姚蘊(yùn)恒,白龍律,田海峰,康辰凱,陶曉杰,樸文香
(1.延邊朝鮮族自治州產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所,吉林延吉133000;2.延邊大學(xué)工學(xué)院,吉林延吉133002)
茶飲料是指用水浸泡茶葉,經(jīng)抽提、過濾等工藝制成的茶湯,同時(shí)在茶湯中加入不同調(diào)味劑,如食用香精、果汁、糖等調(diào)制加工而成的制品[1-2]。茶飲料作為一種常見的飲品,其主要作用是補(bǔ)充人體水分。在我國,茶飲料是飲料市場中消費(fèi)量最大的品類之一[3-4],特別受到青少年的青睞。因此,其安全性受到食品藥品監(jiān)管部門的重視[5-8]。作為茶飲料生產(chǎn)的主要原料,水的體積占總體積的86%~92%。茶飲料加工用水的消毒方法主要有氯消毒法、紫外線消毒法和臭氧消毒法等,其中氯消毒法最為普遍。在水處理的過程中(氯消毒法)會(huì)產(chǎn)生微量的副產(chǎn)物,例如三氯甲烷和四氯化碳等[9-11]。也就是說,茶飲料中或多或少都存在著殘留的三氯甲烷和四氯化碳。值得注意的是,三氯甲烷和四氯化碳會(huì)嚴(yán)重?fù)p害腎臟、肝臟、免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng),短時(shí)間內(nèi)可能引起頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、疲勞等不適現(xiàn)象,長期接觸可能致癌或致畸,對人體傷害極大[12-16]。
目前,水中三氯甲烷和四氯化碳的國標(biāo)檢測方法為頂空氣相色譜法。頂空氣相色譜法存在一定的問題:1)靈敏度較低;2)過程中需要消耗大量的有機(jī)溶劑;3)操作過程較為復(fù)雜[17-19]。分析化學(xué)的趨勢是倡導(dǎo)“綠色化學(xué)”,旨在較少的使用有機(jī)溶劑達(dá)到分析目的[20-22];也就是說,頂空氣相色譜法不符合檢測需求。因此,迫切需要研發(fā)一種快速、準(zhǔn)確、環(huán)境友好的檢測方法來解決上述問題。相比常規(guī)的頂空氣相色譜法,吹掃捕集—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用法具有以下優(yōu)點(diǎn):1)較高的靈敏度;2)無需有機(jī)溶劑;3)質(zhì)譜檢測器能夠?qū)Ω鹘M分進(jìn)行同步的定性分析;4)取樣量少,操作簡單[23-24]。基于此,本文通過運(yùn)用吹掃捕集—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用技術(shù),建立茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的檢測方法;該方法快速、準(zhǔn)確、靈敏度高,能夠滿足國內(nèi)茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的檢測需求,適合批量樣品檢測,有較強(qiáng)的實(shí)用意義,為茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的檢測開辟了新前景。
1.1.1 儀器
O.I.Eclipse4760/4551A吹掃捕集儀(配有5 mL吹掃管、#10捕集阱(Tenax/硅膠/碳分子篩):北京普立泰科儀器有限公司;TSQ 8000 Evo三重四極桿氣質(zhì)聯(lián)用儀:美國Thermo Fisher Scientific公司;色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm):美國 Agilent Technologies公司。
1.1.2 試劑
三氯甲烷、四氯化碳、甲醇(色譜純):美國Fisher Chemical公司 ;水(色譜純):德國CNW Technologies公司。
1.2.1 吹掃捕集儀條件
樣品溫度:40℃;吹掃時(shí)間:11min;吹掃流速:40 mL/min;載氣為氮?dú)猓ā?9.999%);捕集阱溫度:吹掃階段20℃,解析預(yù)熱階段180℃,解析階段190℃,烘焙階段210℃;解析流速:40 mL/min;解析時(shí)間:80 s;烘焙時(shí)間:10min;水管理器溫度:吹掃階段120℃,解析階段0℃,烘焙階段240℃。吹掃效率即為加標(biāo)回收率/%=[(加標(biāo)試樣測定值-試樣測定值)/加標(biāo)量]×100。
1.2.2 氣相色譜—質(zhì)譜儀分析條件
氣相色譜條件:初始溫度40℃,保持2min,10℃/min升至200℃,保持5min;載氣為氦氣(≥99.999%)。質(zhì)譜條件:離子源EI,70 eV;離子源溫度280℃;進(jìn)樣口溫度220℃;進(jìn)樣方式:分流,分流比為20∶1;單離子檢測掃描(single ion monitoring)。
市場中隨機(jī)購買8種不同廠家的瓶裝茶飲料(500 mL)作為檢測對象。
1.4.1 單標(biāo)溶液的配制
準(zhǔn)確稱取0.800 8 g CHCl3(99.9%)和0.400 4 g CCl4(99.9%)分別放入裝有少許甲醇的100 mL容量瓶中,甲醇定容,得到的單標(biāo)溶液濃度分別為CCHCl3=8.00 mg/mL、CCCl4=4.00 mg/mL。
1.4.2 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
100 mL容量瓶中加入50 mL甲醇,再分別加入上述CHCl3、CCl4單標(biāo)溶液各0.5 mL,用甲醇定容,此混合溶液濃度為CCHCl3=40.0 μg/mL、CCCl4=20.0 μg/mL。取該溶液1 mL于100 mL容量瓶中,純水定容,此為混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,濃度為CCHCl3=0.4 μg/mL、CCCl4=0.2 μg/mL。
取6個(gè)100 mL容量瓶依次加入1.4.2中混合標(biāo)準(zhǔn)溶液 0、0.05、0.25、0.50、1.00、2.50 mL 并用純水定容。配制后三氯甲烷的質(zhì)量濃度為0、0.20、1.0、2.0、4.0、10 μg/L;四氯化碳的質(zhì)量濃度為0、0.10、0.50、1.0、2.0、5.0 μg/L。對不同濃度的混標(biāo)溶液進(jìn)行吹掃捕集和氣質(zhì)分析,以濃度(x)為橫坐標(biāo),峰面積(y)為縱坐標(biāo)制作工作曲線。
2.1.1 吹掃時(shí)間優(yōu)化
選擇40 mL/min為吹掃流速,對吹掃時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。選取 2、5、8、11、14、17、20min 為時(shí)間梯度,取三氯甲烷、四氯化碳混標(biāo)溶液(CCHCl3=10 μg/L、CCCl4=5 μg/L)進(jìn)行分析,比較吹掃時(shí)間對吹掃效率的影響,結(jié)果見圖1。
圖1 吹掃時(shí)間對三氯甲烷、四氯化碳吹掃效率的影響Fig.1 Purge efficiency for CHCl3and CCl4under different purge time
結(jié)果顯示,隨著吹掃時(shí)間的增長,吹掃效率逐漸增大;當(dāng)吹掃時(shí)間為11min,吹掃效率達(dá)到最大;吹掃時(shí)間大于11min時(shí),吹掃效率不變。也就是說,在一定范圍內(nèi),吹掃時(shí)間越長,吹掃效率越大;但過長的吹掃時(shí)間,會(huì)使過多水蒸氣被吹出,不利于待測組分在捕集阱中吸附;因此,選擇11min為吹掃時(shí)間。
2.1.2 吹掃溫度優(yōu)化
選擇30、35、40、45℃為溫度梯度,取混標(biāo)溶液進(jìn)行分析,比較吹掃溫度對三氯甲烷、四氯化碳吹掃效率的影響(結(jié)果見圖2與圖3)。
圖2 吹掃溫度對三氯甲烷吹掃效率的影響Fig.2 Purge efficiency for CHCl3under different purge temperature
圖3 吹掃溫度對四氯化碳吹掃效率的影響Fig.3 Purge efficiency for CCl4under different purge temperature
如圖2和3,隨著吹掃溫度的增加,三氯甲烷和四氯化碳的吹掃效率逐漸增大;當(dāng)吹掃溫度為40℃,吹掃效率達(dá)到最大;當(dāng)吹掃溫度升至45℃時(shí),吹掃效率略微下降,可能的原因?yàn)檫^高的吹掃溫度導(dǎo)致過多水分隨吹掃過程一同進(jìn)入捕集阱中,干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果;因此,選擇40℃為吹掃溫度。
2.1.3 解析溫度優(yōu)化
選擇180、190、200℃為溫度梯度,比較解析溫度對三氯甲烷、四氯化碳吹掃效率的影響見圖4。
圖4 解析溫度對三氯甲烷、四氯化碳吹掃效率的影響Fig.4 Purge efficiency for CHCl3and CCl4under different desorb temperature
結(jié)果顯示,解析溫度為190℃時(shí),三氯甲烷和四氯化碳吹掃效率最大;當(dāng)溫度升至200℃,其效率略微下降,可能的原因是在高溫下部分被測物不能完全附著在捕集阱中。因此,選擇190℃作為解析溫度。
2.1.4 解析時(shí)間優(yōu)化
選取 0、20、40、60、80、100、120、140、160、180 s 為時(shí)間梯度,比較解析時(shí)間對三氯甲烷、四氯化碳吹掃效率的影響見圖5。
結(jié)果表明,解析時(shí)間在20 s~80 s范圍內(nèi),隨著解析時(shí)間延長,吹掃效率逐漸增大;80 s后,吹掃效率趨于平穩(wěn),為保護(hù)捕集阱中吸附劑,解析時(shí)間選為80 s。
2.1.5 氣質(zhì)條件優(yōu)化
試驗(yàn)選用 HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱對三氯甲烷和四氯化碳進(jìn)行分析。對進(jìn)樣口溫度、離子源溫度等試驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化,最后確定進(jìn)樣口溫度為220℃,離子源溫度為280℃,分流比為20∶1時(shí)色譜分離效果最佳。
圖5 解析時(shí)間對三氯甲烷、四氯化碳吹掃效率的影響Fig.5 Purge efficiency for CHCl3and CCl4under different desorb time
采用1個(gè)定量離子和2個(gè)特征離子進(jìn)行定性分析,以提高分析的準(zhǔn)確性,三氯甲烷和四氯化碳混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(CCHCl3=0.4 μg/mL、CCCl4=0.2 μg/mL)的色譜圖見圖6。
圖6 三氯甲烷和四氯化碳標(biāo)準(zhǔn)色譜圖Fig.6 Chromatogram of two compounds
由圖6可以看出,組分的分離度良好,峰形尖銳、無拖尾、對稱。對組分的濃度和峰面積進(jìn)行回歸分析,結(jié)果如表1。
表1 三氯甲烷和四氯化碳的保留時(shí)間、定量離子、特征離子、線性方程、相關(guān)系數(shù)(r2)和最低檢測限Table 1 Retention time,quantization ion,characteristic ion,linear equation,related coefficient(r2)and LOD of CHCl3and CCl4
兩種組分的相關(guān)系數(shù)均大于0.999 6,這說明三氯甲烷在 0~10 μg/L、四氯化碳在 0~5.0 μg/L 濃度范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系,能夠定量分析。將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋,以信噪比等于3(S/N=3)時(shí)確定為最低檢測限(lowest detection limit)。如表1,本方法三氯甲烷的最低檢測限為0.5 μg/L、四氯化碳的最低檢測限為0.2 μg/L,均低于國標(biāo)方法中頂空氣相色譜法的最低檢測限;說明能夠滿足茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的測定要求。
取一份未檢出三氯甲烷和四氯化碳的茶飲料樣品,分別加入三氯甲烷為低(2.0 μg/L)、中(4.0 μg/L)、高(10.0 μg/L),四氯化碳為低(1.0 μg/L)、中(2.0 μg/L)、高(5.0 μg/L)的3個(gè)添加水平,每個(gè)水平平行測定5次,計(jì)算平均回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果如表2。
表2 加標(biāo)回收率和精密度的測定結(jié)果Table 2 Average recovery and precision for analytes
數(shù)據(jù)表明,兩種組分的平均回收率均在94.0%~104.0%之間,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.7%~7.1%之間,均在誤差范圍內(nèi);說明本方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度,能夠達(dá)到檢測要求。
采用本方法測定在市場中隨機(jī)購買的8種不同廠家的瓶裝茶飲料(500 mL)中三氯甲烷和四氯化碳的殘留量,結(jié)果如表3。
結(jié)果表明,8種茶飲料中分別含有CHCl3為6.27 μg/L(樣品 2)、1.54 μg/L(樣品 3),分別含有 CCl4為3.78 μg/L(樣品 3)。
表3 實(shí)際樣品的測定結(jié)果Table 3 The results of determination of actual sample μg/L
該方法的回收率為94.0%~104.0%且相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在0.7%~7.1%之間,表明本方法精密度優(yōu)良且回收率高,能夠滿足茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的測定。為了考察不同茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的殘留情況,我們利用所建立的茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的殘留吹掃捕集—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用分析方法,考察了8種茶飲料中三氯甲烷和四氯化碳的殘留情況。發(fā)現(xiàn)僅兩種樣品(樣品3、樣品4)中含有三氯甲烷和四氯化碳?xì)埩簟1狙芯拷Y(jié)果,對提高茶飲料品質(zhì),促進(jìn)茶飲料產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
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