一种基于全挥发顶空的布绒样品中SVOC快速检测方法与流程

本发明涉及检验检疫领域，特别是涉及一种基于全挥发顶空的布绒样品中半挥发性有机物(svoc)快速检测方法。

背景技术：

布绒类样品中有机化学物质的检测，通常需要对样品进行前处理，一方面将样品中的待测物提取出来，一方面尽可能除去杂质成分，使待测物存在于较干净的萃取溶液中。常用的前处理技术中，超声提取及固相萃取处理步骤较复杂，容易引入误差及杂质，且消耗大量有机溶剂；固相微萃取灵敏度虽高，又比较环保，但重现性相对较差。顶空萃取技术操作简单、自动化程度高、重现性较好，被广泛应用于食品、环境、医药、纺织等多种领域，特别适用于沸点低于250℃的易挥发物(voc)检测。顶空操作温度通常要低于瓶内溶剂的沸点，以使得待测物在瓶内形成气-液动态平衡。常用溶剂中，水的沸点100℃，dmf的沸点153℃。然而这限制住了对于沸点较高的半挥发物(svoc，沸点介于250℃～400℃)的检测，因为在低温平衡条件下，半挥发物的挥发量微乎其微，难以检测到。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单、省时、环境友好的基于全挥发顶空的布绒样品中半挥发性有机物(svoc)快速检测方法。

一种基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，包括如下步骤：将布绒样品粉碎，混匀，将其置于顶空瓶中，加入丙酮溶剂，迅速将顶空瓶密封，置于44位顶空自动进样器，在设定顶空条件下，待测svoc自样品中挥发出来并在瓶内快速形成气-固平衡，此时顶空气体中待测svoc的分压与其在样品中的含量成一定比例，全部转移至气相或部分残留于样品中，将定量环中气体引入至气相色谱-质谱仪实现检测，通过各物质的色谱保留时间和特征离子实现定性，采用空白基质加标标准曲线法定量。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，其中，所述方法具体包括如下步骤：将布绒样品粉碎至粒径小于2mm，混匀，准确称取20mg样品，精确至0.1mg，将其置于20ml顶空瓶中，加入20μl丙酮溶剂，迅速将顶空瓶密封，置于44位顶空自动进样器，在设定顶空条件下，待测svoc自样品中挥发出来并在瓶内快速形成气-固平衡。此时顶空气体中待测svoc的分压与其在样品中的含量成一定比例，全部转移至气相或部分残留于样品中，将定量环中1ml气体引入至气相色谱-质谱仪实现检测，通过各物质的色谱保留时间和特征离子实现定性，采用空白基质加标标准曲线法定量。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，其中，气相色谱-质谱测定条件如下：

仪器配置：agilent6890-5975气相色谱-质谱仪；

毛细管色谱柱：agilentdb-35ms毛细管柱，30m×0.25mm×0.25μm；

程序升温：初始温度为40℃，保持1min后以5℃/min速率升至210℃，然后以10℃/min速率升至300℃；

载气：高纯氦气，流速为1.0ml/min；

进样口温度：280℃；

进样模式：不分流进样；

检测器：四级杆质谱；

离子化方式：ei；

电离能量：70ev；

监测方式：scan和sim；

溶剂延迟：6min。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，其中，顶空进样器的顶空条件设定为：

仪器配置：dani86.50顶空自动进样器，44位；

平衡温度：150～200℃；

平衡时间：5min；

辅助气加压压力：70kpa；

定量环温度：160～210℃，且比设定的所述平衡温度高10℃；

传输线温度：170～220℃，且比设定的所述定量环温度高10℃；

加压时间：10s；

定量环体积：1ml；

定量环平衡时间：10s；

进样时间：20s。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，其中，所述待测svoc为8种芳香剂，具体为异硫氰酸烯丙酯、d-柠檬烯、茴香醇、丁香酚、六氢香豆素、铃兰醛、1-(4-甲氧苯基)-1-戊烯-3-酮和氢化松香醇。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，其中，气相色谱-质谱测定条件如下：

仪器配置：agilent6890-5975气相色谱-质谱仪；

毛细管色谱柱：agilentdb-35ms毛细管柱，30m×0.25mm×0.25μm；

程序升温：初始温度为40℃，保持1min后以5℃/min速率升至210℃，然后以10℃/min速率升至300℃；

载气：高纯氦气，流速为1.0ml/min；

进样口温度：280℃；

进样模式：不分流进样；

检测器：四级杆质谱；

离子化方式：ei；

电离能量：70ev；

监测方式：scan和sim；

溶剂延迟6min；

所述顶空自动进样器条件设定为：

仪器配置：dani86.50顶空自动进样器，44位；

平衡温度：200℃；

平衡时间：5min；

辅助气加压压力：70kpa；

定量环温度：210℃；

传输线温度：220℃；

加压时间：10s；

定量环体积：1ml；

定量环平衡时间：10s；

进样时间：20s。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，其中，所述8种芳香剂的cas编号、纯度、色谱和质谱参数如表1所示：

表1.8种芳香剂的cas编号、纯度、色谱和质谱参数

*定量离子。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，还包括标准溶液的配制：称取各芳香剂的标准品0.1g至25ml棕色容量瓶中，精确至0.1mg，丙酮定容，分别得到浓度为4mg/ml的各物质单标储备溶液，置于4℃避光保存，利用单标储备溶液配置浓度300mg/l的8种物质混合储备溶液，使用时，根据需要吸取适量标准储备溶液，用丙酮稀释至相应浓度的工作溶液。

本发明基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法与现有技术不同之处在于：本发明基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法中，布绒类样品不经提取，直接放置于顶空瓶内，加入微量有机溶剂，在较高的温度下，溶剂瞬时汽化，待测物质在瓶内快速达到气-固平衡，此时顶空气体中物质的浓度与其在样品中的含量成一定比例。通过测定气体中的物质浓度进而可得到其在样品中的含量。由于操作温度较高，样品中svoc挥发量较大，检测灵敏度高，从而实现快速、高灵敏检测样品中svoc的目的。

本发明的方法具有三个方面的显著优势：操作简单(几乎不需要进行任何样品前处理，如超声提取、固相萃取等)；省时(单个样品处理只需要5min，当顶空自动进样器进行多个样品自动交叠进样时不需要耗费样品处理时间，可实现连续进样分析)；环境友好(分析一个样品，只需要消耗20mg样品和20μl有机溶剂)。本发明的方法的建立对于布绒及纺织类样品中svoc的检测具有重要的借鉴意义，有利于显著提高相关样品检测效率。

下面结合附图对本发明的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中溶剂量对物质响应值的影响；

图2为本发明中顶空平衡温度对物质响应值的影响；

图3为本发明中顶空平衡时间对物质响应值的影响；

图4为本发明中顶空辅助气加压压力对物质响应值的影响；

图5为本发明中不同样品基质对于芳香剂响应值的影响；

图6为本发明中采用顶空提取与超声提取两种方式检测阳性样品结果对比；

图7为本发明中样品s2的总离子流色谱图及检出物质的提取离子色谱图；

本发明图1～图6中的所有物质序号同表1。

具体实施方式

实施例1

一种基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，包括如下步骤：将布绒样品粉碎至粒径小于2mm，混匀，准确称取20mg样品，精确至0.1mg，将其置于20ml顶空瓶中，加入20μl丙酮溶剂，迅速将顶空瓶密封，置于44位顶空自动进样器，在设定顶空条件下，待测svoc自样品中挥发出来并在瓶内快速形成气-固平衡。此时顶空气体中待测svoc的分压与其在样品中的含量成一定比例，全部转移至气相或部分残留于样品中，将定量环中1ml气体引入至气相色谱-质谱仪实现检测，通过各物质的色谱保留时间和特征离子实现定性，采用空白基质加标标准曲线法定量。

气相色谱-质谱测定条件如下：

仪器配置：agilent6890-5975气相色谱-质谱仪；

毛细管色谱柱：agilentdb-35ms毛细管柱，30m×0.25mm×0.25μm；

程序升温：初始温度为40℃，保持1min后以5℃/min速率升至210℃，然后以10℃/min速率升至300℃；

载气：高纯氦气，流速为1.0ml/min；

进样口温度：280℃；

进样模式：不分流进样；

检测器：四级杆质谱；

离子化方式：ei；

电离能量：70ev；

监测方式：scan和sim；

溶剂延迟6min。

顶空进样器的顶空条件设定为：

仪器配置：dani86.50顶空自动进样器，44位；

平衡温度：150～200℃；(适物质沸点及挥发性而定，最高可至顶空仪器操作上限)

平衡时间：5min；

辅助气加压压力：70kpa；

定量环温度：160～210℃，且比设定的所述平衡温度高10℃；

传输线温度：170～220℃，且比设定的所述定量环温度高10℃；

加压时间：10s；

定量环体积：1ml；

定量环平衡时间：10s；

进样时间：20s。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，还包括标准溶液的配制：称取各待测svoc的标准品0.1g至25ml棕色容量瓶中，精确至0.1mg，丙酮定容，分别得到浓度为4mg/ml的各物质单标储备溶液，置于4℃避光保存，利用单标储备溶液配置各物质混合储备溶液，使用时，根据需要吸取适量标准储备溶液，用丙酮稀释至相应浓度的工作溶液。

实施例2

一种基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，包括如下步骤：将布绒样品粉碎至粒径小于2mm，混匀，准确称取20mg样品，精确至0.1mg，将其置于20ml顶空瓶中，加入20μl丙酮溶剂，迅速将顶空瓶密封，置于44位顶空自动进样器，在设定顶空条件下，待测svoc自样品中挥发出来并在瓶内快速形成气-固平衡。此时顶空气体中待测svoc的分压与其在样品中的含量成一定比例，全部转移至气相或部分残留于样品中，将定量环中1ml气体引入至气相色谱-质谱仪实现检测，通过各物质的色谱保留时间和特征离子实现定性，采用空白基质加标标准曲线法定量。

气相色谱-质谱测定条件如下：

仪器配置：agilent6890-5975气相色谱-质谱仪；

毛细管色谱柱：agilentdb-35ms毛细管柱，30m×0.25mm×0.25μm；

程序升温：初始温度为40℃，保持1min后以5℃/min速率升至210℃，然后以10℃/min速率升至300℃；

载气：高纯氦气，流速为1.0ml/min；

进样口温度：280℃；

进样模式：不分流进样；

检测器：四级杆质谱；

离子化方式：ei；

电离能量：70ev；

监测方式：scan和sim；

溶剂延迟6min。

顶空进样器的顶空条件设定为：

仪器配置：dani86.50顶空自动进样器，44位；

平衡温度：150℃；

平衡时间：5min；

辅助气加压压力：70kpa；

定量环温度：160℃；

传输线温度：170℃；

加压时间：10s；

定量环体积：1ml；

定量环平衡时间：10s；

进样时间：20s。

本发明所述的基于全挥发顶空的布绒样品中svoc快速检测方法，还包括标准溶液的配制：称取各待测svoc的标准品0.1g至25ml棕色容量瓶中，精确至0.1mg，丙酮定容，分别得到浓度为4mg/ml的各物质单标储备溶液，置于4℃避光保存，利用单标储备溶液配置各物质混合储备溶液，使用时，根据需要吸取适量标准储备溶液，用丙酮稀释至相应浓度的工作溶液。

实施例3

与实施例1的区别在于，顶空进样器的顶空条件中：

平衡温度：180℃；

定量环温度：190℃；

传输线温度：200℃；

其它同实施例1。

实施例4

以布绒玩具样品中8种芳香剂物质的检测为例，对检测方法进行阐述。

1、样品前处理

将布绒样品粉碎至粒径小于2mm，混匀。准确称取20mg样品(精确至0.1mg)，将其置于20ml顶空瓶中，加入20μl丙酮溶剂，迅速将顶空瓶密封(铝制瓶盖带ptfe/silicon密封隔垫)，置于44位顶空自动进样器。在设定顶空条件下，芳香剂自样品中挥发出来并在瓶内快速形成气-固平衡。此时顶空气体中芳香剂物质的分压与其在样品中的含量成一定比例(可能是全部转移至气相，也可能部分残留于样品中)。将定量环中1ml气体引入至gc-ms实现检测。通过各物质的色谱保留时间和特征离子实现定性，采用空白基质加标标准曲线法定量。

2、仪器操作条件

气相色谱-质谱测定条件如下：

仪器配置：agilent6890-5975气相色谱-质谱仪；

毛细管色谱柱：agilentdb-35ms毛细管柱，30m×0.25mm×0.25μm；

程序升温：初始温度为40℃，保持1min后以5℃/min速率升至210℃，然后以10℃/min速率升至300℃；

载气：高纯氦气，流速为1.0ml/min；

进样口温度：280℃；

进样模式：不分流进样；

检测器：四级杆质谱；

离子化方式：ei；

电离能量：70ev；

监测方式：scan和sim；

溶剂延迟6min；

所述顶空自动进样器条件设定为：

仪器配置：dani86.50顶空自动进样器，44位；

平衡温度：200℃；

平衡时间：5min；

辅助气加压压力：70kpa；

定量环温度：210℃；

传输线温度：220℃；

加压时间：10s；

定量环体积：1ml；

定量环平衡时间：10s；

进样时间：20s。

3、标准品及溶液

8种芳香剂的标准品购买自不同的供应商，其具体信息包括cas编号、纯度和气相色谱质谱参数等列于表1中。称取各物质的标准品0.1g(精确至0.1mg)至25ml棕色容量瓶中，丙酮定容，分别得到浓度为4mg/ml的各物质单标储备溶液，置于4℃避光保存。利用单标储备溶液配置浓度300mg/l的8种物质混合储备溶液。使用时，根据需要吸取适量标准储备溶液，用丙酮稀释至相应浓度的工作溶液。

4、8种芳香剂的名称、cas编号、纯度、色谱和质谱参数如表1所示：

表1.8种芳香剂的cas编号、纯度、色谱和质谱参数

*定量离子。

对比例：

传统的超声提取方法：

将样品粉碎至粒径小于2mm。准确称取0.1g样品(精确至0.1mg)，将其置于25ml锥形瓶中，加入5ml丙酮作为提取溶剂，塞紧瓶塞，封口膜封口，室温下超声提取20min。吸取提取液中上清液，过0.45μm微孔ptfe滤膜后供气相色谱-质谱测定。当提取液颜色较深时，需要过envi-carb石墨化碳固相萃取小柱以进行净化。

固相萃取净化过程如下：用5ml甲醇润洗envi-carb石墨化碳固相萃取小柱，将提取液中澄清溶液过柱，10ml甲醇洗脱，收集所有过柱液体于鸡心瓶中。将溶液在10kpa、35℃条件下旋蒸至4ml左右，转移至带刻度的氮吹管中，然后用适量丙酮冲洗鸡心瓶，合并至氮吹管中，定容至5ml(如溶液多于5ml，可用缓氮气流吹至小于5ml,定容至5ml即可)。将溶液过0.45μm微孔ptfe滤膜后供仪器测定。

本发明方法对各项顶空参数，如顶空溶剂体积、平衡温度、平衡时间、辅助气加压压力进行仔细优化以达到较高的灵敏度。考察了不同的样品基质对于检测结果的干扰情况，结果表明样品基质对于检测影响不明显。将本发明建立的方法与传统的超声提取法进行对比，发现检测结果一致，且本发明方法多方面优于传统超声提取技术。本发明的方法将对布绒及纺织类样品中svoc的检测具有重要的借鉴意义。

结果与讨论：

1、gc-ms条件优化

采取将每种物质的单标工作溶液在全扫描scan模式下进行逐一进样以得到确定的色谱峰流出顺序和保留时间。同时可得到各目标物质的几个特征离子，分别作为定性离子及定量离子。对于所有物质同时考虑了峰度较强和质核比较大两方面因素，选择合适的离子做为定量离子及定性离子。色谱及质谱参数具体见表1。

2、顶空条件的优化

对于定量分析来说，获得较高的提取效率是很重要的，即待测物近乎完全地由样品转移至顶空。因此，顶空操作参数应当被仔细考察。以提取自制布绒阳性样品(将2g样品置于100ml30mg/l的8种物质全混丙酮溶液中浸泡，振荡3h后取出于通风厨内自然风干)中6种芳香剂异硫氰酸烯丙酯、d-柠檬烯、丁香酚、六氢香豆素、铃兰醛和氢化松香醇为例，参数优化过程如下。

(1)溶剂量的影响

在应用标准曲线法进行定量时，顶空瓶不可避免地要加入一定量标准溶液，在进行实际样品测定时也需要在样品中加入一定量溶剂，以与标准曲线保持环境体系的一致性从而得到准确的定量结果。理论上说，溶剂在一个密闭的瓶内是不能达到绝对完全挥发的，即使是环境温度高于其沸点。但是对于微量的溶剂(<100μl)，在相对较高的温度下可得到近乎完全的挥发。溶剂的挥发会影响瓶内的压力，可以预见的是随着溶剂量的增加，瓶内压力增大，这将会使得瓶内待测物的分压变小，进而灵敏度变差，更甚者可能引起顶空瓶崩裂。本研究中，将平衡温度、平衡时间和加压压力固定为200℃、20min和70kpa，在预先放有20mg阳性样品的顶空瓶内加入不同量的丙酮溶剂(0～100μl)，以考察溶剂量对各物质响应的影响。图1中结果表明，随着溶剂量的增加，各物质峰面积表现出下降的趋势，选择20μl用量进行后续研究，不仅可得到较满意的灵敏度，还便于取液操作。

(2)平衡温度的影响

平衡温度对于方法的灵敏度具有重要的影响，因为其直接决定了芳香剂自样品向顶空气体中的挥发量。通常说来，温度越高对于芳香剂的释放并快速形成动态平衡是越有利的，但是顶空的耐受温度是有限的，特别是对于瓶密封隔垫和传输线。平衡时间和加压压力被设定为20min和70kpa，考察平衡温度100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃。由结果图2可见，对于沸点较低的物质(1号和2号物质,沸点分别为151℃和177℃)，峰面积几乎没有发生变化，而对于沸点较高的物质(特别是8号物质,沸点375.5℃)，峰面积随温度升高逐渐增大，在200℃时达到较高值。为了保证方法对所有物质均有较高的灵敏度，将温度定为200℃。

(3)平衡时间的影响

平衡时间是顶空平衡另一个重要的参数，它关系着物质在两相间是否达到动态平衡。传统的静态顶空平衡时间一般较长，本方法中，微量的溶剂在200℃高温下瞬间气化，在瓶内形成稳定的气压，这有利于芳香剂物质迅速达到平衡。由图3可见，当平衡温度和加压压力定为200℃和70kpa时，各物质峰面积在5min到20min之间变化较小，意味着顶空平衡很快就可以实现。当时间大于20min时，峰面积随着时间的增加呈减小趋势，可能是由于顶空瓶经长时间烘烤气密性开始变差的缘故。最终将平衡时间定为5min。

(4)加压压力的影响

顶空瓶内的压力不足以充满定量环，通常需要加额外的辅助气(he气或者n2气)，而辅助气会影响瓶内芳香剂的分压，也即其在气相中的浓度。本文将平衡温度和时间固定为200℃和10min条件下，考察加压压力对芳香剂响应的影响。基于理想气体状态方程pv＝nrt，p是丙酮产生的分压，单位pa；v是瓶体积，单位m³；n是物质的量，单位mol；r是气体常数，8.314j/(mol*k)；t是热力学温度，单位k。当丙酮体积为20μl时，n＝20μl×0.788gml^-1(25℃下丙酮的密度)÷58.08gmol^-1＝0.0002713mol,t＝473k,v＝20ml,求得p约等于53kpa(由后续结果判断其实际值在60～70kpa)。

由图4可见，当加压压力由50kpa增加至70kpa时，芳香剂的峰面积逐渐增加，特别是对于高沸点的物质(5号、6号和8号物质)。推测原因为当加压压力小于瓶内压力时，会产生倒吸现象，导致瓶内物质浓度降低。当加压压力由70kpa增加至110kpa时，各物质的响应值明显逐渐减小，这可能是由于太多的辅助气引入导致瓶内待测物质的分压变小，因而响应值变小。从实验结果可知，对于所有物质来说70kpa是最佳的加压压力。

(5)基质干扰的考察

为了考察不同样品基质对于检测结果的影响，随机选择5款聚酯纤维布绒玩具的样品(布绒玩具样品材质绝大多数为聚酯纤维)，加入20μl60mg/l的8种物质混合标准溶液，并利用优化的参数条件进行测定。由图5可见，检测结果受样品基质影响较小，不同基质的检测结果偏差不明显，推测这主要是由于芳香剂在瓶内形成稳定的气固平衡，当布绒样品种类一致时，这种气固平衡环境一致，因而对待测物的浓度分配不会产生影响。因此在实际样品检测中，采用空白基质加标标准曲线法进行定量能够保证检测结果的准确性。

(6)顶空与超声检测结果对比

将建立的方法与经典的超声提取法进行对比以进一步考察其准确性。将自制的两个不同芳香剂含量的阳性样品，用两种提取方式进行萃取，gc-ms检测。由图6可见，两种提取方式的检测结果非常接近，保持一致，证明本方法的检测结果是准确的。还能看出，顶空技术的相对标准偏差较小(n＝5)，重复性略优于超声提取法。对于两种方法，超声提取消耗大量的有机溶剂，耗时较长，且产生较大的噪音和有害的超声波辐射，另外如果萃取液颜色较重的话还需要进行更复杂的固相萃取净化操作。而顶空提取法不需要复杂的样品前处理，操作简单，节省时间，且只需要耗费微量有机溶剂，更加环境友好。因此，对于布绒样品中voc及svoc类物质的检测，顶空提取法多方面优于超声提取法。

(7)方法学考察

在设定的色谱条件下，将标准工作溶液按浓度从低到高依次进行测定，以得到的定量离子色谱峰的峰面积为纵坐标，对应的各物质的进样浓度为横坐标作图，绘制标准工作曲线。结果表明，各物质在其线性范围0.2～300mg/kg内，浓度值与峰面积有良好的线性关系，线性相关系数均大于0.9984。以响应信号大于噪声10倍时对应的物质含量作为定量限，得到各物质的定量限0.02～1.0mg/kg。所有物质的定量限均远低于欧盟2009/48/ec指令中的限量(100mg/kg)。我们对于每种物质设定了3个添加浓度，按本方法所确定的实验条件，对每个添加浓度重复进行6次试验。由结果可知，方法对于不同物质的回收率在88.6％～123.5％之间，相对标准偏差(rsd)在1.1％～9.1％之间。具体数据见表2。

表2.8种芳香剂的添加回收率及相对标准偏差(n＝6)

(8)实际样品分析

应用本方法，对从市场上购买到的20种布绒玩具样品进行测定。在这些样品中，s2样品检出丁香酚和六氢香豆素，含量分别为10mg/kg和6mg/kg；s6样品检出六氢香豆素，含量263.6mg/kg；s9样品检出丁香酚，含量23.4mg/kg；s13样品检出丁香酚，含量2.3mg/kg。其余物质未检出。图7给出了样品s2的总离子流色谱图及检出物质的提取离子色谱图。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。