貝榮華,陳湘穎,董 犇,鐘懷寧,陳燕芬,曾 瑩,陳 勝,李 丹,蔡汶靜,鄭建國
(廣州海關(guān)技術(shù)中心,廣東 廣州 510665)
新戊二醇(NPG)和2-甲基-1,3-丙二醇(MPO)是兩種廣泛應(yīng)用于塑料、涂料以及粘合劑的有機(jī)化合物[1-4]。NPG作為單體或添加劑,多應(yīng)用于粉末涂料用聚酯樹脂中,且保持較快增長[5-6],而MPO憑借毒性低這一優(yōu)勢,應(yīng)用量也逐步提升。2018年食品相關(guān)產(chǎn)品新品種的公告[7]規(guī)定MPO用于食品接觸用涂料及涂層時(shí)特定遷移限量為5 mg/kg,GB 9685-2016[8]規(guī)定NPG應(yīng)用于食品接觸用塑料材料、涂料及涂層和粘合劑時(shí)的特定遷移限量為0.05 mg/kg。然而,國內(nèi)外食品包裝材料領(lǐng)域并無針對(duì)NPG和MPO遷移量的測試標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)外也鮮有文獻(xiàn)報(bào)道[9-10]。本研究旨在建立該兩種物質(zhì)的遷移量檢測方法,以同時(shí)監(jiān)控食品接觸材料中NPG和MPO的遷移風(fēng)險(xiǎn)。
已有研究表明,帶有二元醇結(jié)構(gòu)的物質(zhì)采用氣相色譜法測定時(shí),其檢出限一般大于1 mg/kg[11-12]。而采用衍生化或者固相萃取[13]后進(jìn)行 GC-MS[14-17]、HPLC[18]測定時(shí),檢出限一般小于 1 mg/kg,衍生化試劑一般為硼酸[14]、苯基硼酸[19-20]、七氟丁酰咪唑[21-22]、N,O-雙(三甲基硅烷基)三氟乙酸胺[15]等。本文選擇食品模擬物4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇以及化學(xué)替代溶劑95%乙醇和異辛烷作為研究對(duì)象,建立了MPO和NPG遷移量的衍生化/GC-MS測定法,并將該方法應(yīng)用于食品接觸材料中該兩種化合物的檢測,方法的靈敏度滿足我國法規(guī)的限量要求,為食品接觸材料中MPO和NPG的風(fēng)險(xiǎn)管控提供了有效可靠的技術(shù)支持。
7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(Agilent公司),ME204電子天平(瑞士梅特勒-托利儀器公司),鼓風(fēng)干燥箱(三騰儀器公司)。
2-甲基-1,3-丙二醇標(biāo)準(zhǔn)品(純度 99.5%,AccuStandard),新戊二醇標(biāo)準(zhǔn)品(純度 99%,AccuStandard),甲醇(色譜純,ThermoFisher),乙酸、乙醇、丙酮(分析純,廣州化學(xué)試劑廠),苯基硼酸(分析純,上海麥克林公司)。
實(shí)驗(yàn)所用30款實(shí)際樣品均為市場隨機(jī)采購所得,其中咖啡罐5款,汽水罐2款,八寶粥罐3款,咖啡膠囊6款,復(fù)合塑料制品14款。
以甲醇為稀釋劑,配制質(zhì)量濃度約100 mg/L的MPO和NPG混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。
用4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇、異辛烷將MPO和NPG分別稀釋成質(zhì)量濃度為0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。
用95%乙醇將MPO稀釋成質(zhì)量濃度分別為0.50、0.80、1.0、1.2、1.6 mg/L,NPG的質(zhì)量濃度分別為0.05、0.08、0.10、0.12、0.16 mg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。
根據(jù)已有研究[16,23]選用苯硼酸作為衍生化試劑。稱取10 g苯基硼酸,依次加入40 mL丙酮和2 mL水,攪拌使其溶解。
按照 GB 31604.1[24]和 GB 5009.156[25]的要求,對(duì)樣品進(jìn)行遷移試驗(yàn),得到浸泡液。
1.4.1 4%乙酸、10%乙醇和50%乙醇浸泡液的前處理取2.5 mL樣品溶液至10 mL具塞試管中,加入0.5 mL苯硼酸溶液,搖勻后放置于70℃烘箱,衍生化反應(yīng)20 min。冷卻后加入1.5 mL正己烷,渦旋振蕩1 min,靜置,待分層后取上清液,待測。
1.4.2 95%乙醇和異辛烷浸泡液的前處理取2.5 mL樣品溶液至10 mL具塞試管中,加0.5 mL苯硼酸溶液,搖勻后放置于70℃烘箱,衍生化反應(yīng)20 min。冷卻后取約1 mL上機(jī)。
DB-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25μm);載氣為氦氣,流速1.0 mL/min;不分流進(jìn)樣;進(jìn)樣口溫度250℃;程序升溫:初始溫度60℃保持1 min,以15℃/min升至260℃,保持8 min;色譜-質(zhì)譜接口溫度280℃;離子源溫度230℃;傳輸線溫度150℃;MPO的定量離子m/z176、定性離子m/z105;NPG的定量離子m/z190、定性離子m/z56、105、147。
對(duì)MPO和NPG的測定,首先嘗試直接進(jìn)樣進(jìn)行GC分析。結(jié)果顯示,MPO和NPG的標(biāo)準(zhǔn)品溶液可得到較優(yōu)的色譜峰,基本可實(shí)現(xiàn)2 mg/L的儀器檢出限;但以4%乙酸和10%乙醇遷移浸泡液作為基質(zhì),無法檢測到質(zhì)量濃度低于20 mg/L的目標(biāo)峰。
改用GC-MS進(jìn)行分析,由95%乙醇和異辛烷稀釋后的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液直接進(jìn)樣,由4%乙酸、10%乙醇和50%乙醇稀釋的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液經(jīng)二氯甲烷萃取后進(jìn)樣,然后進(jìn)行GC-MS分析。結(jié)果顯示,由95%乙醇和異辛烷稀釋后的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,無法檢測到質(zhì)量濃度低于0.1 mg/L的NPG;由4%乙酸、10%乙醇和50%乙醇稀釋的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,無法檢測到質(zhì)量濃度低于5 mg/L的MPO和NPG??梢娚鲜鰞煞N方法不能很好的滿足食品接觸材料中MPO和NPG遷移量的日常檢測需求。
為提高方法靈敏度,本實(shí)驗(yàn)參考二醇類物質(zhì)的現(xiàn)有研究[23,26],采用衍生化法對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行轉(zhuǎn)化后進(jìn)行GC-MS分析。由于二醇類化合物含有兩個(gè)—OH基團(tuán),已有研究中常用的衍生化試劑主要有苯基硼酸[16,19]、七氟丁酰咪唑[21]、N,O-雙(三甲基硅烷基)三氟乙酸胺[15]。研究表明,使用苯基硼酸衍生化具有選擇性高和疏水性強(qiáng)的特點(diǎn),在水溶液中,可與具有鄰二醇或間二醇結(jié)構(gòu)的二醇類化合物形成穩(wěn)定的共價(jià)復(fù)合物,即硼酸環(huán)酯[27-28]。
本實(shí)驗(yàn)參考3-氯-1,2-丙二醇(3-MPCD)與苯基硼酸的衍生化反應(yīng)條件[16,23]對(duì)4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇、95%乙醇和異辛烷遷移浸泡液中的MPO和NPG進(jìn)行衍生化條件優(yōu)化后,進(jìn)行GC-MS分析。結(jié)果顯示,苯基硼酸與二醇類化合物的衍生化反應(yīng)(與待測目標(biāo)物在70℃條件下反應(yīng)20 min)可用于MPO和NPG的測定,衍生化反應(yīng)如圖1所示。MPO和NPG的衍生化產(chǎn)物在GC-MS中有較優(yōu)的響應(yīng)和色譜峰形,其保留時(shí)間分別為9.3 min和9.4 min(如圖2)。在酸性、酒精類模擬物以及化學(xué)替代溶劑95%乙醇和異辛烷遷移浸泡液中,得到的檢出限低于我國法規(guī)要求的限量,滿足日常檢測的需求。因此,本實(shí)驗(yàn)最終選擇苯基硼酸作為衍生化試劑。
圖1 MPO(A)、NPG(B)與苯基硼酸的衍生化反應(yīng)Fig.1 Derivatization reactions of MPO(A)and NPG(B)with phenylboric acid
圖2 0.1 mg/L MPO和NPG標(biāo)準(zhǔn)溶液衍生化產(chǎn)物的GC-MS圖Fig.2 GC-MS spectrum of products derived from MPO and NPG standard solutions at a concentration of 0.1 mg/L
2.2.1 衍生化產(chǎn)物目標(biāo)峰的確定由于最終測定的溶液基質(zhì)為正己烷,優(yōu)先選擇極性較弱的DB-5MS色譜柱對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行分離,采用SCAN模式進(jìn)行掃描得到總離子流圖;根據(jù)衍生化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)式,分析其可能產(chǎn)生的碎片離子,逐一分析各色譜峰,確定MPO和NPG衍生化產(chǎn)物的質(zhì)譜圖和特征碎片離子。選擇有較優(yōu)峰形和響應(yīng),且干擾較小的離子作為特征離子,最終確定m/z105、176作為MPO的特征離子,m/z190、 105、147、56作為NPG的特征離子。
2.2.2 線性范圍、檢出限及定量下限用4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇、95%乙醇和異辛烷逐級(jí)稀釋MPO和NPG標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,經(jīng)衍生化處理后,在優(yōu)化的GC-MS條件下進(jìn)行分析,以峰面積(y)對(duì)MPO或NPG的質(zhì)量濃度(x,mg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(表1),4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇和異辛烷基質(zhì)中,MPO和NPG在0.02~0.10 mg/L范圍內(nèi)均呈良好線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)(r2)大于0.995;95%乙醇基質(zhì)中,MPO在0.50~1.6 mg/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系,NPG在0.05~0.16 mg/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系,r2均大于0.995。
表1 MPO和NPG的線性方程、線性范圍、檢出限及定量下限Table 1 Linear equations,linear ranges,limits of detection and limits of quantitation for MPO and NPG
在不含目標(biāo)物的遷移浸泡液(4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇、95%乙醇和異辛烷)中添加不同質(zhì)量濃度的MPO和NPG,以優(yōu)化方法進(jìn)行前處理和測定,以3倍和10倍信噪比(S/N)對(duì)應(yīng)的加標(biāo)水平分別計(jì)算各目標(biāo)物的檢出限(LOD)和定量下限(LOQ),并進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證,結(jié)果如表1所示。4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇和異辛烷基質(zhì)中,MPO和NPG的LOD和LOQ分別為0.01、0.02 mg/L;95%乙醇基質(zhì)中,MPO的LOD和LOQ分別為0.30、0.50 mg/L,NPG的LOD和LOQ分別為0.03、0.05 mg/L。
2.2.3 回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差選擇不含目標(biāo)物的涂層樣品(咖啡罐)和塑料制品(咖啡膠囊),進(jìn)行(4%乙酸、10%乙醇、50%乙醇、95%乙醇和異辛烷)遷移試驗(yàn),在所得遷移浸泡液中添加低、中、高3個(gè)濃度水平的MPO和NPG,以確立的方法進(jìn)行前處理和測定,每個(gè)加標(biāo)水平進(jìn)行6次平行測定,結(jié)果見表2。MPO和NPG的平均回收率為85.0%~112%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.60%~9.5%,可滿足實(shí)際樣品中目標(biāo)物的檢測需求。
表2 涂層樣品和塑料樣品中MPO和NPG的回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)Table 2 Recoveries and RSDs of MPO and NPG in coating and plastic samples(n=6)
將建立的方法應(yīng)用于30款實(shí)際樣品中MPO和NPG的檢測,檢出率為33.3%。其中2例咖啡罐樣品檢出NPG,食品模擬物均為50%乙醇,遷移量為0.024~0.028 mg/kg(圖3A);8例塑料制品檢出MPO,食品模擬物均為10%乙醇,遷移量為0.014~0.071 mg/kg(圖3B)??梢?,NPG主要在涂層制品中檢出,而MPO主要在塑料制品中檢出。以上結(jié)果也說明,雖然MPO與NPG的應(yīng)用領(lǐng)域各有側(cè)重,但仍存在遷移風(fēng)險(xiǎn),為保障食品包裝安全,對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控有較大意義。
圖3 某咖啡罐樣品檢出NPG(A)及某咖啡膠囊樣品檢出MPO(B)的色譜圖Fig.3 Chromatograms of NPG detected in a coffee can sample(A)and MPO detected in a coffee capsule sample(B)
本研究建立了同時(shí)測定食品接觸材料及制品中MPO和NPG遷移量的GC-MS檢測方法。通過對(duì)前處理方法、質(zhì)譜參數(shù)等的考察,確定了最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證并將其運(yùn)用于實(shí)際樣品的檢測,結(jié)果表明,該方法結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性好,可用于食品接觸材料及制品中MPO和NPG遷移量的測定。本方法的建立滿足法規(guī)的檢測需求,為加強(qiáng)食品接觸材料及制品中MPO和NPG的安全監(jiān)控提供了有效可靠的技術(shù)支持。