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        HPLC-MS/MS測(cè)定魚(yú)罐頭中乙二胺四乙酸二鈉殘留量

        2015-03-13 07:37:24張曉華曾繁華張銳夫
        化學(xué)工程師 2015年6期
        關(guān)鍵詞:乙二胺四乙酸水溶液甲酸

        張曉華,曾繁華,張銳夫

        (1.牡丹江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心,黑龍江牡丹江157021;2.大連出入境檢驗(yàn)檢疫局,遼寧大連116611;3.牡丹江出入境檢驗(yàn)檢疫局,黑龍江牡丹江157005)

        乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)是GB2760 允許使用的一種食品添加劑[1],可與鐵、銅、鈣、鎂等多價(jià)離子螯合成穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物,利用其絡(luò)合作用來(lái)防止由金屬引起的變色、變質(zhì)、變濁及維生素C 的氧化損失,起到護(hù)色、抗氧化作用[2]。由于其良好的添加效果,常被作為抗氧化劑、防腐劑、穩(wěn)定劑和凝固劑而廣泛的應(yīng)用于加工食品中[3],但過(guò)多的乙二胺四乙酸二鈉被人食入后,會(huì)對(duì)人身造成傷害,其每日允許攝入量(ADI)值為0~205mg·kg-1。國(guó)外對(duì)EDTA 在食品中的殘留量有嚴(yán)格的限量規(guī)定。日本規(guī)定罐頭食品中EDTA 的殘留(以乙二胺四乙酸二鈉鈣計(jì))不得超過(guò)250mg·kg-1,飲料中不得超過(guò)35mg·kg-1[4]。我國(guó)在八寶粥等罐頭食品中規(guī)定不得超過(guò)250mg·kg-1[1]。

        目前,有關(guān)于食品中乙二胺四乙酸二鈉殘留量國(guó)內(nèi)報(bào)道很多[5-8],但針對(duì)魚(yú)罐頭食品中乙二胺四乙酸二鈉殘留量檢測(cè)無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道,大多采用液相色譜法進(jìn)行檢測(cè),樣品經(jīng)水提取,經(jīng)CuCl2或三氯化鐵衍生后,采用離子對(duì)試劑和C18柱進(jìn)行液相色譜分析檢測(cè),測(cè)定低限達(dá)50~100mg·kg-1。國(guó)外有關(guān)食品中乙二胺四乙酸二鈉的含量檢測(cè)的文獻(xiàn)報(bào)道不多,Takashi Hamano 等人采用分光光度法測(cè)定食品中乙二胺四乙酸二鈉的含量[9],利用三氯化鐵衍生后進(jìn)行分析檢測(cè),線性范圍在0.5~40.0μg·cm-3;Brilliantes,S 等人采用液相色譜法測(cè)定罐裝海產(chǎn)品中乙二胺四乙酸二鈉的含量[10],用弱乙酸提取,經(jīng)CuCl2衍生后,采用C8柱進(jìn)行液相色譜分析檢測(cè),線性范圍為25.1~301.7mg·kg-1;Carolina E. Cagnasso 等人采用液相色譜法測(cè)定非酒精飲料中乙二胺四乙酸二鈉的含量[11],定量限為2.0mg·L-1;Ralph Fingerhut等人在新生兒篩查中采用液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法測(cè)定干血漿樣品中乙二胺四乙酸二鈉的含量[12],樣品經(jīng)四丁醇酯化后,采用液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法進(jìn)行測(cè)定,方法的定量限為84μmol·L-1;Congmin Z.Xie 等人采用反相離子對(duì)液相色譜法測(cè)定生活廢水中乙二胺四乙酸二鈉的含量[13],定量限為0.005mg·L-1;Jos'e Benito Quintana 等人采用反相離子對(duì)液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法測(cè)定水中乙二胺四乙酸二鈉的含量[14],定量限為0.001mg·kg-1。本研究的關(guān)鍵是采用三氯化鐵衍生化、三氯甲烷和MAX 陰離子交換柱凈化,用超高效液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜儀檢測(cè)和確證,外標(biāo)法定量,取得了滿意的結(jié)果。該方法具有快速、靈敏、準(zhǔn)確等特點(diǎn),能滿足國(guó)內(nèi)外檢測(cè)限量要求。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 材料與試劑

        甲醇、三氯甲烷、三正丁胺(均為色譜純)美國(guó)Fisher 公司;甲酸(88%,A.R.國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);HAc(A.R.天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司);HCl(優(yōu)級(jí)純天津市耀華化學(xué)試劑有限責(zé)任公司);FeCl3(A.R.天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司);乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)品(CAS:6381-92-6,純度大于等于99%購(gòu)自Sigma-Aldrich 公司);實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水;MAX 陰離子交換柱(150mg,6mL 美國(guó)Waters 公司);水相濾膜(0.22μm奧特賽恩斯公司);

        0.02mol·L-1FeCl3溶液:稱取0.5406g FeCl3,溶于90mL 水中,轉(zhuǎn)移到100mL 容量瓶中,加入HCl 0.03mL,用水定容至刻度,混勻;

        10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH 值為3.5):移取100mL 甲醇,溶于880mL 水中,加入1.17 mL 三正丁胺,用HAc 調(diào)節(jié)pH 值至3.5,轉(zhuǎn)移到1000mL 容量瓶中,用水定容至刻度,混勻;

        95%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH 值為3.5):移取950mL 甲醇,溶于30mL 水中,加入1.17mL三正丁胺,用HAc 調(diào)節(jié)pH 值3.5,轉(zhuǎn)移到1000mL容量瓶中,用水定容至刻度,混勻;

        10%甲酸甲醇水溶液:移取10mL 甲酸,溶于40mL 水中,轉(zhuǎn)移到100mL 容量瓶中,用甲醇定容至刻度,混勻。

        標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:分別準(zhǔn)確稱取適量的乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)品,用水溶解并定容至100mL 棕色容量瓶中,分別得濃度為10mg·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,此溶液轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)液瓶中4℃下儲(chǔ)存一個(gè)月。

        標(biāo)準(zhǔn)中間溶液:準(zhǔn)確吸取乙二胺四乙酸二鈉儲(chǔ)備溶液10mL 于50mL 棕色容量瓶中,用水稀釋成濃度為2mg·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)中間溶液,此溶液轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)液瓶中4℃下儲(chǔ)存一個(gè)月。

        標(biāo)準(zhǔn)工作溶液:根據(jù)需要使用前用空白樣品基質(zhì)配制適當(dāng)混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

        MAX 陰離子交換柱:使用前依次用5mL 甲醇、5mL 水活化。

        1.2 儀器與設(shè)備

        Waters Quattro Premier 超高效液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(配ESI-電離源)(美國(guó)Waters 公司);電子天平(感量0.01mg,0.01g 梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司);組織搗碎機(jī)(上海精科實(shí)業(yè)有限公司);離心機(jī)(5 000r·min-1湘儀離心機(jī)儀器有限公司);旋渦混合器(德國(guó)IKA 公司);均質(zhì)器(德國(guó)IKA 公司);超聲波清洗機(jī)(昆山市超聲儀器有限公司);氮吹儀(美國(guó)Organomation 公司);50mL 螺旋蓋聚丙烯離心管;25、50mL 玻璃具塞離心管。

        1.3 分析條件

        1.3.1 色譜條件 色譜柱:Phenyl 柱,50mm×2.1mm(內(nèi)徑),粒度1.7μm,或相當(dāng)者;流動(dòng)相:見(jiàn)梯度洗脫程序表1;流速:0.25mL·min-1;柱溫:25℃;進(jìn)樣量:5μL。

        表1 梯度洗脫程序表Tab.1 Gradient program of mobile phase

        1.3.2 質(zhì)譜條件 離子源:ESI,負(fù)模式;掃描方式:多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM);源溫度:110℃;去溶劑氣流量:550L·hr-1;N2氣;去溶劑溫度:350℃;錐孔氣流量:50L·hr-1,N2;碰撞氣壓力:3.30×10-4KPa,Ar,純度≥99.999%;毛細(xì)管電壓:3.0kV;其它質(zhì)譜參數(shù)見(jiàn)表2。

        表2 乙二胺四乙酸二鈉衍生物的定性離子對(duì)、定量離子對(duì)、錐孔電壓和碰撞氣能量Tab.2 MRM transitions of precursor/product ion for qualitative and quantitative analysis,cone voltage,collision energy of EDTA disodium derivative

        1.4 樣品前處理

        1.4.1 提取 稱取魚(yú)罐頭試樣約5g(精確到0.01g)于50mL 螺旋蓋聚丙烯離心管中,加入15mL 水,再加入20mL 三氯甲烷,用均質(zhì)器以10000r·min-1均質(zhì)2min,4500r·min-1離心5min。將上清液轉(zhuǎn)移至50mL 玻璃具塞離心管中。再用15mL 水重復(fù)提取兩次,合并提取液于同一50mL 玻璃具塞離心管中,待衍生化和凈化。

        1.4.2 衍生化[2]

        1.4.2.1 樣品溶液的衍生化 向上述提取溶液中加入1.0mL 0.02mol·L-1FeCl3溶液,混合,于超聲波中超聲20mim,冷卻至室溫后,轉(zhuǎn)移至50mL 容量瓶中,用水定容至刻度。

        1.4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的衍生化 準(zhǔn)確吸取適當(dāng)濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液于50mL 玻璃具塞離心管中,加入40mL水和1.0mL 0.02mol·L-1FeCl3鐵溶液,以下操作同1.3.2.1。

        1.4.3 凈化 準(zhǔn)確移取5mL 上述衍生化樣品溶液轉(zhuǎn)移到MAX 陰離子交換柱中,控制流速在1~2 mL·min-1,棄去流出液。用5mL 水、5mL 甲醇和3mL 10%甲酸甲醇水溶液淋洗,棄去流出液。最后用6mL 10%甲酸甲醇水溶液洗脫,收集洗脫液。洗脫液經(jīng)80℃氮吹儀吹干后,用5mL水溶解并定容,過(guò)0.22μm濾膜,供超高效液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜儀測(cè)定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 測(cè)定方法的選擇

        乙二胺四乙酸常用H4Y 表示,由于其在水及酸中的溶解度很小,常用的為其二鈉鹽:Na2H2Y2H2O,也簡(jiǎn)寫(xiě)為EDTA。當(dāng)溶液的酸度很高時(shí),兩個(gè)羧基可再接受H+,形成H6Y2+,相當(dāng)于一個(gè)六元酸,有六級(jí)離解常數(shù):Ka1=10-0.9、Ka2=10-1.6、Ka3=10-2.1、Ka4=10-2.8、Ka5=10-6.2、Ka6=10-10.3;7 種形式:H6Y2+、H5Y+、H4Y、H3Y-、H2Y2-、HY3-、Y4-;當(dāng)pH <1 時(shí),主要以H6Y2+形式存在;當(dāng)pH 值>11 時(shí),主要以Y4-形式存在配位離子[15]。從中可以看出,EDTA 是極性很強(qiáng)化合物,如果不進(jìn)行金屬離子絡(luò)合和采用離子對(duì)試劑,很難采用液相色譜法(紫外檢測(cè)器)測(cè)定其含量,國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)報(bào)道大都基于此;Jos'e Benito Quintana 等人采用反相離子對(duì)液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法測(cè)定水中乙二胺四乙酸二鈉的含量[14],使乙二胺四乙酸二鈉不進(jìn)行酯化進(jìn)行LC-MS/MS 測(cè)定成為可能。所以本標(biāo)準(zhǔn)最后選用UPLC-MS/MS 進(jìn)行研究,經(jīng)實(shí)驗(yàn)本方法的測(cè)定低限為20mg·kg-1,完全能滿足食品中乙二胺四乙酸二鈉最低限量為25mg·kg-1的要求。

        2.2 衍生化試劑的確定

        由于EDTA 是極性很強(qiáng)化合物,極容易與金屬離子絡(luò)合,形成穩(wěn)定的鰲合物。EDTA 為六齒螯合劑,可以一個(gè)分子和二價(jià)及三價(jià)金屬以1∶1 比例形成螯合物。在溶液中存在多種金屬離子時(shí),EDTA螯合優(yōu)先與穩(wěn)定常數(shù)大的金屬離子進(jìn)行反應(yīng)。螯合物穩(wěn)定常數(shù)表示EDTA 金屬螯合物的穩(wěn)定狀態(tài),LogK(穩(wěn)定常數(shù))越大,表示該螯合物越穩(wěn)定,越有利優(yōu)先發(fā)生螯合反應(yīng)。EDTA 螯合金屬離子穩(wěn)定性排序?yàn)镸o6+>Bi3+>Fe3+>Cu2+>Zn2+>Fe2+>Mn2+>K+>Ca2+>Mg2+。雖然Mo6+和Bi3+穩(wěn)定常數(shù)大,但在食品中含量是極微量的,所以用Fe3+與乙二胺四乙酸二鈉鰲合進(jìn)行含量測(cè)定要比有些文獻(xiàn)方法采用CuCl2作為衍生化試劑要穩(wěn)定得多,其螯合物見(jiàn)圖1。

        圖1 乙二胺四乙酸二鈉鰲合物Fig.1 Chelate of EDTA disodium

        所以本方法中選擇FeCL3作為衍生化試劑進(jìn)行方法檢測(cè)是可靠、可行的。

        2.3 凈化方法的選擇和優(yōu)化

        魚(yú)罐頭等樣品基質(zhì),雖然進(jìn)行了三氯甲烷初步的凈化,但仍然達(dá)不理想的凈化效果,色譜峰分叉比較明顯,無(wú)法進(jìn)行液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜分析測(cè)定,詳見(jiàn)圖2。

        圖2 未經(jīng)MAX 柱陰離子交換柱凈化的乙二胺四乙酸二鈉色譜圖Fig.2 MRM chromatogram of EDTA disodium without the MAX anion exchange column purification

        為此,我們選擇了固相萃取柱的凈化試驗(yàn)。分別選擇HLB、C18、WAX、NH2、MAX 柱進(jìn)行了固相萃取柱的凈化試驗(yàn),結(jié)果表明:HLB、C18、WAX、NH2柱的保留效果不好,起不到凈化的目的;MAX 柱保留效果和凈化效果都比較理想,但洗脫起來(lái)非常困難。如果酸度達(dá)不到一定程度,很難將乙二胺四乙酸二鈉的衍生物從MAX 柱洗脫下來(lái)。為此,我們進(jìn)行了洗脫溶劑的選擇。首先,選取0.2mol·L-1三氯乙酸和甲醇,配制成5%三氯乙酸-甲醇溶液、10%三氯乙酸-甲醇溶液、20%三氯乙酸-甲醇溶液、30%三氯乙酸-甲醇溶液進(jìn)行了MAX 柱的洗脫實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:20%三氯乙酸-甲醇溶液只用10mL 就能完全將乙二胺四乙酸二鈉的衍生物洗脫下來(lái)。但如果不吹干直接上液質(zhì)那是不行的,因?yàn)槿纫宜岬乃岫忍?,質(zhì)譜的峰型很差,無(wú)法進(jìn)行定量分析。如果進(jìn)行吹干處理,處理后樣品中仍然有酸性存在,所以就放棄了這種洗脫方式。其次,選取甲酸、水和甲醇,主要考慮甲酸是揮發(fā)性有機(jī)酸,容易吹干,配制成2%甲酸甲醇水溶液(2+50+48,V/V)、5%甲酸-水-甲醇水溶液(5+50+45,V/V)、10%甲酸-水-甲醇水溶液(10+50+40,V/V)、15%甲酸-水-甲醇水溶液(15+50+35,V/V)進(jìn)行了MAX 柱的洗脫實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:2%甲酸甲醇水溶液和5%甲酸-水-甲醇水溶液所用的洗脫體積大約在15mL 以上,15%甲酸-水-甲醇水溶液洗脫又太快,僅需要1mL,而10%甲酸-水-甲醇水溶液所用洗脫體積在6mL 以內(nèi),吹干后進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè),峰型很好,所以本凈化方法選擇了10%甲酸-水-甲醇水溶液作為洗脫溶劑,具體的洗脫曲線見(jiàn)圖3。

        圖3 MAX 柱陰離子交換固相萃取柱洗脫曲線Fig.3 MAX eluate curve of the anion exchange solid-phase extraction column

        2.4 色譜柱和流動(dòng)相的選擇

        據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[4,6,7],利用液相色譜分析EDTA 螯合物常用的色譜柱為C18色譜柱,流動(dòng)相通常采用四丁基氫氧化銨水溶液等離子對(duì)試劑進(jìn)行分析。如果對(duì)EDTA 螯合物采用LC-MS/MS 進(jìn)行分析測(cè)定,其色譜柱要有一定保留,且離子對(duì)試劑要具有很強(qiáng)的揮發(fā)性,通常的離子對(duì)試劑是不能使用。為此,本試驗(yàn)選擇了C18(50mm×2.1mm(i.d),1.7μm)、Phenyl(50mm×2.1 mm(i.d),1.7μm)液相色譜柱和含有一定量三正丁胺的甲醇水溶液作為流動(dòng)相進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:C18液相色譜柱的色譜峰不尖,而且分叉;而Phenyl 液相色譜柱沒(méi)有出現(xiàn)這種情況,而且分離度和靈敏度都能滿足要求,所以本文的定量分析選擇了Pheny 液相色譜柱作為本實(shí)驗(yàn)方法的色譜柱。對(duì)于流動(dòng)相的選擇,我們選擇了4 種不同溶劑配比:10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH 3.5)-100%甲醇、10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)-80%甲醇水溶液、10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH 3.5)-90%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH 3.5)、10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH 3.5)-95%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH 3.5)。

        試驗(yàn)表明:10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)-90%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)和10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)-95%甲醇水溶液(含5 mmol 三正丁胺,pH3.5)這兩種流動(dòng)相,EDTA 螯合物的出峰時(shí)間和峰形都比較理想,但10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)-95%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)的靈敏度要優(yōu)于10%甲醇水溶液(含5mmol三正丁胺,pH3.5)-90%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)。所以本實(shí)驗(yàn)方法的流動(dòng)相選擇為10%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)-95%甲醇水溶液(含5mmol 三正丁胺,pH3.5)。

        2.5 線性范圍的確定

        在方法所確定的實(shí)驗(yàn)條件下,取一系列不同濃度的乙二胺四乙酸二鈉的衍生物標(biāo)準(zhǔn)溶液,以儀器響應(yīng)峰面積對(duì)乙二胺四乙酸二鈉的衍生物的濃度進(jìn)行線性回歸,結(jié)果表明:當(dāng)乙二胺四乙酸二鈉的衍生物的濃度在1.0~50.0μg·mL-1范圍內(nèi)時(shí),線性關(guān)系良好,其相關(guān)系數(shù)(R2)為0.9922,回歸方程為Y=1368.57x+470.384。當(dāng)樣品中的乙二胺四乙酸二鈉的衍生物濃度超過(guò)上述兩個(gè)線性范圍時(shí),可適當(dāng)加大樣品的稀釋倍數(shù)。

        2.6 方法的測(cè)定低限、回收率和精密度

        2.6.1 測(cè)定低限 測(cè)定低限是根據(jù)有關(guān)國(guó)家在魚(yú)罐頭等食品中對(duì)乙二胺四乙酸二鈉限量要求,而采用添加法進(jìn)行實(shí)測(cè)的情況確定的。乙二胺四乙酸二鈉的測(cè)定低限為20mg·kg-1,其基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)品譜圖、測(cè)定低限譜圖和基質(zhì)的空白譜圖參見(jiàn)圖4~6??蓾M足國(guó)外限量和《基本規(guī)定》要求。

        圖4 乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)品多反應(yīng)監(jiān)測(cè)色譜圖(20mg·kg-1)Fig.4 MRM chromatogram of EDTA disodium derivative standard(20mg·kg-1)

        圖5 魚(yú)罐頭樣品添加(20mg·kg-1)色譜圖Fig.5 Chromatogram of spiked(20mg·kg-1)in canned fish

        圖6 魚(yú)罐頭樣品空白色譜圖Fig.6 Chromatogram of blank in canned fish

        2.6.2 方法的回收率和精密度實(shí)驗(yàn) 本方法以八寶粥罐頭為研究對(duì)象,采用添加法進(jìn)行了三個(gè)水平的回收率試驗(yàn),其回收率、精密度的結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 魚(yú)罐頭中乙二胺四乙酸二鈉的回收率、精密度(n=6)Tab.3 Recoveries and relative standard deviations of EDTA disodium in canned eight ingredient porridge(n=6)

        由表3 可以看出,乙二胺四乙酸二鈉在20~400mg·kg-1濃度范圍之間,方法的回收率在80.75~105.40%之間,精密度均小于10%,符合殘留分析的要求。

        3 結(jié)論

        本文采用固相萃取技術(shù)(SPE)和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)技術(shù)相結(jié)合的分析方法,解決了魚(yú)罐頭等樣品基質(zhì)干擾嚴(yán)重的難題,為食品中乙二胺四乙酸二鈉檢測(cè)和確證,探索了一套新穎的樣品前處理方法和色譜分析方法。該方法應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測(cè),效果理想。

        [1]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 2760-2011 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011:6.

        [2]魏冬旭,胡珅,孫瑩,等.高效液相色譜法測(cè)定食品中乙二胺四乙酸二鈉[J].檢驗(yàn)檢疫學(xué)刊,2013,23(6):50-53.

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