出峰時間相近的雜質(zhì)的判別會更加準(zhǔn)確。高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（HPLC-MS）與氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）可通過色譜的出峰時間以及質(zhì)譜譜圖對分析物進(jìn)行雙重定性，是比較有前景的方法，未來在紡織品中致癌染料的檢測中有廣闊的應(yīng)用前景。高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜能夠?qū)?fù)雜基質(zhì)中種類繁多、結(jié)構(gòu)類似的致癌染料進(jìn)行高選擇性、高靈敏度分析，但是，由于該設(shè)備較為昂貴且維護難度大，其普及率也相對更低。

目前，紡織品中致癌染料的檢測存在庫數(shù)據(jù)信息混亂、面料萃取方法單一、標(biāo)準(zhǔn)方法存在局限等問題，當(dāng)務(wù)之急應(yīng)是完善統(tǒng)一的信息庫，保障CAS編號和化學(xué)結(jié)構(gòu)式的統(tǒng)一。其次，標(biāo)準(zhǔn)中可補充不同面料的最優(yōu)萃取方案，提高脫色率。在儀器上，可探索新型儀器聯(lián)用技術(shù)，發(fā)展多維譜圖。此外，還應(yīng)在完善國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的同時積極關(guān)注國外標(biāo)準(zhǔn)的研究趨勢，取長補短使我國紡織品致癌染料的檢測走向國際化。