張競(jìng)帆 趙世鑫 溫建宇 高 君，*

（1.中輕紙品檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司，北京，100020；2.國(guó)家紙張質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，北京，100020）

1,3-二氯-2-丙醇（1,3-DCP）和3-氯-1,2-丙二醇（3-MCPD）在紙和紙板中主要前體物質(zhì)為環(huán)氧氯丙烷（epichlorohydrin，ECH），是一種形成聚酰胺環(huán)氧氯丙烷（polyamide-epichlorohydrin，PAE）樹脂的單體[1]。PAE 樹脂作為常用的濕強(qiáng)劑，以其獨(dú)特的高濕強(qiáng)性能、不發(fā)黃、不含甲醛等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于紙和紙板的制造中，如紙基食品接觸材料（food contact materials，F(xiàn)CM），以賦予紙和紙板所需的物理穩(wěn)定性[2]。然而，PAE樹脂中所含的ECH可能通過與氯離子反應(yīng)產(chǎn)生1,3-DCP，或通過在水介質(zhì)中水解產(chǎn)生3-MCPD，會(huì)引起潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，特別是紙和紙板在生產(chǎn)和使用過程中極易接觸水[3]。由于1,3-DCP和3-MCPD 具有潛在的毒性和疑似致癌性，德國(guó)聯(lián)邦風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究所（BFR）對(duì)沒有功能屏障的食品接觸用紙和紙板的水萃取物中3-MCPD和1,3-DCP設(shè)定了限值（分別為12、2 μg/L）；GB 4806.8—2022《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料用紙和紙板材料及制品》對(duì)10 g 樣品在250 mL 水提取液中3-MCPD 和1,3-DCP 的限值分別設(shè)為12 μg/L和不得檢出（檢出限為2 μg/L）。

目前，紙和紙板領(lǐng)域有關(guān)氯丙醇的檢測(cè)研究主要集中在成品端[1-2,4]，原材料濕強(qiáng)劑中1,3-DCP 和3-MCPD 的檢測(cè)報(bào)道較少。李永輝等人[5]對(duì)環(huán)保型濕強(qiáng)劑與普通濕強(qiáng)劑中氯丙醇含量進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，普通濕強(qiáng)劑中1,3-DCP 和3-MCPD 的含量較環(huán)保濕強(qiáng)劑最高分別達(dá)1.02 萬倍和7840 倍?，F(xiàn)有的氯丙醇檢測(cè)方法過程涉及液-液萃取、固相萃取、衍生化及脫水等步驟[6-7]，過程繁瑣且檢測(cè)成本高，相比之下，無需有機(jī)溶劑和衍生劑的快速檢測(cè)方法更適合原材料端氯丙醇的篩查與控制。

頂空法用于氯丙醇的測(cè)定時(shí)，無需使用有機(jī)試劑和衍生劑，時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本及環(huán)保性均優(yōu)于其他方法。Crews等人[8]采用頂空/低溫捕獲-氣相色譜質(zhì)譜，分析了醬油中1,3-DCP的含量，檢出限為0.003 mg/kg；苗虹等人[9]采用手動(dòng)頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜，對(duì)醬油中1,3-DCP進(jìn)行了測(cè)定，檢出限為2 μg/kg；Wei等人[10]采用頂空固相微萃取氣相色譜，檢測(cè)了造紙PAE濕強(qiáng)劑中1,3-DCP的含量。然而，由于1,3-DCP沸點(diǎn)低且易揮發(fā)，易于檢測(cè)，而3-MCPD沸點(diǎn)高、不易揮發(fā)，易導(dǎo)致色譜峰型差和靈敏度低，無法達(dá)到痕量分析的條件，不易直接檢測(cè)，上述方法均缺少對(duì)3-MCPD的檢測(cè)。若通過優(yōu)化測(cè)試方法參數(shù)實(shí)現(xiàn)頂空法對(duì)1,3-DCP和3-MCPD的同時(shí)檢測(cè)，則檢測(cè)效率和成本均可大幅改善（相比于目前的固相萃取-衍生化-氣相色譜質(zhì)譜法，前處理時(shí)間可由6 h縮短至0.2 h）。本研究通過對(duì)頂空固相微萃取、氣相色譜質(zhì)譜儀相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立了應(yīng)用于造紙PAE濕強(qiáng)劑中1,3-DCP和3-MCPD的全自動(dòng)頂空固相微萃取氣相色譜質(zhì)譜（HS-SPME-GCMS）的檢測(cè)方法，該方法簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高，適用于原材料氯丙醇含量的非衍生化法快速檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

氣相色譜質(zhì)譜儀（8890-5977，美國(guó)Aglient Technology）；CTC 多功能氣相色譜進(jìn)樣器（PAL RSI 85，瑞士思特斯分析儀器有限公司）；Milli-Q 純水系統(tǒng)（法國(guó)默克）。

固相微萃取頭（瑞士思特斯分析儀器有限公司）：聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS，7 μm/30 μm/100 μm）萃取頭；二乙烯基苯/聚二甲基硅氧烷（Divinylbenzene/Polydimethylsiloxane，DVB/PDMS，65 μm）萃取頭；二乙烯基苯/碳寬范圍/聚二甲基硅氧烷（Divinylbenzene/Carbon Wide Range/Polydimethylsiloxane，DVB/CWR/PDMS，80 μm） 萃取頭；氯化鈉，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純。15 批次PAE 濕強(qiáng)劑樣品分別來源于浙江邦成化工有限公司、浙江傳化華洋化工有限公司、山東奧賽新材料有限公司、索理思（上海）化工有限公司及中國(guó)制漿造紙研究院有限公司，編號(hào)1#～15#。

色譜柱：DB-WAX 毛細(xì)管柱（30 mm×0.25 mm×0.25 μm）、HP-5MS 毛 細(xì) 管 柱（30 mm×0.25 mm×0.25 μm）、DB-624色譜柱（60 mm×0.32 mm×1.8 μm）。

1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

1,3-DCP標(biāo)準(zhǔn)品（純度99.7%，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）；3-MCPD 標(biāo)準(zhǔn)品（純度97.4%，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）；超純水，實(shí)驗(yàn)室自制。

氯丙醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（10 mg/mL）：分別稱取1,3-DCP 標(biāo)準(zhǔn)品和3-MCPD 標(biāo)準(zhǔn)品各100 mg，用水溶解后轉(zhuǎn)移至10 mL 容量瓶中，并用水定容至刻度線，根據(jù)需要配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，此標(biāo)準(zhǔn)工作溶液現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 試樣準(zhǔn)備

量取2.0 mL PAE 濕強(qiáng)劑置于20 mL頂空瓶，加入1.2 g氯化鈉，擰緊瓶蓋。

1.2.2 固相微萃取固相微萃取時(shí)間為30 min、溫度為30 ℃；樣品解析時(shí)間為2 min；加熱器轉(zhuǎn)速為250 r/min。

1.2.3 色譜質(zhì)譜條件

色譜柱為DB-WAX 毛細(xì)管柱（30 mm×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；分流模式選擇不分流；進(jìn)樣量1 μL；升溫程序60 ℃保持2 min，以速率8 ℃/min 升至200 ℃，保持0.5 min，后運(yùn)行溫度220 ℃，保持1 min；載氣為氦氣；恒流模式，流速為1.0 mL/min；質(zhì)譜掃描模式選擇離子監(jiān)測(cè)；離子源為EI，溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；定性及定量離子如表1 所示，空白基質(zhì)1,3-DCP 和3-MCPD 提取離子流圖及質(zhì)譜圖如圖1所示。

圖1 空白基質(zhì)下1,3-DCP和3-MCPD提取離子流圖及質(zhì)譜圖Fig.1 Ion flow and mass spectra of 1,3-DCP and 3-MCPD extracted from blank substrate

表1 定性及定量離子Table 1 Qualitative and quantitative ions

1.2.4 結(jié)果計(jì)算

分別以1,3-DCP、3-MCPD 的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液響應(yīng)值和對(duì)應(yīng)的濃度點(diǎn)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過外標(biāo)法分別計(jì)算試樣中1,3-DCP、3-MCPD的含量。

1.3 不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)3-MCPD響應(yīng)的影響

考察3 種不同色譜柱（DB-WAX、HP-5MS、DB-624）、5 種不同萃取頭（PDMS，7/30/100 μm；DVB/PDMS，65 μm；DVB/CWR/PDMS，80 μm）、濕強(qiáng)劑體積（1、2、3、4、5、8、10 mL）、固相微萃取時(shí)間（5、10、20、30、40、50 min）、解析時(shí)間（1、2、3、4、5 min）、固相微萃取溫度（40、50、60、70、80、90 ℃）、NaCl 加入量（0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 g）、加熱器轉(zhuǎn)速（250、300、350、400、450、500 r/min）對(duì)3-MCPD 響應(yīng)的影響，尋找3-MCPD 最佳質(zhì)譜響應(yīng)條件。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 27.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)3-MCPD響應(yīng)的影響

由于3-MCPD 高沸點(diǎn)和低揮發(fā)的性質(zhì)，直接測(cè)試往往會(huì)導(dǎo)致色譜峰型差和靈敏度低，相比之下，1,3-DCP的沸點(diǎn)低且易揮發(fā)，因此本研究主要針對(duì)3-MCPD的響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化。

2.1.1 色譜柱和萃取頭對(duì)3-MCPD響應(yīng)的影響

本研究選取了3 種不同極性的色譜柱（DBWAX、HP-5MS、DB-624）進(jìn)行3-MCPD 的測(cè)試，分別為極性、中極性和弱極性色譜柱。圖2顯示了不同色譜柱和萃取頭對(duì)3-MCPD 響應(yīng)值的影響。3-MCPD在3 種色譜柱上的響應(yīng)如圖2(a)所示，其中3-MCPD在DB-WAX 和HP-5MS 色譜柱上的響應(yīng)值遠(yuǎn)高于在DB-624上的響應(yīng)，而在DB-WAX和HP-5MS之間沒有顯著性差異（P>0.05），但由于3-MCPD 極性較強(qiáng)，其在弱極性色譜柱HP-5MS 上峰型差（表現(xiàn)為駝峰），因此選取DB-WAX進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖2 不同色譜柱和萃取頭對(duì)3-MCPD響應(yīng)值的影響Fig.2 Effect of chromatographic column and extraction head on 3-MCPD response

不同萃取頭對(duì)3-MCPD 的響應(yīng)影響如圖2(b)所示，結(jié)果表明，DVB-CWR-PDMS 萃取頭使3-MCPD 響應(yīng)值達(dá)到最大，而3-MCPD 在不同膜厚PDMS 固相微萃取頭（7、30、100 μm）的響應(yīng)值無顯著性差異（P>0.05），且響應(yīng)值遠(yuǎn)小于其余2種萃取頭，這是由于聚二甲基硅氧烷與3-MCPD 極性相差較大，因此后續(xù)選取DVB-CWR-PDMS萃取頭進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 液體體積和解析時(shí)間對(duì)3-MCPD響應(yīng)的影響

在靜態(tài)頂空分析中，最有效提高頂空分析靈敏度的方法是提高樣品量，但由于被分析物質(zhì)在氣相濃度與其在初始樣品中濃度的比值受被測(cè)物質(zhì)的兩相分配系數(shù)影響[11]，在響應(yīng)值方面的表現(xiàn)也不同，同時(shí)還會(huì)受加熱器轉(zhuǎn)速等條件的影響。不同PAE 濕強(qiáng)劑液體體積對(duì)3-MCPD 響應(yīng)的影響結(jié)果如圖3(a)所示。從圖3(a)可以看出，液體體積為2 mL 時(shí)，3-MCPD 響應(yīng)值最高，且與液體體積為1 mL時(shí)3-MCPD的響應(yīng)值具有顯著性差異（P<0.05），因此選擇2 mL 作為后續(xù)的液體體積進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖3 不同液體體積和解析時(shí)間對(duì)3-MCPD響應(yīng)值的影響Fig.3 Effect of liquid volume and desorption time on 3-MCPD response

本方法氣相進(jìn)樣口未設(shè)置冷阱進(jìn)行富集，過長(zhǎng)的解析時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致被測(cè)物由于無法聚焦，使長(zhǎng)時(shí)間的解析條件下3-MCPD 響應(yīng)下降。不同固相微萃取頭解析時(shí)間對(duì)3-MCPD 響應(yīng)的影響如圖3(b)所示。從圖3(b)可以看出，不同解析時(shí)間下，3-MCPD的響應(yīng)之間均有顯著性差異（P<0.05），在解析時(shí)間為2 min時(shí)，3-MCPD的響應(yīng)值最高，因此選擇2 min作為后續(xù)解析時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.1.3 固相微萃取溫度和時(shí)間對(duì)3-MCPD響應(yīng)的影響

一般而言，提高頂空進(jìn)樣瓶的平衡溫度將增加被分析物質(zhì)的氣-液分配系數(shù)，從而提高頂空分析的靈敏度[11]。但過高的頂空溫度升高會(huì)導(dǎo)致頂空瓶中溶劑飽和蒸汽壓呈指數(shù)上升，使被測(cè)物質(zhì)在氣相中的濃度降低，表現(xiàn)為3-MCPD 的響應(yīng)值呈降低趨勢(shì)。不同固相微萃取溫度對(duì)3-MCPD 響應(yīng)的影響如圖4(a)所示。從圖4(a)可以看出，當(dāng)固相微萃取溫度為60 ℃時(shí)，3-MCPD 響應(yīng)達(dá)到最大，因此選擇60 ℃作為后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的溫度。

圖4 不同固相微萃取時(shí)間和溫度對(duì)3-MCPD響應(yīng)值的影響Fig.4 Effect of solid-phase microextraction time and temperature on 3-MCPD response

不同固相微萃取時(shí)間對(duì)3-MCPD 響應(yīng)的影響如圖4(b)所示。從圖4(b)可以看出，當(dāng)時(shí)間為30 min時(shí)，3-MCPD 響應(yīng)值達(dá)到最大，因此選擇30 min 作為后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的條件。

綜上所述，兩種超聲彈性成像技術(shù)指標(biāo)的聯(lián)合應(yīng)用，可直觀、定量地反映SAT急性期病灶的組織硬度，對(duì)其臨床診斷及病程初步評(píng)估、病灶準(zhǔn)確測(cè)量具有一定的實(shí)用價(jià)值，而對(duì)急性期同時(shí)合并甲狀腺乳頭狀癌的檢出及鑒別診斷可能有其局限性，提醒超聲醫(yī)師工作中應(yīng)以重視。

2.1.4 NaCl加入量和加熱器轉(zhuǎn)速對(duì)3-MCPD響應(yīng)的影響增加體系中的離子強(qiáng)度可以使極性組分在空氣-水的氣液分配系數(shù)升高，從而提高頂空分析的靈敏度。不同NaCl 加入量對(duì)3-MCPD 響應(yīng)的影響如圖5(a)所示。從圖5(a)可以看出，當(dāng)加入NaCl 質(zhì)量為1.2 g時(shí)，3-MCPD 響應(yīng)最大，因此后續(xù)選擇NaCl 加入量1.2 g 進(jìn)行最終加熱器轉(zhuǎn)速的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。頂空分析中使用的電解質(zhì)通常還有碳酸鉀，而本研究在加入碳酸鉀進(jìn)行濕強(qiáng)劑氯丙醇測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)1,3-DCP 無法被檢出，可能是因?yàn)闈駨?qiáng)劑的基質(zhì)中某種物質(zhì)與碳酸鉀的結(jié)合阻止了1,3-DCP的揮發(fā)。

圖5 不同NaCl加入量和加熱器轉(zhuǎn)速對(duì)3-MCPD響應(yīng)值的影響Fig.5 Effects of NaCl addition and heater speed on 3-MCPD response

不同加熱器轉(zhuǎn)速對(duì)3-MCPD 響應(yīng)的影響如圖5(b)所示。從圖5(b)可以看出，加熱器轉(zhuǎn)速為250 r/min時(shí)，3-MCPD 響應(yīng)為最大，后續(xù)繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，3-MCPD的響應(yīng)呈下降趨勢(shì)。

2.2 方法學(xué)驗(yàn)證

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

根據(jù)上述優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行1,3-DCP和3-MCPD的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制，以標(biāo)準(zhǔn)工作溶液濃度響應(yīng)為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，同時(shí)按信噪比（S/N）為3 時(shí)，樣品中1,3-DCP 和3-MCPD 的濃度作為檢出限，標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，1,3-DCP和3-MCPD的響應(yīng)與濃度在本方法下呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（r）均大于0.999；1,3-DCP和3-MCPD的檢出限分別為0.0001 mg/L和0.1 mg/L。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限結(jié)果Table 2 Standard curve and detection limit results

2.2.2 加標(biāo)回收率和精密度

選取PAE 濕強(qiáng)劑樣品7#、14#進(jìn)行加標(biāo)回收率的測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行7次重復(fù)測(cè)試以評(píng)價(jià)精密度，結(jié)果如表3 所示。從表3 可以看出，濕強(qiáng)劑樣品中1,3-DCP加標(biāo)回收率范圍在95%～110%，3-MCPD 加標(biāo)回收率范圍在96%～113%，重復(fù)性測(cè)試結(jié)果顯示相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）范圍在3.3%～5.7%，表明方法的精密度良好。

表3 加標(biāo)回收率和精密度結(jié)果Table 3 Standard recovery and precision results

采用本方法與GB 4806.8—2022 附錄C 的固相萃取-衍生化-氣相色譜質(zhì)譜法[5]進(jìn)行方法比對(duì)，測(cè)試相同的PAE 濕強(qiáng)劑樣品，比對(duì)結(jié)果如表4 所示。從表4 可以看出，采用本方法對(duì)PAE 濕強(qiáng)劑中1,3-DCP 和3-MCPD檢測(cè)結(jié)果與固相萃取-衍生化-氣相色譜質(zhì)譜法檢測(cè)結(jié)果之間的相對(duì)偏差均不超過10%，表明本方法準(zhǔn)確度良好，可實(shí)現(xiàn)PAE濕強(qiáng)劑樣品快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。

表4 PAE濕強(qiáng)劑中氯丙醇檢測(cè)方法比對(duì)結(jié)果Table 4 Comparison results of wet strength agent chloropropanol

3 結(jié) 論

本研究采用DVB-CWR-PDMS 萃取頭，利用全自動(dòng)頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜儀系統(tǒng)，通過優(yōu)化取樣量、萃取溫度、萃取時(shí)間、加熱器轉(zhuǎn)速、解析時(shí)間及NaCl加入量的參數(shù)條件，以增強(qiáng)待測(cè)物響應(yīng)值，同時(shí)進(jìn)行線性范圍、加標(biāo)回收率及檢出限的方法學(xué)驗(yàn)證，建立了造紙用PAE 濕強(qiáng)劑中2種高關(guān)注氯丙醇物質(zhì)（1,3-DCP 和3-MCPD）的快速測(cè)試方法，其中全自動(dòng)頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜非衍生化法直接測(cè)試3-MCPD為首次報(bào)道。

3.1 優(yōu)化后的固相微萃取條件為：取樣量2 mL、萃取溫度60℃、萃取時(shí)間30 min、加熱器轉(zhuǎn)速300 r/min、解析時(shí)間2 min及NaCl加入量1.2 g。

3.2 PAE濕強(qiáng)劑中1,3-二氯-2-丙醇和3-氯-1,2-丙二醇線性范圍分別為0.01～0.1 mg/L 和1.0～10 mg/L、相關(guān)系數(shù)均大于0.999、加標(biāo)回收率范圍分別為95%～110%和96%～113%、檢出限分別為0.0001 mg/L 和0.1 mg/L。

本方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、靈敏度高、無需使用衍生劑，大幅縮短前處理時(shí)間和成本，適用于PAE 濕強(qiáng)劑樣品中氯丙醇的快速測(cè)定。