張旭龍， 劉 銀， 鞏治國， 王鵬舉， 王吉德， 封 順*

(1.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油天然氣精細(xì)化工教育部＆自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046;2.庫爾勒出入境檢驗(yàn)檢疫局，新疆庫爾勒841000;3.新疆出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心，新疆烏魯木齊830063)

近年來，基于聚合物材料的包裝材料在食品包裝領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但聚合物材料在熱、光、氧化等外界因素的作用下會(huì)發(fā)生降解而失去其原有的優(yōu)良性能;為了保證其穩(wěn)定性，需要在材料中添加抗氧劑、熱穩(wěn)定劑等多種不同類型的添加劑。這些添加劑的相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)較小，在與食品接觸的過程中，可以通過滲透、遷移等途徑進(jìn)入食品中，從而影響食品的品質(zhì)，甚至造成食品安全問題。美國食品與藥品管理局對(duì)食品包裝材料的類型，特別是添加劑的種類及其遷移量均做出了嚴(yán)格的規(guī)定。我國也對(duì)這類材料添加劑的含量和遷移量制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)［1］。因此，建立快速測定聚合物食品包裝材料中添加劑的方法，對(duì)提高食品安全保障有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前針對(duì)聚合物食品包裝材料中添加劑測定的研究主要集中在以下兩個(gè)方面:1.添加劑的提取等樣品前處理方法，包括超聲萃?。?］、微波輔助萃?。?］和固相萃?。?，5］等;2.分離檢測技術(shù)，包括高效液相 色 譜 法［2，6］、氣 相 色 譜 法［7，8］、毛 細(xì) 管 電 泳法［9，10］、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)［11，12］和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(LC-MS)［4，13］。其中 LC-MS 因具有高靈敏度和高選擇性而成為聚合物材料中添加劑定性、定量的有效方法。目前常用的添加劑主要有丁基羥基茴香醚(BHA，C11H16O2，Mr=180.25)、沒食子酸丙酯(PG，C10H12O5，Mr=212.21)、沒食子酸十二酯(DG，C19H30O5，Mr=338.44)、叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ，C10H12O3，Mr=180.20)和苯三唑甲酚 (UV-326，C17H18ClN3O3，Mr=315.80)、Irgafos 168(tri(2，4-di-tert-butylphenyl)phosphite，C42H63O3P，Mr=646.92)、Irganox 1076(octadecylβ-(4-hydroxy-3，5-di-tert-butyl-phenyl)propionate，C35H62O3，Mr=530.87)、Irganox 1010(pentaerythritol tetrakys 3-(3，5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate，C73H108O12，Mr=1 177.65)等，在食品包裝材料中會(huì)同時(shí)加入多種添加劑以增加其性能?，F(xiàn)有研究往往僅限于少數(shù)幾種添加劑的同時(shí)檢測［14-16］，因此需要發(fā)展同時(shí)檢測多種添加劑的分析技術(shù)。

本文建立了一種同時(shí)檢測聚合物包裝膜中的8種常用添加劑的超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜方法(UPLC-MS/MS)。該方法采用電噴霧離子源(ESI)，通過正、負(fù)離子切換模式雙通道同時(shí)進(jìn)行定性，多離子反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式進(jìn)行定量。利用該方法對(duì)6種聚合物包裝膜中的添加劑進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，該方法前處理簡單、操作方便、快速、靈敏度高、基體干擾少，能夠滿足實(shí)際樣品中添加劑的分析要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Acquity UPLC-Quattro Premier XE超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀，配電噴霧離子源(美國Waters公司);N-EVAP-12氮吹儀(美國Organomation公司);Coulter Allegra Centrifuge-AllegraX-22R高速冷凍離心機(jī)(美國Beckman Coulter公司)。

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品:Irgafos 168、Irganox 1076和Irganox 1010(美國Strem Chemicals公司);BHA和TBHQ(美國Acros Organics公司);PG、DG(美國J＆K Chemicals公司);UV-326(上海梯希愛公司)。二氯甲烷、乙腈、甲醇(色譜純，德國 CNW Technologies公司);水為Milli-Q超純水;其他均為國產(chǎn)分析純試劑。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:準(zhǔn)確稱取8種添加劑標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇分別配制質(zhì)量濃度為100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，于4℃下避光保存。

混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:取上述標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用甲醇配制成質(zhì)量濃度為1 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，于4℃下避光保存。

1.3 樣品制備

將聚合物包裝材料樣品剪碎成3 mm×3 mm小塊后，準(zhǔn)確稱取0.5 g于25 mL具塞試管中，加入10 mL二氯甲烷進(jìn)行超聲萃取30 min。移取8 mL溶液于25 mL離心管中，氮吹近干。加入5 mL甲醇，渦旋混勻后靜置60 min。以4 000 r/min離心20 min，過0.22 μm濾膜后進(jìn)行UPLC-MS/MS分析。

1.4 UPLC-MS/MS 條件

1.4.1 UPLC 條件

色譜柱:Waters Acquity UPLC BEH-C18柱(50 mm ×2.1 mm，1.7 μm;美國 Waters公司);流動(dòng)相A:甲醇;流動(dòng)相B:0.05%甲酸水溶液。洗脫梯度:0～3.0 min，15%A～95%A;3.0～4.5 min，95%A～100%A;4.5～16.0 min，100%A;16.0～16.3 min，100%A～15%A;16.3～19.0 min，15%A。流速:0.2 mL/min;柱溫:35 ℃;進(jìn)樣體積:5.0 μL。

1.4.2 MS/MS 條件

離子源:ESI;掃描方式:正、負(fù)離子切換模式;采集方式:多反應(yīng)監(jiān)測模式;離子源溫度:115℃;毛細(xì)管電壓:負(fù)離子模式為3.5 kV，正離子模式為-2.5 kV;干燥氣溫度:380℃;干燥氣流速:650 L/h;輔助氣流速:50 L/h;監(jiān)測離子對(duì)、錐孔電壓和碰撞能量等參數(shù)見表1。

表1 多反應(yīng)監(jiān)測模式下8種添加劑的串聯(lián)質(zhì)譜參數(shù)及保留時(shí)間Table 1 MS/MS parameters in multiple reaction monitoring(MRM)mode for the eight additives and their retention times

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

近年來親水色譜(HILIC)柱被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜體系的分離與分析，并表現(xiàn)出良好的分離效果。實(shí)驗(yàn)中對(duì)Waters BEH-HILIC柱(50 mm×2.1 mm，1.7 μm)和 Waters BEH-C18 柱(50 mm ×2.1 mm，1.7 μm)進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn) Irgafos 168、Irganox 1076和Irganox 1010在HILIC柱上無保留或保留較弱而無法檢測，而8種添加劑在Waters BEHC18柱上均表現(xiàn)出較好的保留行為，因此選擇Waters BEH-C18柱作為分離柱。實(shí)驗(yàn)中采用正、負(fù)離子切換模式檢測。8種添加劑的典型總離子流(TIC)圖如圖1所示。

圖1 ESI(a)正、(b)負(fù)離子模式下8種目標(biāo)化合物在BEH-C18柱上的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms of the eight additives on BEH-C18 column in(a)ESI positive and(b)ESI negative scan modes

2.2 流動(dòng)相的選擇

分別考察了HPLC中最常用的水-甲醇和水-乙腈體系下8種添加劑的分離效果。結(jié)果表明，水-甲醇體系的分離效果優(yōu)于水-乙腈體系，但 Irgafos 168、Irganox 1076和Irganox 1010等相對(duì)分子質(zhì)量較大的組分的峰形較寬。為了進(jìn)一步改善峰形，提高定性和定量的準(zhǔn)確性，分別在流動(dòng)相中添加0.05%甲酸和5 mmol/L醋酸銨，發(fā)現(xiàn)添加0.05%甲酸后各個(gè)組分峰形得到明顯改善，因此選擇甲醇-0.05%甲酸水溶液體系作為流動(dòng)相。

2.3 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

首先在正、負(fù)離子掃描模式下分別對(duì)8種添加劑的單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液以流動(dòng)注射的方式進(jìn)行質(zhì)譜條件的優(yōu)化，結(jié)果表明8種添加劑在不同離子掃描模式下響應(yīng)并不相同，其中BHA、TBHQ、PG和DG在負(fù)離子模式下有較強(qiáng)的響應(yīng)，而Irgafos 168、Irganox 1076、Irganox 1010和UV-326在正離子模式下有較強(qiáng)的響應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)8種目標(biāo)化合物的同時(shí)檢測，選擇正、負(fù)離子切換模式，采用雙通道同時(shí)進(jìn)行掃描。然后對(duì)毛細(xì)管和干燥氣溫度、毛細(xì)管電壓、干燥氣和輔助氣流速以及每種添加劑的碰撞電壓等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，最佳質(zhì)譜條件列于表1和1.4節(jié)中。

2.4 線性關(guān)系、檢出限和定量限

配制不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行測定。以目標(biāo)物在MRM模式下定量離子的響應(yīng)面積對(duì)相應(yīng)目標(biāo)物的濃度進(jìn)行線性回歸，得到的8種添加劑的線性范圍及線性相關(guān)系數(shù)(R2)見表2，可見8種添加劑的R2均大于0.993。

向空白樣品中添加8種添加劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察方法的檢出限(LOD，S/N=3)和定量限(LOQ，S/N=10)。由表2可見8種添加劑的檢出限為 0.13 ～5.50 μg/L，定量限為 0.45 ～17.50 μg/L。

表2 8種添加劑的線性相關(guān)系數(shù)、線性范圍、檢出限與定量限Table 2 Correlation coefficients，linear ranges，limits of detection and limits of quantification of the eight additives

2.5 方法的精密度和回收率

為驗(yàn)證方法的可靠性，在空白樣品中分別添加低、中、高3個(gè)水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化條件下進(jìn)行方法的精密度和回收率測定。結(jié)果表明8種目標(biāo)化合物的回收率在63.9%～127.0%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤15.8%(n=6)(見表3)，能夠滿足實(shí)際分析的要求。

表3 8種添加劑的添加回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)Table 3 Recoveries and relative standard deviations(RSDs)of the eight additives(n=6)

2.6 實(shí)際樣品的測定

采用該方法對(duì)市場上6種不同材質(zhì)的食品包裝材料中8種添加劑的含量進(jìn)行測定，BHA、TB、HQ、PG、DG和UV-326這5種添加劑在6種包裝材料中均未檢出;而Irganox 1010、Irganox 1076和Irgafos 168除在PA材料中未被檢出外，在其他5種包裝材料中至少有一種被檢出，而在PVDC2和BOPA/CPP這2種包裝材料中，3種添加劑均被檢出(見表4)。

表4 不同聚合物食品包裝材料中8種添加劑的含量Table 4 Contents of the eight additives in different polymer food packaging materials

3 結(jié)論

本文建立了測定聚合物食品包裝材料中8種常用添加劑的UPLC-ESI-MS/MS分析方法。通過采用電噴霧離子源正、負(fù)離子切換模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)8種添加劑的同時(shí)檢測。本方法檢測速度快，靈敏度高，選擇性好，回收率較高，完全能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這8種添加劑使用量不大于0.1%～0.5%、特定遷移量不超過1～30.0 mg/kg的檢測要求。

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