李 英，李成發(fā)，白 爽，孫小穎，梁 烽，陳麒宇，李 彬，陳旭輝，李泳濤，廖文忠

(深圳出入境檢驗(yàn)檢疫局，廣東 深圳 518067)

多環(huán)芳烴(PAHs)是指由2個(gè)或2個(gè)以上苯環(huán)，以線狀、角狀或簇狀排列的化合物，其脂溶性高、不易降解、易在生物體內(nèi)積累，具有致癌、致畸、致突變性，且致癌性隨著苯環(huán)數(shù)的增加而加大，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康具有巨大的潛在危害，已被世界各國(guó)列為優(yōu)先控制的環(huán)境污染物[1-2]。目前，對(duì)于大氣、水、土壤、沉積物、植物等環(huán)境樣品和熏肉、牛奶、茶葉、食用油脂等食品中多環(huán)芳烴的測(cè)定已有大量報(bào)道[3-10]。食品接觸材料作為與食品相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品，其安全衛(wèi)生問題已受到廣泛關(guān)注，美國(guó)環(huán)保署、《德國(guó)食品和商品法》、德國(guó)聯(lián)邦的工作用技術(shù)設(shè)備與消費(fèi)品委員會(huì)(AtAV)等均對(duì)食品接觸材料中的PAHs有強(qiáng)制要求。因此，建立食品接觸材料中PAHs的分析方法，對(duì)保證食品質(zhì)量、維護(hù)食品安全體系具有重要意義。

目前，PAHs的前處理方法主要有液-液提取法、索氏提取法、超聲波提取法、固相萃取法、超臨界流體提取法、微波萃取法、快速溶劑萃取法、固相微萃取(SPME)法等[3-17]。固相微萃取是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的一種集萃取、富集、解析為一體的樣品前處理技術(shù)[18]，具有不需任何有機(jī)溶劑、操作簡(jiǎn)單、靈敏度高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品分析、化學(xué)分析等各個(gè)領(lǐng)域。食品接觸材料，尤其是塑膠和紙質(zhì)食品接觸材料的基體復(fù)雜，在生產(chǎn)及后續(xù)的加工過程中會(huì)添加大量的助劑，如增塑劑、抗氧化劑、防腐劑、著色劑等，同時(shí)還可能存在各種殘留單體。本工作建立SPME與GC/MS聯(lián)用方法，采用選擇離子監(jiān)測(cè)(SIM)及分段掃描方式測(cè)定食品接觸材料模擬物中的PAHs，旨在為食品接觸材料的生產(chǎn)質(zhì)量控制和安全監(jiān)督檢測(cè)提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與裝置

Agilent7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品，配有CTC Combi PAL自動(dòng)進(jìn)樣器；DELTA320A pH計(jì)：瑞士Mettler公司產(chǎn)品；Milli-Q超純水器：美國(guó)Millipore公司產(chǎn)品。

1.2 主要材料與試劑

16種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(甲醇介質(zhì)，100 mg/L)：美國(guó) Supelco公司產(chǎn)品；甲醇(色譜純)：中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)公司上?；瘜W(xué)試劑公司產(chǎn)品；冰乙酸、氫氧化鈉(分析純)：廣州化學(xué)試劑廠產(chǎn)品；氯化鈉、無水乙醇(分析純)：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；100 μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)萃取頭：加拿大Supelco公司產(chǎn)品；Milli-Q超純水；質(zhì)量濃度為3%乙酸溶液和10%氫氧化鈉溶液：實(shí)驗(yàn)室自制。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

1.3.1色譜條件 色譜柱： HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；程序升溫：初始溫度60 ℃，以10 ℃/min升至260 ℃，再以2 ℃/min升至280 ℃，保持10 min；進(jìn)樣口溫度280 ℃；載氣：高純He，純度大于99.999%；載氣流速1.0 mL/min；不分流進(jìn)樣。

1.3.2質(zhì)譜條件 電子轟擊(EI)離子源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；四極桿溫度150 ℃；離子源溫度230 ℃；溶劑延遲6.5 min；質(zhì)量掃描范圍m/z50～650；采用分段選擇離子的方式(SIM)進(jìn)行定量分析，選擇離子具體條件列于表1。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 分別準(zhǔn)確移取適量PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，用甲醇配制成濃度約為20 mg/L標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。使用時(shí)，再用相應(yīng)的模擬物稀釋至所需濃度，置于4 ℃冰箱中保存。

1.4.2前處理方法 3%乙酸模擬液應(yīng)按照GB/T 23296.1—2009《食品接觸材料 塑料中受限物質(zhì) 塑料中物質(zhì)向食品及食品模擬物待定遷移試驗(yàn)和含量測(cè)定方法以及食品模擬物暴露條件選擇的指南》中的要求從遷移試驗(yàn)中獲取，在4 ℃冰箱中，避光保存。

1.4.3固相微萃取方法 按1.4.2方法，將3%乙酸模擬液先用10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH 6.8，準(zhǔn)確移取18 mL該溶液，立即蓋上瓶蓋；將SPME萃取纖維插入萃取瓶?jī)?nèi)，并完全浸入溶液中，萃取針套管的其他部分不要與水相接觸；在45 ℃振蕩狀態(tài)下(振蕩速度為250 r/min)萃取30 min后，迅速插入GC/MS進(jìn)樣口，250 ℃解吸4 min。

表1 SIM選擇離子條件Table 1 Conditions of selected ion monitor

2 結(jié)果與討論

2.1 16種多環(huán)芳烴色譜圖

按1.4.3方法進(jìn)行萃取，在1.3.1條件下，16種多環(huán)芳烴能被很好的萃取和分離，其色譜圖示于圖1。

2.2 萃取條件的優(yōu)化

2.2.1萃取頭的選擇 SPME遵循相似相溶原理，即待分析物在涂層和樣品之間的分配平衡。由于PAHs 屬于非極性化合物，而PDMS纖維更容易吸附非極性物質(zhì)，因此本實(shí)驗(yàn)選用100 μm PDMS萃取涂層。

2.2.2解吸時(shí)間的選擇 在同一溫度下，待測(cè)物解吸程度與解吸時(shí)間直接相關(guān)。按照1.4.3方法對(duì)5 μg/L多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行萃取，然后在280 ℃下解吸3 min后，再將該萃取頭進(jìn)行第2次熱解吸，仍有部分待測(cè)物峰出現(xiàn)。將解吸時(shí)間設(shè)置為4 min，按同樣的方法，可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的萃取頭在第2次熱解吸時(shí)未見色譜峰出現(xiàn)，證明已被解吸完全。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇4 min為最佳解吸時(shí)間。

2.2.3pH值的選擇 3%乙酸溶液和水的pH值分別為2.7和6.8，因此，用10%氫氧化鈉溶液將2份3%乙酸溶液分別調(diào)節(jié)pH值至5和6.8；取3個(gè)100 mL容量瓶，均加入25 μL 20 mg/L PAHs甲醇溶液，分別用pH 5、pH 6.8、pH 2.7的3%乙酸溶液定容至刻度，按1.4.3方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果示于圖2。實(shí)驗(yàn)表明：1～8#組分隨著pH值的減小，峰面積變??；9～10#組分的峰面積在不同pH值時(shí)無明顯差異；而11～16#號(hào)組分則隨著pH值的減小，峰面積變大。考慮到pH值對(duì)組分的總體影響并不十分明顯，而且PDMS萃取涂層直接浸沒在pH值小于4的溶液中會(huì)影響壽命，因此最終采用pH 6.8來進(jìn)行測(cè)定實(shí)驗(yàn)。

注：1.萘;2.苊烯;3.苊;4.芴;5.菲;6.蒽;7.熒蒽;8.芘;9.苯并[a]蒽;10.屈;11.苯并[b]熒蒽;12.苯并[k]熒蒽;13.苯并[a]芘;14.茚并[1,2,3-cd]芘;15.二苯并[a,h]蒽;16.苯并[g,h,i]芘圖1 16種多環(huán)芳烴的選擇離子流色譜圖Fig.1 Selected ion monitor chromatograms of 16 PAHs

圖2 pH值對(duì)16種多環(huán)芳烴萃取量的影響Fig.2 Effect of pH on the adsorption of 16 PAHs

2.2.4萃取時(shí)間的選擇 固相微萃取是一個(gè)富集平衡的過程，選擇一個(gè)優(yōu)化的萃取時(shí)間是建立該方法的關(guān)鍵步驟之一。在其他條件相同的情況下，進(jìn)行萃取時(shí)間的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著萃取時(shí)間的增加，1#組分的峰面積基本不變；2～4#組分隨萃取時(shí)間的變化較大，但20 min后峰面積基本保持恒定；5～6#、14～16#組分在30 min后峰面積增大趨勢(shì)明顯變緩；7～13#組分則隨著萃取時(shí)間的增加，峰面積一直呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)，60 min時(shí)仍未達(dá)到平衡。根據(jù)Ai等[19]提出的平衡和非平衡萃取理論，在非平衡狀態(tài)下也可以進(jìn)行定量分析，尤其是對(duì)于沸點(diǎn)較高的非極性和弱極性目標(biāo)分析物，應(yīng)選擇在非平衡態(tài)下萃取，但此時(shí)的萃取時(shí)間和傳質(zhì)條件(如溫度、攪拌速度等)必須嚴(yán)格控制[20]。本實(shí)驗(yàn)最終選擇的萃取時(shí)間為30 min。

2.2.5萃取溫度的選擇 溫度升高可以加大待分析物的擴(kuò)散系數(shù)，增加待分析物向涂層纖維的傳質(zhì)速率，有利于提高萃取效率，縮短萃取達(dá)到平衡的時(shí)間，但因?yàn)檩腿∵^程是放熱的，所以同時(shí)又會(huì)減少待測(cè)物在涂層和液相間的分配系數(shù)。在其他條件相同的情況下，測(cè)定了不同萃取溫度下16種多環(huán)芳烴的萃取量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著溫度的升高，1～4#組分的萃取量明顯減??；5～6#組分的峰面積隨著溫度的升高而有所增加，但在55 ℃以后峰面積卻隨著溫度的升高而降低；7～16#組分隨著溫度的升高，萃取量明顯增大。綜合考慮溫度對(duì)16種多環(huán)芳烴萃取量的影響，最終選擇萃取溫度為45 ℃。

2.2.6振蕩速度的選擇 攪拌有助于樣品與涂層間的傳質(zhì)，從而縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，振蕩是攪拌的方式之一。本實(shí)驗(yàn)考察了不同振蕩速度對(duì)萃取效率的影響，結(jié)果示于圖3。不振蕩時(shí)，待測(cè)物的峰面積最小；振蕩速度為250 r/min時(shí)，待測(cè)物的吸附量明顯增加；但隨著振蕩速度增加至500 r/min，吸附量只略有增加；振蕩速度為750 r/min時(shí)，吸附量反而稍有降低?？紤]增加振蕩速度會(huì)給針和纖維涂層帶來過量的壓力，故選擇振蕩速度為250 r/min。

2.2.7離子強(qiáng)度的優(yōu)化 在水性模擬液中加鹽可以改變?nèi)芤褐邢嘟缑娴男再|(zhì)，影響分配系數(shù)，同時(shí)會(huì)增加水性模擬液中的離子強(qiáng)度，降低有機(jī)物在水中的溶解度，起到鹽析作用，有利于待測(cè)物在涂層中的萃取。但加鹽，尤其是高濃度鹽，可能會(huì)使鹽在萃取頭沉積或者堵塞毛細(xì)管，且易出現(xiàn)干擾峰。本實(shí)驗(yàn)選擇不加鹽和添加0、5%、10%、20%等4種不同情況來考察離子強(qiáng)度對(duì)16種多環(huán)芳烴萃取效率的影響。結(jié)果表明：1～8#組分隨著離子強(qiáng)度的增加峰面積增大；而9～16#組分則與之相反，即隨著離子強(qiáng)度的增加峰面積反而減小。考慮到酸性模擬液中后8個(gè)峰的響應(yīng)相對(duì)較低，同時(shí)也為了操作簡(jiǎn)便、保護(hù)萃取頭及色譜柱等，最終選擇不加鹽。

2.3 方法的線性范圍和檢出限

將多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用3%乙酸溶液逐級(jí)稀釋，配制成濃度為0、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 μg/L多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行分析，以濃度x為橫坐標(biāo)，峰面積y為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明，在0.01～5 μg/L范圍內(nèi)，多環(huán)芳烴的質(zhì)量濃度與相應(yīng)的峰面積比值呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.997 9～0.999 7之間。

2.4 精密度及回收率實(shí)驗(yàn)

用濃度分別為0.1、0.5、1.0 μg/L加標(biāo)樣品溶液進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)(n=5)，16種多環(huán)芳烴的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.72%～14.70%之間。結(jié)果表明，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，方法的重現(xiàn)性良好。

選擇丙烯腈-苯乙烯量杯(浸泡條件為：溫度60 ℃，時(shí)間0.5 h)、硅橡膠壓面棒(浸泡條件為：溫度60 ℃，時(shí)間0.5 h)、筷子(浸泡條件為：溫度95 ℃，時(shí)間0.5 h)3種實(shí)際樣品，按照1.4.2方法進(jìn)行前處理，得到相應(yīng)的模擬液。在優(yōu)化的萃取條件下，同一濃度的模擬液中分別加入不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)得水模擬物和3%乙酸模擬物中16種多環(huán)芳烴的回收率均在 73.47%～117.6% 之間。

圖3 振蕩速度對(duì)萃取效率的影響Fig.3 Effect of stirring rate on SPME extraction efficiency

2.5 實(shí)際樣品的分析

按照1.4.2前處理方法、1.3分析條件及1.4.3固相微萃取方法對(duì)塑料、橡膠和木制品等35批實(shí)際食品接觸材料樣品進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)定結(jié)果表明，除4批木制品檢出萘組分外，其余樣品均未檢出16種多環(huán)芳烴。4批陽性樣品均為涂有油漆的木制品，萘的含量在1.19～9.97 μg/L范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

采用固相微萃取技術(shù)，通過對(duì)SPME纖維頭、萃取溫度、萃取時(shí)間及解吸時(shí)間等萃取條件和GC/MS色譜條件進(jìn)行優(yōu)化，建立了一種固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(SPME-GC/MS)測(cè)定食品接觸材料中多環(huán)芳烴遷移量的分析方法。該方法操作簡(jiǎn)單、快速、靈敏、且不需要有機(jī)溶劑，可大大簡(jiǎn)化樣品前處理步驟，提高檢測(cè)效率，能實(shí)現(xiàn)綠色檢測(cè)，從而滿足快速檢測(cè)的需要。

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