離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測(cè)液體食品體系中鄰苯二甲酸酯類增塑劑

胡 蝶,王兆梅,吳淑婷,黃舒晴

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測(cè)液體食品體系中鄰苯二甲酸酯類增塑劑

胡 蝶,王兆梅*,吳淑婷,黃舒晴

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

建立了離子液體分散液液微萃取與高效液相色譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)液體食品體系中鄰苯二甲酸酯類增塑劑(Phthalic acid esters,PAEs)的方法。分別以蒸餾水、3%乙酸水溶液和10%乙醇水溶液作為水性食品、酸性食品和醇類食品的模擬體系。選用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate,[BMIM][PF6])為萃取劑,甲醇為分散劑,對(duì)樣品中的PAEs進(jìn)行萃取。以萃取相中鄰苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate,DBP)的濃度為優(yōu)化指標(biāo),分別得到各類食品模擬體系的最佳萃取劑體積、分散劑體積、萃取時(shí)間和離心時(shí)間。采用所建立的方法對(duì)模擬體系進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),三種模擬體系在加標(biāo)量為0.02 mg時(shí)的加標(biāo)回收率在79%～112%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在2%～6%之間。表明所建立的方法可靠,可用于液體食品中PAEs殘留的檢測(cè)。

液液微萃取,苯二甲酸酯,效液相色譜,食品模擬體系

鄰苯二甲酸酯類(Phthalates,Es)增塑劑被廣泛應(yīng)用到食品包裝制品中以改善包裝材料的加工性能。然而,這類物質(zhì)是以物理混合方式存在于高分子材料中,隨著儲(chǔ)運(yùn)過程中食品與包裝容器的長(zhǎng)時(shí)間接觸,容易向食品組分遷移,構(gòu)成食品污染,危害人體健康,造成致畸、致癌等嚴(yán)重后果[1-2]。液體食品是一類與包裝材料接觸最為密切的食品,其中的液體組分充當(dāng)了鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)的溶劑,促進(jìn)了這類增塑劑向液體食品中遷移。因此建立高效快速的液體食品中PAEs殘留的檢測(cè)方法十分必要。

檢測(cè)PAEs增塑劑常用的樣品前處理方法有液液萃取、固相萃取等。但是,液液萃取處理樣品量大,需要使用大量的有機(jī)溶劑,易導(dǎo)致環(huán)境污染和引發(fā)安全事故;固相萃取操作繁雜,提取效率低。分散液液微萃取(Dispersive Liquid-Liquid Micro-Extraction,DLLME)是Assadi等在2006年提出的一種新型微萃取技術(shù)[3]。它通過萃取劑在分散劑-水相中形成微珠,擴(kuò)大萃取劑與水的相接觸面積,從而提高目標(biāo)物質(zhì)的萃取效率和富集倍數(shù)。Fan等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法快速檢測(cè)酒精飲料中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的含量[4],Chen等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法分析水樣中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的含量[5],均獲得較好的回收率和精密度。在液體食品分析中,目標(biāo)分析物濃度低,食品組分基質(zhì)復(fù)雜,樣品的前處理對(duì)樣品分析具有重要意義。

本項(xiàng)目將離子液體分散液液微萃取技術(shù)和高效液相色譜結(jié)合,建立三種模擬液體食品體系中增塑劑殘留的檢測(cè)方法,為市售液體食品中增塑劑檢測(cè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

PAEs單品及混合標(biāo)準(zhǔn)品、鄰苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate,DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(Diethyl phthalate,DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(Di-n-butyl phthalate,DBP)、鄰苯二甲酸二戊酯(Diallyl phthalate,DAP)、鄰苯二甲酸二辛酯(Di-n-octyl phthalate,DOP) 美國(guó)ULTRA Scientific公司(North Kingstown,RI.);1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(純度為99.0%);甲醇 色譜純,分析純;乙腈、丙酮、正己烷、乙酸、乙醇 分析純;所有溶劑使用前都需要經(jīng)0.45μm有機(jī)相濾膜過濾;超純水。

Agilent高效液相色譜儀、二極管陣列檢測(cè)器、C18色譜柱 美國(guó)Agilent公司;電子分析天平,精度0.00001g德國(guó)Sartorius公司;渦旋振蕩器 美國(guó)Scientific Industries公司;臺(tái)式離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;0.45 μm有機(jī)相針式濾器 上海楚定分析儀器有限公司;100 μL微量進(jìn)樣器 上海高鴿工貿(mào)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 高效液相色譜條件 色譜柱:C18色譜柱(4.6 mm×5 μm×25 cm);檢測(cè)波長(zhǎng):228 nm;進(jìn)樣量:20 μL;柱溫:30 ℃;流動(dòng)相采用甲醇/水梯度洗脫程序:0～8 min甲醇/水從80/20變?yōu)?00/0,8～15 min甲醇/水維持在100/0;流速:1.0 mL/min。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 取五種PAEs標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,用甲醇依次稀釋成濃度分別為0、10、20、40、80、100 mg/L的PAEs標(biāo)準(zhǔn)溶液,按上述液相色譜條件進(jìn)行檢測(cè),以峰面積對(duì)分析物濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.3 液體食品模擬體系的選擇和建立 選擇三種液體食品模擬體系:蒸餾水(模擬體系A(chǔ))、3%乙酸溶液(模擬體系B)、10%乙醇溶液(模擬體系C),它們分別代表了水性食品、酸性食品和醇類食品,基本涵蓋了除脂類食品以外全部類型的液體食品。脂類食品由于與離子液體互溶,不滿足離子液體分散液液微萃取的要求,本研究暫不討論。

1.2.4 離子液體分散液液微萃取鄰苯二甲酸酯類增塑劑的原理 離子液體分散液液微萃取鄰苯二甲酸酯類增塑劑的原理如圖1所示。它是通過目標(biāo)物鄰苯二甲酸酯類在樣品溶液與微小體積的萃取劑間的分配平衡實(shí)現(xiàn)萃取的。首先,用微量注射器將一定體積的離子液和分散劑的混合溶液注入液體食品模擬溶液中,離子液在分散劑的作用下很快形成細(xì)小的微珠分散在食品模擬溶液中,擴(kuò)展了離子液和食品模擬溶液間的相接觸面,離子液[BMIM][PF6]很強(qiáng)的溶劑性能使其迅速將鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)萃取到離子液微珠內(nèi),大大地提高了萃取效率和富集倍數(shù)。然后把萃取過程中形成的乳濁液經(jīng)過離心,鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)沉積在離心管底部,可用微量注射器吸取進(jìn)行儀器分析。

圖1 離子液體分散液液微萃取鄰苯二甲酸酯類增塑劑的原理Fig.1 The principle of ionic liquid dispersive liquid liquid microextraction of PAEs

1.2.5 離子液體分散液液微萃取操作 準(zhǔn)確量取5.0 mL模擬體系置于10 mL的尖底離心管中,加入一定體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液,用注射器迅速注入一定體積的離子液體和分散劑的混合溶液,渦旋振蕩混勻,混合液立刻形成模擬體系/分散劑/離子液體的乳濁液體系,離子液體在分散劑的輔助下均勻地分散在模擬體系中;靜置一段時(shí)間,目標(biāo)分析物被萃取進(jìn)入到離子液體微滴中;經(jīng)過6000 r/min離心一段時(shí)間之后,分散在模擬體系中德離子液體沉積到離心管管底;用注射器棄去上層水相,取出沉積相溶于一定體積的甲醇中,用0.45 μm的有機(jī)濾膜過濾之后,用微量進(jìn)樣器吸取20 μL濾液進(jìn)HPLC分析。

1.2.6 離子液體分散液液微萃取條件的選擇 以食品模擬體系為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,在不同的模擬體系中,加入一定量的混合標(biāo)準(zhǔn)品,然后以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])為萃取劑,甲醇為分散劑。由于篇幅限制,以較常見且毒性較大的DBP的含量為優(yōu)化指標(biāo),對(duì)各萃取條件進(jìn)行選擇。

以400 μL甲醇為分散劑,萃取時(shí)間10 min,離心時(shí)間10 min,考察不同體積的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])(200～500 μL)對(duì)萃取效率的影響。

以200 μL的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])作為萃取劑,萃取時(shí)間10 min,離心時(shí)間10 min,考察不同體積的甲醇(200～1000 μL)作為分散劑對(duì)萃取效率的影響。

以200 μL的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])作為萃取劑,400 μL甲醇為分散劑,離心時(shí)間10 min,考察2～20 min等幾個(gè)萃取時(shí)間對(duì)樣品萃取效率的影響。

以200 μL的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])作為萃取劑,400 μL甲醇為分散劑,萃取時(shí)間10 min,考察2～20 min等幾個(gè)離心時(shí)間對(duì)樣品萃取效率的影響。

1.2.7 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn) 分別取6份液體食品模擬體系,每份5 mL置于10 mL的6個(gè)尖底離心管中,在每個(gè)離心管中分別加入0.02 mg的DMP、DEP、DBP、DAP、DOP標(biāo)準(zhǔn)品,根據(jù)前面優(yōu)化后的萃取條件及監(jiān)測(cè)方法,計(jì)算PAEs的平均回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=6),考察方法的精密度和準(zhǔn)確度。

1.2.8 市售液體食品檢測(cè) 隨機(jī)選擇保質(zhì)期內(nèi)的市售液體食品,包括:礦泉水、酒、果汁飲料。取30 mL樣品,用雙層濾紙進(jìn)行過濾,取濾液,根據(jù)已建立的方法,檢測(cè)市售液體食品中增塑劑的殘留。

1.2.9 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)分析處理采用Microsoft excel 2007。除加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制實(shí)驗(yàn)重復(fù)六次,其它實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 高效液相色譜法檢測(cè)PAEs

采用建立的高效液相色譜條件,得到五種PAEs標(biāo)準(zhǔn)樣品液相色譜分離圖(圖2),依次為DMP、DEP、DBP、DAP、DOP,表明該實(shí)驗(yàn)條件下PAEs在13 min內(nèi)可以完全分離,將此色譜條件用于后續(xù)研究。

圖2 5種鄰苯二甲酸酯的高效液相色譜圖Fig.2 HPLC chromatograms of 5 PAEs

方法的線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)、精密度和檢出限如表1所示,在0.1～100 mg/L范圍內(nèi)曲線有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.9980以上。取標(biāo)準(zhǔn)工作液連續(xù)進(jìn)樣6次,所得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于6%,符合要求。

表1 方法的分析參數(shù)

2.2 萃取條件的選擇

2.2.1 萃取劑體積的選擇 圖3為萃取劑體積對(duì)萃取效果的影響,模擬體系A(chǔ)隨著萃取劑體積的增大,萃取量逐漸減少,在萃取劑體積為200 μL時(shí),萃取量較大;模擬體系B、C隨著萃取體積的增加,萃取量先增加后減少,在萃取劑體積為300 μL時(shí),萃取量最大。這與Xu等[6]關(guān)于塑料包裝材料中PAEs物質(zhì)向食用油和礦泉水中遷移量的比較和蔣小良等[7]關(guān)于食品包裝材料中雙酚A在食品模擬物中的遷移規(guī)律的結(jié)果一致。由于乙醇是鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)的優(yōu)良溶劑,因此DBP在模擬體系C中的萃取量最大且達(dá)到萃取平衡所需的萃取劑體積較大,而模擬體系A(chǔ)中DBP的含量較少,故萃取量較少且萃取平衡所需萃取劑體積也較少。故模擬體系A(chǔ)、B、C選擇萃取劑體積分別為200、300、300 μL。

圖3 不同萃取劑體積對(duì)DBP萃取量的影響Fig.3 Effects of different extraction solvent volume on the extraction capacity of DBP

2.2.2 分散劑體積的選擇 分散劑的體積能夠影響水-萃取劑-分散劑乳濁液體系的形成,通過影響萃取劑離子液體在水相中的分散程度進(jìn)一步影響對(duì)目標(biāo)分析物的萃取效率。分散劑體積對(duì)萃取效果的影響如圖4所示,以DBP為研究對(duì)象,模擬體系A(chǔ)隨著分散劑體積的增加,萃取量增大,分散劑體積為1000 μL時(shí),萃取量較大;模擬體系B隨著分散劑體積增大,萃取量減少,分散劑體積為200 μL時(shí),萃取量較大;模擬體系C隨著分散劑體積的增大,萃取量先增加后減少,在分散劑體積為400 μL時(shí),萃取量最大。在分散劑體積較少時(shí),隨著其體積的增加,增大了萃取劑與樣液的接觸面積,萃取量增加。達(dá)到一定平衡后,隨著分散劑體積的增加,萃取劑在水中的溶解度增大,目標(biāo)物在水中的溶解度也增大,影響了分析物的萃取,萃取量反而減少。模擬體系A(chǔ)、B、C選擇分散劑的體積分別為1000、200、400 μL。

圖4 不同分散劑體積對(duì)DBP萃取量的影響Fig.4 Effects of different dispersants volume on extraction capacity of DBP

2.2.3 萃取時(shí)間的選擇 本實(shí)驗(yàn)考察了2～20 min內(nèi)幾個(gè)萃取時(shí)間對(duì)樣品萃取效率的影響,對(duì)模擬體系A(chǔ)、B、C均選擇萃取時(shí)間為2 min。因?yàn)橥鶚悠啡芤褐凶⑷胼腿┖头稚┑幕旌弦汉?模擬體系A(chǔ)、B、C溶液立即形成乳濁液體系,導(dǎo)致萃取劑和目標(biāo)分析物的接觸面積迅速增大,瞬間到達(dá)萃取平衡,萃取時(shí)間的增加不再影響萃取率。

2.2.4 離心時(shí)間的選擇 在6000 r/min的條件下,考察不同的離心時(shí)間(2～20 min)對(duì)萃取效率的影響,結(jié)果表明,5 min之后回收率不再隨離心時(shí)間的增加而增加,因此,本研究選擇離心時(shí)間均為5 min。

2.3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)優(yōu)化后的萃取條件和檢測(cè)方法,對(duì)三種模擬體系進(jìn)行加標(biāo)回收,測(cè)定平均回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果如表2。三種模擬體系對(duì)鄰苯二甲酸酯類的回收率均在79%～112%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2%～6%間。與馬保華等建立固相萃取-氣相色譜檢測(cè)養(yǎng)殖水體中6種PAEs的方法,回收率72%～100%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%[8]相比,回收率和精密度均較高,與Fan等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜檢測(cè)酒精飲料中PAEs[4]和Chen等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜檢測(cè)水樣中PAEs[5]的結(jié)果相當(dāng)。說明該方法用于液體食品模擬體系中PAEs的檢測(cè)取得了不錯(cuò)的效果,萃取效率高,回收率達(dá)到要求,可以滿足液體食品中PAEs分析的需要。

表2 PAEs的回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 液體食品中增塑劑殘留的檢測(cè)結(jié)果

按照所建立的方法,對(duì)三類液體食品增塑劑殘留進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如表3。在礦泉水中未有鄰苯二甲酸酯類增塑劑檢出,在酒中檢出DEP、DOP分別為0.67 mg/kg和0.81 mg/kg,在果汁中檢測(cè)出DBP為0.24 mg/kg。根據(jù)《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB9685-2008)中規(guī)定的塑料食品包裝材料中DEHP、DBP、DINP、DAP的特定遷移量,分別為1.5、0.3、9.0、0.01 mg/kg[9]。采用本文所建立的方法檢測(cè)市售液體食品中PAEs殘留,可為食品容器、包裝材料中添加劑的監(jiān)控提供參考。

表3 實(shí)際樣品中PAEs的測(cè)定結(jié)果(mg/kg)

3 結(jié)論

本研究建立了離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測(cè)液體模擬食品中5種PAEs(DMP、DEP、DBP、DAP、DOP)的殘留,采用離子液體這種新型萃取劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機(jī)溶劑,具有用量少、萃取效率高、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)。此方法操作簡(jiǎn)便快速,回收率高,精密度好,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,可用于市售液體食品中PAEs的殘留檢測(cè)。

[1]Evelina Fasano,Francisco Bono-Blay,Teresa Cirillo,et al. Migration of phthalates,alkylphenols,bisphenol A and di(2-ethylhexyl)adipate from food packaging[J]. Food Control,2012,27(1):132-138.

[2]Matsumoto Mariko,Hirata-koizumi Mutsuko,Ema Makoto. Potential adverse effects of phthalic acid esters on human health:a review of recent studies on reproduction[J]. Regulatory Toxicology Pharmacology,2008,50(1):37-49.

[3]Mohammad Rezaee,Yaghoub Assadi,Mohammad-Reza Milani Hosseini,et al. Determination of organic compounds in water using dispersive liquid-liquid microextraction[J]. Journal of Chromatography A,2006,1116(1-2):1-9.

[4]Fan Yingying,Liu Shuhui,Xie Qilong. Rapid determination of phthalate esters in alcoholic beverages by conventional ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction coupled with high performance liquid chromatography[J]. Talanta,2014,119:291-298.

[5]Chen Sha,Zhong Yisheng,Cheng Shuiyuan,et al. Development of an ionic liquid-based dispersive liquid-liquid micro-extraction method for the determination of phthalate esters in water samples[J]. Journal of separation science,2011,34(13):1503-1507.

[6]Xu Qian,Yin Xueyan,Wang Min,et al. Analysis of phthalate migration from plastic containers to packaged cooking oil and mineral water[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,58(21):11311-11317.

[7]蔣小良,曾銘,郝雨,等.食品包裝材料中雙酚A在食品模擬物中遷移規(guī)律的研究[J]. 分析測(cè)試技術(shù)與儀器,2013,(3):133-137.

[8]馬保華,王兆梅,李娜,等.固相萃取檢測(cè)養(yǎng)殖水體中鄰苯二甲酸酯殘留[J]. 食品科學(xué),2011,32(18):164-167.

[9]中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB9685-2008 食品容器,包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[10]Li Jidong,Cai Yaqi,Shi Yali,et al. Analysis of phthalates via HPLC-UV in environmental water samples after concentration by solid-phase extraction using ionic liquid mixed hemimicelles[J]. Talanta,2008,74(4):498-504.

[11]Wang Ying,You Jingyan,Ren Ruibing,et al. Determination of triazines in honey by dispersive liquid-liquid microextraction high-performance liquid chromatography[J]. Journal of Chromatography A,2010,1217(26):4241-4246.

[12]Liu Yuzi,Xing Yinghao,Wu Jun. Detecting PAEs in bottled water by SPE-LC/QQQ[J]. Applied Mechanics and Materials,2014,469:444-449.

Analysis of phthalates in liquid food by ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction-high performance liquid chromatography

HU Die,WANG Zhao-mei*,WU Shu-ting,HUANG Shu-qing

(College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

A method for the detection of PAEs contaminant in liquid food simulation system by using ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction in combination with the high performance liquid chromatography was established. The distilled water,3% acetic acid aqueous solution and 10% aqueous ethanol were adopted as the simulation systems representing for aqueous,acidic and alcohol containing food respectively. The ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate([BMIM][PF6])was used as extracting agent and methanol as dispersive agent to extract the PAEs in the samples. With the final concentration of dibutyl phthalate(DBP)as goal,the extraction conditions including the volume of the extraction solvent,the volume of the dispersing agent,the extraction time and the centrifugation time were optimized. A standard addition recovery experiment was conducted with the mentioned three simulation food system. The recovery rate was between 79%～112% and the relative standard deviation between 2%～6% with 0.02 mg of standard PAEs addition. The established methods were proved accurate and reliable,which can be used for the detection of PAEs residues in liquid food.

liquid-liquid microextraction;phthalates;HPLC;food simulation system

2014-12-24

胡蝶(1992-),女,碩士,研究方向:食品安全分析,E-mail:hujinguo1968@126.com。

*通訊作者:王兆梅(1974-),女,博士,研究方向:食品安全分析與控制,E-mail:wangzm@scut.edu.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31071505;31371743);華南理工大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2013ZZ078)。

TS201.7

A

1002-0306(2015)21-0285-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.050