ABS塑料玩具中雙酚A在人體模擬液中遷移規(guī)律的研究方法與流程

本發(fā)明涉及abs塑料玩具中雙酚a遷移規(guī)律的研究領(lǐng)域，特別涉及abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規(guī)律的研究方法。

背景技術(shù)：

雙酚a作為良好的塑料添加劑，廣泛用于塑料玩具、奶瓶、水瓶以及其他數(shù)百種日用品的制造過程中。雙酚a屬于“環(huán)境激素”，近年來，美國、加拿大、歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)陸續(xù)認(rèn)定雙酚a為有毒化學(xué)物質(zhì)，并對兒童用品、食品包裝、飲料容器等紛紛制訂了雙酚a限量標(biāo)準(zhǔn)，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(diào)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(diào)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(yán)”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(nèi)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(dá)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(xiàn)有技術(shù)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(shí)驗(yàn)，耗費(fèi)幾十至幾百小時不等的時間才能檢測出來，耗時費(fèi)力，使玩具進(jìn)出口的檢測能力低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種檢測效率高、省時省力且準(zhǔn)確率高的abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規(guī)律的研究方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規(guī)律的研究方法，包括以下步驟：

(1)配制人體模擬液：包括配制模擬汗液和模擬唾液；

(2)配制雙酚a標(biāo)準(zhǔn)儲備液，并將雙酚a標(biāo)準(zhǔn)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凈化后用甲醇定容，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜方測定雙酚a的回收率，并建立標(biāo)準(zhǔn)回收工作曲線；

(3)準(zhǔn)備abs塑料中雙酚a標(biāo)準(zhǔn)樣品，將標(biāo)準(zhǔn)樣品放入帶蓋樣品瓶中，并加入所述模擬汗液或模擬唾液，于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凈化后用甲醇定容，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法測定雙酚a的遷移量；

(4)結(jié)合fick第二定律、擴(kuò)散系數(shù)方程以及分配系數(shù)方程，通過設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件，基于步驟(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(guī)律模型：擴(kuò)散系數(shù)d和分配系數(shù)kp/f；

(5)通過步驟(4)獲得的擴(kuò)散系數(shù)d和分配系數(shù)kp/f，在已知雙酚a的總含量情況下，即能預(yù)測出相平衡時雙酚a的遷移規(guī)律：最大遷移量和相平衡時間。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

優(yōu)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(kuò)散系數(shù)，單位為cm²/s；

(42)用方程(1)的解以及擴(kuò)散系數(shù)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(jìn)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(jìn)入模擬液的遷移量，單位為mg；lp為聚合物的厚度，單位為cm；

對于短時間遷移，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(kuò)散系數(shù)d：

(43)由分配系數(shù)方程(4)獲得遷移物在聚合物和模擬液兩相間的分配系數(shù)kp/f：

式中：mf,∞為達(dá)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(yōu)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(kuò)散系數(shù)d分別為4.6414×10^-13cm²s^-1和1.9319×10^-13cm²s^-1；分配系數(shù)kp/f分別為10877.4和16229.8。

優(yōu)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(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述標(biāo)準(zhǔn)回收工作曲線為：y＝22608.3x+58.6239，相關(guān)系數(shù)為0.9995。

優(yōu)選的，所述abs塑料中雙酚a標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)散劑與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合后經(jīng)熔融擠出并切片制成；所述步驟(3)具體為：取直徑14.6mm的片狀abs塑料中雙酚a標(biāo)準(zhǔn)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，制成樣品串，并放入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(yōu)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(yōu)選的，所述液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法中，色譜條件為：watersxbridgec18色譜柱，規(guī)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(jìn)樣量為5μl；

質(zhì)譜條件為：電噴霧負(fù)離子源；毛細(xì)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于99.999％的氬氣，碰撞氣壓為3.2×10^-4kpa；數(shù)據(jù)采集模式：多反應(yīng)監(jiān)測；雙酚a的質(zhì)譜參數(shù)為：保留時間1.30min；監(jiān)測離子對m/z(227.1/212.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量25ev；監(jiān)測離子對m/z(227.1/133.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量28ev。

優(yōu)選的，所述模擬汗液的配制方法為：稱取氯化鈉5.0g、尿素1.0g、乳酸1.0g，用適量去離子水溶解后，定容1l，用1％氨水調(diào)ph值為6.5±0.1；

所述模擬唾液的配制方法為：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后，定容1l，用1％鹽酸調(diào)ph值為6.8±0.1。

優(yōu)選的，所述雙酚a標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制方法：稱取適量純度不小于98.5％的雙酚a標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，精確到0.1mg，用甲醇配制成質(zhì)量濃度為1000mg·l^-1的單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)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(lián)質(zhì)譜法對abs塑料玩具材料中內(nèi)分泌干擾物雙酚a在唾液和汗液中的遷移規(guī)律進(jìn)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(guī)律的研究方法，獲取了雙酚a的遷移模型(擴(kuò)散系數(shù)和分配系數(shù))，只要已知雙酚a的總含量情況下，即能通過分配系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)預(yù)測出雙酚a的最大遷移量，具有檢測效率高、省時省力且準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)，為降低進(jìn)出口玩具的安全風(fēng)險以及提高玩具進(jìn)出口檢測能力提供了技術(shù)支持，對減少劣質(zhì)玩具對人身和環(huán)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(yōu)化圖。

圖2是不同模擬液中雙酚a隨時間遷移數(shù)據(jù)圖。

圖3是模擬唾液中mf,t/mp,0與t^0.5的比值。

圖4是模擬汗液中mf,t/mp,0與t^0.5的比值。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實(shí)施例對本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。

實(shí)施例：

一種abs塑料玩具中雙酚a在人體模擬液中遷移規(guī)律的研究方法，包括以下步驟：

(1)配制人體模擬液：包括配制模擬汗液和模擬唾液；

(2)配制雙酚a標(biāo)準(zhǔn)儲備液，并將雙酚a標(biāo)準(zhǔn)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凈化后用甲醇定容，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜方測定雙酚a的回收率，并建立標(biāo)準(zhǔn)回收工作曲線；

(3)準(zhǔn)備abs塑料中雙酚a標(biāo)準(zhǔn)樣品，將標(biāo)準(zhǔn)樣品放入帶蓋樣品瓶中，并加入所述模擬汗液或模擬唾液，于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凈化后用甲醇定容，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法測定雙酚a的遷移量；

(4)結(jié)合fick第二定律、擴(kuò)散系數(shù)方程以及分配系數(shù)方程，通過設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件，基于步驟(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(guī)律模型：擴(kuò)散系數(shù)d和分配系數(shù)kp/f；

(5)通過步驟(4)獲得的擴(kuò)散系數(shù)d和分配系數(shù)kp/f，在已知雙酚a的總含量情況下，即能預(yù)測出相平衡時雙酚a的遷移規(guī)律：最大遷移量和相平衡時間。

具體實(shí)驗(yàn)分析過程如下：

1前期準(zhǔn)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(zhì)譜儀；美國milliporemilli-q型超純水器；瑞士buchir-3型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

雙酚a標(biāo)準(zhǔn)儲備液：稱取適量雙酚a(純度不小于98.5％)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(精確到0.1mg)，用甲醇配制成質(zhì)量濃度為1000mg·l^-1的單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。

abs塑料中雙酚a標(biāo)準(zhǔn)樣品：由東莞市誠標(biāo)檢測科技有限公司定制并采購(直徑為14.6mm的片狀，由雙酚a化合物、抗氧化劑、抗靜電劑、擴(kuò)散劑與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合后經(jīng)熔融擠出并切片制形成)。

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(jìn)樣量為5μl。

1.2.2質(zhì)譜條件

電噴霧負(fù)離子源(esi^-)；毛細(xì)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(純度不小于99.999％)，碰撞氣壓為3.2×10^-4kpa；數(shù)據(jù)采集模式：多反應(yīng)監(jiān)測；雙酚a的質(zhì)譜參數(shù)為：保留時間1.30min；監(jiān)測離子對m/z(227.1/212.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量25ev；監(jiān)測離子對m/z(227.1/133.1)的錐孔電壓30v，碰撞能量28ev。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1模擬汗液和模擬唾液配制

模擬汗液：準(zhǔn)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后，定容1l，用1％氨水調(diào)ph值為6.5±0.1。

模擬唾液：準(zhǔn)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后，定容1l，用1％鹽酸調(diào)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(biāo)準(zhǔn)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；將制備好的樣品串放入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凈化，用甲醇定容10ml，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜方測定。

2.3建立標(biāo)準(zhǔn)回收工作曲線：按照試驗(yàn)方法，將雙酚a標(biāo)準(zhǔn)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，然后各取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凈化，用甲醇定容10ml，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)回收工作曲線y＝22608.3x+58.6239，相關(guān)系數(shù)為0.9995。模擬唾液和汗液屬于高鹽分體系，會產(chǎn)生基體效應(yīng)，影響測試結(jié)果，建立標(biāo)準(zhǔn)回收工作曲線是為了消除模擬唾液和汗液對整個實(shí)驗(yàn)過程的基體效應(yīng)干擾。

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(yōu)化、提取劑的優(yōu)化、提取體積的優(yōu)化。所以，在兩個條件不變的情況下，考察另一個條件。隨機(jī)選取常用固相柱，型號spe-paktc18，用甲醇作為提取劑，按照試驗(yàn)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，回收率趨于平衡，所以提取劑采用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(yàn)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(jìn)行固相萃取時，回收效果最好，所以本實(shí)驗(yàn)采用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(yàn)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(jié)方法，取1h、2h、3h模擬唾液和汗液提取液進(jìn)行測定，平行做6份樣品，計(jì)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(guī)律的研究

2.6.1遷移模型

在多數(shù)情況下，化合物遷移如擴(kuò)散過程，遵循fick擴(kuò)散定律。現(xiàn)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(kuò)散系數(shù)(cm²/s)。

對于遷移過程的描述，首先假設(shè)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(cè)進(jìn)入模擬物；3)遷移物在模擬物中沒有濃度梯度；4)表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)遠(yuǎn)大于擴(kuò)散系數(shù)，說明聚合物中的遷移過程符合fick擴(kuò)散行為；5)遷移過程中的擴(kuò)散系數(shù)d和分配系數(shù)kp,f為常數(shù)；6)忽略聚合物與模擬物間的邊界效應(yīng)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(shè)、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(jìn)入模擬物的遷移量；mf,l(mg)為整個遷移過程中遷移物進(jìn)入模擬液的遷移量；lp(cm)為聚合物的厚度。

對于短時間遷移，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(xué)因素?cái)U(kuò)散系數(shù)(d)和熱力學(xué)因素分配系數(shù)(kp/f)決定。擴(kuò)散系數(shù)是衡量遷移物在聚合物的模擬物兩相間的擴(kuò)散情況，分配系數(shù)決定遷移平衡時的遷移物在兩相的分配情況。擴(kuò)散系數(shù)(d)可由方程(3)獲得，分配系數(shù)(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(kuò)散系數(shù)d和分配系數(shù)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(kuò)散系數(shù)(d)和分配系數(shù)(kp/f)決定。遷移過程的擴(kuò)散系數(shù)d可依據(jù)方程(3)用mf,t/mp,0與t^1/2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(kuò)散系數(shù)d分別為4.6414×10^-13(cm²s^-1)和1.9319×10^-13(cm²s^-1)。同樣，遷移過程的分配系數(shù)(kp/f)可依據(jù)方程(4)求得，可得雙酚a在模擬唾液和模擬汗液中的分配系數(shù)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(shù)據(jù)

abs塑料中雙酚a標(biāo)準(zhǔn)樣品中雙酚a的總量為1282mg·kg^-1。按照2.2節(jié)方法測定目標(biāo)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，最后在120h內(nèi)達(dá)到化學(xué)平衡。由于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系數(shù)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(jù)fick擴(kuò)散定律和得到的擴(kuò)散系數(shù)d和分配系數(shù)kp/f，abs塑料玩具中雙酚a在37℃下經(jīng)模擬唾液和模擬汗液的遷移模型就可建立，再根據(jù)遷移模型及玩具中雙酚a的總量就可預(yù)測雙酚a的遷移規(guī)律和其最大遷移量。無須逐個做遷移實(shí)驗(yàn)，從而將理論與實(shí)踐很好的結(jié)合，達(dá)到節(jié)約時間和成本的目的。