Citation: LAI Ying, LIN Rui, LIN Wei-Jing, Ge Xiu-Xiu, DONG Qing-Mu, LI Bin, DING Hua-Jun, LIN Hai-Xia, TU Xing-Peng, CHEN Xiao-Ling, YE Shu-Ai. Determination of Phosphates, Tetrabromobisphenol A and Sudan Ⅰ in Children Products by Ultra Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2016, 44(8): 1236-1242. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160090
超高效液相色谱-质谱法测定儿童产品中苏丹红Ⅰ、四溴双酚A和两种磷酸酯
English
Determination of Phosphates, Tetrabromobisphenol A and Sudan Ⅰ in Children Products by Ultra Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry
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1. 引言
儿童产品作为一类特殊的消费品,相对于其它产品,其安全卫生要求更为严格。欧美发达国家较早重视儿童产品卫生安全,形成了一系列儿童产品卫生法规标准,如欧盟玩具指令2009/48/EC、EN71《玩具安全标准》、美国的ASTM F963《玩具安全规范标准》及16CFR系列标准等。特别是美国各州也纷纷针对儿童用品建立更高安全要求的立法,其中,华盛顿州的“儿童产品安全法”将67种化学品纳入高关注物质清单,并要求儿童产品经营厂商对于任何浓度高于100 mg/L的高关注污染物都必须报告。
目前,国内有关儿童产品安全的有害物质检测研究主要基于欧盟玩具指令2009/48/EC、美国“消费品安全法”等相关法规要求。而华盛顿州“儿童产品安全法”中列入的67种化学品(CHCC)与2009/48/EC规定的化学品种类有交叉,也有区别,不同的物质主要有溶剂黄14(苏丹红1号)、四溴双酚A(Tetrabromobisphenol A, TBBPA)、磷酸酯等。对于这些物质的检测,已有的研究主要针对其它产品,例如四溴双酚A的检测,主要针对电子电器产品,而在儿童产品中则可能存在于蜡笔或其它组件中。而且,由于各高关注物质通常存在于不同种类的儿童产品中,性质差异大,同时分析极为困难,因此目前尚没有溶剂黄14、四溴双酚A、磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯(Tris(1, 3-dichloroisopropyl)phosphate, TDCPP)及磷酸三(2-氯丙基)酯(Tris(chlorisopropyl)phosphate, TCPP)同时检测的文献报道。
目前,苏丹红的检测方法主要有薄层色谱法[1]、高效液相色谱法[2]、液相色谱-质谱法[3]、气相色谱-质谱联用法[4]等,已应用于如辣椒制品、调味品、熟食、蛋禽类制品等食品中苏丹红的残留检测。
TBBPA具有相对分子质量大(543. 9)、沸点高(316℃)且高温下易分解等特点,目前主要采用液相色谱-质谱联用法[5]或衍生化后采用气相色谱法[6]、气相色谱-质谱法[7]进行测定。关于TDCPP等有机磷酸酯类阻燃剂的检测方法主要有气相色谱法[8]、气相色谱-质谱法[9]、液相色谱-质谱法[10]等。
由于液相色谱-质谱联用技术在一定程度上能够排除基质干扰,对于基质复杂、需要高灵敏度、宽适用范围的检测工作而言,它已成为最佳手段之一。而超高效液相色谱技术的应用,极大缩短了分析时间。本研究采用超高效液相色谱-质谱法,通过自制阳性样品探索对各物质均适用的前处理条件,实现了儿童产品中4种高关注物质的同时检测。
2. 实验部分
2.1. 仪器与试剂
1290-6460三重四极杆超高效液相色谱-质谱仪(美国Agilent);T890/H超声波清洗器(德国ELMA OSTERREICH);Mars 6微波萃取仪(美国CEM);MS2迷你振荡器(日本IKA公司);TDZ5-WS离心机(湖南赛特湘仪);R200D电子天平(德国Sartorius)。
苏丹红1号、TBBPA、TDCPP及TCPP(纯度≥97%),均购自德国Dr. Ehrenstorfer GmbH公司。甲醇、乙腈、正己烷、环己烷、乙醇、乙酸乙酯、丙酮为色谱纯,其余试剂均为分析纯。
标准储备液(1000 mg/L):准确称取苏丹红Ⅰ、TBBPA、TDCPP及TCPP各10 mg,苏丹红Ⅰ用乙腈溶解并定容至10 mL, TBBPA、TDCPP及TCPP用甲醇溶解并定容至10 mL。标准工作溶液:移取适量各标准储备液,用乙腈稀释成适用浓度的标准工作溶液。
2.2. 超高效液相色谱-质谱法实验参数
ZORBAX SB-C18色谱柱(50 mm×2.1 mm,1.8μm);柱温:室温;进样量:2μL;流动相:乙腈-水(70:30,V/V);等度洗脱;流速:0.3 mL/min。
质谱电离方式:电喷雾电离;扫描模式:多反应检测扫描(MRM);干燥气温度:350℃;干燥气流量:5 L/min;雾化气:40 psi;鞘气温度:350℃;鞘气流量:11 L/min;毛细管电压:3000 V(+),2000 V(-);喷嘴电压:0 V(+),2000 V(-);时间分段、监测离子对、碰撞能量等见表 1。
表 1
表 1 儿童产品中4种高关注物质的监测离子对和碰撞能量Table 1. Monitoring ion pair and collision energy of 4 chemicals high concern to children起始时间Start time(min) 化合物Compound 母离子Precursor ion(m/z) 碎裂电压Fragmentator(V) 子离子Product ion(m/z) 碰撞电压Collision potential(V) 极性Polarity 0.00 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 327.2 95 99.1*/175/251 18/7/1 + 0.89 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 428.9 75 280.5*/282.4/34.7 1/1/3 - 0.89 四溴双酚A TBBPA 542.8 180 445.7*/417.5/290.6 34/42/40 - 2.00 苏丹红1号SudanⅠ 249.2 105 93.2*/156.1/232.1 21/11/7 + *-:定量离子(Quantitative ion)。TCCP: Tris(chlorisopropyl)phosphate; TDCPP: Tris(1, 3-dichloroisopropyl)phosphate; TBBPA: tetrabromobisphenol. 2.3. 阳性样品制备
称取聚氯乙烯(Polyvinyl chloride, PVC)塑料颗粒10 g,置于250 mL具塞锥形瓶中,加入1 mL混合标准储备溶液(1000 mg/L),150 mL四氢呋喃,40℃超声至样品完全溶解,充分振荡混匀。将溶液倒入4个直径为15 cm的培养皿,置于通风橱过夜。第二天将制得的样品置于鼓风干燥箱50℃,0.5 h,然后冷却至室温,小心将样品薄膜与培养皿分离,得到PVC阳性样品。平行制备多份样品。
同法制备得到苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(Styrene-methyl methacrylate copolymer, MS)阳性样品。
2.4. 样品取样及处理
按照GB 6675.4-2014[11]的要求取样。将试样处理小块,置于液氮罐中冷冻1 h,用粉碎机将样品破碎成粒径小于1 mm的试样。
2.5. 添加回收实验
选择乳白色橡皮泥、PVC塑料玩具、海绵玩具、蜡笔(均不含上述待测物质),进行3个浓度水平添加回收实验。
2.4.2. 微波萃取
称取经混匀后的样品0.5 g(精确到0.000 1 g),置于微波萃取罐底部,加入10 mL正己烷-丙酮(1:1, V/V)溶液,在100℃下萃取30 min。冷却后将提取液转移至25 mL具塞比色管,加甲醇沉淀高聚物并定容。样液用0.22μm有机滤膜过滤,滤液进行液相色谱-质谱分析。
2.4.1. 超声萃取
称取经混匀后的样品0.5 g(精确到0.000 1 g),置于25 mL具塞比色管中,加入10 mL乙腈。在旋涡混合器上混匀后,40℃水浴超声波萃取40 min,加乙腈稀释至刻度。提取液用0.22μm有机滤膜过滤,滤液进行液相色谱-质谱分析。
3. 结果与讨论
3.1. 样品前处理方式的选择
根据样品提取要求,考察了超声波萃取和微波萃取两种前处理方法对4种高关注物质含量测定的影响。
3.2. 液相色谱-质谱条件的选择
3.3. 工作曲线、线性范围和定量限(LOQ)
研究了4种高关注物质检测的线性范围和定量限(表 5),结果表明,在相应范围内,线性相关系数均大于0.9995,定量限(LOQ,S/N=10)均小于500μg/kg,完全满足检测需要。
表 5
表 5 方法的线性方程、工作曲线、线性范围与定量限Table 5. Regression equations linear range and limit of quantification (LOQ) of the method化合物Compound 回归方程Regression equation 相关系数Correlation coefficient(R2) 线性范围Linear range(ng/mL) 定量限LOQ(μg/kg) 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP Y=68.3049X+1.8594 0.9999 1~100 5 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP y=0.9272x+3.9107 0.9997 10~500 500 四溴双酚A TBBPA y=35.2696x+23.0278 0.9996 0.1~200 5 苏丹红1号SudanⅠ y=10.1103x-16.6918 0.9997 2~200 100 3.4. 回收率精密度实验
选择乳白色橡皮泥、PVC塑料玩具、海绵玩具、蜡笔(均不含上述待测物质),进行3个水平的添加回收实验(n=6)。结果表明,各物质加标回收率在83.7%~97.8%范围内,相对标准偏差均在5%以内,完全满足分析要求。
3.5. 实际样品测定
在上述方法基础上,对包括儿童玩具、婴幼儿护理用品在内的52个儿童产品实际样品中TCPP、TDCPP、TBBPA和苏丹红1号的含量进行了筛查(表 6),结果表明,有6个样品检出了TCPP,1个样品检出了TDCPP,5个样品检出了TBBPA,所有样品均未检出苏丹红1号。检出物质含量均远小于100 mg/kg,在安全范围之内。典型阳性样品的色谱图(图 8)显示,样品的基质效应很小。
表 6
表 6 阳性样品中4种高关注物质的含量Table 6. Content of 4 chemicals high concern to children in positive samples (mg/kg)样品名Sample name 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 儿童地垫Children′s floor mats 0.42 0 0.025 0 EVA儿童地垫EVA Children′s floor mats 0.57 0 0.032 0 宝宝欢乐球Baby happy ball 1.8 0 0 0 厚绒装饰串条Terry decorative string 0 0 0.0050 0 儿童帽Children′s hat 0 1.45 0 0 玩具枪弹头Bullet of toy gun 0 0 0.0039 0 塑料玩具动物Plastic animals 4.6 0 0.47 0 气球Balloon 0.83 0 0 0 婴儿粉扑Baby puff 12.0 0 0 0 图 8
3.1.2. 微波萃取
采用微波萃取法提取2.3节制备的PVC和MS阳性样品。根据微波萃取对溶剂的要求并结合3.1.1节的研究结果,在100℃微波萃取10 min的条件下,考察了甲醇、乙腈、正己烷-丙酮(1:1, V/V)及乙酸乙酯作为萃取溶剂,对提取效率的影响(图 3)。结果表明,正己烷-丙酮(1:1, V/V)对各物质的提取效率均最佳。
图 3
以正己烷-丙酮(1:1, V/V)为溶剂,在100℃下考察了10~50 min萃取时间对提取效率的影响(图 4和图 5)。结果表明,MS中高关注物质提取量随着萃取时间的延长而缓慢增加,40 min后略有下降;PVC中高关注物质含量随着萃取时间的延长而增加,30 min时达到最佳值,而后略有下降。综合考虑提取的速度与效率,选择样品萃取时间为30 min。
图 4
图 5
3.1.1. 超声波萃取
采用超声波法提取2.3节制备的PVC和MS阳性样品。根据待测物的性质,在40℃超声50 min的条件下考察了正己烷、环己烷、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙腈、丙酮和正己烷-丙酮(1:1, V/V)8种萃取剂提取的效率(表 2和表 3)。结果表明,不同高关注物质所需的最佳提取溶剂不一致,不同样品基质中同一高关注物质的最佳提取溶剂也有差异。综合考虑,使所有物质均达到合适的提取效率,PVC基质样品合适的提取溶剂顺序为:乙腈>正己烷-丙酮(1:1, V/V)>乙酸乙酯>>其余溶剂。MS基质样品合适的提取溶剂顺序为:乙酸乙酯>正己烷-丙酮(1:1, V/V)>乙腈=甲醇>>其余溶剂。
表 2
表 2 不同溶剂对PVC阳性样品超声提取效率的影响Table 2. Influence of different solvents on ultrasonic extraction efficiency of positive sample made in PVC material提取溶剂Extraction solvent 提取效率Extraction efficiency(mg/kg) 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 正己烷Hexane 19.94 31.07 13.58 65.88 环己烷Cyclohexane 28.41 42.02 14.07 74.01 甲醇Methanol 23.46 25.23 8.44 52.20 乙醇Ethanol 24.87 26.77 9.94 53.28 乙酸乙酯Ethyl acetate 31.71 91.08 37.10 91.14 乙腈Acetonitrile 32.79 68.88 40.81 139.34 丙酮Ketone 33.17 72.69 27.29 107.57 正己烷-丙酮Hexane-Ketone(1:1, V/V) 15.71 89.99 43.03 132.60 表 3
表 3 不同溶剂对MS阳性样品超声提取效率的影响(mg/kg)Table 3. Influence of different solvents on ultrasonic extraction efficiency of positive sample made in MS material提取溶剂Extraction solvent 提取效率Extraction efficiency(mg/kg) 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 正己烷Hexane 0 21.28 0 0 环己烷Cyclohexane 1.01 15.95 1.91 16.06 甲醇Methanol 1.25 34.90 14.57 34.38 乙醇Ethanol 0.16 27.77 12.38 24.28 乙酸乙酯Ethyl acetate 0.73 57.02 27.85 39.86 乙腈Acetonitrile 0.50 35.99 13.85 38.60 丙酮Ketone 0.30 43.98 8.14 26.87 正己烷-丙酮Hexane-Ketone(1∶1, V/V) 0.32 45.12 16.23 33.59 综合考虑不同基质样品提取效率和液质检测的要求,选择乙腈作为超声波萃取的提取试剂。
以乙腈为溶剂,在100℃下考察了10~50 min萃取时间对提取效率的影响(图 1和图 2)。结果表明,样品中高关注物质萃取量随着萃取时间的延长而增加,40 min后达到最高点,而后降低。因此选择样品萃取时间为40 min。
图 1
图 2
3.1.3. 超声波萃取和微波萃取法提取效率的比较
在各自优化的前处理条件下,超声波萃取和微波萃取方法对相同样品中高关注物质的提取结果见表 4。两种方法萃取效率大致相当,萃取时间也基本相同(微波萃取时间加上10 min升温程序,总提取时间为40 min)。考虑到方法操作的便利性和液相色谱-质谱分析对溶剂的要求,最终选择超声波萃取法作为实验前处理方法。
表 4
样品Sample 提取方法Extractionmethod 提取效率Extraction efficiency(mg/kg) 提取时间Extractiontime(min) 提取溶剂Extractionsolvent 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 聚氯乙烯PVC 超声萃取Ultrasonicextraction 18.21 111.7 90.85 78.36 40 乙腈Acetonitrile 微波萃取Microwaveextraction 22.02 113.5 79.14 66.53 30 正己烷-丙酮Hexane-ketone(1∶1, V/V) 苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物Styrene-methylmethacrylatecopolymer 超声萃取Ultrasonicextraction 0.67 41.94 41.7 14.83 40 乙腈Acetonitrile 微波萃取Microwaveextraction 0.70 50.23 36.46 15.84 30 正己烷-丙酮Hexane-ketone(1∶1, V/V) 3.2.1. 色谱条件的选择
根据被分析物的性质,选择C18柱作为分析柱,并采用乙腈-水(70:30, V/V)等度洗脱使4种物质得到基线分离(图 6)。考虑到TDCPP和TBBPA采用负离子模式检测,因此流动相中不添加甲酸。
图 6
3.2.2. 质谱条件的选择
采用电喷雾离子源(ESI)离子化,正离子扫描,得到TCPP和苏丹红Ⅰ的二级质谱图;负离子扫描,得到TDCPP和TBBPA的二级质谱图。根据二级质谱图确定各物质的多反应监测离子对,并对各物质的碎裂电压(Frag)和碰撞能量(CE)等参数进行优化。优化的结果见表 1。值得注意的是,TDCPP的解离方式与文献[12]报道有很大差异,文献采用正离子模式,而本研究发现负离子模式的灵敏度更高,在较低的碰撞电压,即可失去3个氯丙基而得到m/z 280.5离子(见图 7)。
图 7
鉴于所检测物质涉及到正负两种电离模式,而所使用的质谱仪无法同时检测正负离子,因此通过时间分段的方法予以解决。
4. 结论
本研究建立了儿童产品中TCPP、TDCPP、TBBPA和苏丹红1号同时测定的超高效液相色谱-质谱方法,方法简便方便快捷、灵敏度高、线性范围宽、回收率好,能很好满足实际工作的要求。
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Table 1. Monitoring ion pair and collision energy of 4 chemicals high concern to children
起始时间Start time(min) 化合物Compound 母离子Precursor ion(m/z) 碎裂电压Fragmentator(V) 子离子Product ion(m/z) 碰撞电压Collision potential(V) 极性Polarity 0.00 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 327.2 95 99.1*/175/251 18/7/1 + 0.89 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 428.9 75 280.5*/282.4/34.7 1/1/3 - 0.89 四溴双酚A TBBPA 542.8 180 445.7*/417.5/290.6 34/42/40 - 2.00 苏丹红1号SudanⅠ 249.2 105 93.2*/156.1/232.1 21/11/7 + *-:定量离子(Quantitative ion)。TCCP: Tris(chlorisopropyl)phosphate; TDCPP: Tris(1, 3-dichloroisopropyl)phosphate; TBBPA: tetrabromobisphenol. Table 2. Influence of different solvents on ultrasonic extraction efficiency of positive sample made in PVC material
提取溶剂Extraction solvent 提取效率Extraction efficiency(mg/kg) 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 正己烷Hexane 19.94 31.07 13.58 65.88 环己烷Cyclohexane 28.41 42.02 14.07 74.01 甲醇Methanol 23.46 25.23 8.44 52.20 乙醇Ethanol 24.87 26.77 9.94 53.28 乙酸乙酯Ethyl acetate 31.71 91.08 37.10 91.14 乙腈Acetonitrile 32.79 68.88 40.81 139.34 丙酮Ketone 33.17 72.69 27.29 107.57 正己烷-丙酮Hexane-Ketone(1:1, V/V) 15.71 89.99 43.03 132.60 Table 3. Influence of different solvents on ultrasonic extraction efficiency of positive sample made in MS material
提取溶剂Extraction solvent 提取效率Extraction efficiency(mg/kg) 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 正己烷Hexane 0 21.28 0 0 环己烷Cyclohexane 1.01 15.95 1.91 16.06 甲醇Methanol 1.25 34.90 14.57 34.38 乙醇Ethanol 0.16 27.77 12.38 24.28 乙酸乙酯Ethyl acetate 0.73 57.02 27.85 39.86 乙腈Acetonitrile 0.50 35.99 13.85 38.60 丙酮Ketone 0.30 43.98 8.14 26.87 正己烷-丙酮Hexane-Ketone(1∶1, V/V) 0.32 45.12 16.23 33.59 Table 4. Comparison of extraction efficiency between the two methods
样品Sample 提取方法Extractionmethod 提取效率Extraction efficiency(mg/kg) 提取时间Extractiontime(min) 提取溶剂Extractionsolvent 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 聚氯乙烯PVC 超声萃取Ultrasonicextraction 18.21 111.7 90.85 78.36 40 乙腈Acetonitrile 微波萃取Microwaveextraction 22.02 113.5 79.14 66.53 30 正己烷-丙酮Hexane-ketone(1∶1, V/V) 苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物Styrene-methylmethacrylatecopolymer 超声萃取Ultrasonicextraction 0.67 41.94 41.7 14.83 40 乙腈Acetonitrile 微波萃取Microwaveextraction 0.70 50.23 36.46 15.84 30 正己烷-丙酮Hexane-ketone(1∶1, V/V) Table 5. Regression equations linear range and limit of quantification (LOQ) of the method
化合物Compound 回归方程Regression equation 相关系数Correlation coefficient(R2) 线性范围Linear range(ng/mL) 定量限LOQ(μg/kg) 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP Y=68.3049X+1.8594 0.9999 1~100 5 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP y=0.9272x+3.9107 0.9997 10~500 500 四溴双酚A TBBPA y=35.2696x+23.0278 0.9996 0.1~200 5 苏丹红1号SudanⅠ y=10.1103x-16.6918 0.9997 2~200 100 Table 6. Content of 4 chemicals high concern to children in positive samples (mg/kg)
样品名Sample name 磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP 磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯TDCPP 四溴双酚ATBBPA 苏丹红1号SudanⅠ 儿童地垫Children′s floor mats 0.42 0 0.025 0 EVA儿童地垫EVA Children′s floor mats 0.57 0 0.032 0 宝宝欢乐球Baby happy ball 1.8 0 0 0 厚绒装饰串条Terry decorative string 0 0 0.0050 0 儿童帽Children′s hat 0 1.45 0 0 玩具枪弹头Bullet of toy gun 0 0 0.0039 0 塑料玩具动物Plastic animals 4.6 0 0.47 0 气球Balloon 0.83 0 0 0 婴儿粉扑Baby puff 12.0 0 0 0 -
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