超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定食品接觸用紙和紙制品中乙烯亞胺的遷移量

黎梓城, 張海峰, 梁進(jìn)欣, 董 犇, 陳燕芬, 曾 瑩, 陳 勝, 鐘懷寧, 李 丹, 鄭建國

（廣州海關(guān)技術(shù)中心, 廣東 廣州 510623）

乙烯亞胺是一種三元環(huán)化合物, 由于三元環(huán)的不穩(wěn)定性, 在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┐呋? 可開環(huán)聚合生成不同分子量的聚乙烯亞胺[1］。聚乙烯亞胺的應(yīng)用面廣, 可用于采油、醫(yī)用、水處理、濕部化學(xué)、CO2吸附等領(lǐng)域[2-6］, 其中在造紙生產(chǎn)中的應(yīng)用更為重要。聚乙烯亞胺在紙的生產(chǎn)過程中能作為濕強(qiáng)劑和助留劑[7］。聚乙烯亞胺分子中存在大量的陽離子基團(tuán), 可通過靜電作用與纖維素的羥基形成次價力交聯(lián)網(wǎng)絡(luò), 從而起到增濕強(qiáng)的作用。此外, 聚乙烯亞胺能形成軟絮聚體, 使其脫水性更強(qiáng)；與單組分體系相比, 在由聚乙烯亞胺和陰離子聚丙烯酰胺組成的雙組分助留體系中, 聚乙烯亞胺能大大降低聚丙烯酰胺的用量[8-9］, 提高紙制品中填料的z向分布[10-11］。由于聚乙烯亞胺的使用越來越廣泛, 其合成過程中殘留的、聚合物緩慢降解而成的乙烯亞胺單體也會被引入到生產(chǎn)的食品接觸用紙和紙制品中, 進(jìn)而通過遷移、擴(kuò)散等途徑污染所包裝的食品。根據(jù)2017年公布的國際癌癥研究機(jī)構(gòu)致癌物列表, 乙烯亞胺屬于2B類致癌物[12］, 人經(jīng)口致死劑量為5 mg/kg[12］；《危險化學(xué)品目錄》也將其列為劇毒物質(zhì)[13］。同時, 乙烯亞胺也不在我國GB 9685-2016《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)》的肯定物質(zhì)列表中[14］, 其特定遷移限量為不得檢出（檢出限為0. 01 mg/kg）。

隨著人們對環(huán)境保護(hù)意識的逐漸提高, 食品接觸用紙及制品因具有可降解、易于回收等優(yōu)點(diǎn)在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛[15］。目前, 文獻(xiàn)報道的乙烯亞胺的測定方法僅有氣相色譜法[16］, 該方法可定量分析反應(yīng)溶液中的乙烯亞胺濃度。而有關(guān)食品接觸用紙及制品中乙烯亞胺遷移量的檢測方法尚未見報道。食品接觸材料的遷移實(shí)驗(yàn)需要多步的前處理操作, 實(shí)驗(yàn)過程和反應(yīng)體系有明顯差異, 使用已報道的氣相色譜法進(jìn)行測試往往會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此, 亟需建立一種快速、高效、準(zhǔn)確測定食品接觸用紙及制品中乙烯亞胺遷移量的檢測方法, 以監(jiān)測紙制品中乙烯亞胺的安全風(fēng)險。

本文利用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-MS/MS）測定食品接觸用紙和紙制品中乙烯亞胺的遷移量。該方法簡單高效, 應(yīng)用前景良好, 可為食品接觸用紙及制品中乙烯亞胺遷移量的檢測、合規(guī)以及風(fēng)險監(jiān)測提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1290-6495液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜儀（美國安捷倫公司）；Proshell EC-C18（150 mm×3. 0 mm×2. 7μm）液相色譜柱（安捷倫公司）；Reax Top渦旋振蕩儀（德國海道夫公司）；Milli-Q QPOD純水機(jī)（德國默克公司）；乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)品（Chemservice公司）；甲酸、甲醇、乙醇（EtOH）、異辛烷、正己烷（色譜純, Fisher公司）；橄欖油購于默克林公司；乙酸（AcOH）等其他試劑購于廣州化學(xué)試劑廠；紙以及紙制品樣品于市面采購。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（10 mg/L）：準(zhǔn)確稱量100. 0 mg乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)品, 用甲醇溶解后轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中, 用甲醇定容得到10 mg/L的乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液, 保存于4℃冰箱。

標(biāo)準(zhǔn)中間溶液：移取1. 0 mL乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液, 用甲醇定容于10 mL容量瓶中, 得到1 mg/L的乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)中間溶液, 保存于4℃冰箱。

標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：準(zhǔn)確吸取乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)中間溶液0. 03～0. 5 mL于10 mL容量瓶中, 用替代溶劑（95%乙醇、異辛烷）、4%（體積分?jǐn)?shù), 下同）乙酸、10%乙醇食品模擬物定容, 得到質(zhì)量濃度分別為0. 003、0. 005、0. 01、0. 03、0. 05 mg/L的乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

準(zhǔn)確吸取乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)中間溶液0. 03～0. 5 mL于50 mL試管中, 加入10. 0 g橄欖油, 得到含量分別為0. 003、0. 005、0. 01、0. 03、0. 05 mg/kg的乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

標(biāo)準(zhǔn)工作溶液與試樣溶液的預(yù)處理過程一致。

1.3 樣液的制備

根據(jù)食品接觸用紙樣品預(yù)期實(shí)際接觸的食品類型, 按照GB 31604. 1-2015[17］選用4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、橄欖油和異辛烷5種食品模擬物, 按照GB 5009. 156-2016[18］進(jìn)行食品接觸用紙樣品的遷移測試。

對于酸性和醇類食品模擬物, 取1 mL模擬物溶液過0. 22μm濾膜后, 待測；對于異辛烷模擬液, 取2 mL至試管中, 加入2 mL 50%甲醇水溶液, 渦旋3 min后, 放置待分層, 取下層清液, 經(jīng)0. 22μm濾膜過濾于樣品瓶中, 待測定；對于橄欖油模擬物, 取2 g至試管中, 加入2 mL 50%甲醇水溶液和3 mL正己烷, 渦旋振蕩3 min, 放置待分層后取下層清液, 過0. 22μm濾膜, 待測定。

1.4 儀器條件

1.4.1 色譜條件色譜柱：Proshell EC-C18（150 mm×3. 0 mm×2. 7μm）；流動相：以0. 1%甲酸水為A相, 甲醇為B相；等度洗脫：90% A∶10% B, 洗脫時間為3 min。流速為0. 4 mL/min；進(jìn)樣體積為10μL；柱溫為40℃。

1.4.2 質(zhì)譜條件采用電噴霧（ESI）正離子模式進(jìn)行檢測；霧化氣壓力為300 kPa；噴霧電壓和毛細(xì)管電壓分別為400 V和4 000 V；載氣流速和壓力分別為7 L/min和350℃；鞘氣（N2）流速和溫度分別為11 L/min和380℃；駐留時間為10 ms。乙烯亞胺的質(zhì)譜參數(shù)：母離子為m/z 44. 1；碎片離子分別為m/z 42. 1與m/z 27. 1, 碎裂電壓均為40 V, 碰撞能量分別為10、40 V；定量離子為m/z 42. 1。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動相的選擇

乙烯亞胺在甲醇和乙腈兩種溶劑中易溶解。因此, 考察了甲醇-水和乙腈-水2種流動相體系的分離效果。加入適量甲酸可使乙烯亞胺更好地形成[M+H］+分子離子峰, 實(shí)驗(yàn)對比了以0. 1%甲酸水-甲醇和0. 1%甲酸水-乙腈為流動相的分離結(jié)果。結(jié)果表明, 以0. 1%甲酸水-甲醇為流動相時乙烯亞胺具有較好的峰形。因此, 選擇0. 1%甲酸水-甲醇體系作為流動相。

2.2 質(zhì)譜條件的選擇

乙烯亞胺屬于胺類, 在ESI源條件下較易形成[M+H］+離子峰。理想的分子離子峰[M+H］+可在ESI源正離子全掃描模式下獲得。以乙烯亞胺的分子離子峰為母離子, 通過調(diào)整合適的碎裂電壓, 選取響應(yīng)高、干擾小的2個碎片離子作為定性、定量離子, 并對其碰撞能量進(jìn)行優(yōu)化。最佳的質(zhì)譜條件如“1. 4. 2”所示, 圖1為4%乙酸中0. 001 mg/L乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖（TIC圖）及離子對譜圖。

圖1 4%乙酸中乙烯亞胺（0. 001 mg/L）的總離子流色譜圖（A）與離子對譜圖（B）Fig. 1 TIC（A）and ion pair spectrum（B）of ethyleneimine in 4%AcOH

2.3 線性范圍、檢出限與定量下限

將4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、異辛烷和橄欖油食品模擬物中的乙烯亞胺系列標(biāo)準(zhǔn)溶液, 根據(jù)本方法進(jìn)行測定, 并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。由表1可知, 乙烯亞胺在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、異辛烷模擬物中的線性范圍均為0. 003～0. 05 mg/L, 在橄欖油模擬物中的線性范圍為0. 003～0. 05 mg/kg, 相關(guān)系數(shù)（r2）均大于0. 996。結(jié)果表明, 該方法線性良好, 可以滿足食品接觸用紙及制品中乙烯亞胺遷移量的測試要求。

選取未檢出乙烯亞胺的紙樣品為空白樣品, 在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、異辛烷和橄欖油5種模擬物中進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn), 取遷移液進(jìn)行不同濃度（低于限量）的加標(biāo)實(shí)驗(yàn), 根據(jù)乙烯亞胺的信噪比S/N≥3確定檢出限, 以S/N≥10確定定量下限。以空白基質(zhì)加標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證, 當(dāng)質(zhì)量濃度為1μg/L或1μg/kg時, 對應(yīng)的S/N≥3；當(dāng)質(zhì)量濃度為3μg/L或3μg/kg時, 對應(yīng)的S/N≥10；計(jì)算結(jié)果滿足檢測需求。因此, 本方法中乙烯亞胺在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇與異辛烷模擬液中, 檢出限均為1μg/L, 定量下限為3μg/L；在橄欖油模擬液中, 檢出限為1μg/kg, 定量下限為3μg/kg（見表1）。

表1 各食品模擬物中乙烯亞胺的線性關(guān)系、檢出限與定量下限Table 1 Linear relations, LODs and LOQs of ethyleneimine in each food simulant

2.4 加標(biāo)回收率與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

在待測樣品的遷移測試過程中, 采用在實(shí)際紙制品樣品中加標(biāo)的方法進(jìn)行5種食品模擬物（4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、異辛烷和橄欖油）中乙烯亞胺的精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)。分別向不同空白紙制品樣品浸泡過的遷移液中添加0. 003、0. 01、0. 05 mg/L的乙烯亞胺標(biāo)準(zhǔn)溶液, 加標(biāo)樣品平行測定6次, 通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算方法的回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。由表2可知, 各食品模擬物中乙烯亞胺的加標(biāo)回收率為96. 0%～102%, RSD為1. 6%～5. 9%。結(jié)果表明, 本方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度, 滿足食品接觸用紙及制品中乙烯亞胺遷移量的檢測要求。

表2 各食品模擬物中乙烯亞胺的加標(biāo)回收率與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 2 Recoveries and relative standard deviations of ethyleneimine in each food simulant

2.5 實(shí)際樣品分析

利用已建立的方法對5款原紙、5款紙杯、5款紙吸管以及5款防油紙共20款樣品在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、異辛烷和橄欖油中的遷移量進(jìn)行分析。結(jié)果表明, 有2批次原紙樣品檢出乙烯亞胺, 其在95%乙醇中的遷移量分別為0. 032、0. 006 8 mg/kg, 其余樣品均未檢出。結(jié)果表明, 本方法可準(zhǔn)確測定實(shí)際樣品中乙烯亞胺的遷移量。

3 結(jié) 論

本文采用UPLC-MS/MS對食品接觸用紙及制品中乙烯亞胺的遷移量進(jìn)行了測定, 結(jié)果表明建立的方法具有準(zhǔn)確可靠、操作簡便、靈敏度高等特點(diǎn), 可用于市售食品接觸用紙及制品中乙烯亞胺遷移量的檢測。本文研究結(jié)果對食品包裝接觸用紙及制品的風(fēng)險監(jiān)測具有一定的參考價值, 也可為食品包裝用紙的上下游企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量提供有力的技術(shù)支持。