STOTEN :再生轮胎橡胶材料备受关注。危险和致命物质的测定

文摘   2024-05-14 13:59   美国  

Science of the Total Environment :再生轮胎橡胶材料备受关注。危险和致命物质的测定

该研究的目的是表征轮胎颗粒,主要是回收轮胎碎屑橡胶,针对几种新兴的环境和健康问题污染物。为了实现这一目标,我们建立了一种分析方法,能够分离并成功地测定11种化合物,包括6PPD、6PPDq、BTZ、CBS、DMBA、DPG、DPPD、DTG、HMMM、IPPD和MBTZ。为此,开发了一种基于超声辅助提取(UAE)和LC-MS/MS分析的方法,并根据主要分析参数进行了验证。之后,研究人员分析了40个不同来源的橡胶样本,包括足球场、操场、城市人行道、商业样本和不同车辆的轮胎等。此外,还对几种替代材料进行了比较分析(n = 6)。据我们所知,本研究是第一次关注操场路面中的这些分析物,并测定橡胶屑样品中的DTG,只有一项研究包括分析用作填充物的橡胶屑中的HMMM, 6PPDq和DMBA。此外,这项工作的突出之处在于实地收集的大量和种类繁多的真实橡胶屑样品,以及与替代材料的比较。



数据图简要分析导览:
(1)    

1a) 6PPD、6PPDq、CBS、DPG和HMMM在不同AP:OP混合物中的色谱响应,从100% AP到100% OP,比例为10 × 10; b) 6PPD、6PPDq、BTZ、CBS、DPG、HMMM和MBTZ在AP/OP 70:30、60:40、50:50、40:60和30:70混合物中的色谱响应。AP:水相,OP:有机相。各阶段的组成见第2.4节。

首先,比较了5种化合物(50 μg L/1,见图1a)在不同混合物中的注射情况,从100% AP到100% OP,比例变化10比10。可以看出,在中等AP和OP分数中获得了更好的反应。例如,HMMM在40:60和30:70的AP和OP百分比中表现出更高的反应。对于AP/OP 70:30、60:40、50:50、40:60和30:70混合物,获得了相似的色谱反应(面积计数)。此外,峰的形状也会受到相的百分比的影响。大多数情况下,前面提到的5种AP/OP混合物的峰形更好。选择这些混合物进行重复试验,这次包括BTZ和MBTZ(见图1b)。

图2a)多因素分类实验设计中6PPD、HMMM和MBTZ的方差分析图;b)混合水平析因实验设计中6PPD、CBS、DPG和MBTZ的pareto图、主效应图和交互作用图。
方差分析结果如表1a所示。温度对HMMM和MBTZ有显著影响,溶剂对6PPD和HMMM有显著影响。图2a为这些化合物的方差分析图。可以看出,在65°C下提取获得了更高的色谱响应(图的右部分)。此外,EtAc/MeOH和EtAc的混合反应得到了更高的响应。总的来说,MeOH/ H2O萃取效率较低。对于6PPD, 6PPDq, DPG和HMMM, EtAc和EtAc/MeOH混合物的响应与其他两种溶剂水平相似且更高。

从表2中可以看出,所有化合物的回收率都令人满意,大多数情况下的平均回收率在85%到100%之间。方法精密度也进行了评价,除DPG外,RSD值在1.8% ~ 13%之间。


图3a)足球场和b)操场地板中目标化合物的频率(%)和平均浓度(μg/1)。

共采集并分析了13种合成草皮足球场填充物、8种再生橡胶屑样品(从FP-1到FP-8)和5种替代填充物,包括椰子纤维(FP-9)、软木(FP-10)、沙子(FP-11和FP-12)和热塑性弹性体(FP-13)。表3a总结了目标物质的各个浓度。表4显示了各种分析物在橡胶屑足球场中的频率、浓度范围、平均值和中位数等统计数据。为了简化可视化,分析物的频率和平均浓度也在图3a中描述。研究人员分析了14个儿童游乐场中用作地板的再生橡胶,以及用于相同目的的沙子样本(OP-1)。表3b显示了研究样本的所得结果。如图所示,在沙子样品中没有检测到任何目标化合物。其余样品中每种分析物的浓度范围、平均值和中位数见表4。为了简化可视化,图3b也描述了这些样品中目标分析物的频率和平均浓度。

图4PPDs浓度(μg/1)a)足球场和b)操场地板的分布。为了提高可视化效果,对部分数值进行了缩放(FP-3除以200,FP-4除以10,FP-5除以100,IP-6除以5)。

在所有样品中都发现了6PPD及其TPs 6PPDq和DMBA。在60 - 80%的样品中发现了同一家族的其他两种化合物。在浓度方面,6PPD的浓度高于DPPD和IPPD(见图3a和图4a)。关于6PPDq,在新合成场的橡胶屑中,6PPDq和6PPD浓度之间的分布显示6PPD的值要高得多,但在“老化”场中,这种分布大不相同,在几个样品中,6PPDq的浓度高于6PPD(见图4a和图S6,表3a结果的表示)。


总结

成功开发并验证了一种基于UAE - LC-MS/MS的分析方法,该方法需要少量样品和溶剂,用于测定轮胎橡胶材料中出现的新关注的化学物质。对40种橡胶材料和6种替代材料进行了分析。在回收橡胶样品中检测到6PPD、6PPDq、BTZ、CBS、DMBA、DPG、DPPD、DTG、HMMM、IPPD和MBTZ等对环境和人体健康有危害的化合物。
在游乐场方面,室内和室外样本之间没有显著差异。总的来说,可以提到的是,与操场地板相比,在足球场观察到的目标化合物的频率和浓度更高。

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