果汁飲料中6種苯系物的頂空氣相色譜分析

陳艷彬，鐵軍，宋曦，念紅麗

（1.長治學院生物科學與技術系，山西長治046011；2.隴東學院農林科技學院，甘肅慶陽745000；3.北京市經濟管理學校，北京100036）

由于塑料制品的良好性能和低廉的價格，使其在食品領域應用廣泛。然而食品包裝用的塑料制品含有多種有機殘留物，例如苯系物，會對人體健康造成一定的危害[1]。塑料與食品接觸過程中有害物質易溶出并遷移到食品中，嚴重危害人體健康。苯系物對人的神經和心血管系統有明顯的毒性，對造血機能有抑制作用，如白血球減少、貧血等[2]。

果汁中的苯系物主要是原料水、包裝材料、環境污染以及果汁中的添加劑在加工過程中衍生而成。目前國內外對于飲用水中苯及其同系物的檢測方法報道較多[3-6]，對果汁飲料中苯的檢測鮮見報道。頂空氣相色譜法具有靈敏度高、操作簡單、不需要特殊設備等優點，是一種符合“綠色分析化學”要求的分析手段。因此本文研究了用頂空氣相色譜法測定果汁飲料中苯系物的含量。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑和樣品

1.1.1 儀器

Clarus 600型氣相色譜儀：美國 PerkinElmer公司，配 FID檢測器；OV-1701毛細管色譜柱：50 m×0.20 mm×0.32 μm；FFAP（50 m×0.25 mm×0.5 μm）：蘭州化物所；AutoHS自動頂空進樣器：成都科林分析技術有限公司。

1.1.2 試劑

苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、異丙苯6種苯系物標準品，純度99.5%：上海安譜科技有限公司；甲醇（色譜純）：德國 Merck公司；氯化鈉（分析純）：天津市紅巖化學試劑廠，550℃烘2 h，干燥器內保存備用。

1.1.3 樣品

各種果汁：購于大型超市。

1.2 分析條件

1.2.1 色譜分析條件

色譜柱：FFAP 柱（50 m×0.25 mm×0.5 μm）；

檢測器：氫火焰離子檢測器（FID），溫度230℃；

程序升溫：初始溫度 70℃（5 min），7℃/min至130 ℃（3 min）；

進樣口：溫度 200℃，柱流量，0.75 mL/min，分流進樣，分流比 5∶1；

載氣：高純氮氣（99.999%）。

1.2.2 頂空分析條件

爐溫50℃時恒溫30 min，針溫85℃，傳輸線85℃，加壓置換 1min，進樣 4 s，載氣壓力 2.0×105Pa。

1.3 方法

1.3.1 混合標準溶液的配制

分別準確量取6種苯系物標準品適量，用甲醇溶解后轉移到 10 mL容量瓶中，甲醇定容，配成相應的混合標準儲備液，4℃下密封保存。用前采用梯度稀釋法將標準儲備液逐級稀釋。

1.3.2 樣品分析

取15種不同的果汁飲料樣品各 5 mL于22 mL頂空瓶中，均加入2.0 g氯化鈉混勻，密封后進行測定分析。

2 結果與討論

2.1 色譜柱的選擇

色譜柱對混合物的分離主要取決于色譜柱中固定相的選擇性和極性[7]。為了實現苯系物的完全分離，分別選取了中極性毛細管 OV-1701、強極性毛細管柱FFAP兩種色譜柱進行分離，結果發現 OV-1701柱存在間、對二甲苯難分離，FFAP則能對苯系物各組分實現完全基線分離，各色譜峰峰形對稱，分離度高，是實現分離和分析6種苯系物的理想柱子。本試驗選擇FFAP柱。

圖1 FFAP色譜柱對鹵代烴的分離色譜圖Fig.1 Chromatogram of benzene substances on FFAP

2.2 頂空測定條件的選擇

2.2.1 平衡溫度的影響

樣品的平衡溫度與蒸氣壓直接相關，它影響分配系數[8]，樣品中組分的蒸汽分壓隨平衡溫度升高而加大，提高加熱溫度就可以提高靈敏度。試驗對頂空平衡溫度進行了選擇，考察了 40、45、50、55、60 ℃不同平衡溫度對測定結果的影響，以不同平衡溫度下各被測組分的峰面積來表示方法的檢測靈敏度，結果見圖2。

圖2 平衡溫度和峰面積的關系Fig.2 Relationship between equilibrium temperature and peak areas

由圖2結果可以看出：隨著溫度的升高，峰面積有所增大，靈敏度也有所提高，但平衡溫度超過50℃時變化趨于平緩。且隨著溫度的逐漸升高，水蒸氣增多，測定結果的重復性降低，高溫容易將水蒸氣帶入色譜系統，對儀器造成損害。因此綜合樣品的穩定性、重復性和儀器等條件，選擇50℃為平衡溫度。

2.2.2 平衡時間的影響

被測樣品在選定的平衡溫度下熱平衡時，各被測組分需經過一定的時間才能建立氣-液平衡。試驗在選定頂空平衡溫度為50℃的情況下對平衡時間進行了選擇，考察了 10、20、30、40、50 min 不同平衡時間對測定結果的影響，以不同平衡時間下各被測組分的峰面積來表示方法的檢測靈敏度，結果見圖3。

圖3 平衡時間和峰面積的關系Fig.3 Relationship between equilibrium time and peak areas

由圖3結果表明：隨著時間的增加，混合標樣的峰面積增大，從30 min～50 min峰面積變化平緩，為保證樣品的平行性和重復性，選擇30 min為平衡時間。

2.2.3 針溫和傳輸線溫度的選擇

針溫和傳輸線溫度對分析結果也有重要的影響，溫度太低會使一部分的樣品在管路中冷凝和吸附被消耗在傳輸線管壁上。試驗選擇在50℃時平衡30 min，在針溫和傳輸線溫度分別為 65、75、85、95、105 ℃下進樣測定，結果見圖4。

圖4 針溫和傳輸線溫度和峰面積的關系Fig.4 Relationship between needle，transmission-line temperature and peak areas

由圖4結果可以看出，6種苯系物的峰面積隨著針溫、傳輸線溫度升高而增大，當溫度達到85℃后變化趨于平緩，針溫和傳輸線溫度對于峰面積的影響相對于平衡溫度和平衡時間較小。本試驗選擇針溫和傳輸線溫度為85℃。

2.2.4 樣品基體的選擇

氯化鈉具有提高溶液的離子強度，降低有機化合物在水中溶解度的作用[9]，試驗對同一樣品分別加入1、1.5、2.0、2.5、3 g 氯化鈉進行分析，同時做未加鹽的頂空分析，結果發現加鹽后靈敏度大幅度提高，而且隨氯化鈉加入量的增加而增大，當氯化鈉加入量為2.0g時樣品溶液呈現飽和狀態，靈敏度達到最大，本試驗選擇加2.0 g氯化鈉。

2.3 超聲時間的選擇

由于飲料基質與苯系物標準溶液基質不同，飲料中的各種復雜組分容易使樣品加標回收率降低，本試驗考察了將樣品密封加熱前超聲0、5、10、15 min的處理，試驗結果見表1。

表1 不同超聲時間下的回收率Table 1 The recovery results of different ultrasonic time

由表1結果可以看出，超聲處理可以明顯提高樣品的加標回收率，隨著超聲時間的延長樣品的加標回收率呈逐漸上升趨勢，當超聲時間超過10 min時變化趨于緩慢，本實驗選擇將樣品在加熱前超聲10 min。這可能是因為超聲減少了飲料復雜的樣品基體對測定結果的影響，使飲料中的苯系物更好地揮發出來，提高了測定靈敏度和準確度。

2.4 方法評價

2.4.1 方法線性范圍和檢出限

線性范圍是待測物濃度與儀器的響應信號（峰高或峰面積）呈線性關系并且能滿足定量要求的濃度范圍[10]。準確吸取不同濃度的6種苯系物混合標準溶液5 mL進行分析測定，以峰面積（Y）對相應組分的質量濃度（ρ）進行線性分析，得到各組分的線性方程與相關系數如表2所示。以信噪比為S/N=2時各組分濃度為最低檢測限，結果見表2。

表2 6種苯系物的線性方程、相關系數和檢測限Table 2 Linear equations，crrelation and linear ranges of 6 benzene substances

由表2結果可知，6種苯系物有良好的線性關系，R 值在 0.993～0.999 之間，檢測限在 2.1 μg/L～9.8 μg/L之間。

2.4.2 方法的回收率和精密度

采用標準添加法，在5 mL飲料樣品中加入2.0 g氯化鈉，分別添加低、中、高3個濃度水平的標準溶液，按照上述方法進樣分析。回收率和相對標準偏差結果 見表3。

表3 苯系物在樣品中的回收率及方法精密度（n=6）Table 3 Recoveries and analytixal precision of benzene substances determination in sample（n=6）

由表3結果可知6種苯系物具有較高的回收率，在 89.4%～99.5% 之間，RSD在2.8%～7.5% 之間，具有良好的精密度。

2.4.3 實際樣品分析

采用頂空-氣相色譜法對市售 15種果汁飲料進行分析，均未檢測出。說明市售的果汁飲料是安全可靠的。

3 結論與討論

1）FFAP柱能實現6種苯系物的完全分離，且各色譜峰峰形對稱，分離度高。

2）頂空測定條件為平衡溫度為50℃時平衡30min，針溫和傳輸線溫度為85℃。

3）方法具有良好的線性關系，R值在 0.993～0.999之間，檢測限在 2.1 μg/L～9.8 μg/L 之間。

4）方法具有良好的回收率和精密度，回收率在89.4%～99.5% 之間，RSD在2.8%～7.5%之間。

采用頂空氣相色譜法測定果汁飲料中苯系物，該分析方法準確、簡便、快速，可以用于實際樣品的檢測分析。

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