吴刚 吴冰婵 阮凯 王力君 来燕芳 王忠才

摘 要 本研究采用超高效液相色谱-串联质谱（Ultra Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry，UPLC-MS/MS）联用技术，建立了一种在5 min内快速分离和测定纺织品中12种双酚类化合物的方法。样品经甲醇超声提取，用孔径为0.22 μm有机相针式过滤头过滤后，采用Acquity UPLC^® BEH C₁₈色谱柱（100 mm×2.1 mm i.d.，1.7 μm）分离，以甲醇-水溶液为流动相进行梯度洗脱，目标分析物采用电喷雾（Electrospray Ionization，ESI）负离子多反应监测（Multiple Reaction Monitoring，MRM）模式进行测定，以保留时间和监测离子对进行定性定量分析。结果显示，该方法检出限（Limit of Detection，LOD）为0.02～0.08 μg/kg，方法定量限（Limit of Quantitation，LOQ）为0.07～0.27 μg/kg；在0.1～1.0 μg/mL浓度范围内线性关系良好，添加浓度分别为0.5 mg/kg、1.0 mg/kg和5.0 mg/kg时，添加回收率范围为（82.45±6.81）%～（103.46±9.46）%，相对标准偏差为5.04%～11.51%。该方法选择性强、灵敏度高、操作简便、准确可靠，能够快速定性、定量地分析纺织品中多种双酚类化合物。

关键词 超高效液相色谱－串联质谱；快速测定；双酚类化合物；纺织品

Rapid Determination of Multiple Bisphenol Compounds in Textiles by Ultra Performance Liquid Chromatography Coupled with Quadrupole Mass Spectrometry

WU Gang^1,3 WU Bing-Chan² RUAN Kai³ WANG Li-Jun³

LAI Yan-Fang^1,3 WANG Zhong-Cai^1,3

Abstract A novel method has been developed to rapidly separate and determine 12 bisphenol compounds in textiles by ultra performance liquid chromatography-quadrupole mass spectrometry (UPLC-MS/MS) within 5 minutes. The bisphenol compounds in textiles were extracted by ultrasonic extraction with methanol, and then filtered through a 0.22 μm organic phase needle filter head. The chromatographic analysis was performed by an Acquity UPLC^® BEH C₁₈ column (100 mm × 2.1 mm i.d., 1.7 μm ) with a gradient elution of methanol and water as the mobile phase. The analytes were qualitatively and quantitatively detected by using electrospray ionization (ESI) tandem mass spectrometry with multiple reaction monitoring (MRM) in negative ion mode, based on retention times and monitoring ion pairs. The calibration curves showed good linearity in the range of 0.1-1.0 μg/mL for all bisphenol compounds with the limits of determination (LOD) of 4-12 μg/kg. The recoveries of 12 bisphenol compounds at the spiked concentration levels of 0.5, 1.0 and 5.0 mg/kg ranged from 82.45 ± 6.81% to103.46 ± 9.46% with RSD of 5.04%-11.51%. This method is selective, highly sensitive, easy to operate, accurate, and reliable, providing a rapid and efficient approach for the qualitative and quantitative analysis of multiple bisphenol compounds in textiles.

Keywords ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS): rapid determination; bisphenol compounds: textiles

基金项目：海关总署科研项目（2022HK121）

第一作者：吴刚（1976—），男，汉族，湖北天门人，博士，研究员，主要从事消费品安全与环境毒理学研究工作，E-mail: wug_hz@163.com

1. 杭州海关技术中心 杭州 311215

2. 湖北省生态环境监测中心站 武汉 430071

3. 浙江省检验检疫科学技术研究院 杭州 311215

1. Hangzhou Customs Technology Center, Hangzhou 311215

2. Hubei Province Ecological Environment Monitoring Center Station, Wuhan 430071

3. Zhejiang Academy of Science and Technology for Inspection & Quarantine, Hangzhou 311215

双酚类化合物（Bisphenol Compounds，BPs）是一类含有两个酚羟基且结构相似的化学物质，是合成高分子材料的重要化工原料之一，主要用于工农业、医疗卫生等领域，极易暴露在日常生活环境中。其中，双酚A（Bisphenol A，BPA）在国内外的使用尤为广泛，它主要用于聚碳酸酯和环氧树脂等高分子聚合物的生产，如聚碳酸酯塑料、环氧树脂和硬化剂、包装内侧涂层、纺织染整助剂等，也用于热敏纸、油墨和涂料、黏合剂等^[1-4]。双酚类化合物在纺织品中的典型应用为变色功能纺织品的热敏变色印花显色剂、固色剂、皮革鞣剂、染料中间体以及阻燃剂等^[5-7]。双酚类化合物作为显色剂，在热敏变色染料中使用时，其用量大小影响着纺织品上印花变色的程度。随着双酚类化合物含量的增加，与染料显色控制的基团反应就越多。因此，纺织品的颜色越深，加热后产生的颜色变化也就越明显^[8]。

目前，双酚类化合物的检测方法主要有高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）^[9-19]、气相色谱法（Gas Chromatography，GC）^[20]、气相色谱-质谱法（Gas Chromatography-mass Spectrometry，GC-MS）^[21-24]和液相色谱-质谱/质谱法（Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry，LC-MS/MS）^[25-35]，这些方法主要集中应用于食品、化妆品、水等样品的检测中。经查询中国知网、维普期刊资源等数据库，仅有少数报道是关于纺织品中单个双酚类化合物的检测方法^{[8-11, 25-28]}，且尚不能满足关于纺织品中多种双酚类化合物检测的需求。 鉴于HPLC法灵敏度较低，GC或GC-MS法需要衍生处理；而LC-MS/MS法选择性和抗干扰能力强、灵敏度高、定性定量准确，因此被广泛用于痕量残留物质的检测。因此，本研究采用液相色谱-串联质谱法测定纺织品中12种双酚类化合物。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

超高效液相色谱-串联四极杆质谱联用仪（Acquity UPLC Quattro Premier XE型，配电喷雾离子源（美国Waters公司）；色谱柱：Acquity UPLC^® BEH C₁₈（100mm × 2.1 mm i.d.，1.7 μm，美国Waters公司）；超声波清洗器Elma P300H（总功率1580 W，频率37 KHz，德国Elma Schmidbauer GmbH）；分析天平（精度为0.1 mg与1 mg，瑞士Metter-Toledo公司）；50 mL 带螺旋盖的玻璃管提取器；一次性注射器；0.22 μm有机相过滤头等。

1.1.2 试剂

甲醇、乙腈与丙酮（均为HPLC级），双酚A（BPA，CAS号136-36-7），双酚B（BPB，CAS号77-40-7），双酚C（BPC，CAS号79-97-0），双酚 E（BPE，CAS号2081-08-5），双酚S（BPS，CAS号80-09-1），双酚F（BPF ，CAS号620-92-8），双酚M（BPM，CAS号13595-25-0），双酚P（BPP，CAS号2167-51-3），双酚AP（BPAP，CAS号1571-75-1），双酚 AF（BPAF，CAS号1478-61-1），双酚Z（BPZ，CAS号843-55-0），四溴双酚 A（TBBPA，CAS号79-94-7（纯度均≥96%），以上均购自德国Dr. EHrenstorfer GmbH公司。

1.2 方法

1.2.1 提取与净化

从实验室样品中取5 g有代表性的试样，剪碎至5 mm×5 mm以下，混匀。从混合样中称取约1 g试样，精确至0.01 g，置于50 mL聚四氟乙烯具塞离心管中，加入10 mL甲醇，旋紧旋盖，置于超声波清洗器中室温萃取30 min。冷却至室温后，取适量上层提取液，经过0.22 μm针式过滤头过滤后，供UPLC-MS/MS分析用。

1.2.2 实验条件

（1）色谱条件。色谱柱：Acquity UPLC^® BEH C₁₈（100 mm × 2.1 mm，1.7 μm）或相当者；流速：0.3 mL/min；柱温：40℃；进样体积：5 μL；流动相A：水；流动相B：甲醇。梯度洗脱程序见表1。

表1 超高效液相色谱梯度洗脱程序

Table 1 The mobile phase of gradient elution for UPLC

（2）质谱条件。离子源：ESI；检测方式：负离子多反应监测（Multiple Reaction Monitoring，MRM）模式；毛细管电压：3.0 Kv（负离子）；萃取电压：4.0 Kv；离子源温度：140℃；脱溶剂气温度: 380℃；脱溶剂气流速：600 L/h；锥孔反吹气流速：50 L/h；其他质谱参数见表2。

2 实验结果与讨论

2.1 样品前处理条件的选择

2.1.1 提取方法和溶剂的选择

纺织品基质相对简单，涂层一般较薄，使用常用的超声萃取法即可达到很高的萃取效率，既方便又快捷。本研究中测定的 12 种双酚类化合物结构中均含有酚羟基，结构非常相似，易溶于甲醇、乙腈和丙酮等有机溶液。经比较甲醇、乙腈与丙酮的提取效果，发现甲醇与丙酮的提取效率比乙腈提取效果好，又因丙酮提取液的颜色较深，样品进样需要置换溶剂，操作较为繁琐，因此选择甲醇作为提取溶剂。

2.1.2 超声萃取条件的选择

选用购买的含有双酚类化合物的某热敏变色印花涂层纺织品进行以下实验。

（1）超声萃取温度的选择。选取印花涂层代表性样品，剪成至5 mm×5 mm以下，混匀。准确称取1 g上述样品，精确至0.01 g，放入50 mL具塞离心管中，加入10 mL甲醇，置于超声萃取仪，设置常温、40℃、50℃、60℃及70℃等不同的温度，在输出功率为500 W、频率为37 kHz的超声波浴中，对样品进行超声提取30 min，结果见表3，可以看出，在相同的输出功率与工作频率下，水浴温度对超声萃取效率影响不显著。

表3 不同水浴温度超声萃取结果

Table 3 The results of ultrasonic extraction at different bath temperatures

（2）超声萃取时间及次数的选择。取一定量的上述纺织样品，在常温水浴温度进行超声萃取时间选择试验，结果见表4。从表4结果可知，样品经过30 min的超声萃取后，双酚类化合物的含量每次均有增加，样品经过60 min、90 min和120 min萃取，所得结果差异并不显著，考虑到样品提取的方便性，采用30 min超声萃取1次。

2.2 色谱-质谱条件的选择

本文研究的12种双酚类化合物结构较为相似，具有一定的疏水性，在色谱上较难分离。采用具有1.7 μm微晶颗粒的超高效液相色谱柱BEH C₁₈柱，它提供的柱效是5 μm颗粒的3倍，分离度与粒度的平方根成反比，1.7 μm颗粒的分离度比5 μm颗粒提高了70%。通过调节洗脱梯度，UPLC能够较好地分离结构相似的12种系列双酚类化合物，并得到更尖锐的色谱峰，峰高也就更高了，从而获得了更高的灵敏度。

这12种双酚类化合物的分子结构均含有酚羟基，易在ESI源的负离子模式下获得较高丰度的[M-H]^-准分子离子峰，因此选择负离子模式扫描的方式进行采集。对确定的母离子进行二级质谱扫描，并根据欧盟委员会关于分析法和结果说明的96/23/EC号理事会指令的实施决议（欧盟2002/657/EC指令），每种待测化合物选择2个主要特征碎片离子作为定性与定量离子。然后，对碰撞电压进行优化，使特征碎片离子的强度达到最大。12种双酚类物质的特征离子对和电离条件、碰撞条件等质谱参数见表2，它们的UPLC-MS/MS总离子流色谱图如图1所示；图2为通道1采集的双酚S、双酚F和双酚E的MRM质谱图；图3为通道2采集的双酚A、双酚B和双酚C的MRM质谱图；图4为通道3采集的双酚AF、双酚AP、双酚Z、双酚M、双酚P和四溴双酚A的MRM质谱图。由此可知，以上色谱-质谱条件能够较好地对这12种双酚类化合物进行分离与测定。

2.3 线性关系

用甲醇+水（1+1，v/v）配制12种双酚类化合物的混合标准溶液浓度分别为：0.1 μg/mL、0.3 μg/mL、0.5 μg/mL、0.7 μg/mL和1.0 μg/mL，在所选定的色谱与质谱条件下进样，每个浓度至少重复进样3次，得到峰面积的平均值，对进样浓度与峰面积绘制标准工作曲线，峰面积与质量浓度成正比，其线性方程与相关系数r及参考保留时间见表5。结果表明，12种双酚类化合物在0.1～1.0 μg/mL浓度范围内线性关系良好。以3倍信噪比（S/N = 3）确定最低检出浓度（Limit of Detection，LOD），其中双酚S、双酚B、双酚AP、双酚C的LOD值均较低，为0.02 μg/kg，双酚A和双酚P的LOD值均较大，为0.08 μg/kg，其他的LOD值介于中间。以10倍信噪比（S/N = 10）确定最低定量浓度（Limit of Quantitation，LOQ），双酚S、双酚B、双酚AP、双酚C的对应的LOQ值均较低，为0.07 μg/kg，双酚A和双酚P的LOQ值均为0.27 μg/kg。

2.4 添加回收率与精密度

分别在空白涤纶和棉布试样中加入含有12种双酚类化合物的混合标准溶液，添加浓度分别为0.5 mg/kg，1.0 mg/kg和5.0 mg/kg，设置6个重复，按上述前处理和分析方法，测定试样中的添加回收率（结果见表6和表7）。6次平行检测结果的相对标准偏差最小为5.04%，最大为11.51%，同一试样的重现性较好，但是棉布试样中的相对标准偏差普遍略高于涤纶试样，可能与样品基质对双酚类化合物的吸附有关。

3 结论

双酚类化合物是一种环境激素，纺织品在使用过程中与人体皮肤密切接触，若热敏变色染料中含有该类化合物，其在使用和洗涤过程中会迁移出来，从而对人体及环境具有一定危害。本研究建立了超高效液相色谱－串联四极杆质谱联用在5 min 内同时分离测定纺织品中12种双酚类化合物的方法，该方法选择性强、灵敏度高，且操作简便、结果准确可靠，能够快速定性、定量地分析样品，可为确保进出口纺织品质量安全、切实维护消费者权益提供一定的技术支持。

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表2 12种双酚类化合物的质谱参数

Table 2 MS parameters for 12 bisphenol compounds

注: 标注“*”的离子用于定量.

表4 不同超声时间萃取结果

Table 4 Results of ultrasonic extraction at different times

图1 12种双酚类化合物的UPLC-MS/MS总离子流色谱图

Fig.1 Total ion chromatogram of 12 bisphenol compounds by UPLC-MS/MS

图2 通道1的UPLC-MS/MS多反应离子监测质谱图

Fig.2 Multiple reaction monitoring (MRM) chromatogram of Channel 1 by UPLC-MS/MS

图3 通道2的UPLC-MS/MS多反应离子监测质谱图

Fig.3 Multiple reaction monitoring (MRM) chromatogram of Channel 2 by UPLC-MS/MS

图4 通道3的UPLC-MS/MS多反应离子监测质谱图

Fig.4 Multiple reaction monitoring (MRM) chromatogram of Channel 3 by UPLC-MS/MS

图5 通道4的UPLC-MS/MS多反应离子监测质谱图

Fig.5 Multiple reaction monitoring (MRM) chromatogram of Channel 4 by UPLC-MS/MS

表5 12种双酚类化合物的保留时间、线性方程、相关系数、检出限、定量限

Table 5 Retention times, linear equations, correlation coefficients (r), limits of detection (LOD) and limits of quatification (LOQ)

of 12 bisphenol compounds

表6 UPLC-MS/MS法测定12种双酚类化合物在涤纶中的添加回收率（n = 6）

Table 6 Recoveries for 12 bisphenol compounds spiked into polyester by UPLC-MS/MS (n = 6)

表7 UPLC-MS/MS法测定12种双酚类化合物在棉布中的添加回收率（n = 6）

Table 7 Recoveries for 12 bisphenol compounds spiked into cotton by UPLC-MS/MS (n = 6)