纺织品中致癌染料含量检测方法改进

摘要：

采用甲醇添加尿素作为提取试剂，建立了用高效液相色谱法(HPLC-DAD)对纺织品中的9种致癌染料进行分析的方法，色谱柱为XDB Varian pursuit5 C18柱，流动相为乙腈和0.1%磷酸水溶液。该方法中，9种致癌染料的定量限为1.0mg/kg～10mg/kg，线性相关系数都大于0.985，回收率为72%～95%，相对标准偏差(RSD)均小于10.0%，可以满足纺织品上致癌染料的检测需要。

关键词：纺织品；致癌染料；测试；高效液相色谱

1 引言

纺织品是生活中不可缺少的用品，随着人们健康和环境意识的不断增强，纺织品对人体的生态毒性和安全性问题也越来越多地得到关注。纺织品在染色过程中，染料分子通过吸附、扩散等多种化学或物理处理，从染液转移到被染物上而使之染色[1]。目前，已经证实存在多种可诱发人体癌变的染料[2]。鉴于这些染料的严重危害，许多国家和世界权威组织相继颁布了严格的法规和技术标准进行限制，除了熟知的可分解致癌芳香胺的偶氮染料外，欧盟委员会纺织品生态标签(Eco-Label)(欧盟2002／371／EC指令)和国际环保纺织协会的纺织品生态标准(Oeko-Tex Standard 100)[3]都要求纺织品中不得使用对人体有直接致癌作用的9种染料(见表1)，每种有害染料的检测限量为50 mg/kg。国家质量技术监督检验检疫总局批准并发布的GB/T 18885—2009《生态纺织品技术要求》也规定不得使用这9种染料。

我国于2006年5月25日发布了GB/T 20382—2006《纺织品致癌染料的测定》[4]，该标准于2006年12月1日实施，其方法采用超声波辅助甲醇方法提取织物纤维上的9种染料，并在高效液相色谱仪(HPLC-DAD)上检测。由于9种致癌染料分别属于直接、酸性、碱性和分散染料，化学性质差异较大，采用甲醇一次提取纺织品上的多种染料，方法虽简单、快捷，但通过实践发现，该方法只能提取纤维上的部分染料，且回收率较低，不能满足Oeko-Tex Standard 100定量检测要求；而且方法中给出的色谱分析条件也不完善，部分染料的色谱图出峰时间非常接近，色谱图形分离较差，因而在定性检测过程中有时很难区分。

本文研究了不同的试剂对纤维的提取效率，最终选用甲醇添加尿素的方式进行提取，提取效果明显提高。通过优化色谱分析条件，采用高效液相色谱法(HPLC-DAD)进行分析，获得了较好的分离度，而且缩短了分析时间，技术指标符合定量分析方法，可以满足纺织品上致癌染料的检测需要。

2 试验部分

2.1 仪器与试剂

仪器：Agilent 1200高效液相色谱仪(美国，配有二极管阵列检测器)；可控温超声波仪(输出功率420 W，频率40 kHz，控温精度为±2℃)；可控旋转蒸发仪( EYELA OSB-2100)；电子天平(精密度0.0001 g)；0.45μm聚四氟乙烯薄膜过滤头(津腾公司)。

试剂：表1中9种致癌染料有证标准物质(德国Dr.Eh-renstorfer公司)；甲醇、乙腈(色谱纯)，磷酸二氢四丁基胺(色谱级)；吡啶、甲酸、氯苯、二甲苯、二甲基甲酰胺(均为分析纯)；尿素(分析纯)、磷酸(分析纯)；实验室用水为经Milli-Q系统制备纯水。

9块参考样品由上海东华大学制备，以不同的染色工艺染色，用直接红28、直接黑38和直接蓝6上染棉坯布，酸性红26上染毛坯布，碱性红9和碱性紫14上染腈纶坯布，分散黄3、分散蓝1和分散橙11上染涤纶坯布，用于提取试验。

用表1所列的标准物质，按其所示的纯度分别配制每种物质有效浓度为200 mg/L的甲醇贮备标准溶液，有效期为一年。

4组标准工作溶液(2 mg/L)如下：A)取1mL碱性紫14贮备标准溶液置于容量瓶中，用甲醇定容至100 mL；B)取1 mL碱性红9贮备标准溶液置于容量瓶中，用甲醇定容至100 mL；C)各取1 mL酸性红26、直接红28、直接蓝6和直接黑38贮备标准溶液置于容量瓶中，用甲醇定容至100 mL；D)各取1 mL分散蓝1、分散黄3和分散橙11贮备标准溶液置于容量瓶中，用甲醇定容至100 mL。(注：贮备标准溶液和标准工作溶液在4℃下避光保存，标准工作溶液每月配制一次。)

2.2 样品前处理

取参考样品，剪成5 mm×5 mm的碎片，混匀。称取1.0 g试样，精确至0.01 g，试样置于提取器中，提取器中加入10.0 mL甲醇，然后再加入2 g尿素，旋紧盖子，将提取器置于70℃、420 W的超声波浴中萃取30 min，冷却至室温，用0.45μm聚四氟乙烯薄膜过滤头，将萃取液注射过滤至样品瓶中，供HPLC/DAD分析。

2.3 HPLC/DAD色谱分析条件

色谱柱：XDB Varian pursuit5 C18 4.6 mm×250或相当者；流动相：乙腈(A)与0.1%磷酸水溶液(B)；流速：1 mL/min；梯度洗脱程序：1min～6 min，10%A；6min～12min，90%A；12min～15 min，10%A，保持3 min；柱温：35℃；进样体积：20μL；检测波长：200nm～700 nm。

定量波长：分散蓝1在400 nm，分散橙11在500 nm，酸性红26、直接红28、碱性红9和碱性紫14在540 nm，直接蓝6、直接黑38和分散蓝1在600 nm。

3 结果与讨论

3.1 样品前处理条件的选择

3.1.1 提取溶剂的选择

(1)不同试剂提取效果比较

本文研究的9种染料的化学性质差异较大，按其化学结构内的发色团可分为偶氮、三苯甲烷和蒽醌类染料；按染色应用可分为酸性、直接、碱性和分散等四大类染料，染色机理差别较大。其中酸性染料的磺酸基与蛋白质纤维中的氨基通过离子键结合；而直接染料虽含有磺酸基，但由于其分子链较长，与纤维素纤维的大分子长链主要通过氢键和范德华力结合；带阳离子的碱性染料与带阴离子的腈纶纤维通过离子键结合；分散染料极性较弱，一般在高温高压下染色，通过范德华力和氢键等与化学纤维中的惰性高分子结合。因此，要完全提取织物纤维中的染料，需建立多种萃取系统。

国内有研究表明，极性较强、能提供质子的吡啶水溶(吡啶/水，4 /3，v/v)、吡啶/甲酸/水(20 /5/75，v/v)和氯苯可分别完全剥离天然纤维上的直接染料和酸性染料、腈纶纤维上的碱性染料和涤纶纤维上的分散染料[5]。但这种方法需在样品处理之前鉴别样品的纤维种类，根据其使用的染料类型选取不同的萃取方法，因而大大降低检测效率。而且，吡啶、氯苯的毒性都很大，考虑到环保因素以及实际操作过程中对试验人员健康的影响，也不适合在实践广泛应用。

酸性、直接和碱性染料都带有极性基团，易溶于水，不宜用乙酸乙酯、丙酮和正己烷等中等极性和弱极性的有机溶剂提取；分散染料极性较弱，不宜用水溶液提取。而作为极性有机溶剂的甲醇对这4类染料都有较好的溶解能力，且比乙腈对棉、麻、丝、毛等天然纤维和涤纶、腈纶、锦纶等化学纤维具有较好的溶胀作用。在国外研究中，酸性甲醇试剂(盐酸/甲醇/水2 /1 /1，v/v)常用来提取天然纤维中的天然染料[6]。但对本文研究的合成染料，酸性甲醇溶液与直接红28、碱性紫14和分散黄3都发生了变色反应。

本文选用甲醇(Methanol)、二甲基甲酰胺(DMAC)、二甲苯(Xylene)分别对9种染料进行提取，如图1所示。红线为DMAC提取效果，黑线为Methanol提取效果，绿线为Xylene提取效果。

图1中可以看出，二甲基甲酰胺(DMAC)对9种染料有很好的提取效果；甲醇的提取效果居中；二甲苯仅对分散染料有微弱的提取效果，而对其他染料基本没有效果；二甲基甲酰胺(DMAC)可剥离棉纤维上的直接染料和涤纶纤维上的分散染料，但试验过程中发现会溶解腈纶纤维，不适合混纺纤维的处理。

(2)尿素添加剂对提取效果的影响

将10 mL甲醇加入提取器中，置于70℃的超声波浴(功率为40 kHz，420 W)中萃取30 min；另在提取器中加入10 mL甲醇，再添加2 g尿素，置于70℃的超声波浴(功率为40 kHz，420W)中萃取30 min，比较提取效果，如图2所示。黑线为不加尿素提取效果，红线代表添加尿素后的提取效果。

从图2中可以看出，添加尿素后，对于9种致癌染料的提取效果都有明显的提升作用。

3.1.2 超声条件对提取效果的影响

超声辅助萃取是一种快捷、高效的固-液萃取方式，本文参照GB/T 20382—2006标准中的萃取条件，在70℃恒温水浴、420W、40 kHz超声频率[7]下，分别在30 min、45min、60min时间内进行提取试验，考察不同超声时间对提取效率的影响，见图3。

从图3中可以得出，除分散橙、分散蓝、碱性紫三种染料以外，30 min的处理时间就可以达到满意的效果。在未加纤维情况下，直接对染料的标准溶液超声，以验证超声波对染料的稳定性影响。将2 mg／L、20 mg／L、200mg／L的9种染料标准溶液在70℃水浴中于420W超声功率下超声60 min，标准溶液的浓度未发生明显变化，表明染料未发生分解。而在纤维存在时，超声时间太长(如60 min)，9种染料的提取率都会下降，其原因可能是在超声提取的过程中，染料处于对纺织品纤维的解吸和吸附的动态平衡过程：一方面，超声波的辅助能量促进纺织纤维在甲醇中的溶胀和其大分子链的蠕动，促进染料从纤维中解吸；另一方面，超声能量过大或时间较长，会促进染料分子向纤维无定型区的渗透，促进纤维对染料的吸附[8-13]。

综上试验，本文选用甲醇添加尿素在(70±2)℃的超声波浴(功率为40 kHz、420 W)中萃取30 min对样品进行处理。

3.2 色谱条件的选择

在优化液相色谱分离条件过程中，分别比较了多种液相色谱柱的分离效果，发现采用XDB Varian pursuit5 C18 4.6 mm×250色谱柱分离度与灵敏度更适合该分析，故选择Varian pursuit5 C18 4.6 mm×250柱作为色谱分析柱。考察了反相色谱常用的有机相溶剂(甲醇和乙腈)与不同缓冲液组成的流动相体系，分别为：1)甲醇(或乙腈)-5mmol/L甲酸胺溶液；2)甲醇(或乙腈)-5mmol/L乙酸胺溶液；3)甲醇(或乙腈)-0.1%磷酸等对染料化合物的色谱分离效果比较，结果表明以乙腈-0.1%磷酸水溶液作为流动相时获得了最优的色谱峰形，选择梯度洗脱方式，通过优化流动相的洗脱条件，在不同的检测波长(200 nm～700 nm)下，可以实现9种染料的有效分离。

3.3 方的检测限及线性

分别吸取染料标准贮备液，用甲醇配制成系列浓度为0、2mg/L、4mg/L、8mg/L、10mg/L、20mg/L的标准溶液，以样品浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线。线性回归方程与相关系数见表2。由表2可知，回归方程的线性较好(R2＞0.98)，以样品空白的10倍噪声计算定量限，9种染料的定量限为1.0mg/kg～10.0mg/kg，均低于Oeko-Tex Standard 100要求的50 mg/kg。

3.4 方法的回收率以及精密度试验

在不含致癌染料的标准样品中，以标准加入法进行回收率试验，添加浓度分别为5 mg/L、10 mg/L、50mg/L，将9种染料分别加入1.0g对应的适染纤维织物样品上，重复测量6次进行试验，试验测得在低、中、高的3个添加水平范围内的平均回收率为72%～95%，计算每个样品的相对标准偏差，结果均小于10%，结果见表3。

3.5 样品测定应用本方法对市售纺织样品共20件进行了分析测定，均未检出含有致癌染料，采用国标GB/T 20382—2006法进行分析测定，也未检出含有致癌染料。

4 结论

本文通过对GB/T 20382—2006分析方法中提取试剂的改进，提取效率明显提高，通过优化色谱分析条件，大大缩短了分析时间，改进了现有纺织品致癌染料检测的水平，方法快速、高效、准确，可适用于目前纺织品检测领域中可萃取致癌染料的检测。