橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法与流程

本发明涉及橡胶制品中多环芳烃提取技术领域，具体地说是一种橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法。

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背景技术：
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多环芳烃(PAHs)是两个以上苯环以稠环形式相连的化合物，是最早被发现、也是数量最多的一类环境致癌物质。由于多环芳烃的高危害性，早在2005年欧盟就颁布了2005/69/EC指令，对轮胎中的PAHs进行了限制。2006年，《关于化学品注册、评估、授权和限制》(REACH)法规以立法形式对橡胶轮胎(包括摩托车轮胎)、翻新轮胎和填充油中的多环芳烃含量进行了限制。法规中明确规定：用于轮胎生产的填充油(工艺油、操作油)，苯并[a]芘的含量不得超过1mg/kg，所列明8种PAHs的含量不得超过10mg/kg。轮胎或翻新胎面，若超过前述限值，则不得投放市场。因此，若能提供一种橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法，将具有非常重要的市场意义。

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技术实现要素：
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本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法，不仅非常容易推广实施，工艺简单、操作简便，满足了检测行业的需求，而且避免了多环芳烃由于其致癌性、致突变性对环境所带来的威胁。

为实现上述目的设计一种橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法，包括以下步骤：称取适量的橡胶样品，使用正己烷、二氯甲烷混合液为溶剂，正己烷与二氯甲烷的体积比为1：1，超声提取多环芳烃类，并将超声提取液旋蒸浓缩，经固相萃取小柱净化后，使用气相色谱质谱联用仪GCMS对多环芳烃类物质进行分析定量。

进一步地，所述气相色谱质谱联用仪的分析参数为：

(a)分析柱：30m×0.25mm×0.25um

(b)进样模式：分流比为5:1

(c)进样口温度：290℃

(d)分流流速：5.0ml/min

(e)温度梯度:

进一步地，所述固相萃取小柱为自制硅胶填料固相萃取小柱，其填装步骤为：

(1)硅胶的选择和失活处理：选择硅胶规格为60-100目和200-300目，硅胶在装填柱子前需进行失活处理，将层析用硅胶在130℃的烘箱中烘12h，置于干燥器中冷却；在装有硅胶的烧杯加入质量比为10％的去离子水，搅拌均匀，使其占居部分硅胶的位点；

(2)装填：准备干净的层析柱，用0.5-1cm高的玻璃棉拦截，玻璃棉上面用无水硫酸钠填充至1cm高，称取10g使用水去活的层析硅胶，硅胶选择60-100目：200-300目＝7：3，填充无水硫酸钠上层，晃动玻璃层析柱，不断用滴管乳胶头敲实，待柱子顶部平整不再有凹陷，在硅胶层的顶部加入1cm的无水硫酸钠层，继续敲实，依次加入20mL石油醚、30mL正己烷平衡硅胶柱，柱子不能干涸；

(3)洗脱溶剂的选择：使用100mL的正己烷、二氯甲烷混合溶液为洗脱溶剂，淋洗层析柱，正己烷与二氯甲烷的体积比为7：3；

(4)上样和淋洗液的收集浓缩：收集淋洗溶液至250mL的平底烧瓶中，在50℃、300bar的条件下将淋洗液旋转蒸发至小于3mL，使用正己烷定容至10毫升，供GCMS分析。

进一步地，在装填柱子之前，还需加入一倍于硅胶体积的溶剂，搅拌均匀，以对层析硅胶进行失活处理。

进一步地，所述固相萃取小柱为乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱，所述乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱净化流程步骤为：

(1)SPE小柱活化：使用5ml的AR级正己烷活化；

(2)上样：提取的样品溶液浓缩至1ml，上样到SPE小柱；

(3)分别使用1ml正己烷洗涤提取样品容器两次，上SPE小柱；

(4)洗脱：使用分析级溶液5ml洗脱样品，正己烷与二氯甲烷的体积比为3:2；

(5)收集全部上样后洗脱溶液，使用旋蒸浓缩至近干，加入1ml正己烷溶解，GCMS上机分析。

本发明同现有技术相比，提供了一种橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法，并提供了两种固相萃取小柱，分别为：自制硅胶填料固相萃取小柱和市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱，同时验证了自制硅胶填料固相萃取小柱和市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱对橡胶产品中多环芳烃提取前处理净化的有效性，具体为：对自制硅胶填料固相萃取小柱的正确制备要素进行了比较研究，并研究了其正确的净化流程，以及对市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱的准确性进行了淋洗曲线验证，同时，总结讨论了两款固相萃取小柱的优势，以更好的指导两款固相萃取小柱在检测分析实验中的运用，且两种固相萃取小柱在橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法中，均非常容易推广实施，工艺简单、操作简便，满足了检测行业的需求，且避免了多环芳烃由于其致癌性、致突变性对环境所带来的威胁。

[附图说明]

图1是本发明中乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱净化流程图；

图2是本发明中乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱淋洗曲线图，具体为洗脱量与洗脱溶液体积折线图。

[具体实施方式]

下面结合具体实施例及附图及对本发明作以下进一步说明：

本发明提供了一种橡胶制品中多环芳烃提取前处理净化方法，其处理步骤为：准确称取制样为5mm*5mm*5mm的橡胶样品1克，使用(正己烷：二氯甲烷＝1：1)的溶剂超声提取多环芳烃类，超声提取液旋蒸浓缩至约1毫升，经固相萃取小柱净化后，使用气相色谱质谱联用仪GCMS对多环芳烃类物质进行分析定量。

GCMS仪器分析参数如下：

(a)Agilent 7890A(GC)-5975C(MS)

(b)分析柱：DB-5MS(30m×0.25mm×0.25um)(J&W)

(c)进样模式：分流5：1

(d)进样口温度：290℃

(e)分流流速：5.0ml/min

(f)温度梯度

其中，所用试剂和耗材如下所示：

(1)正己烷：色谱级；

(2)二氯甲烷：色谱级；

(3)层析硅胶：60～100目、200～300目；

(4)40毫升螺纹管；

(5)旋转蒸发仪；

(6)玻璃层析柱:直径*高度：1.5cm*15cm；

(7)乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱：2g/6mL；

(8)固相萃取装置。

一、以下为层析硅胶填料净化柱填装步骤及验证

(1)硅胶的选择和失活处理：

进行硅胶选择时，颗粒很细的硅胶净化效果好，但样品净化时间长，对于基质粘稠样品所需净化时间更长，这样处理样品数量多时实验室效率低；颗粒较大的硅胶不能起到很好的净化效果，所以本发明专利申请选择并验证了60-100目和200-300目层析硅胶结合使用的最佳选择量。

硅胶在装填柱子前需要进行失活处理，将层析用硅胶在130摄氏度的烘箱中烘12h，置于干燥器中冷却。装填柱子时，在装有硅胶的烧杯加入10％(质量比)的去离子水，搅拌均匀，使其占居部分硅胶的位点，避免净化过程中因硅胶吸附太强而不能连续洗脱出的现象发生。另外，部分溶剂与硅胶作用产生热，容易使硅胶柱出现气泡(例如二氯甲烷做溶剂)需要在装填柱子时，再使用该洗脱溶剂进行失活处理(方法：加入一倍于硅胶体积的溶剂，搅拌均匀，本文使用该方法对层析硅胶进行了失活处理)，然后装填。

(2)装填：

准备干净的层析柱，用玻璃棉(0.5～1厘米高)拦截，玻璃棉上面用无水硫酸钠填充(至1厘米高)称取10g使用水去活的层析硅胶(选择60～100目：200～300目＝7：3，验证数据见表1)，填充无水硫酸钠上层，晃动玻璃层析柱，不断用滴管乳胶头敲实，待柱子顶部平整不再有凹陷，在硅胶层的顶部加入1cm的无水硫酸钠层，继续敲实。依次加入20mL的石油醚，30mL的正己烷平衡硅胶柱。柱子不能干涸。

表1为不同颗粒硅胶填装柱子比较：

(3)洗脱溶剂的选择：

依据有机溶剂极性选择溶解性和亲和性适合多环芳烃类化合物，且更易洗脱出多环芳烃类的溶剂进行洗脱，依据表2数据，使用100mL的(正己烷：二氯甲烷＝7：3)混合溶液淋洗层析柱。

(4)上样和淋洗液的收集浓缩：

收集淋洗溶液至250mL的平底烧瓶中，在50℃,300bar的条件下将淋洗液旋转蒸发至小于3mL，使用正己烷定容至10毫升，供GC-MS分析。

表2为洗脱溶剂选择比较：

二、以下为乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱流程步骤及淋洗曲线验证

(1)乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱净化流程步骤见附图1所示，具体为：

①SPE小柱活化：使用5ml的AR级正己烷活化；

②上样：提取的样品溶液浓缩至1ml，上样到SPE小柱；

③分别使用1ml正己烷洗涤提取样品容器两次，上SPE小柱；

④洗脱：使用分析级溶液5ml洗脱样品，正己烷与二氯甲烷的体积比为3:2；

⑤收集全部上样后洗脱溶液，使用旋蒸浓缩至近干，加入1ml正己烷溶解，GCMS上机分析。

(2)针对乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱的洗脱，选取第三方检测中检出次数最多的化合物萘，做空白加标，对洗脱效果做了淋洗曲线验证。附图2为萘-淋洗曲线图，即洗脱量与洗脱溶液体积折线图。

表3为乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱淋洗曲线数据表：

(3)总结：依据验证结果，确证乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱净化流程步骤见附图1。

(4)石油醚:95％石油醚(沸程40-60℃)，纯度95％.

三、固相萃取小柱净化数据确证比较

(1)目的：通过验证加标回收率，使用有值样品净化和直接超声提取上GCMS分析两种方式,对其检测结果数值比较，证明实验选择的净化方式所得测试结果准确可靠。

(2)层析硅胶填料净化小柱准确性验证。

(3)使用自己填装的层析硅胶固相小柱，对橡胶基质样品加标(加标理论浓度0.5mg/kg)前处理溶液进行净化，分析，计算结果回收率(表4)，回收率范围在80％-130％之间；通过标准偏差评价测试结果的重复性(表5)，8个基质加标样品，18种多环芳烃类物质的标准偏差<5％。

表4样品基质加标回收率数据：

表5样品基质加标重现性数据：

(4)乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱准确性验证

做市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱空白验证，验证结果未检出。使用市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱，对橡胶基质样品加标(加标理论浓度0.1mg/kg)前处理溶液进行净化，分析，计算结果回收率(表6)，18种多环芳烃类物质回收率范围在85％-95％之间。

表6样品空白和加标回收率数据：

(5)有值样品使用和不使用固相萃取小柱净化数据比较

通过检测有值橡胶产品，并对数值比较，验证检测结果的重复性，两种净化方式标准偏差<5％。

表7层析硅胶柱有值样品数据比较：

表8乙二胺-N-丙基填料柱有值样品数据比较：

(6)通过上述实验，证明了使用本发明专利申请所选择的两款净化小柱进行橡胶类产品的前处理，实验结果准确可靠，重现性好。

实验中利用层析硅胶柱从非极性体系中吸附极性化合物的性质，使得极性物质被吸附于硅胶上。在利用相似相容原理，使用弱极性溶剂进行洗脱，样品中的多环芳烃类物质会被洗脱流出，实现对样品的纯化。在实验进行仪器分析时，对于基质复杂的样品，在色谱图上，会出现很大的背景峰，使用层析硅胶柱净化后，在色谱图上背景峰被去除。

同样，使用乙二胺-N-丙基小柱正相作用原理，对极性杂质化合物吸附，而分析物直接流出的原理，实现对样品的纯化。纯化后的样品溶液，GCMS分析干扰少，定量更精确，效率更高。且得粘稠提取溶液不用大体积稀释可被GCMS检测，检测限低；净化后的溶液使用GCMS分析，使仪器部件耗材使用更长的时间，节约仪器成本。

四、综上所述：对橡胶产品中多环芳烃提取前处理溶液的净化，自制硅胶填料固相萃取小柱和市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱对于有基质干扰的样品，能够很好的去处基质干扰，确保分析检测结果准确可靠；其中，自制硅胶填料固相萃取小柱实验成本低，可以根据样品基质粘稠程度，填制大的硅胶柱，接受大的上样量；市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱实验流程时间短，效率高。但是，自制硅胶填料固相萃取小柱需要自己制备，实验流程时间长；乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱一般市售填料量少，不能接受大的上样量，如果根据需要购买填料量大的该柱子，则价格高，对于第三方检测实验不能接受。

因此，实验中，实验人员需要根据具体实验要求的完成时间和样品粘稠程度选择适合的固相萃取小柱。该两种净化方式，一般为，针对经济型选择自填固相萃取小柱，而针对节约时间成本则选择市售固相萃取小柱，从而满足了各方面需求。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。