聚氨酯海绵中甲苯二异氰酸酯检测方案(毛细管柱)

北京豫维科技有限公司联系人：水先生电话：18911849923 北京豫维科技有限公司联系人：系先生电话：18911849923医用负压引流聚氨酯海绵中甲苯二异氰酸酯残留量的测定 iT 张素文，李红梅，马丽霞，赵瑾，王传栋(山东省药学科学院，山东省医用高分子材料重点实验室，济南250101) 摘要：建立了医用负压引流聚氨酯(PU)海绵中单体甲苯二异氰酸酯(TDI)残留量的气相色谱测定方法。选用GS-TEK GSBP-5 毛细管柱(30mx320umx0.25um)，氢火焰离子化检测器(FID)，载气为氮气，流速为1.5ml/min，柱温采用程序升温，初始温度为100℃，以20℃/min 升温至200℃，保持1min， 采用外标法定量并进行了方法学研究。结果表明，甲苯二异氰酸酯浓度在 0.00572~0.143mg/ml的范围内，峰面积和浓度呈现良好的线性关系，相关系数为0.9995，加标回收率为95.40%~102.37%，相对标准偏差为 2.95%(n=9).该方法专属性强、重现性好、灵敏度高，可用于聚氨酯海绵中单体甲苯二异氰酸酯残留量的在线测定。 关键词：气相色谱法；聚氨酯海绵；单体残留；甲苯二异氰酸酯；方法学研究 中图分类号：TQ328.3 Determination of Toluene Diisocyanate Residual in Polyurethane Foam forVacuum-Assisted Closure ZHANG Su-wen， LI Hong-mei， MA Li-xia， ZHAO Jin， WANG Chuan-dong(Shandong Academy of Pharmaceutical Science， Shandong Provincial KeyLaboratory of Biomedical Polymer， Jinan 250101， China) Abstract： A method for determination of residual toluene diisocyanate(TDI) inpolyurethane foam for vacuum-assisted closure bygas(chromatographywasestablished. The method was programmed with GS-TEK GSBP-5 capillary column(30m×320pmx0.25um) and FDI detector. The carrier gas was nitrogen and the flowratee was1.5ml/min. The oven introduced sequential increasing of temperatureprogramming. The initial column temperature was 100℃，then raised it to 200℃at a rate of 20℃/min， and maintained it for 1min. The contents of TDI were quantified with external standard method. The results showed that there was goodlinear relationship between peak area and concentration of TDI in the range of0.00572mg/ml~0.143mg/mlandthecorrelationcoefficient was 0.9995. Therecoveries were in the range of 95.40%~102.37%. The relative standard deviations(RSD) was 2.95% (n=9).The method has good specificity， repeatability and highsensitivity. It can be used for determining the content of residual TDI in polyurethanefoam on line. Key words： gas chromatography；polyurethane foam； monomer residual quantity；toluene diisocyanate； methodology research 负压封闭引流技术是以聚氨酯(PU)海绵作为创面中介的治疗技术。近年来在烧伤、骨科、慢性糖尿病足等方面得到广泛应用，疗效肯定2~4]。甲苯二异氰酸脂(Toluene Diisocyanate， TDI) 为引流用PU海绵常用原料之一。TDI具有毒性，皮肤直接接触可产生刺激性接触性皮炎等I5~71，因此需要对产品中TDI的残留量进行严格控制。目前，关于TDI残留量分析主要集中在家装涂料、塑胶场地等方面18.9]，关于医用PU海绵中的检测研究较少且采用的衍生试剂法或反复溶解提取方法[10，11]，因检测步骤复杂或试剂昂贵导致其推广性受限。本文建立了一种适用于负压引流聚氨酯TDI残留量的气相色谱检测方法。该方法具有操作简便、试剂环保，分析结果可靠的特点，能准确监控医用聚氨酯泡沫中TDI的残留量。 实验部分 1.1仪器与试剂 气相色谱仪(Agilent 6890N， 美国 Agilent)；氢火焰离子化检测器 (FID)；Sartorius 电子分析天平(感量：：0.0001g， 德国Sartorius 公司)。 乙酸乙酯(禹王集团，色谱纯)；；甲苯二异氰酸酯(西亚试剂， TDI-80， 分析纯)；聚氨酯海绵(以巴斯夫 TDI-80为原料自制，表观密度约为 25kg/m， 批号分别为20161025、20161101、20161110)。 1.2标准液制备 精密称取 TDI， 置于 25ml容量瓶中加入干燥后的乙酸乙酯定容，摇匀，得到浓度为 0.572mg/ml的标准储备液。精密量取标准储备液 0.1 ml、0.5 ml、1.5ml、 网址：： www. yuweichina.com 日邮箱water1102@163.com 2 ml、2.5ml，分别置于10ml容量瓶中，加乙酸乙酯稀释至刻度，摇习，得一系列对照品溶液，备用。 1.3样品处理 取 PU 海绵250mg， 精密称定，剪成均匀的小块置于10ml 棕色容量瓶中，然后加入精密量取乙酸乙酯10ml，确保海绵全部浸入溶剂中，37±1℃条件下浸提72h， 浸提液用0.22um 有机微孔滤膜过滤，取续滤液作为供试品溶液。 1.4气相色谱条件 GS-TEK GSBP-5毛细管柱(30mx320umx0.25um)；进样口温度为250℃，分流比 50：1； FID 温度为250℃；柱温采用程序升温，初始温度为100℃，以20℃/min 升温至200℃，保持1min；载气为氮气，流速为 1.5 ml/min；进样体积为1ul。 结果与讨论 2.1进样口温度的选择 由于聚氨酯海绵生产过程除了存在异氰酸根(-NCO)和多元醇的交联反应和-NCO 与水的发泡反应两个主反应外，还可能存在 -NCO 与胺基反应生成含有脲基的聚合物的其他反应，因此海绵中的成分较为复杂。进样口温度过低会导致TDI 汽化不完全，过高可能导致部分产物分解。本实验中首先选用了170~200℃的进样口温度，发现 TDI 特征峰峰形较宽，存在拖尾现象。将进样口温度提高后拖尾现象有所改善，最终本实验确定进样口温度为250℃，在此条件下， TDI的峰形可满足分析需要。 2.2柱温的选择 试验中首先选用恒温方式，结果如图1所示。由图1可以看出柱温为200℃时 TDI 特征峰出峰时间(1.335min) 与溶剂峰(1.840min)相距很近，对比图2空白溶剂图谱可知，此时对照品特征峰尚在溶剂杂峰的出峰时间范围内，不便分析计算。降低柱温为190℃时，发现 TDI 的特征峰与溶剂峰的分离度虽有改善但是仍不能满足分析条件。尝试继续降低柱温或流速，溶剂峰与 TDI峰始终不能很好分离，因此更换为程序升温模式。将初始温度设定为100℃，以一定速率升至200℃，试验发现升温速率越快， TDI 特征峰拖尾越严重，升温速率越慢，峰形越好。从图3中可以看出升温速率为 10℃/min 时比 20℃/min 峰形好，但升 温速率慢出峰时间长，测试过程比较耗时。综合考虑出峰时间和峰形，最终确定以20℃/min 升温至200℃，保留1分钟，此时峰形满足分析需要且出峰时间(5.970min) 尚可。 图1恒温模式下 TDI 对品品溶液色谱图 Fig.1Chromatography of TDI standard solution in isothermal mode 图2空白溶剂色谱图 Fig.2 Chromatography of blank solvent 网址：： www. yuweichina.com邮箱water1102@163. com 图3程序升温模式下 TDI 对照品溶液色谱图 Fig.3 Chromatography of TDI standard solution in isothermal mode 2.3 样品处理条件的选择 本试验中我们选择比较“惰性”、相对环保且常见的乙酸乙酯作为溶剂。在处理样品时，由于 PU 海绵是一种高度蓬松的吸水性泡沫材料，其开孔结构会导致加入液体后部分会被海绵吸收，且海绵的体积不可忽略，因此，本实验采取了直接量取溶剂加入样品中的方法进行浸提。 负压封闭引流用 PU 海绵作为一种医用材料，其浸提比例及时间参考《GB/T14233.1-2008医用输液、输血、注射器具检验方法第1部分化学分析方法》中相关规定。由于海绵的表观密度较小，比表面积较大，因此在确定浸提比例时要兼顾样品体积与溶剂加入量的关系，确保加入的浸提溶剂能将样品完全浸没。本实验中将海绵样品剪成均匀的小块，称重，然后按样品比表面积比溶剂体积约为3：1的比例加入乙酸乙酯，实验发现加入的溶剂可将样品完全浸没，保证样品较为完全的浸提。浸提时间参照《GB/T 14233.1-2008》中相关要求，确定为37±1℃下浸提 72h。 2.4 方法学试验 2.4.1 专属性试验 分别精密量取干燥后空白溶剂乙酸乙酯及1.2项下所述的 TDI对照品溶液各1ul。按1.4所述条件分别注入气相色谱仪，记录各自色谱图。见图4。从图4中 北京豫维科技有限公司联系人：水先生电话：18911849923 可以看出，在此条件下，空白溶剂在 TDI 出峰处无干扰峰，本法的专属性良好。 图4程序升升下空白溶剂(A) 及TDI 对照品溶液色谱图(B) Fig.4 Chromatography of blank solution (A) and TDI satandard solution (B)in temperature programming mode 2.4.2 线性关系试验 取1.2项下的系列标准溶液各 1pl，分别注入气相色谱仪，记录色谱图，以TDI 峰面积为纵坐标，浓度为横坐标，进行线性回归，得 TDI的线性回归方程为A=192.34C-0.3467， R=0.9995。线性范围为 0.00572~0.143mg/ml。可见，线性关系良好。 网址：： www. yuweichina.com B邮箱water1102@163.com 北京豫维科技有限公司联系人：水先生电话：18911849923 图5TDI标准曲线 Fig.5 Standard curve of TDI 2.4.3 精密度试验 取1.2项下浓度为 0.0858mg/ml TDI的对照品溶液，按照1.4条件连续测定6次，测试结果见表1。计算得 TDI 峰面积 RSD 为2.79%，说明仪器精密度良好。 表1对照品溶液精密度试验各样品的峰面积 Table 1 The peak area of the test was determined by comparison with the accuracy of the test 1 2 3 4 5 6 RSD 峰面积 15.0 15.8 15.1 14.5 15.2 15.3 2.79% 2.4.4对照品溶液稳定性试验 取1.2项下浓度为 0.1144mg/ml TDI 的对照品溶液，分别于 Oh、4h、10h、16h、24h精密量取1ul，按照1.4条件进样分析，记录色谱图。根据 TDI的峰面积考察对照品溶液的稳定性，结果见表2。可见，对照品溶液 24h 内的稳定性良好。 表2对照品溶液各时间的峰面积 Table 2 The peak area of TDI solution at different times Oh 4h 10h 16h 24h RSD 峰面积 21.3 20.8 21.5 22.0 20.4 2.92% 2.4.5 定量限和检测限 取1.2项下 TDI 对照品储备液溶液，用乙酸乙酯逐级稀释，依法测定，记录色谱图。以 TDI 峰的信噪比约为 10：1时作为 TDI 定量限，以信噪比约为3：1时作为检测限。根据图谱结合2.4.2中所述线性方程计算得， TDI 的定量限为 11.2ug/ml，检测限为3.85ug/ml. 2.4.6 回收率试验 精密称取 PU海绵(批号20161025)9份，每份250mg，剪成均匀小块，置于10ml容量瓶中，加入不同量的 TDI标准溶液，然后加入相应量的乙酸乙酯，分别制得低、中、高三个水平浓度的回收率试验用溶液各10ml， 分别置37±1℃条件下浸提72h，浸提液用 0.22um有机微孔滤膜过滤，取续滤液依法测定，计算 TDI 回收率。结果见表3。由表3可以看出该方法的回收率范围在98.85%~100.16%，回收率较好。 网址：： www. yuweichina.com 日邮箱water1102@163.com 表 3 TDI 回收率试验结果 Table 3 Results of TDI recovery test 加入值/pg 测定值/ug 平均值/ug 回收率/% 相对标准偏差/% 0.6213 0.6122 0.6250 0.6130 100.13 2.87 0.5928 0.9162 0.9183 0.9104 0.9198 100.16 1.26 0.9328 1.189 1.2244 1.2359 1.2103 98.85 1.96 1.2059 2.4.7样品分析 将生产聚氨酯海绵所需各原料混合，然后发泡熟化(熟化完全后得到海绵的批号为20161025)。分别于熟化 1h、2h、4h、5h、24h时取样，依法测试，计算海绵中 TDI留量，结果如表4所示。 表4不同熟化时间的海绵中TDI残留量 Table 4 Residual of TDI at different aging times in polyurethane foams 熟化时间 1h 2h 4h 5h 24h (熟化完全) TDI残留量 (mg/ml) 0.096 0.0215 0.0064 ND ND 从表4中可以看出随着熟化时间的延长，海绵中 TDI 的残留量越来越少，这是因为 PU 海绵发泡是个逐渐缓慢的放热反应，随着反应的进行其中单体残留量越来越少。另外由于 TDI 和水反应的活性较高，将海绵置于空气中放置，其中TDI的残留量也会随着放置时间的延长而降低。实验发现海绵熟化 5h 后其中的 TDI 已经检测不出。熟化完全后(约24h)的成品海绵中未检测到 TDI 存在。另精密称取批号为20161101、20161110的PU海绵，各约250mg，依法测定其中的 TDI 残留。检测结果也显示均未检出 TDI。实验证明，采用该气相方法可快速有效的在线监测各熟化时期海绵中 TDI 单体的残留量，为生产企业节约分析本，有效控制产品中单体残留量。 网址：： www. yuweichina.com邮箱water1102@163.com 3 结论 本试验采用气相色谱法测定 PU 海绵帛 TDI 的残留量。采用简便易得的乙酸乙酯为溶剂。在供试液制备过程中，考虑到海绵制品自身的吸水性及膨胀性，采用先将样品剪成小块再加入定量溶剂的方法进行浸提，并参考国标要求对海绵于37±1℃浸提72h。研究结果表明， TDI 检测方法的专属性良好，在0.00572~0.143mg/ml 范围内线性良好，回收率高。经查， GB/T18581-2009《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》中对游离 TDI 的限量规定是0.4%，但对医用聚氨酯海绵中 TDI 的限量尚未有明确的国家或行业标准。根据化学品危险性分类界定 TDI 为 6.1类毒害品，与三氯甲烷属于同一类别。参考2015版药典中关于三氯甲烷的限度要求 0.006%，本实验中自制的 PU 海绵未检出TDI， 符合限度要求。本文采用该气相色谱外标法检测聚氨酯海绵中 TDI 的残留量方法高效且环保，可用于医用聚氨酯泡沫生产企业对熟化阶段产品中 TDI的含量进行实时检测并控制最终产品中 TDI 的残留量从而降低患者使用风险。 ( 参考文献 ) ( [1] Argenta LC ， Morykwas MJ. 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