主题：【第七届原创】浅析纺织品禁用偶氮染料检测能力验证的关键点

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发表于：2014/11/28 11:57:48 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

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本文尚未投稿，按杂志社要求正在充实数据中，仅供广大检测工作者工作中参考使用，请勿转载或者他用。

摘要：

本文根据国标GB/T 17592-2011和欧标EN 14362-2012的内容，结合自己长期以来的实验心得和多次参加能力验证的经验，对偶氮染料检测中的关键点分为15个小项目进行详细阐述，以供能力验证参加者和检测人员参考指正。

关键词：纺织品　禁用偶氮染料，GC-MS，能力验证。

一：前言

偶氮染料是指分子结构中含有偶氮基（—N=N—），且与其连接部分至少含有一个芳香族结构的染料。经多年研究表明，偶氮染料本身没有直接的致癌作用，但是部分禁用偶氮染料是指在一定条件下，尤其是色牢度不好的时候，就会从织物上转移到人体皮肤，并在人体分泌物的作用下，发生还原分解反应，分解出某些致癌芳香胺，这些有害芳香胺化合物会被人体吸收，经过一系列活化作用使人体细胞的DNA发生结构与功能的变化，成为人体病变的诱因[1]。

多年来，纺织品禁用偶氮染料的检测进展受到世界各国的广泛关注。早在1994年，德国政府就以法律形式正式禁止含有20种有害芳香胺的染料生产和销售，我国在2005年元旦正式实施的国家强制标准GB18401-2003中，明确规定了23种禁用芳香胺化合物，并于2012年9月1日正式实施了第三版的国家推荐标准GB/T 17592-2011《纺织品禁用偶氮染料的检测》[2]。欧洲标准化委员会（CEN）也在2011年12月批准了新版的欧盟标准EN14362-1:2012《纺织品-某些源于偶氮着色剂的芳香胺的测定方法（Textiles-Methods for certain aromaticamines derives from azo colorants Part1:Detection of the use of certain azocolorants accessible with and without extracting the fibres）》[3]以替代早已在全球被广泛或引用的EN14362-1:2003和EN14362-2:2003。

由此可见，偶氮检测标准的不断更新和发布，不仅是方法的改良，更是对操作人员的操作水平和对标准理解有了更深层次的要求。而能力验证，更是对实验室的检测能力有了一个衡量标准。

能力验证是指利用实验室间比对来确定实验室能力的一种活动，实际上它是为确保实验室维持较高的校准和检测水平而对其能力进行考核、监督和确认的一种活动。利用能力验证的结果，可以较好的反应一个实验室的综合检测能力和关键技术人员的实际检测水平[4]。

国家认证认可监督管理委员会（CNCA）已经将纺织品禁用偶氮染料的测定作为能力验证计划中A类项目之一，每年都要由中国纤维检验局检验中心组织实施一批实验室参加能力验证计划。2013年共有160家实验室报名参加，但只有154家实验室反馈了数据，两个不同的测试样品获得满意的结果（包括补测）的实验室分别为148家和149家，满意率分别为96.1%和96.8%[5]。而对于我国数以千计的各级出入境系统、质检院所、纤检系统和行业实验室而言，这样的参加率和满意率有点差强人意。

在禁用偶氮染料的能力验证中，采用稳健（Robust）技术进行统计分析（相关统计量的意义及计算方法参见CNAS GL02:2006《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》）。定量结果的准确性非常重要，偏大或者偏小都会导致定量结果偏离而获得不满意的结果。而由于实验过程复杂，很多实验条件的设定和试剂的采用都涉及提升回收率的问题。国标中出于中国的国情考虑，对某些关键的实验室设备并没有提出明确要求，出于降低实验成本的考虑，对某些提升回收率的关键试剂也并没有推荐使用，而欧标中对某些操作和试剂都做出了明确的要求。故本文结合欧标和国标，就能力验证测试中某些关键点，进行详细描述，以飨读者。

二：关键点

能力验证所提供的样品，一般都为单一颜色的非聚酯织物，故对于多颜色织物的取样方法不做讨论，对国标中附录B所提供的聚酯试样的前处理方法也不讨论。

试样的制备和前处理过程大致可以分为润湿/还原裂解、液-液萃取、旋蒸浓缩和定容等4个部分。

2.1 润湿/还原裂解：

2.1.1 缓冲液pH值：GB/T17592-2011中规定使用0.06mol/L，pH=6.0的柠檬酸盐缓冲液，并注明是取12.526g柠檬酸和6.320g氢氧化钠溶于1000mL水中。柠檬酸试剂（AR级）一般都是一水和物，需要换算成柠檬酸的实际量来称量。由于氢氧化钠易吸取空气中的潮气，同时保存方式和保存时间长短会对氢氧化钠的有效含量造成较大影响，故使用前应对柠檬酸盐缓冲液的pH值进行测定，并用高浓度氢氧化钠溶液校正pH值。将pH值调整到6.0很重要，pH值会影响某些有害芳香胺的回收率。

2.1.2 保温时间：在润湿环节，将所有试样浸于柠檬酸盐缓冲液中，并在70±2℃保温30分钟。此处第一个30分钟不是关键点，稍微注意柠檬酸盐缓冲液需预先加热到70℃即可。在第二个30分钟环节，即加入3.0mL 0.2g/mL的连二亚硫酸钠（又名保险粉）溶液后，应立即密闭振摇再保温30分钟，此30分钟必须严格遵守，因为连二亚硫酸钠直接参与了偶氮基（—N=N—）的还原裂解过程，时间偏长会使多余的有害芳香胺裂解出来，造成结果偏大；时间短则会使结果偏低。标准又有规定“30分钟后取出并于2分钟内降低到室温”，降温起到终止还原裂解反应的作用，所以降温必须要快，一般操作是放在水龙头下冲洗，这样做法一来降温慢，二来造成水资源浪费。较好的做法是，事先将旋转蒸发仪的低温回流水槽开启保持在6℃，取出后直接插入6℃的水槽中充分晃动降温。

2.1.3 连二亚硫酸钠：在还原裂解过程中，连二亚硫酸钠作为实验的还原剂，其作用非常重要。由于连二亚硫酸钠暴露于空气中易吸收氧气而氧化，同时也易吸收潮气发热而变质的特性，故平常应将该试剂密闭、避光保存在干燥器中。参加能力验证前，检查下是否有结块等异常，必要时，采用保险粉浓度指示试纸进行含量测试，或者新购一瓶质量有保障的试剂，标准中规定，临用前配制3.0mL 0.2g/mL连二亚硫酸钠水溶液。这是由于连二亚硫酸钠水溶液性质不稳定，有极强的还原性，溶于水后剧烈放热并变质，有研究表明，其水溶液放置5分钟后即完全丧失还原性，故必须随用随配。还有部分期刊文献提议，将固态粉末状的连二亚硫酸钠试剂0.6g直接加入反应器中，以试图避免连二亚硫酸钠的损失，但是这样做法也欠妥当，理由有二：一是0.6g保险粉直接加入反应器中，由于振荡不充分而溶解不均匀，黏粘在部分试样的表面，会导致部分试样过分反应而其余试样还原裂解反应不足；二是在下一步的操作中，使用萃取柱进行液-液萃取过程中造成水相偏低，液-液分配过程中附着力不足。我的做法是，提前1分钟将6g的保险粉转移到干燥的10mL容量瓶中，加纯净水到8mL左右，密闭后超声溶解30秒。待完全溶解后加水到刻度，并充分漩涡振荡混匀后使用。

2.2液-液萃取

2.2.1硅藻土柱：液-液萃取时使用的硅藻土提取柱，是控制回收率的关键因素之一。提取柱可以按照国标的方法自制，也可以用市售的一次性使用的成品。自制比较费时费力，同时也取决于玻璃器具的清洁程度、硅藻土的质量、操作者的熟练程度和经验。市售的一次性成品比较方便易得，省时省力，质量和回收率有保障，但是成本较高，一支成本在18元左右。有研究表明^[6]，采用迪马(Dikma)提取柱的效果较好。但是也有研究表明^[7]，采用自制的萃取柱比市售成品要好。参加能力验证的人员，应根据自身实际情况合理地选择自制提取柱或者一次性市售成品。

2.2.2吸附时间：标准中规定，将反应液全部倒入提取柱内，任其吸附15分钟。这个15分钟很重要，时间短了，吸附不完全，导致结果偏离，时间长了，有些有害芳香胺容易挥发，导致结果偏低。

2.2.3洗提方式和试剂：萃取过程需要多次洗提，以获得较好的回收率。国标是用4次、每次20mL的乙醚洗提试样，而欧标规定用甲基叔丁基醚（MTBE）分4次，10mL+10mL+20mL+40mL方式洗提试样。国标和欧标对比，有两点不同：一是试剂不同，国标采用的乙醚虽然便宜，但是使用前需要使用硫酸亚铁溶液去除过氧化物并蒸馏，费时费力，乙醚在使用前要注意存放期，不宜存放过久后直接使用。欧标使用MTBE，虽然价格贵，但容易获得，可直接使用。同时有研究表明，洗提效果比乙醚要好，这是因为乙醚极易挥发，在后续多个步骤中会造成有害芳香胺的挥发损失。第二点不同是，国标是用4次、每次20mL洗提，而欧标是10+10+20+40mL洗提。有研究表明，后者的洗提好于前者。所以针对能力验证样品，最好采用欧标来操作，会得到较好的回收率和定量结果。

2.2.4控制流速：国标和欧标中都简单地提到了要控制流速，但是没有说明控制在何等程度。有研究证明，流速对回收率有较大影响。建议使用考克阀，速率控制在2~3mL/min为宜。

2.3旋蒸浓缩

2.3.1 旋蒸温度：浓缩时使用的旋转蒸发仪温度和真空度对定量结果有非常大的影响，而国标中对此并没有特别说明。国标使用乙醚，故规定旋转温度为35℃。若采用MTBE，则应将水浴锅温度设定在45~50℃为宜。温度过高，则旋蒸反应太过于激烈，将导致有害芳香胺损失，温度低，则旋蒸耗时过久甚至无法继续旋蒸。

2.3.2 真空度：国标和欧标中都没有对真空度有明确规定，只是写明是“低真空”。常压下乙醚的沸点为34.6℃，MTBE的沸点为55.2℃，随着真空

度的降低，乙醚和MTBE的沸点也在降低，此时若和水浴的温度配合不当，会造成严重的爆沸和有害芳香胺的损失，一般国产的低档旋蒸仪并没有控制真空度的功能，同时受旋蒸仪的质量和不同型号的真空泵抽力大小的影响，真空度的控制精准程度相差很大。真空度过高，则会导致回收率降低。推荐使用具有数字控制真空泵的旋蒸仪，将真空度设定在500mBar，一般都能获得较好回收率。

2.3.3 旋蒸瓶大小和旋蒸瓶旋转速度：对于这两点，国标和欧标都没有做出任何规定。旋蒸瓶过大，由于液体样品和旋蒸瓶间的向心力和摩擦力的作用，液体样品在旋蒸瓶内表面形成一层液体薄膜，受热面积大，蒸发速率快，但最后浓缩试样时要加入的1mL甲醇会显得太少，无法覆盖到旋蒸瓶的全部底面积，最终导致试样损失，影响回收率；旋蒸瓶小，会导致旋蒸瓶内空间太小，蒸发面积小，试样蒸发慢，同时万一操作不当引起爆沸，会导致试样损失。一般从萃取柱提洗出来的MTBE为60~70mL左右，所以蒸发瓶选用定制的150mL容量的茄形瓶效果较好。旋蒸瓶旋转速度取决于试样的粘度大小，一般粘度大的用低速，MTBE粘度很小，旋蒸开始时可以设置中速（80转/分钟）左右，待接近旋蒸尾声时再设定为低速。而有研究表明^[8]，使用KD瓶可有效提高回收率。

2.3.4浓缩试样：国标规定“浓缩至近1mL，再用缓氮气流驱除乙醚溶液，使其浓缩至近干”。由于旋蒸浓缩速率较快，操作时人员必须随时在场观察，防止蒸干。为保险起见，旋蒸浓缩到3mL时就可以关闭旋蒸仪，开启真空阀放空后静置30秒左右，待旋蒸仪颈部的回流溶液全部回到旋蒸瓶后再取下瓶子，放在缓氮气流下吹扫。这里需要用到氮吹仪，而国标GB/T 17592-2011的“5设备和仪

器”一栏中并没有提及氮吹仪及氮吹压力。氮吹仪一般自带压力调节装置，由于MTBE极易挥发，故氮气吹扫的氮气压力不能大，过大会导致MTBE很快就蒸干，而蒸干后将会造成有害芳香胺的损失。

2.3.5对“浓缩近干”的理解：试样前处理过程的最后一个步骤的最后一句话，也是极其重要的一句话，就是“使其浓缩至近干”。何谓“近干”？标准没有详细说明，而下一步就是“准确移取1.0mL甲醇加入圆底烧瓶中，混匀，静置。然后取1.0uL试样溶液进GC-MS检测”。定量结果按照国标的外标法计算公式如下：

Xi=

式中：

Xi——试样中分解出芳香胺i的含量，单位为mg/kg

Ai——样品测试溶液中芳香胺i的峰面积（或峰高）

Ci——标准工作溶液中芳香胺i的浓度，mg/L

V——样品测试溶液中最终体积，单位为mL

Ais——标准工作溶液中芳香胺i的峰面积

m——试样质量，单位为g

由于“近干”的影响，V值实际是大于1.0mL的，但V理论上必须按照甲醇的量V=1.0mL来计算，因为无法通过技术手段获得“近干”的测试溶液的实际量值。所以“近干”实际影响的是被稀释了的Ai的值。

举例说明，配制标准溶液时，将100ug的某有害芳香胺标准物质，分别稀释到1.0mL、1.1mL和1.2mL的甲醇中，则理论计算知其浓度是100ug/mL、90.9ug/mL和83.3ug/mL。通过贝塞尔公式，标准偏差为8.35，三次测量的平均值的标准偏差（A类不确定度）为4.82,。所以“近干”若分别代表是0.1mL和0.2mL，则偏差就很大。所以在能力验证中，不能使用外标法，外标法会导致结果偏差很大，必须使用内标法。内标法是一种间接或者相对的核查方法，在分析测定样品中某组分含量时，加入内标物质以核查和消除出入操作条件的波动而对分析结果产生的影响，以提高分析结果的准确度。内标法通过校正，修正了“近干”对结果的影响，定量结果更准确可靠。

2.3.6 稀释倍数：国标中规定是“准确移取1.0mL内标溶液加入圆底烧瓶中，混匀，静置”。而在能力验证中，提供的阳性试样其有害芳香胺含量一般都在100mg/kg以上，远远超过5mg/kg的限量标准，同时也远超GC-MS的标准工作曲线的上限。这时候就需要稀释。一般提供的阳性试样质量为2.5g左右，先用0.5g试样做个小样，获知其芳香胺的种类和大概含量，计算好需要稀释的倍数，稀释若干倍后，使其数值落入GC-MS标准工作曲线的范围内。

2.3.7 超声过滤：这一步标准中没有规定。由于某些染料容易粘附在旋蒸瓶内壁，最后一步甲醇溶解可能不完全，会导致回收率下降，所以需要短暂的超声波清洗，全部洗下来后取部分溶液用0.45um有机膜过滤后进GC-MS检测。此举将有效降低基质干扰，防止GC-MS仪器污染和延长色谱柱的使用寿命。

2.3.8 上报结果：第一步采用0.5g做小样，然后用剩余的2g试样做两个平行样，取其平均值上报。

三：结语：

本文通过对国标和欧标的有效结合对比，将繁杂的前处理过程分为4大部分15个小项目进行了详细的阐述，指出了标准中应该注明而没有注明的各个关键点，为能力验证参加者提供了有效的指导和参考。参加CNAS认证不仅仅是为了应付能力验证等检查，更重要的是需要我们在日常工作中提升数据链的准确性和完整性，加强实验各个环节的常态化改进才是提升实验室检测能力的关键所在。

参考文献：

[1] 陈荣圻，王建平。禁用偶氮染料及其代用（第二版）[M].北京：中国纺织出版社，2008。

[2] 中华人民共和国国家标准GB/T 17529-2011，《纺织品禁用偶氮染料的测定》，北京：中国标准出版社，2011。

[3] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION.EN14362-1:2012 Textiles-Methods for certain aromatic amines derives from azocolorants Part1: Detection of the use of certain azo colorants accessible withand without extracting the fibres.

[4] 中华人民共和国国家标准GB/T 15483.1-1999 《利用实验室间比对的能力验证》，北京：中国标准出版社，1999。

[5] 中国纤维检验局检验中心纺织品禁用偶氮染料的测定能力验证报告，CNCA-13-A12，2013。

[6] 张孟洋，禁用偶氮染料产品中致癌芳香胺回收率的影响因素，中国纤检，2014年3月（下）。

[7] 翟振宇，钱微君，纺织品禁用偶氮染料检测萃取方法探讨，中国纤检，2012年6月（下）。

[8] 康宁，提高纺织品禁用偶氮染料检测质量方法探讨，纺织科技进展，2012年第1期。