柳阿芳，劉釗，劉璞，王凱，雷朋娜，王慧，沈明軍

（1. 湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，長沙 410007； 2. 湖南省產(chǎn)商品評審中心，長沙 410007）

苯乙烯為無色至淡黃色液體，由乙基苯脫氫而成，是用于合成塑料及橡膠的一種重要單體。苯乙烯可與多種單體共聚，被廣泛用于食品包裝。聚苯乙烯是由苯乙烯單體加聚合成，其在食品包裝上主要用于制成食品盒、托盤、餐具等；苯乙烯與丁二烯（PS）或2-甲基-1,3-丁二烯（PS）共聚材料，具有高透明性和耐沖擊性，被用于制作各種包裝容器，如盒、杯、罐等；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)及丙烯腈-苯乙烯(AS)材料，具有良好的熱塑性和耐酸堿性，常用于制作管材和包裝容器。苯乙烯類聚合材料及制品在與食品接觸的過程中，其殘留的低分子單體物質(zhì)，如苯乙烯、丁二烯、丙烯腈等有害物質(zhì)有可能會遷移到食品中，對人體健康造成潛在的威脅[1]。

GB 9685—2016[2]《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》及GB 4806.6—2016[3]《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用塑料樹脂》等食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)對食品接觸用PS、AS、ABS等苯乙烯類聚合材料中的1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、丙烯腈遷移量，以及苯乙烯、乙苯含量進(jìn)行了限制。其中2-甲基-1,3-丁二烯遷移量分析方法無國家標(biāo)準(zhǔn)；國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31604.17—2016[4]采用氣相色譜法測定丙烯腈遷移量，使用的是較為少見的氮磷檢測器；GB 4806.6—2016[3]規(guī)定了PS材料及制品中苯乙烯、乙苯殘留量限量要求，未對其遷移量進(jìn)行要求且沒有相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)，而國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5749—2006[5]《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對飲用水中苯類化合物有限量要求（要求乙苯小于0.3 mg/L、苯乙烯小于0.02 mg/L），因此有必要對苯乙烯類聚合材料中單體遷移量的檢測方法進(jìn)行系統(tǒng)研究。

目前研究較多的是苯乙烯類塑料制品中有害殘留物的測定方法。袁麗鳳等[6]建立了溶解沉淀—?dú)庀嗌V同時(shí)測定丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）塑料中9種有毒有害殘留單體的分析方法，包括丙烯腈、甲苯、苯乙烯、乙苯、二甲苯等單體。周良春[7]建立了溶解沉淀-氣相色譜質(zhì)譜檢測方法測定食品接觸用聚苯乙烯（PS）塑料中的10 種有機(jī)物，包括苯、丙烯腈、苯乙烯、甲苯、乙苯、二甲苯等。日本國立醫(yī)藥儀器食品衛(wèi)生研究所河村葉子等[8]對食品包裝用聚苯乙烯成型制品中的苯乙烯低聚物進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

近幾年，學(xué)者們開始研究食品接觸用苯乙烯類塑料制品中有害物質(zhì)遷移量的測定方法。趙曉甫等[9]采用內(nèi)標(biāo)法定量，建立了測定食品接觸用塑料制品中2-甲基-1,3-丁二烯含量的頂空-氣相色譜方法，并運(yùn)用此方法研究了食品接觸用塑料制品中2-甲基-1,3-丁二烯遷移量。陳明等[10]探討了與食品接觸的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）材料在蒸餾水、3%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇（以上均為體積分?jǐn)?shù)，下同）5種水性模擬物中苯乙烯遷移量的測定方法。韓陳等[11]建立了頂空-氣相色譜法探討聚丙烯腈類食品接觸材料中3種腈類化合物的遷移規(guī)律，以及測定食品接觸材料中乙苯、苯乙烯等14種苯類化合物的遷移量，并探討其遷移規(guī)律[12]。謝永萍等[13]對食品接觸材料成型品中（PS、AS、ABS材料）苯乙烯單體遷移風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究。李波等[14]研究了發(fā)泡餐盒中苯乙烯單體和低聚物測定方法及其遷移風(fēng)險(xiǎn)評估。陳明等[15]研究了AS和ABS塑料類食品接觸材料中丙烯腈遷移行為。國外學(xué)者研究較多的是食品接觸材料中苯乙烯單體檢測方法及向食品或模擬物的遷移風(fēng)險(xiǎn)[16-17]。以上報(bào)道文獻(xiàn)均只對苯乙烯類聚合材料中的一種或兩種單體遷移量進(jìn)行了研究，尚未有該類制品中可遷移單體檢測方法的全面報(bào)道。

筆者開發(fā)了頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)測定苯乙烯類聚合材料及制品中1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、苯乙烯、乙苯、丙烯腈等5種單體的遷移量，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測食品接觸用苯乙烯類聚合材料中5種有害單體遷移量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：TRACE 1310 ISQ 型，賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

頂空自動進(jìn)樣器：HS 86.50 型， 意大利DANI公司。

甲醇中1,3-丁二烯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：2 000 mg/L，貨號為14449000（批次號：996048），美國o2si公司。

2-甲基-1,3-丁二烯、丙烯腈、苯乙烯、乙苯標(biāo)準(zhǔn)品：質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為99.9%、99.5%、99.8%、99.9%，德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。

N,N-二甲基-甲酰胺（DMF）：HPLC 級，上海麥克林生化科技有限公司；

無水乙醇、乙酸：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司（滬試）。

橄欖油：化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司（滬試）。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液A：含有2-甲基-1,3-丁二烯、丙烯腈、乙苯、苯乙烯，各組分的質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，分別稱取0.02 g 2-甲基-1,3-丁二烯、丙烯腈、乙苯、苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于10 mL容量瓶中，用色譜純DMF定容至標(biāo)線。

混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液B：含有1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、丙烯腈、乙苯、苯乙烯，各組分質(zhì)量濃度均為100 mg/L，分別移取0.5 mL 甲醇中1,3-丁二烯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液A 于10 mL 容量瓶中，用色譜純DMF定容至標(biāo)線。

系列混合標(biāo)準(zhǔn)中間液：分別吸取0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0 mL 混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液B 于10 mL 容量瓶中，用色譜純DMF 定容至標(biāo)線，得到1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、丙烯腈、乙苯、苯乙烯的質(zhì)量濃度均分別為0.1、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液。

系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：分別移取1.00 mL 水基食品模擬物（10%乙醇溶液、4%乙酸溶液、20%乙醇溶液、50%乙醇溶液）或稱取1.0 g 橄欖油模擬物于6只頂空瓶中，然后分別迅速加入100 μL系列混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，壓蓋密封，混勻。制備得到各組分質(zhì)量濃度均分別為0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0 mg/kg的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.3 儀器工作條件

1.3.1 頂空進(jìn)樣器

（1）水基食品模擬物。平衡溫度：70 ℃；定量環(huán)溫度：80 ℃；傳輸線溫度：90 ℃；平衡時(shí)間：30 min。

（2）橄欖油模擬物。平衡溫度：100 ℃；定量環(huán)溫度：110 ℃；傳輸線溫度：120 ℃；頂空平衡時(shí)間：30 min。

1.3.2 色譜儀

色譜柱：TG-WAX MS 毛細(xì)管柱[60 m×0.25 mm，0.25 μm，賽默飛世爾科技（中國）有限公司]；進(jìn)樣口溫度：230 ℃；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣，分流比為10∶1；載氣：高純氦氣，流量為1.5 mL/min；升溫程序：初始溫度40 ℃，保持4 min，以15 ℃/min 升至160 ℃，再以30 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。

1.3.3 質(zhì)譜儀

離子源：電子轟擊電離源（EI）；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：230 ℃；監(jiān)測方式：選擇離子掃描模式（SIM）；電離能量：70 eV；溶劑延遲時(shí)間：3 min。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31604.1—2015[18]以及GB 5009.156—2016[19]的標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇合適的條件對樣品進(jìn)行遷移試驗(yàn)，得到食品模擬液，冷卻至室溫后待測。移取遷移試驗(yàn)后的水基食品模擬液1.00 mL或稱取橄欖油模擬液1.0 g于20 mL頂空瓶中，再加入DMF 100 μL，迅速加蓋密封混勻，得到樣品測試液。按照1.3儀器工作條件編輯測定程序，上機(jī)測試系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液以及樣品測試液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，外標(biāo)法計(jì)算各目標(biāo)物在食品模擬液中的遷移量。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

比較了TG-5 MS 型毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、TG-Wax MS 型毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、TG-Wax MS 型毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）3種不同極性及長度的色譜柱對5 種目標(biāo)化合物的分離效果。結(jié)果表明，使用TG-5MS型弱極性色譜柱時(shí)，1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯及丙烯腈等3 種目標(biāo)物分離效果不佳；使用TG-WAX型強(qiáng)極性色譜柱時(shí)，5種目標(biāo)物可分離，當(dāng)選擇使用長度為60 m 的色譜柱時(shí)，1,3-丁二烯與2-甲基-1,3-丁二烯可完全達(dá)到基線分離，因此最終選擇TG-Wax MS 毛細(xì)管（60 m×0.25 mm，0.25 μm）色譜柱作為分析柱。

2.2 色譜條件的優(yōu)化

2.2.1 分流比

當(dāng)分流比為1∶1 或5∶1時(shí)，1,3-丁二烯與2-甲基-1,3-丁二烯分離效果不佳；當(dāng)分流為20∶1 時(shí)，單體的響應(yīng)較小，方法檢出限得不到滿足；當(dāng)分流比為10∶1時(shí)，各目標(biāo)物均完全分離且滿足方法檢出限等要求。故選擇分流比為10∶1。

2.2.2 載氣流量

當(dāng)載氣流量大于3 mL/min 時(shí)，1,3-丁二烯與2-甲基-1,3-丁二烯分離效果不佳，且隨著流量變大柱流失也變大；當(dāng)載氣流量為1.0 mL/min及以下時(shí)，儀器分析時(shí)間較長；當(dāng)載氣流量為1.5 mL/min時(shí)，完全滿足各目標(biāo)物的分離要求，故選擇載氣的流量為1.5 mL/min。

2.3 頂空平衡溫度及時(shí)間的確定

2.3.1 頂空平衡溫度的優(yōu)化

分別設(shè)置平衡溫度為40、50、60、70、80、90 ℃，考察水基模擬液中目標(biāo)物色譜峰面積見圖1～圖4。

圖1 4%乙酸基質(zhì)中不同頂空平衡溫度下目標(biāo)物的色譜峰面積

圖3 20%乙醇基質(zhì)中不同頂空平衡溫度下目標(biāo)物的色譜峰面積

圖4 50%乙醇基質(zhì)中不同頂空平衡溫度下目標(biāo)物的色譜峰面積

由圖1～圖4 可知，當(dāng)平衡溫度在70 ℃及以下時(shí)，隨著溫度的增加，1,3-丁二烯和2-甲基-1,3-丁二烯色譜峰面積變化不大；當(dāng)平衡溫度為80 ℃時(shí)，色譜峰面積顯著下降；當(dāng)平衡溫度在70 ℃時(shí)，丙烯腈、乙苯、苯乙烯等目標(biāo)物在各食品模擬物中的響應(yīng)值均相對較大。綜合考慮，選擇水基模擬物的頂空平衡溫度為70 ℃。

分別設(shè)置平衡溫度為70、80、90、100、110、120 ℃，考察橄欖油模擬物中目標(biāo)物的色譜峰面積見圖5。

圖5 橄欖油基質(zhì)中不同頂空平衡溫度下目標(biāo)物的色譜峰面積

由圖5可知，隨著頂空平衡溫度的升高，各目標(biāo)單體（除1,3-丁二烯單體外）的響應(yīng)值明顯增大；但與此同時(shí)，橄欖油模擬物中的雜質(zhì)響應(yīng)值也隨之增大，會對各目標(biāo)物定性和定量產(chǎn)生一定干擾，也增加了頂空瓶漏氣和爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合考慮目標(biāo)物檢測靈敏度，選擇橄欖油模擬物頂空平衡溫度為100 ℃。

2.3.2 頂空平衡時(shí)間的優(yōu)化

設(shè)定頂空平衡時(shí)間分別為10、15、20、30、40、50 min，考察目標(biāo)物的色譜峰面積。結(jié)果表明，1,3-丁二烯及2-甲基-1,3-丁二烯平衡時(shí)間為15 min 時(shí)已達(dá)到穩(wěn)定；苯乙烯、乙苯、丙烯腈等目標(biāo)物在平衡時(shí)間為30 min以上時(shí)響應(yīng)值最大且響應(yīng)值較為穩(wěn)定，因此選擇樣品平衡時(shí)間為30 min。

2.4 方法的線性范圍與檢出限

按照1.3儀器工作條件，分別測定各食品模擬物的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以質(zhì)量濃度x為橫坐標(biāo)，峰面積y為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸，計(jì)算線性方程和相關(guān)系數(shù)。

以3倍信噪比對應(yīng)的目標(biāo)物在樣品中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為方法檢出限，以10倍信噪比對應(yīng)的目標(biāo)物在樣品中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為方法定量限。

5 種目標(biāo)物的線性方程、相關(guān)系數(shù)、方法檢出限、定量限見表1。

表1 樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

由表1 可知，在質(zhì)量濃度為0.01～1 mg/kg 的范圍內(nèi)，各目標(biāo)物均具有較好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.998，方法檢出限為0.001～0.003 mg/kg，定量限為0.003～0.01 mg/kg。該方法的靈敏度完全適用于GB 9685—2016 和GB 4806.6—2016 標(biāo)準(zhǔn)對各目標(biāo)物的限量要求。

2.5 樣品加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

分別選取4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇及橄欖油5 種食品模擬液，在各空白樣品模擬液中，分別加入三個(gè)水平的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，在1.3儀器工作條件下，對每個(gè)水平做6個(gè)平行試樣，分別計(jì)算5 個(gè)目標(biāo)物的平均回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 樣品加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，3 個(gè)加標(biāo)水平下，4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇及橄欖油基質(zhì)中5種目標(biāo)物的平均回收率為80.2%～119%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.6%～8.7%（n=6），表明所建立的方法具有較高的準(zhǔn)確度和較好的精密度，可以滿足檢驗(yàn)的要求。

3 結(jié)語

建立了頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)測定苯乙烯類聚合物材料及制品中的1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、苯乙烯、乙苯、丙烯腈等5 種單體分別在10%乙醇、4%乙酸、20%乙醇、50%乙醇和橄欖油5種模擬液中的特定遷移量。分別對色譜柱、載氣流量、分流比、頂空平衡溫度和時(shí)間等條件進(jìn)行了優(yōu)化，建立的方法具有樣品前處理簡單，色譜分離效果好，回收率及精密度高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對PS、ABS、AS等苯乙烯類食品接觸材料及制品中5種有害單體的快速分析檢測，完全符合GB 4806.6—2016對于單體遷移量檢測的要求，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和前景。