ABS塑料玩具中雙酚A在人體模擬液中遷移規律的研究方法與流程
2023-12-08 10:32:21
本發明涉及abs塑料玩具中雙酚a遷移規律的研究領域，特別涉及abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規律的研究方法。
背景技術：
雙酚a作為良好的塑料添加劑，廣泛用於塑料玩具、奶瓶、水瓶以及其他數百種日用品的製造過程中。雙酚a屬於「環境激素」，近年來，美國、加拿大、歐盟等發達國家和地區陸續認定雙酚a為有毒化學物質，並對兒童用品、食品包裝、飲料容器等紛紛制訂了雙酚a限量標準，甚至對某些兒童用品完全禁用雙酚a。2016年11月14日，歐盟玩具安全委員會的會議上，成員國表決通過了歐盟委員會提議的玩具安全指令中雙酚a限量的調整提案，主要是針對三歲以下的兒童玩具中的雙酚a，將限量從原來的0.1mg/l調整至0.01mg/l。此次歐盟再次提出大幅降低玩具中雙酚a遷移量，是對「史上最嚴」玩具指令的再升級，將對我國玩具出口造成重大影響。塑料玩具中雙酚a的遷移量受材料的表面積大小、體液種類、體液體積、遷移時間等因素的影響。雙酚a有可蓄積性，隨著兒童接觸含有雙酚a塑料玩具時間越長，兒童體內所蓄積的雙酚a越多，但是塑料玩具中雙酚a的遷移量是會隨著接觸時間的增加而達到平衡，此時的遷移量就是該款塑料玩具的雙酚a的總遷移量。
但現有技術中，檢測塑料玩具中雙酚a的遷移量時，往往是需要通過無限次的實驗，耗費幾十至幾百小時不等的時間才能檢測出來，耗時費力，使玩具進出口的檢測能力低下。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種檢測效率高、省時省力且準確率高的abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規律的研究方法。
為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：
一種abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規律的研究方法，包括以下步驟：
(1)配製人體模擬液：包括配製模擬汗液和模擬唾液；
(2)配製雙酚a標準儲備液，並將雙酚a標準儲備液用甲醇逐級稀釋成不同濃度的儲備液，分別加入到混合模擬唾液和汗液中，按照固相萃取條件將提取液淨化後用甲醇定容，採用液相色譜-串聯質譜方測定雙酚a的回收率，並建立標準回收工作曲線；
(3)準備abs塑料中雙酚a標準樣品，將標準樣品放入帶蓋樣品瓶中，並加入所述模擬汗液或模擬唾液，於37±2℃水浴下振蕩，遷移時間10min～140h，按照固相萃取條件將提取液淨化後用甲醇定容，採用液相色譜-串聯質譜檢測方法測定雙酚a的遷移量；
(4)結合fick第二定律、擴散係數方程以及分配係數方程，通過設定不同的實驗模擬條件，基於步驟(3)測得的遷移量，獲得abs塑料中雙酚a在人體模擬液中的遷移規律模型：擴散係數d和分配係數kp/f；
(5)通過步驟(4)獲得的擴散係數d和分配係數kp/f，在已知雙酚a的總含量情況下，即能預測出相平衡時雙酚a的遷移規律：最大遷移量和相平衡時間。
作為上述技術方案的進一步改進：
優選的，所述步驟(4)的具體分析方法為：
(41)用fick第二定律的偏微分方程描述遷移物的遷移過程，即方程(1)：
式中：c是遷移物在時間t和位置x的遷移量；d是遷移物在聚合物中的擴散係數，單位為cm2/s；
(42)用方程(1)的解以及擴散係數方程(2)來描述聚合物中遷移物的遷移：
式中：mf,t為t時刻遷移物進入模擬液的遷移量，單位為mg；mf,l為整個遷移過程中遷移物進入模擬液的遷移量，單位為mg；lp為聚合物的厚度，單位為cm；
對於短時間遷移，ierfc[nlp/(dt)0.5]→0，即模擬液初始時刻不含遷移物，mf,l＝mp,0，mp,0為聚合物中遷移物的初始含量，所以方程(2)簡化為以下方程(3)，算出擴散係數d：
(43)由分配係數方程(4)獲得遷移物在聚合物和模擬液兩相間的分配係數kp/f：
式中：mf,∞為達到遷移平衡時模擬液中的遷移量；vp為接觸模擬液的聚合物材料的體積，單位為cm3；vf為模擬液的體積，單位為cm3。
優選的，所述abs塑料玩具中雙酚a在37℃下模擬唾液和模擬汗液中的擴散係數d分別為4.6414×10-13cm2s-1和1.9319×10-13cm2s-1；分配係數kp/f分別為10877.4和16229.8。
優選的，所述abs中雙酚a在模擬唾液和模擬汗液中的最大遷移量分別為3.28mg·kg-1和2.18mg·kg-1。
優選的，所述步驟(2)中，所述標準回收工作曲線為：y＝22608.3x+58.6239，相關係數為0.9995。
優選的，所述abs塑料中雙酚a標準樣品為直徑14.6mm的片狀，由雙酚a化合物、抗氧化劑、抗靜電劑、擴散劑與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合後經熔融擠出並切片製成；所述步驟(3)具體為：取直徑14.6mm的片狀abs塑料中雙酚a標準樣品，三片為一份，用金屬絲串起來，每片之間用玻璃珠間隔，金屬絲低端彎曲成圈，製成樣品串，並放入50ml帶蓋樣品瓶中，加入20ml所述的模擬汗液或模擬唾液，甲醇定容10ml。
優選的，所述固相萃取條件為：選用orochemc18柱、supelcleanlc-18柱、cnwbondcoconutcharcoal柱、cleanertpa-spe柱、bondelut-certify柱、oasishlb柱、spe-paktc18柱或chromabcolumnseasy柱為固相萃取柱；選用乙腈、乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷或甲醇為提取劑；提取劑體積為2ml-15ml。
優選的，所述液相色譜-串聯質譜檢測方法中，色譜條件為：watersxbridgec18色譜柱，規格為2.1mm×150mm，i.d.3.5μm；流動相：a為0.1％氨水，b為甲醇；等度洗脫：0～2min，a為10％，b為90％；流量為0.30ml·min-1；柱溫為30℃；進樣量為5μl；
質譜條件為：電噴霧負離子源；毛細管電壓為2.5kv；射頻透鏡電壓為0.5v；離子源溫度150℃；去溶劑氣溫度500℃，去溶劑氣流量500l·h-1；錐孔氣流量50l·h-1；碰撞氣體為純度不小於99.999％的氬氣，碰撞氣壓為3.2×10-4kpa；數據採集模式：多反應監測；雙酚a的質譜參數為：保留時間1.30min；監測離子對m/z(227.1/212.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量25ev；監測離子對m/z(227.1/133.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量28ev。
優選的，所述模擬汗液的配製方法為：稱取氯化鈉5.0g、尿素1.0g、乳酸1.0g，用適量去離子水溶解後，定容1l，用1％氨水調ph值為6.5±0.1；
所述模擬唾液的配製方法為：稱取六水合氯化鎂0.17g，二水合氯化鈣0.15g，三水合磷酸一氫鉀0.76g，碳酸鉀0.53g，氯化鈉0.33g，氯化鉀0.75g，用適量去離子水溶解後，定容1l，用1％鹽酸調ph值為6.8±0.1。
優選的，所述雙酚a標準儲備液的配製方法：稱取適量純度不小於98.5％的雙酚a標準物質，精確到0.1mg，用甲醇配製成質量濃度為1000mg·l-1的單標準儲備溶液。
與現有技術相比，本發明的優點在於：
本發明選用含有雙酚a的abs塑料樣品作為研究對象，用液相色譜-串聯質譜法對abs塑料玩具材料中內分泌幹擾物雙酚a在唾液和汗液中的遷移規律進行研究，建立了一種有效的塑料玩具中雙酚a在體液中的遷移規律的研究方法，獲取了雙酚a的遷移模型(擴散係數和分配係數)，只要已知雙酚a的總含量情況下，即能通過分配係數和擴散係數預測出雙酚a的最大遷移量，具有檢測效率高、省時省力且準確率高等優點，為降低進出口玩具的安全風險以及提高玩具進出口檢測能力提供了技術支持，對減少劣質玩具對人身和環境的危害方面都具有十分重要的意義。
附圖說明
圖1是固相萃取條件優化圖。
圖2是不同模擬液中雙酚a隨時間遷移數據圖。
圖3是模擬唾液中mf,t/mp,0與t0.5的比值。
圖4是模擬汗液中mf,t/mp,0與t0.5的比值。
具體實施方式
為了便於理解本發明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發明作更全面、細緻地描述，但本發明的保護範圍並不限於以下具體的實施例。
實施例：
一種abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規律的研究方法，包括以下步驟：
(1)配製人體模擬液：包括配製模擬汗液和模擬唾液；
(2)配製雙酚a標準儲備液，並將雙酚a標準儲備液用甲醇逐級稀釋成不同濃度的儲備液，分別加入到混合模擬唾液和汗液中，按照固相萃取條件將提取液淨化後用甲醇定容，採用液相色譜-串聯質譜方測定雙酚a的回收率，並建立標準回收工作曲線；
(3)準備abs塑料中雙酚a標準樣品，將標準樣品放入帶蓋樣品瓶中，並加入所述模擬汗液或模擬唾液，於37±2℃水浴下振蕩，遷移時間10min～140h，按照固相萃取條件將提取液淨化後用甲醇定容，採用液相色譜-串聯質譜檢測方法測定雙酚a的遷移量；
(4)結合fick第二定律、擴散係數方程以及分配係數方程，通過設定不同的實驗模擬條件，基於步驟(3)測得的遷移量，獲得abs塑料中雙酚a在人體模擬液中的遷移規律模型：擴散係數d和分配係數kp/f；
(5)通過步驟(4)獲得的擴散係數d和分配係數kp/f，在已知雙酚a的總含量情況下，即能預測出相平衡時雙酚a的遷移規律：最大遷移量和相平衡時間。
具體實驗分析過程如下：
1前期準備工作
1.1儀器與試劑
美國watersalliance2695型高效液相色譜儀；美國watersquattromicroapi型質譜儀；美國milliporemilli-q型超純水器；瑞士buchir-3型旋轉蒸發儀。
雙酚a標準儲備液：稱取適量雙酚a(純度不小於98.5％)標準物質(精確到0.1mg)，用甲醇配製成質量濃度為1000mg·l-1的單標準儲備溶液。
abs塑料中雙酚a標準樣品：由東莞市誠標檢測科技有限公司定製並採購(直徑為14.6mm的片狀，由雙酚a化合物、抗氧化劑、抗靜電劑、擴散劑與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合後經熔融擠出並切片制形成)。
甲醇、二氯甲烷、乙腈、四氫呋喃、乙酸乙酯、正己烷、無水乙醇均為色譜純，其它試劑為分析純。
1.2儀器工作條件
1.2.1液相色譜條件
美國watersxbridgec18色譜柱(2.1mm×150mm，3.5μm)；流動相：a為0.1％氨水，b為甲醇；等度洗脫：0～2min，a為10％，b為90％。流量為0.30ml·min-1；柱溫為30；℃進樣量為5μl。
1.2.2質譜條件
電噴霧負離子源(esi-)；毛細管電壓為2.5kv；射頻透鏡電壓為0.5v；離子源溫度150；℃去溶劑氣溫度500，℃去溶劑氣流量500l·h-1；錐孔氣流量50l·h-1；碰撞氣體為氬氣(純度不小於99.999％)，碰撞氣壓為3.2×10-4kpa；數據採集模式：多反應監測；雙酚a的質譜參數為：保留時間1.30min；監測離子對m/z(227.1/212.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量25ev；監測離子對m/z(227.1/133.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量28ev。
2實驗方法
2.1模擬汗液和模擬唾液配製
模擬汗液：準確稱取氯化鈉5.0g，尿素1.0g，乳酸1.0g，用適量去離子水溶解後，定容1l，用1％氨水調ph值為6.5±0.1。
模擬唾液：準確稱取六水合氯化鎂0.17g，二水合氯化鈣0.15g，三水合磷酸一氫鉀0.76g，碳酸鉀0.53g，氯化鈉0.33g，氯化鉀0.75g，用適量去離子水溶解後，定容1l，用1％鹽酸調ph值為6.8±0.1。
2.2測定雙酚a遷移量
取直徑為14.6mm的abs塑料中雙酚a標準樣品，三片為一份。用金屬絲將樣品片串起來形成樣品串，每片之間用玻璃珠間隔，金屬絲低端彎曲成圈；將製備好的樣品串放入50ml帶蓋樣品瓶中，確保樣品片不與樣品瓶底部接觸。加入20ml模擬液(唾液或汗液)，蓋上蓋子，在(37±2)℃水浴下震蕩10min～140h，按照固相萃取條件將提取液淨化，用甲醇定容10ml，採用液相色譜-串聯質譜方測定。
2.3建立標準回收工作曲線：按照試驗方法，將雙酚a標準儲備液用甲醇逐級稀釋成0.1mg·l-1，0.2mg·l-1，0.5mg·l-1，1.0mg·l-1，2.0mg·l-1，5.0mg·l-1，然後各取1ml，加入到混合模擬唾液和汗液中，按照固相萃取條件將提取液淨化，用甲醇定容10ml，採用液相色譜-串聯質譜方測定雙酚a的回收率，得到0.01mg·l-1，0.02mg·l-1，0.05mg·l-1，0.1mg·l-1，0.2mg·l-1，0.5mg·l-1的標準回收工作曲線y＝22608.3x+58.6239，相關係數為0.9995。模擬唾液和汗液屬於高鹽分體系，會產生基體效應，影響測試結果，建立標準回收工作曲線是為了消除模擬唾液和汗液對整個實驗過程的基體效應幹擾。
2.4選取固相萃取條件
如圖1所示，固相萃取條件的三個主要考察因素為固相柱的優化、提取劑的優化、提取體積的優化。所以，在兩個條件不變的情況下，考察另一個條件。隨機選取常用固相柱，型號spe-paktc18，用甲醇作為提取劑，按照試驗方法，考察2ml、5ml、10ml、15ml、20ml不同提取體積下的雙酚a的回收率，在使用5ml以上提取劑時，回收率趨於平衡，所以提取劑採用10ml為宜。選取8種常用固相萃取柱，orochemc18柱，supelcleanlc-18柱，cnwbondcoconutcharcoal柱，cleanertpa-spe柱，bondelut-certify柱，oasishlb柱，spe-paktc18柱，chromabcolumnseasy柱。以甲醇作為提取劑，提取劑體積為10ml，按照試驗方法，考察不同固相柱下的雙酚a的回收率，在使用spe-paktc18柱進行固相萃取時，回收效果最好，所以本實驗採用spe-paktc18柱作為固相萃取柱。選取常用乙腈、乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷、甲醇五種提取劑，以spe-paktc18柱作為固相柱萃取柱，提取劑體積為10ml，按照試驗方法，考察不同提取劑下的雙酚a的回收率，甲醇作為提取劑時，回收效果最好。
2.5方法的精密度
按照2.2節方法，取1h、2h、3h模擬唾液和汗液提取液進行測定，平行做6份樣品，計算方法的精密度rsd為3.66％-4.34％，見表1。
表1方法的精密度
2.6遷移規律的研究
2.6.1遷移模型
在多數情況下，化合物遷移如擴散過程，遵循fick擴散定律。現在常用fick第二定律的偏微分方程來描述化合物的遷移過程，即公式(1)：
式中：c是化合物在時間t(s)和位置x(cm)的遷移量；d是化合物在聚合物中的擴散係數(cm2/s)。
對於遷移過程的描述，首先假設以下基本條件：
1)初始時刻，遷移物在聚合物中均勻分布，而模擬物中不含任何遷移物；2)遷移物只從聚合物的一側進入模擬物；3)遷移物在模擬物中沒有濃度梯度；4)表面傳質係數遠大於擴散係數，說明聚合物中的遷移過程符合fick擴散行為；5)遷移過程中的擴散係數d和分配係數kp,f為常數；6)忽略聚合物與模擬物間的邊界效應及相互作用。
化合物的遷移過程可以用方程(1)的解來表示不同假設、初始、邊界條件下的遷移過程。
聚合物中化合物的遷移常用方程(1)的解以及方程(2)來描述：
式中：mf,t(mg)為t時刻遷移物進入模擬物的遷移量；mf,l(mg)為整個遷移過程中遷移物進入模擬液的遷移量；lp(cm)為聚合物的厚度。
對於短時間遷移，ierfc[nlp/(dt)0.5]→0，即模擬物初始時刻不含遷移物，mf,l＝mp,0，mp,0為聚合物中遷移物的初始含量，所以方程(2)可簡化為：
從聚合物到模擬物的遷移過程主要由動力學因素擴散係數(d)和熱力學因素分配係數(kp/f)決定。擴散係數是衡量遷移物在聚合物的模擬物兩相間的擴散情況，分配係數決定遷移平衡時的遷移物在兩相的分配情況。擴散係數(d)可由方程(3)獲得，分配係數(kp/f)可由方程(4)獲得。
式中：vp為接觸模擬物的聚合物材料的體積，單位cm3；vf為模擬物的體積，單位cm3。
2.6.2abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中的遷移模型(包括擴散係數d和分配係數kp/f)的建立
從上述遷移模型可知，從聚合物到模擬物的遷移過程主要由擴散係數(d)和分配係數(kp/f)決定。遷移過程的擴散係數d可依據方程(3)用mf,t/mp,0與t1/2的斜率求得，如圖3和圖4所示，求得雙酚a在模擬唾液和模擬汗液中的擴散係數d分別為4.6414×10-13(cm2s-1)和1.9319×10-13(cm2s-1)。同樣，遷移過程的分配係數(kp/f)可依據方程(4)求得，可得雙酚a在模擬唾液和模擬汗液中的分配係數kp/f分別為10877.4和16229.8。
2.6.3測定雙酚a在模擬體液中的遷移數據
abs塑料中雙酚a標準樣品中雙酚a的總量為1282mg·kg-1。按照2.2節方法測定目標樣品的遷移量，如圖2所示。從圖2可看出，模擬唾液和模擬汗液中雙酚a遷移含量變化趨勢一致，都隨著遷移時間的延長遷移量逐漸增大，最後在120h內達到化學平衡。由於汗液和唾液的成分和ph不同，造成遷移含量差異。通過雙酚a在模擬唾液和模擬汗液中的分配係數kp/f分別為10877.4和16229.8，可估算出模擬唾液和模擬汗液中雙酚a的最大遷移量分別為3.28mg·kg-1和2.18mg·kg-1。
綜上，依據fick擴散定律和得到的擴散係數d和分配係數kp/f，abs塑料玩具中雙酚a在37℃下經模擬唾液和模擬汗液的遷移模型就可建立，再根據遷移模型及玩具中雙酚a的總量就可預測雙酚a的遷移規律和其最大遷移量。無須逐個做遷移實驗，從而將理論與實踐很好的結合，達到節約時間和成本的目的。