染料中富馬酸二甲酯的檢測

趙廣明，呂 艷，劉秋紅，任祖光

（浙江龍盛染料化工有限公司，浙江紹興 312300）

富馬酸二甲酯（dimethyl fumarate，DMFu）又稱別馬來酸二甲酯（allomaleicacid-dimethylester），俗稱防霉保鮮劑霉克星1號；常溫下為白色結晶或者結晶粉末，溶于乙酸乙酯、氯仿、丙酮和醇類，微溶于乙醚、水。富馬酸二甲酯具有高效、廣譜抗菌的特點，對霉菌有特殊的抑菌效果，兼有殺蟲活性，還具有觸殺和熏蒸作用，曾廣泛應用于食品、飲料、飼料、中藥材、化妝品、魚、肉、蔬菜、水果等的防霉、防腐、防蟲、保鮮［1］。

隨著人們對富馬酸二甲酯的深入研究，實驗發(fā)現富馬酸二甲酯具有一定毒性且會慢性積累，進入人體會對器官產生腐蝕性損害，尤其是對兒童的成長發(fā)育造成嚴重危害。2009年1月29日，歐盟成員國通過了“保證含有富馬酸二甲酯的消費品不會投放歐洲市場”的決議草案，該決議于2009年5月1日正式生效。草案明確規(guī)定，如果消費品或其部件中富馬酸二甲酯的質量分數超過了0.1 mg/kg，或者產品本身已聲明了其富馬酸二甲酯的質量分數，就將被認定為“含有富馬酸二甲酯”的產品，禁止進入歐盟市場流通和銷售。2009年2月，中國禁止將富馬酸二甲酯作為食品添加劑使用，并且在皮革、鞋類和紡織品及食品上制定了相關檢測標準。在不同領域采用的檢測標準不同，王云玉等［2］采用頂空-GC-MS法對皮革及其制品中的富馬酸二甲酯含量進行檢測；孫忠松等［3］等用乙腈提取紡織品及皮革中的富馬酸二甲酯；國家建立了紡織品中富馬酸二甲酯的國家標準GB/T 28190—2011《紡織品富馬酸二甲酯的測定》。作為紡織印染的上游行業(yè)——染料行業(yè)，富馬酸二甲酯檢測的相關標準亟待建立。本項目通過對染料產品中富馬酸二甲酯提取方法和色譜、質譜條件的改進，建立了染料中富馬酸二甲酯的氣相色譜-質譜聯用檢測方法。

1 實驗

1.1 試劑和儀器

試劑：丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙醇、乙腈（分析純），標準品富馬酸二甲酯，標準品富馬酸二甲酯D2。

儀器：Phenom ProX電鏡能譜一體機（SEM電鏡掃描儀，荷蘭飛納），7890B-5977A安捷倫氣相色譜-質譜聯用儀（帶自動進樣器G4567A，美國安捷倫），Phenomenex ZB-35MS色譜柱（美國），微量注射器、超聲波振蕩器（寧波新芝生物科技有限公司），臺式低速離心機（4 000 r/min，上海醫(yī)療器械有限公司）。

1.2 萃取步驟

使用有機溶劑萃取染料產品中的富馬酸二甲酯，用氣相色譜儀分離萃取液中的組分，質譜儀定性，用富馬酸二甲酯D2作為內標，再用峰面積內標法定量測定染料中的富馬酸二甲酯質量分數。

1.2.1 質譜操作條件

儀器操作條件如表1所示。可根據儀器設備不同，選擇最佳分析條件。

表1 儀器操作條件

1.2.2 標準樣品的配制

準確稱取標樣富馬酸二甲酯、內標物富馬酸二甲酯D2各0.01 g（準確至0.000 1 g），用丙酮溶解后，分別定容至100 mL容量瓶中。此溶液為標準儲備溶液，質量濃度約為100 mg/L，-10～-5℃避光保存，保存期為半年。

分別吸取相同適量的兩種標準儲備溶液至50 mL容量瓶中，用丙酮定容至刻度，作為混合標準工作溶液，-10～-5℃避光保存，保存期為3個月。

1.2.3 樣品前處理

準確稱取樣品0.5 g（精確至0.000 1 g），置于40 mL樣品瓶中，加入10 mL丙酮內標液（內標物質量分數為0.1 mg/kg），于超聲波發(fā)生器中帶溫超聲30 min（溫度為50℃）。冷卻至室溫后，取約5 mL樣品溶液于離心管中，用離心機離心5 min后，取上層清液，上機檢測。

1.3 測試

根據染料樣品中被測物的質量分數，選取質量分數相近的標準工作溶液進行測定。如果樣品中富馬酸二甲酯的質量分數太高，則將前處理好的樣品稀釋至常用標準溶液的質量分數再進行測定。按上述質譜儀分析條件，用自動進樣器分別取1.0μL試樣溶液和標準工作溶液進行測定，待出峰完畢后，用質譜工作站進行結果處理，通過比較試樣與標樣色譜峰的保留時間和質譜選擇特征離子進行定性，用峰面積內標法進行定量。

校正因子計算式：

式中，F為校正因子；ωSTD為標樣富馬酸二甲酯的質量分數，mg/kg；ωISTD為內標物富馬酸二甲酯D2的質量分數，mg/kg；ASTD為標樣富馬酸二甲酯的峰面積；AISTD為內標物富馬酸二甲酯D2的峰面積。

富馬酸二甲酯的質量分數按下式計算：

式中，ω為試樣中富馬酸二甲酯的質量分數，mg/kg；F為校正因子；ρISTD為內標物富馬酸二甲酯D2的質量濃度，mg/L；mSAM為試樣的質量，g；AISTD為內標物富馬酸二甲酯D2的峰面積；ASAM為試樣中富馬酸二甲酯的峰面積；VSAM為試樣萃取液的體積，mL。試樣中富馬酸二甲酯的質量分數結果保留小數點后兩位。樣品中富馬酸二甲酯的質譜圖見圖1。

圖1 樣品中富馬酸二甲酯的色譜圖

2 結果與討論

2.1 樣品的前處理方法優(yōu)化

2.1.1 溶劑的選擇

實驗選擇不同溶劑（丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙腈、乙醇）直接進行萃取。0.5 g染料樣品在不同溶劑中的溶解情況如表2所示。

表2 染料樣品在不同溶劑中的溶解情況

由表2可知，由于分散染料難溶于水和常規(guī)溶劑，一般對溶劑的選擇不能只考慮富馬酸二甲酯的溶解性，還需要考慮分散染料以及分散劑是否溶解。分散染料普遍采用噴干技術制備［4］，通過電鏡掃描觀察染料結構，染料粒徑為50～200μm（如圖2所示），溶劑如果不能將染料溶解，染料顆粒仍舊存在，因為部分富馬酸二甲酯被包含在染料顆粒中，無法完全溶解，會造成測試結果偏小甚至無法檢測。

圖2 染料放大500倍

富馬酸二甲酯在N,N-二甲基甲酰胺中溶解度最低，在丙酮中溶解度最高，選取溶解度最高的丙酮和溶解度最低的N,N-二甲基甲酰胺以及常用的乙酸乙酯、乙醇作為溶劑進行實驗，結果如表3所示。由表3可以看出，富馬酸二甲酯在丙酮中測試結果最高，效果最好。因此，采用丙酮作為溶劑對樣品進行前處理。

表3 不同溶劑對測試結果的影響

2.1.2 超聲溫度和時間

由表4可知，超聲時間越長、溫度越高，檢測出染料中富馬酸二甲酯的質量分數越高，由于丙酮的沸點是56.5℃，因此選擇超聲溫度50℃、時間30 min。

表4 超聲溫度和時間對測試結果的影響

2.2 氣相色譜分離條件的優(yōu)化

由表5可以看出，使用ZB-35MS（30 m×0.25 mm×0.25μm）色譜柱分離前處理后的樣品，雜質與富馬酸二甲酯分離效果好。高溫區(qū)300℃保持5 min可使樣品中沸點較高的組分流出色譜系統(tǒng)，避免質譜柱污染。

表5 色譜柱分離效果對比

2.3 富馬酸二甲酯的定性

測試樣品與標準工作溶液的選擇離子總流圖中，內標物富馬酸二甲酯D2出峰時間與富馬酸二甲酯出峰時間一樣，在測試樣品與標準工作液溶相同的保留時間出現的色譜峰分別為提取富馬酸二甲酯和內標物富馬酸二甲酯D2的特征離子碎片，根據其豐度比進行確證。

氣相色譜-質譜聯用儀選擇離子色譜總流圖和質譜圖如圖3～8所示。

圖3 富馬酸二甲酯色譜圖

圖4 富馬酸二甲酯質譜圖

圖5 富馬酸二甲酯D2色譜圖

圖6 富馬酸二甲酯D2質譜圖

圖7 樣品中富馬酸二甲酯提取色譜圖

圖8 樣品中富馬酸二甲酯D2提取色譜圖

2.4 儀器的穩(wěn)定性和方法的精密度

將富馬酸二甲酯標準儲備溶液逐級稀釋，然后配制成不同質量分數的標準溶液，最后再以富馬酸二甲酯的質量分數為橫坐標，以富馬酸二甲酯的峰面積為縱坐標，對富馬酸二甲酯繪制標準曲線，結果如圖9所示。

由圖9可以看出，富馬酸二甲酯的質量分數在0.05～2.00 mg/kg內和峰面積具有良好的線性關系，相關系數接近1，能夠滿足檢驗工作要求。

圖9 富馬酸二甲酯的標準曲線

在不含富馬酸二甲酯的染料中加入一定量的標準工作溶液，在本方法的前處理操作條件下重復進樣10次，記錄標樣峰面積，結果見表6。依據JJF 1164—2018氣相色譜-質譜聯用儀校準規(guī)范，指標為小于等于10%。由表6可以看出，在本方法確定的條件下，分析儀器具有良好的穩(wěn)定性，方法具有良好的精密度。

表6 儀器的穩(wěn)定性及方法的精密度

2.5 方法回收率

采用標準加入法，將1 mL混合標液加入到0.5 g不含富馬酸二甲酯的染料中，按照本方法操作，測得富馬酸二甲酯質量分數的回收率為70%～130%。

2.6 最小定量值

在本方法的線性范圍內，以10倍信噪比峰高的目標化合物作為最小定量值。本方法根據多次實驗數據可得：染料中富馬酸二甲酯的最小定量限值為0.5 mg/kg，低于此限值作為未檢出處理。

3 結論

本方法采用丙酮作為溶劑，以氣相色譜-質譜聯用儀器檢測染料樣品中富馬酸二甲酯的質量分數，具有提取簡單、準確、穩(wěn)定，回收率和精密度高，干擾少等優(yōu)點，適用于染料中富馬酸二甲酯的檢測。檢測染料中富馬酸二甲酯的質量分數具有現實意義，對其他類似化學品中富馬酸二甲酯的測試具有參考價值。