劉 君,王 雪,張 菅,王青松,穆 倩

(1.海檢檢測(cè)有限公司,青島 266235;2.國(guó)家海洋設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心(山東),青島 266235)

有機(jī)錫化合物是一類合成的具有持久穩(wěn)定性有機(jī)金屬化合物,碳錫間以共價(jià)鍵(Sn-C)的形式連接[1],在一種有機(jī)錫化合物內(nèi)通常含有一個(gè)及以上碳錫共價(jià)鍵。有機(jī)錫化合物具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、殺菌性和抗腐性等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于多種商業(yè)領(lǐng)域,如被加入聚氯乙烯塑料[2-3]、印花紡織布料[4-7]、木質(zhì)品[8]和船用防腐涂料[9]中。有機(jī)錫屬于內(nèi)分泌干擾物,長(zhǎng)期接觸或攝入可以對(duì)人體的大腦、肝臟、脂肪等多種組織和器官造成損害,其毒性大小與具體物質(zhì)的形態(tài)、碳錫共價(jià)鍵的個(gè)數(shù)有關(guān)[10-14]。

三丁基氧化錫(TBTO)是一種含雙錫元素的有機(jī)錫化合物,作為海洋生物防腐劑被廣泛應(yīng)用于船舶防腐涂料中[15-18]。研究表明,當(dāng)水體中含有較低濃度水平的TBTO時(shí),即可對(duì)水生生物產(chǎn)生較高的生物毒性,因此歐盟將其列入Reach法規(guī)的高度關(guān)注(SVHC)物質(zhì),國(guó)際海事組織(IMO)、香港和歐盟分別于2001年、2009年和2013年相繼發(fā)布了《國(guó)際控制船舶有害防污底系統(tǒng)公約》《2009年香港國(guó)際安全與環(huán)境無害化拆船公約》和(EU) No 1257/2013法規(guī)對(duì)其管轄領(lǐng)域內(nèi)航行的船舶體上涂料中的TBTO提出了限量要求。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)錫的研究主要集中在只含單錫元素的有機(jī)錫化合物含量測(cè)定和合成方面,對(duì)于TBTO這種含有雙錫元素的化合物的檢測(cè)方法鮮有報(bào)道。測(cè)定TBTO含量的方法主要有氣相色譜法(GC)[19]、原子吸收光譜法(AAS)[20-21]。GC需要將目標(biāo)化合物在酸性條件下衍生成極性較小的化合物,通過間接測(cè)定的方式來換算目標(biāo)物的含量,該方法操作過程復(fù)雜、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)且存在不完全衍生化的風(fēng)險(xiǎn)(衍生原理見圖1);AAS操作簡(jiǎn)單,但只能測(cè)定樣品中總錫含量,無法確認(rèn)被檢測(cè)到的錫元素是否全部來源于目標(biāo)物。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀是一種通用性的有機(jī)化合物測(cè)定儀器,本工作提出了液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法測(cè)定船舶防腐涂料中TBTO含量的方法,該方法無需預(yù)反應(yīng),操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短,且準(zhǔn)確度高。

圖1 TBTO衍生機(jī)理

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1290-6470型液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀; XSR105型電子天平; KQ600DV型控溫式超聲清洗器; MARS6型微波消解儀;SHZ-B型水浴振蕩器;RE 2000B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀;UGC-24C型氮吹儀;Milli-Q Reference型超純水系統(tǒng)。

TBTO標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1 000 mg·L-1,稱取適量的TBTO標(biāo)準(zhǔn)品,用甲醇溶解并定容至10 mL,于-20 ℃環(huán)境下保存,有效期12個(gè)月。使用時(shí)用甲醇稀釋至所需質(zhì)量濃度。

TBTO標(biāo)準(zhǔn)品的純度為99.90%;乙腈、甲醇和甲酸均為色譜純;試驗(yàn)用水為一級(jí)水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件

EC-C18色譜柱(100 mm×2.1 mm,2.7 μm);柱溫35 ℃;流量0.4 mL·min-1;進(jìn)樣量10 μL;流動(dòng)相A為0.1%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲酸溶液,B為甲醇。梯度洗脫程序:0～1.5 min時(shí),A由80%降至40%;1.5～2.0 min時(shí),A由40%降至30%;2.0～3.0 min時(shí),A由30%降至10%;3.0～5.0 min時(shí),A由10%升至80%,保持2.0 min。

1.2.2 質(zhì)譜條件

電噴霧離子(ESI)源,正離子(ESI+)掃描模式;多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式;離子源溫度250 ℃;霧化氣流量 7 L·min-1;輔助加熱氣壓力241 kPa;鞘氣溫度300 ℃;鞘氣流量 11 L·min-1;毛細(xì)管電壓3 500 V;TBTO的保留時(shí)間 2.39 min;母離子 質(zhì)荷比(m/z)597.0;子離子m/z235.0(定量離子),176.7,178.7,對(duì)應(yīng)的碎裂電壓均為138 V,對(duì)應(yīng)的碰撞能量依次為18,31,33 eV。

1.3 試驗(yàn)方法

稱取混合均勻的樣品1.00 g于比色管中,加入15 mL溶劑(水基型涂料采用甲醇;溶劑型涂料采用乙酸乙酯),于35 ℃超聲提取15 min,提取液以轉(zhuǎn)速5 000 r·min-1離心5 min。取10 mL上層清液加入氮吹管中,氮吹至近干,用甲醇復(fù)溶并定容至2 mL,過0.45 μm濾膜(水基型涂料采用尼龍濾膜;溶劑型涂料采用有機(jī)濾膜),濾液裝入樣品瓶中,按照儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定,外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按照儀器工作條件對(duì)0.5 mg·L-1TBTO標(biāo)準(zhǔn)溶液、溶劑型涂料空白樣品加標(biāo)溶液、水基型涂料空白樣品加標(biāo)溶液進(jìn)行測(cè)定,均能有較好的響應(yīng)。TBTO標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖見圖2。

圖2 TBTO標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖

2.2 樣品前處理?xiàng)l件的選擇

2.2.1 提取劑

根據(jù)有機(jī)溶劑極性相似相溶原理,分別選擇甲醇、乙腈、四氫呋喃作為水基型涂料提取劑,選擇乙酸乙酯、正己烷、乙酸丁酯作為溶劑型涂料提取劑。試驗(yàn)選取兩類涂料各3款產(chǎn)品(水基型涂料1～3,溶劑型涂料1～3)進(jìn)行加標(biāo)(加標(biāo)量均為1.0 mg·kg-1),考察了不同溶劑對(duì)兩類加標(biāo)涂料產(chǎn)品中目標(biāo)物的提取效果,結(jié)果見表1。

表1 提取劑對(duì)樣品中目標(biāo)物提取的影響

結(jié)果表明:以甲醇作為水基型涂料提取劑的效果明顯優(yōu)于其他兩種;以乙酸乙酯和乙酸丁酯作為溶劑型涂料的提取劑效果較好,但乙酸乙酯作為通用性試劑,是絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)方法中推薦使用的提取劑。因此,試驗(yàn)選擇甲醇和乙酸乙酯分別作為水基型涂料和溶劑型涂料的提取劑。

2.2.2 提取方式

試驗(yàn)考察了振蕩提取、渦旋提取和超聲提取等3種方式在不同提取時(shí)間(5,10,15,20 min)下對(duì)加標(biāo)樣品(加標(biāo)量均為1.0 mg·kg-1)中目標(biāo)物的提取效果,結(jié)果見表2。

表2 提取方式對(duì)樣品中目標(biāo)物提取的影響

結(jié)果表明:隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng),目標(biāo)物的提取效率不斷提高;對(duì)于渦旋提取和超聲提取兩種方式而言,當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到15 min后,不同類型樣品中的目標(biāo)物已達(dá)到完全提取程度,對(duì)于振蕩提取方式而言,通過對(duì)比15 min和20 min的目標(biāo)物提取效果的數(shù)據(jù)可知,當(dāng)提取時(shí)間為15 min時(shí),未達(dá)到完全提取程度。原因可能為渦旋提取過程產(chǎn)生的渦流效應(yīng)能較好地將提取劑和樣品混合;超聲提取過程中通過超聲波加速目標(biāo)物分子運(yùn)動(dòng),使其不斷地向提取劑中轉(zhuǎn)移,因此渦旋提取和超聲提取可在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較好的提取效果。考慮到渦旋處理過程中需要人力拿住樣品持續(xù)操作,而超聲提取過程中只需要將盛有樣品的反應(yīng)器放入超聲器中即可,可解放分析人員雙手,因此試驗(yàn)選擇超聲提取15 min的方式用于后續(xù)試驗(yàn)操作。

2.2.3 濃縮方式

常用的濃縮方式有氮吹濃縮和不同溫度(40,50,60 ℃)下旋蒸濃縮。試驗(yàn)通過對(duì)0.5 mg·L-1TBTO標(biāo)準(zhǔn)溶液在室溫氮吹濃縮和不同溫度(40,50,60 ℃)下旋蒸濃縮,考察了濃縮方式對(duì)目標(biāo)物測(cè)定的影響。結(jié)果表明,在上述濃縮方式下,目標(biāo)物的回收率分別為91.2%,47.9%,40.3%,41.2%,說明旋蒸濃縮下目標(biāo)物損失較大。因此,試驗(yàn)選擇的濃縮方式為氮吹。

2.3 色譜條件的選擇

使用EC-C18色譜柱,考察了水或0.1%甲酸溶液為流動(dòng)相A,甲醇或乙腈為流動(dòng)相B時(shí)對(duì)目標(biāo)物的分離和響應(yīng)情況的影響。結(jié)果表明:TBTO在ESI+掃描模式下,采用0.1%甲酸溶液作為流動(dòng)相A時(shí)的響應(yīng)強(qiáng)度優(yōu)于水;采用甲醇作為流動(dòng)相B時(shí),TBTO的響應(yīng)強(qiáng)度和色譜峰形均優(yōu)于乙腈。考慮到與前處理提取劑的銜接,試驗(yàn)選擇0.1%甲酸溶液作為流動(dòng)相A,甲醇作為流動(dòng)相B。

2.4 質(zhì)譜條件的選擇

采用ESI+掃描模式對(duì)1 mg·L-1的TBTO標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行母離子全掃描,確定母離子為m/z597.0;經(jīng)過碰撞后產(chǎn)生子離子,選擇響應(yīng)較強(qiáng)的離子m/z235.0為定量子離子,m/z176.7,178.7為定性子離子。進(jìn)一步優(yōu)化碎裂電壓和碰撞能量,優(yōu)化后的質(zhì)譜參數(shù)見1.2.2節(jié)。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限和測(cè)定下限

移取10 mg·L-1的TBTO標(biāo)準(zhǔn)溶液,用甲醇逐級(jí)稀釋,配制成質(zhì)量濃度分別為0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,2.0 mg·L-1的TBTO標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,按照儀器工作條件進(jìn)樣分析,以TBTO的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明:TBTO標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y=14.01x-1.065,線性范圍為0.1～2.0 mg·L-1,相關(guān)系數(shù)不小于0.997 3。

以不小于3倍的信噪比計(jì)算方法的檢出限,結(jié)果為0.031 mg·kg-1;以不小于10倍的信噪比計(jì)算方法的測(cè)定下限,結(jié)果為0.10 mg·kg-1。

2.6 精密度和回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法分別對(duì)空白溶劑型涂料和水基型涂料進(jìn)行低、中、高3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)濃度水平平行測(cè)定6次,計(jì)算TBTO的回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表3。

表3 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n=6)

由表3可知,兩種類型涂料中TBTO的回收率為86.9%～92.9%,測(cè)定值的RSD為1.1%～3.4%,表明該方法的準(zhǔn)確度和精密度較好,滿足涂料產(chǎn)品中TBTO含量的測(cè)定。

2.7 樣品分析

按照試驗(yàn)方法對(duì)溶劑型涂料和水基型涂料兩類樣品各10個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定,其中溶劑型涂料中有2個(gè)樣品檢出TBTO,檢出量為1.18,0.82 mg·kg-1;水基型涂料中有1個(gè)樣品檢出TBTO,檢出量為0.48 mg·kg-1。

本工作以超聲提取目標(biāo)物,氮吹濃縮提取液,提出了液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法測(cè)定船舶防腐涂料中TBTO含量的方法。該方法無需預(yù)反應(yīng),操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短,且準(zhǔn)確度高,可滿足涂料中TBTO含量測(cè)定的要求。