張憲臣,　張朋杰,　時成玉,　華洪波,　容裕棠,　盧俊文,　楊　芳

(1. 中山出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術(shù)中心, 廣東 中山 528403; 2. 中山市卓雅外語學校, 廣東 中山 528401)

食品接觸材料尤其是食品包裝材料已成為與食品不可分割的重要組成部分。研究表明,與食品接觸的器皿、餐廚具、包裝容器以及包裝材料中的有害物質(zhì)已成為食品污染的重要來源之一[1]。鄰苯二甲酸酯類(PAEs)是應(yīng)用最為廣泛的一類塑化劑。熒光增白劑(fluorescent whitening agents, FWAs)和分散染料常作為有色染料廣泛用于紡織、塑料等制品中。這三類物質(zhì)用于食品接觸塑料制品時容易向食品遷移,會對食用者的健康造成潛在危害。目前,歐盟條例EU No. 10/2011(食品接觸材料及容器)和我國標準《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標準》[2]中均對這三類物質(zhì)的最大使用量和遷移量進行了規(guī)定。因此,研究和制定檢測食品接觸材料中這三類物質(zhì)的高通量定性定量方法具有重要現(xiàn)實意義。

目前關(guān)于檢測食品接觸材料中鄰苯二甲酸酯類、熒光增白劑和分散染料的方法主要有白度法[3]、氣相色譜法[4]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[5]、高效液相色譜法[6,7]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[8-16]等。目前現(xiàn)有方法僅針對其中某一類物質(zhì)進行檢測,未見有關(guān)同時檢測食品接觸塑料中這三類污染物的高通量檢測方法。

四極桿/靜電場軌道阱高分辨(Q Orbitrap)質(zhì)譜儀具有分辨率高及定量能力好的優(yōu)點,不同于三重四極桿低分辨質(zhì)譜使用多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式對目標化合物的離子對進行定量分析,Q Orbitrap質(zhì)譜可以利用目標化合物母離子精確的相對分子質(zhì)量直接定量,無需對目標物逐個優(yōu)化子離子及相關(guān)參數(shù),可以極大地節(jié)約檢測時間,同時又能很好地避免低分辨質(zhì)譜易受基質(zhì)干擾而產(chǎn)生假陽性的現(xiàn)象[17,18]。

本研究利用微波輔助萃取對食品接觸塑料制品進行前處理,同時利用超高效液相色譜-四極桿/靜電場軌道阱質(zhì)譜法(UPLC-Q Orbitrap MS)對食品接觸塑料制品中鄰苯二甲酸酯類、熒光增白劑和分散染料進行高通量測定。該法靈敏、快速、簡單、準確、省時、穩(wěn)定、實用,能滿足目前市場的檢測需求。

1　實驗部分

1.1　儀器、試劑與材料

Dione UltiMate 3000高壓液相色譜系統(tǒng)、四極桿/靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜儀(配有加熱電噴霧離子(HESI Ⅱ)源)(美國Thermo Fisher公司); Ethos One微波萃取儀(意大利Milestone公司); ZM 200離心粉碎機(德國Retsch公司); Coulter Avanti J-26XP超高速冷凍離心機(美國Beckman公司);平行定量濃縮儀、B-740再循環(huán)冷卻系統(tǒng)、V-700/701真空泵(瑞士Buchi公司);渦旋振蕩器(德國IKA公司); DTY-B1200電子天平(福州華志科學儀器有限公司)。

鄰苯二甲酸酯類標準品:鄰苯二甲酸單甲酯(MHP)、鄰苯二甲酸單丁酯(MBP)、鄰苯二甲酸二(2-甲氧基)乙酯(DMEP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二(2-乙氧基)乙酯(DEEP)、鄰苯二甲酸二烯丙酯(DAP)、鄰苯二甲酸二異丙酯(DIPrP)、鄰苯二甲酸二丙酯(DPrP)、鄰苯二甲酸二苯酯(DPhP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二芐酯(DBzP)、鄰苯二甲酸單-2-乙基己基酯(MEHP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯(DBEP)、鄰苯二甲酸正戊異戊酯(IPP)、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯(DCHP)、鄰苯二甲酸二異戊酯(DIPP)、鄰苯二甲酸二戊酯(DPP)、鄰苯二甲酸二(4-甲基-2-戊基)酯(BMPP)、鄰苯二甲酸二己酯(DHXP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基己)酯(HEHP)、鄰苯二甲酸二己酯(DHP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二異辛酯(DIOP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)、鄰苯二甲酸二壬酯(DNP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP),純度均≥92.0%;分散染料類標準品:分散黃23、分散紅11、分散紅1、分散黃39、分散黃3、分散橙37、分散橙3、分散橙11、分散藍106、分散藍102、分散紅17、分散藍124,純度均≥91.5%,以上標準品均購自德國Dr. Ehrenstorfer公司;熒光增白劑標準品:熒光增白劑184(C.I.184)、熒光增白劑140(C.I.140)、熒光增白劑135(C.I.135)、熒光增白劑185(C.I.185)、熒光增白劑367(C.I.367)、熒光增白劑162(C.I.162)、熒光增白劑368(C.I.368),純度均≥94.0%,均購自美國International Laboratory公司。甲醇、乙腈、丙酮、正己烷均為色譜純,購自德國Merck公司。食品接觸材料樣品由中山檢驗檢疫局資源與化學品安全監(jiān)管科提供。

1.2　標準溶液的配制

分別稱取適量鄰苯二甲酸酯類標準品,用正己烷配制成1 000 mg/L的單標準儲備液,其中MBP和MEHP用甲醇-丙酮-正己烷(1∶1∶1, v/v/v)混合溶劑溶解后再用正己烷定容；用甲醇稀釋單標準儲備液,配制成質(zhì)量濃度為1 μg/L的混合標準工作液。

分別稱取適量其他標準品,用甲醇溶解并定容,配制成質(zhì)量濃度為1 μg/L的混合標準工作液。

1.3　樣品預(yù)處理

將食品接觸塑料材料樣品剪成0.2 cm×0.2 cm小塊或是片狀,再經(jīng)離心粉碎機粉碎為粒徑<1 mm的顆粒,混勻。稱取1.00 g(精確至0. 01 g)處理過的樣品,置于50 mL萃取管中,加入15 mL甲醇,渦旋30 s,于90 ℃微波萃取10 min,于5 ℃以12 000 r/min離心10 min,收集上清液,置于30 mL玻璃管中,于40 ℃濃縮至干,用甲醇定容至1 mL,渦旋30s,提取液過0.2 μm有機相濾膜,供UPLC-Q Orbitrap MS測定。

1.4　分析條件

1.4.1色譜條件

色譜柱:CAPCELL PAK MG Ⅱ C18柱(150 mm×2.0 mm, 5 μm);柱溫:40 ℃;流動相:A為0.04%(v/v)甲酸甲醇溶液,B為含0.04%(v/v)甲酸和20 mmol/L乙酸銨的水溶液。梯度洗脫程序:0～40.0 min, 35%A～80%A; 40.0～45.0 min, 80%A～95%A; 45.0～55.0 min, 95%A; 55.0～60.0 min, 35%A。進樣量:10 μL。

1.4.2質(zhì)譜條件

離子源為加熱電噴霧電離源,正離子模式;離子源溫度為350 ℃;離子傳輸溫度為325 ℃;鞘氣壓力為4 MPa;輔助氣壓力為1 MPa;毛細管電壓為3.2 kV;掃描模式:全掃描/實時二級質(zhì)譜(Full MS/dd-MS2);采集范圍為m/z100～1 500;一級質(zhì)譜分辨率為70 000 FWHM;二級質(zhì)譜分辨率為17 500 FWHM;碰撞池能量(NCE)為20、40和60 eV。48種污染物的分子式、保留時間、母離子和碎片離子見表1。

表 1 　48種污染物的分子式、保留時間、母離子和碎片離子

表 1 　(續(xù))

2　結(jié)果與分析

2.1　色譜條件的優(yōu)化

本研究考察了CAPCELL PAK MG Ⅱ C18(150 mm×2.0 mm, 5 μm)、Thermo Accucore RP-MS C18 (100 mm×2.1 mm, 2.6 μm)和ACQUITY UPLC BEH C18 (100 mm×2.1 mm, 1.7 μm)色譜柱對48種目標化合物分離效果的影響。結(jié)果顯示,分散黃23在Thermo Accucore RP-MS C18色譜柱上的保留時間不穩(wěn)定,峰形較差;HEHP和DHP互為同分異構(gòu)體,在ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱上無法有效分離;CAPCELL PAK MG Ⅱ C18色譜柱能夠有效分離48種目標化合物,色譜峰峰形尖銳,對稱性好,說明色譜柱粒徑對48種目標化合物的分離有較大影響,粒徑越大分離效果越穩(wěn)定。因此實驗選用CAPCELL PAK MG Ⅱ C18色譜柱(150 mm×2.0 mm, 5 μm)。

在正離子模式下對48種目標化合物進行檢測,為提高目標化合物的響應(yīng)值,本研究在流動相A和流動相B中均添加了甲酸。同時考察了流動相中的水相,比較了含0.04%(v/v)甲酸和20 mmol/L乙酸銨的水溶液和0.1%(v/v)甲酸水溶液對48種目標化合物色譜分離和質(zhì)譜響應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),使用含0.04%(v/v)甲酸和20 mmol/L乙酸銨的水溶液時,48種目標化合物的質(zhì)譜響應(yīng)均顯著增加,色譜峰峰形尖銳,對稱性良好。因此本研究選擇含0.04%(v/v)甲酸和20 mmol/L乙酸銨的水溶液為流動相中的水相。在優(yōu)化后的色譜條件下,一次進樣即可完成48種目標化合物的同時分離和測定。48種污染物混合標準溶液(1.0 μg/L)的選擇離子色譜圖見圖1。

圖 1 　48種污染物混合標準溶液(1.0 μg/L)的色譜圖Fig. 1 　Chromatograms of the 48 contaminants in a mixed standard solution (1.0 μg/L)Peak Nos. 1-48 are the same as that in Table 1.

2.2　質(zhì)譜條件的優(yōu)化

在正離子模式下,以流動注射方式對48種污染物進行一級全掃描,采用Full MS/dd-MS2掃描模式,設(shè)定掃描范圍為m/z150～1 000,并以每個目標化合物的母離子(見表1)建立二級掃描的目標列表。在實際掃描過程中,當一級全掃描發(fā)現(xiàn)目標列表里的母離子且信號強度超過預(yù)設(shè)值時就會觸發(fā)數(shù)據(jù)依賴子離子掃描模式,進而獲得對應(yīng)母離子精確相對分子質(zhì)量的二級離子全掃描質(zhì)譜信息,以實現(xiàn)定性確證。

2.3　前處理條件的優(yōu)化

2.3.1萃取溶劑的選擇

以加標陰性食品接觸塑料(30 μg/kg)為樣品對萃取溶劑進行優(yōu)化,每個樣品平行測定3次。根據(jù)萃取溶劑的介電常數(shù)越大即極性越大、對微波的吸收能力越強的原則,本研究考察了乙腈、丙酮、乙腈-丙酮-三氯甲烷(1∶1∶1, v/v/v)和甲醇和甲醇-丙酮-正己烷(1∶1∶1, v/v/v)5種萃取溶劑(見圖2)。結(jié)果表明,采用乙腈萃取時,DMEP和分散染料的回收率均低于50%;采用丙酮萃取時,7種熒光增白劑的回收率均低于20%;采用乙腈-丙酮-三氯甲烷(1∶1∶1, v/v/v)萃取時,部分塑化劑的回收率低于70%, 7種熒光增白劑和部分分散染料的回收率低于40%,達不到檢測要求;采用甲醇和甲醇-丙酮-正己烷(1∶1∶1, v/v/v)萃取時,29種鄰苯二甲酸酯類污染物和7種熒光增白劑的回收率均可達到70%,但是采用甲醇-丙酮-正己烷(1∶1∶1, v/v/v)時,分散紅1和分散黃3的回收率低于60%。因此最終選取甲醇作為萃取溶劑。

圖 2 　不同萃取溶劑對48種污染物回收率的影響Fig. 2 　Effect of different extraction solvents on the recoveries of the 48 contaminants

圖 3 　不同萃取溫度對48種污染物回收率的影響Fig. 3 　Effect of different extraction temperatures on the recoveries of the 48 contaminants

2.3.2微波萃取溫度的選擇

較高的萃取溫度能夠提高萃取效率,但萃取溫度過高會破壞目標化合物,同時帶來一定的安全隱患。實驗考察了不同萃取溫度(60、75、90和100 ℃)對48種污染物萃取效率的影響(見圖3)。結(jié)果表明,萃取溫度為60 ℃和75 ℃時,目標化合物的萃取效率較低;萃取溫度為90 ℃時,目標化合物的萃取效率最高;萃取溫度為100 ℃時,目標化合物的萃取效率有所下降，可能是因為萃取套管屬非密閉容器,套管內(nèi)溶劑溫度過高會導(dǎo)致套管內(nèi)壓力過高,部分目標化合物損失,導(dǎo)致結(jié)果偏低。因此實驗選擇90 ℃為最優(yōu)萃取溫度。

2.3.3微波萃取時間的選擇

為防止萃取液的泄漏和目標化合物的損失,微波萃取時間不宜過長。實驗考察了不同萃取時間(4、6、10和12 min)對48種污染物萃取效率的影響(見圖4)。結(jié)果表明,微波萃取時間為4～6 min時目標化合物的提取效率偏低;微波萃取時間為10 min時大部分目標化合物的萃取效率最高;微波萃取時間增加至12 min時部分目標化合物的萃取效率降低,可能是因為萃取時間過程長使目標化合物降解。為提高萃取效率、節(jié)省時間,實驗選擇10 min作為最優(yōu)超聲時間。

圖 4 　不同萃取時間對48種污染物回收率的影響Fig. 4 　Effect of different extraction time on the recoveries of the 48 contaminants

2.3.4離心條件和濃縮條件的優(yōu)化

食品接觸塑料基質(zhì)復(fù)雜,萃取溶液溶解的雜質(zhì)會對UPLC-Q Orbitrap MS的靈敏度產(chǎn)生一定影響。本研究采用低溫高速離心的方法對萃取溶液進行凈化,能夠有效地減少基質(zhì)對UPLC-Q Orbitrap MS靈敏度的影響。本研究對樣品提取液進行濃縮,選擇平行樣品定量濃縮儀減壓濃縮樣品提取液,并對濃縮的條件進行摸索,確定濃縮溫度為50 ℃,冷凝溫度為-2 ℃,真空度采用梯度下降的方式(0.03 MPa,10 min;0.01 MPa,10 min;0.003 MPa,濃縮至干)。該方法可以同時濃縮處理24份樣品提取液,完全濃縮至干僅需40 min。該處理方法能夠有效降低檢測成本,提高檢測質(zhì)量和效率。

2.4　方法學驗證

2.4.1標準曲線、線性范圍和檢出限

準確量取適量混合標準儲備工作液,用甲醇-水(65∶35, v/v)溶液稀釋,配制系列混合標準工作液,在1.4節(jié)條件下依次測定,以定量離子的峰面積(Y)為縱坐標、相應(yīng)的質(zhì)量濃度(X, μg/L)為橫坐標繪制標準曲線。結(jié)果顯示,目標化合物在各自的范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)(r)均大于0.995(見表2)。

向陰性樣品中添加不同質(zhì)量濃度的混合標準工作液,按上述方法繪制基質(zhì)標準曲線,用基質(zhì)標準曲線各濃度點偏離值(實際值與理論值之差)標準偏差的3.3倍濃度確定方法的檢出限(LOD), 10倍濃度確定方法的定量限(LOQ)[18]。結(jié)果顯示,48種目標化合物的檢出限為0.1～1.0 μg/kg,定量限為0.3～3.0 μg/kg。

表 2 　48種污染物的線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

Y: peak area;X: mass concentration, μg/L.

2.4.2準確度和精密度

在陰性食品接觸塑料樣品(包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)和聚碳酸酯(PC))中進行3個水平(30、60和300 μg/kg)的加標回收試驗,每個水平平行6次。結(jié)果表明,48種污染物的平均加標回收率為71.2%～108.8%,相對標準偏差為2.2%～11.8%(見表S1,詳見http:/ /www.chrom-China.com/UserFiles/File/1801047-SI.pdf)。

2.4.3實際樣品檢測

利用本研究建立的分析方法檢測31批實際樣品(包括10批聚丙烯樣品、7批聚乙烯樣品,8批聚對苯二甲酸乙二酯樣品和6批聚碳酸酯樣品)。結(jié)果表明,在1批聚丙烯樣品中檢出DEHP,含量為225.1 μg/kg;在1批聚對苯二甲酸乙二酯樣品中檢出分散藍124,含量為97.9 μg/kg。

3　結(jié)論

本研究建立了UPLC-Q Orbitrap MS檢測食品接觸塑料中48種污染物的方法。該法靈敏、快速、簡單、準確、省時、穩(wěn)定、實用,方法學結(jié)果滿足GB/T 27404-2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》的技術(shù)要求,適用于檢測實驗室大批量食品接觸塑料樣品。