靜態(tài)頂空氣相色譜-質譜聯(lián)用法同時測定食品添加劑中9 種有機溶劑殘留

洪 華，王 莉，武中平，顧愛國，王 偉

（江蘇省產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京 210007）

靜態(tài)頂空氣相色譜-質譜聯(lián)用法同時測定食品添加劑中9 種有機溶劑殘留

洪 華，王 莉，武中平，顧愛國，王 偉

（江蘇省產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京 210007）

建立一種用于食品添加劑中常見的9 種殘留溶劑含量的頂空氣相色譜-質譜聯(lián)用檢測方法，對頂空孵化溫度、孵化時間的影響進行研究。結果表明：孵化溫度在80 ℃、孵化時間5 min時，選用HP-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）的毛細管色譜柱對9 種有機溶殘在10 min內能很好地分離。該法在烷烴類、芳香烴類有機溶劑在0.1～10 mg/L、酯類、酮類1.0～100 mg/L、醇類4.0～400 mg/L范圍內線性關系良好，9 種殘留溶劑的相關系數(shù)均大于0.997 1，加標回收率87.54%～106.50%，相對標準偏差（n=5）1.43%～6.17%。檢出限范圍為烷烴類、芳香烴類0.000 4～0.005 2 mg/L；酯類、酮類0.016 0～0.024 0 mg/L；醇類0.550 0～0.596 0 mg/L。該法快速、準確、靈敏度高，適用于食品添加劑中多種溶劑殘留量的同時測定。

頂空；氣相色譜-質譜；有機溶劑；殘留；食品添加劑

食品添加劑中的殘留溶劑是指在原輔料以及食品添加劑生產(chǎn)過程中使用的，但在工藝過程中未能完全去除的有機揮發(fā)性化合物。在食品添加劑合成工藝中，選擇適當?shù)娜軇┛商岣弋a(chǎn)量或決定食品添加劑的性質，如晶型、純度、溶解速率等。因此有機溶劑在食品添加劑合成反應中是必不可少和非常關鍵的物質。但是，當食品添加劑所含的殘留溶劑水平高于安全值時，就會對人體或環(huán)境產(chǎn)生危害，因此對殘留溶劑的控制已越來越受到人們的關注[1]。

目前，對于易揮發(fā)性有機溶劑殘留的檢測方法主要有頂空氣相色譜法、頂空氣相色譜-質譜（headspace gas chromatography-mass spectrometry，HS-GC-MS）法、吹掃捕集-氣相色譜-質譜法和頂空固相萃取-氣相色譜-質譜法等[2-20]。檢測對象主要包括食品包裝材料、化妝品、玩具、涂料、飲料、土壤和酒，針對食品添加劑產(chǎn)品的分析方法鮮有報道。由于HS-GC-MS聯(lián)用法測定易揮發(fā)性有機溶劑具有操作簡單、準確度高、確證性好等優(yōu)點，并且采用選擇離子掃描模式可排除本底和干擾離子的影

響，提高了信噪比和檢測靈敏度，在國內外應用廣泛。本研究采用頂空進樣法同時測定食品添加劑中殘留的甲醇、甲酸甲酯、乙醇、丙酮、二硫化碳、正己烷、苯、正庚烷和甲苯這9 種常見的有機溶劑的含量，并得到了滿意的結果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

9 種有機溶劑標準物質的純度均為分析純（脫水后進行重蒸餾處理）、N,N-二甲基甲酰胺（N,N-dimethylformamide，DMF）（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

ITQ900 GC-MS聯(lián)用儀（配有電子電離源、Tri Plus自動進樣系統(tǒng)）、20 mL鉗口平底頂空瓶（配聚四氟乙烯硅橡膠墊） 美國Thermo Fisher公司；BS224S型電子分析天平（精度0.000 1g） 德國Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 色譜條件

色譜柱：HP-5MS石英毛細柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：初始溫度30 ℃，保持4 min，10 ℃/min升溫至60 ℃，40 ℃/min升溫至180 ℃保持2 min；進樣口溫度120 ℃。載氣為高純氦氣（純度99.999%）；流速1.0 mL/min；分流進樣，分流比1∶50。

1.3.2 頂空進樣器條件

孵化器溫度80 ℃；孵化時間5 min；進樣針溫度85 ℃；進樣量1 mL。

1.3.3 質譜條件

電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度150 ℃；離子源溫度220 ℃；選擇離子掃描模式，溶劑延遲1.84 min。9 種有機溶劑的保留時間、定量和定性離子及定量離子與定性離子的豐度比見表1。采用分時段分別掃描，質譜參數(shù)見表2。

表1 9 種有機溶劑的GC-MS檢測參數(shù)Table 1 GC-MS parameters for 9 organic solvents

表2 9 種有機溶劑選擇離子掃描模式的參數(shù)Table 2 Parameters in selected ion monitoring mode for 9 organic solvents

1.3.4 標準溶液配制

1.3.4.1 標準溶液母液的配制

分別稱取2.000 g甲醇和乙醇，0.500 g甲酸甲酯、丙酮和二硫化碳，0.050 g正己烷、苯、正庚烷和甲苯到1 000 mL的容量瓶中，用DMF定容到刻度，配成混合標準工作溶液A，此溶液的質量濃度50 mg/L（實驗中提及混合標準溶液質量濃度時均以甲苯的質量濃度定，下同）。

1.3.4.2 標準曲線溶液的配制

移取10 mL 1.3.4.1節(jié)混合標準工作溶液A到50 mL的容量瓶中，用DMF定容至刻度，配成10.0 mg/L的混合標準工作溶液B，再以此溶液逐級稀釋配制成5.0、2.0、1.0、0.5、0.1 mg/L的標準曲線溶液。

1.3.5 樣品處理

稱取0.5 g（精確到0.000 1 g）食品添加劑樣品置于20 mL頂空瓶中，加入8 mL的DMF，密封瓶口；手動混勻1 min；同時做樣品空白。

1.3.6 試樣中殘留溶劑含量的計算

將1.3.5節(jié)的樣品和空白樣按照1.3.1、1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)的方法條件，采用保留時間和定性離子定性，定量離子外標法定量。試樣中殘留溶劑含量由以下公式計算。

2 結果與分析

2.1 測定目標溶劑及稀釋溶劑的選擇

有機溶劑在食品添加劑生產(chǎn)中被廣泛使用，種類也繁多，但是本研究通過對國內外相關文獻和標準的研究以及前期對一定樣本量的食品添加劑檢測分析確定了這9 種常用并且容易產(chǎn)生殘留的溶劑作為研究對象。

對于目標有機溶劑的稀釋溶劑的選擇，文獻報道主要有甲醇、丙酮、正己烷、環(huán)己酮、酰胺、甘油三乙酸酯和DMF。由于甲醇、丙酮、正己烷等溶劑為本研究的品種，而DMF能與水、醇、醚、酯、烷烴和芳香類化合物等有機溶劑任意混合，并且測定過程中出峰時間及碎片離子對其他待測物基本無干擾，故本研究最終選擇DMF作為9 種有機溶劑的稀釋劑。

2.2 色譜柱及GC-MS條件的選擇

本研究中主要難分離的溶劑為甲醇、甲酸甲酯和乙醇，采用DB-624（或等效）的色譜柱可以很好地分離，但是該類型的色譜柱多為氣相用色譜柱，少見質譜專用柱，氣相用色譜柱在質譜上應用，在高溫階段會產(chǎn)生很大的柱流失，從而加大了基線噪音。本研究使用實驗室最常見的HP-5MS色譜柱對目標物進行分離，這9 種目標溶劑都得到了很好地分離。在優(yōu)化的色譜條件下9 種有機溶劑的總離子流圖見圖1。可以看出甲醇、甲酸甲酯和乙醇分離的很好。

圖1 9 種有機溶劑的總離子流圖Fig.1 TIC of 9 organic solvents

采用GC-MS聯(lián)用儀在m/z 30～650質量掃描范圍內對9 種有機溶劑進行測定時發(fā)現(xiàn)，干擾離子主要是m/z 32、40、44。如果采用選擇離子掃描模式就可以排除這些離子，可明顯降低噪聲，提高信噪比。每種化合物選擇1 個定量離子，3 個定性離子（甲醇和二硫化碳選擇1 個定性離子）。可依據(jù)保留時間、定量離子及定性離子之間的豐度比來定性。在選擇離子掃描模式下9 種有機溶劑的色譜圖見圖2。

圖2 9 種有機溶劑的選擇離子掃描圖Fig.2 SIM of 9 organic solvents

2.3 孵化時間的選擇

殘留溶劑從基體揮發(fā)到頂空相需要一定時間，該時間主要與殘留溶劑的揮發(fā)特性有關。實驗過程中，取10 mg/L的混合標準溶液8 mL于4 個頂空瓶中，設置頂空孵化器溫度80 ℃，孵化時間5.0、10.0、15.0、20.0 min。以時間為橫坐標，溶劑在質譜上的響應峰面積為縱坐標畫圖，考察孵化時間對殘留溶劑檢測的影響，結果如圖3所示。

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圖3 孵化時間對9 種有機溶劑峰面積的影響Fig.3 Effect of incubation time on peak areas of 9 organic solvents

從圖3可知，孵化時間在5.0 min的時候，多數(shù)目標化合物峰面積達到最大值。為了使頂空瓶內的待測組分充分達到平衡，并且節(jié)省時間，選擇孵化時間5.0 min。

2.4 孵化溫度的選擇

孵化溫度是影響檢測速度和效果的重要因素。若頂空平衡溫度高，則分析物質擴散的速度快，頂空氣體的濃度高，因此分析靈敏度高；但溫度過高，分析物質則容易分解。在本研究中，取10 mg/L的混合標準溶液8 mL于5 個頂空瓶中，孵化時間設置為5 min，分別設置孵化溫度60、65、70、75、80 ℃，以孵化溫度為橫坐標，溶劑在質譜上的響應峰面積為縱坐標畫圖，考察孵化溫度對殘留溶劑檢測的影響，結果如圖4所示。

圖4 孵化溫度對9 種有機溶劑峰面積的影響Fig.4 Effect of incubation temperature on peak areas of 9 organic solvents

從圖4可知，孵化溫度從60 ℃開始，目標化合物峰面積隨著溫度升高而增加。但是由于稀釋溶劑選擇DMF，DMF在溫度升高的過程中會隨目標化合物一起氣化進入質譜系統(tǒng)，對質譜系統(tǒng)造成傷害，同時溫度越高

被試物分解的可能性就越大，綜合各方面因素考慮，選擇80 ℃作為孵化溫度。

2.5 進樣口溫度的選擇

進樣口溫度也是影響檢測效果的因素。若進樣口溫度高，則分析物質在進樣口內膨脹擴散，甚至分解，從而降低響應值；但進樣口溫度過低，分析物質在進入進樣口后液化，降低蒸汽濃度，也會降低響應值。在本研究中，取10 mg/L的混合標準溶液8 mL于5 個頂空瓶中，孵化時間設置為5 min，孵化溫度設置為80 ℃，以進樣口溫度為橫坐標，溶劑在質譜上的響應峰面積為縱坐標畫圖， 考察進樣口溫度對殘留溶劑檢測的影響，結果如圖5所示。

圖5 進樣口溫度對9 種有機溶劑峰面積的影響Fig.5 Effect of inlet temperature on peak areas of 9 organic solvents

從圖5可知，進樣口溫度在120 ℃時，目標化合物峰面積達到最大值。所以選擇120 ℃作為進樣口溫度。

2.6 方法的線性關系

表3 9 種有機溶劑的線性范圍、相關系數(shù)、線性方程和檢出限Table 3 Linear ranges, correlation coefficients, regression equations and LOD for 9 organic solvents

由于各類有機溶劑在儀器上的響應值不同，在配制混合標準溶液時，將各類有機溶劑按不同質量濃度進行配制，使各個待測物響應值（峰高或峰面積）基本一致，這樣在條件實驗、建立線性關系和進行添加回收率實驗等工作中容易獲得滿意的結果。用1.3.4.2節(jié)的標準曲線溶液和1.3.1、1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)的方法繪制標準工作曲線，每個樣品重復測定3 次，取平均值。以對照品的質量濃度為橫坐標（X，mg/L）和對照品峰面積為縱坐標（Y）進行線性回歸，得到回歸方程和相關系數(shù)。在測定范圍內，9 種有機溶劑有良好的線性關系，線性相關系數(shù)均大于0.997 1。同時移取1.3.4.2節(jié)中的0.5 mg/L的混合標準溶液8 mL到11 個頂空瓶中，用1.3.1、1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)方法檢測其中9 種有機溶劑的含量，以11 次測得峰面積計算標準偏差，以標準偏差的3 倍作為噪聲帶入線性方程中計算出質量濃度即為檢出限，計算結果見表3。

2.7 添加回收率及精密度

選擇復配水分保持劑樣品進行添加回收率和精密度實驗。首先采用本方法對食品添加劑樣品進行測定，得到該食品添加劑中已含有的有機溶劑的定量結果。然后在樣品中添加不同質量濃度的混合標準溶液，用稀釋劑充分混合，按本方法進行HS-GC-MS測定。測定結果扣除樣品空白值。方法的回收率和精密度見表4。

表4 食品添加劑樣品中9 種有機溶劑的添加回收率和精密度（n =5）Table 4 Recoveries and precision (RSD) of 9 organic solvents spiked in food additives ( n= 5)

從表4可以看出，平均回收率在8 7.5 4%～106.50%之間，相對標準偏差在1.43%～6.17%之間，均符合方法學要求。

2.8 實際樣品檢測

利用本研究建立的方法對市場上抽取的100 個批次的食品添加劑樣品進行檢測，樣品中檢出不同含量的

溶劑殘留。其中檢出甲醇12 個批次（65～300 mg/kg）、乙醇8 個批次（140～1 000 mg/kg）、丙酮4 個批次（18～120 mg/kg）、苯1 個批次（28 mg/kg）、甲苯18 個批次（1.6～370 mg/kg）。通過本研究發(fā)現(xiàn)溶劑殘留在食品添加劑行業(yè)是一個普遍存在的問題。

3 結 論

本研究建立的靜態(tài)HS-GC-MS聯(lián)用法檢測食品添加劑產(chǎn)品中殘留有機溶劑含量的靈敏度高，選擇性好，前處理方法簡單快捷。同時通過對100 個批次實際樣品的檢測，證明本方法對有機溶劑殘留量的測定適應性好，可操作性強。適用于食品添加劑中溶劑殘留含量的日常檢測，為修訂相關檢測標準打下了較好的基礎，有較高的實用價值。

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Simultaneous Determination of 9 Residual Organic Solvents in Food Additives by Static Headspace Gas Chromatography-Mass Spectrometry

HONG Hua, WANG Li, WU Zhong-ping, GU Ai-guo, WANG Wei
(Jiangsu Provincial Supervising and Testing Research Institute for Products Quality, Nanjing 210007, China)

An analytical method was developed for the determination of 9 residual solvents in food additives by static headspace gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS). The optimal chromatographic conditions were as follows: an HP-5MS capillary column (30 m × 0.25 mm, 0.25 μm), and equilibration of the sample in the headspace vessel at 80 ℃ in 5 min. The results showed that all 9 organic residues were separated well within 10 min, and the standard curves were linear in the range of 0.1-10 mg/L for alkanes and aromatic hydrocarbons, 1-100 mg/L for esters and ketones, and 4.0-400 mg/L for alcohols. The correlation coefficients were more than 0.997 1 for 9 residual organic solvents. The recoveries for spiked samples were 87.54%-106.50% with RSD (n = 5) in the range of 1.43%-6.17%, and the limits of detection were 0.000 4-0.005 2 mg/L for alkanes and aromatic hydrocarbons, 0.016 0-0.024 0 mg/L for esters and ketones, and 0.550 0-0.596 0 mg/L for alcohols. The proposed method is simple, rapid, sensitive and accurate, and can be used for the simultaneous determination of residual solvents in food additives.

headspace; gas chromatography-mass spectrometry; organic solvents; residual; food additive

TS202.3

A

1002-6630（2014）18-0167-05

10.7506/spkx1002-6630-201418033

2014-04-22

洪華（1979—），男，工程師，博士，研究方向為有毒有害物質檢測。E-mail：18761888911@139.com