GC-MS結合保留指數分析聚苯乙烯發泡餐盒中化學成分

宋雪超，林勤保,*，方 紅，吳宇梅，王志偉

（1.暨南大學包裝工程研究所，廣東普通高校產品包裝與物流重點實驗室，廣東 珠海 519070；2.深圳出入境檢驗檢疫局，廣東 深圳 518000）

GC-MS結合保留指數分析聚苯乙烯發泡餐盒中化學成分

宋雪超1，林勤保1,*，方 紅2，吳宇梅1，王志偉1

（1.暨南大學包裝工程研究所，廣東普通高校產品包裝與物流重點實驗室，廣東 珠海 519070；2.深圳出入境檢驗檢疫局，廣東 深圳 518000）

采用正己烷超聲提取發泡餐盒中的化學物質，經氣相色譜-質譜法分析，在NIST質譜檢索庫檢索的基礎上，結合保留指數對化學物進行定性分析，再用峰面積歸一法確定各個物質的含量。3 種發泡餐盒分別分離出35、39、38 種化學成分，分別確定了其中25、27、23 種物質，大都為含有苯環的有毒有害物質，相對標準偏差在2.26%～6.06%之間。本方法提高了定性分析的準確性和效率，可為發泡餐盒成分分析提供參考。

氣相色譜-質譜聯用；保留指數；聚苯乙烯發泡餐盒；定性

由聚苯乙烯為主要原料制成的發泡餐盒具有密度小、體積大、易存放等特點，加工工藝簡便，價格低廉，因此廣泛應用于快餐行業。但發泡餐盒在高溫條件下會釋放出苯乙烯單體、芳香族化合物和加工過程中加入的增塑劑、抗氧化劑等，對消費者健康構成直接威脅[1-8]。因此對于發泡餐盒中化學物質全面的定性就顯得尤為重要。

發泡餐盒化學成分非常復雜。目前，國內對于發泡餐盒的研究較少，國際上對于發泡餐盒的安全性研

究集中在20世紀90年代，已取得較大的進展。例如，Abrantes[9]采用氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）對用于牛奶包裝的聚苯乙烯塑料中的低聚物進行定性，共鑒定出包括苯乙烯在內的20 種化合物。Verzera等[10]利用頂空固相微萃取聯合快速GC法檢測聚苯乙烯包裝材料中有害物質向酸奶中的遷移量。Khaksar等[11]研究了通用聚苯乙烯和耐沖性聚苯乙烯中苯乙烯單體向茶、牛奶、可可牛奶等熱飲料的遷移行為，研究發現熱飲料的溫度和脂肪含量都會影響苯乙烯的遷移。國內對于發泡餐盒的研究主要集中在苯乙烯等小分子物質的上[12-18]，鄭建珍等[12]用GC-MS聯用技術研究了泡沫塑料中易揮發組分在不同環境溫度條件下的釋放行為。實驗結果表明：泡沫塑料在一定溫度條件下可以釋放出近20 種化合物，其中絕大多數是含有苯環的有毒有害物質。林華影等[13]用GC-MS測定了聚苯乙烯在不同的溫度加工條件下，釋放于空氣中的有害物質的種類和數量，但只重點鑒定了7 種常見物質，對于其中結構較為復雜的成分未做分析。周相娟等[14]則建立了頂空-GC-MS聯用法來測定食品包裝中殘留乙苯、苯乙烯單體的含量。因此對發泡餐盒進行全面定性，確定其中結構較復雜的物質就很有必要。

保留指數是目前廣泛使用并且被國際公認的定性指標，可以有效地區分結構上存在細微差別的同分異構體。目前，國內研究主要把保留指數定性應用到植物成分的鑒別上。例如，任恒鑫等[19]采用GC-MS對藿香揮發油進行分析，結合自動質譜退卷積定性系統和保留指數對其定性，鑒定出46 種化學成分，取得良好的鑒定結果。楊帥等[20-21]采用水蒸氣蒸餾法提取白花蛇舌草和半枝蓮揮發性成分，GC-MS結合保留指數分析，分別鑒定出29、41 種物質。但我國把保留指數應用在塑料成分定性上的研究少有報道。

本實驗采用正己烷超聲提取發泡餐盒的化學物質，為提高結果準確性，采用雙柱定性的方法。以HP-5MS色譜柱為主，HP-1MS色譜柱為輔，分別對提取出的物質進行分析，在NIST質譜庫檢索的基礎上，結合保留指數對其主要化學成分進行定性。采用峰面積歸一法對HP-5MS色譜柱的總離子流圖分析，得到化學成分的相對含量。該實驗為全面了解發泡餐盒中化學成分并為下一步的遷移實驗提供重要的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

發泡餐盒 暨南大學珠海校區附近的餐飲店；正構烷烴混合對照品C7～C40（品牌：RS-Suplco） 西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司；二氯甲烷、乙酸乙酯天津科密歐化學試劑有限公司；甲醇、正己烷 美國Tedia試劑公司；溶劑均為色譜純。

1.2 儀器與設備

7890A-5975C型GC-MS聯用儀 美國Agilent科技有限公司；GZX-9420MBE型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠；EPED-10TS超純水器 南京易普易達科技發展有限公司；AL204電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發泡餐盒化學成分的提取

將發泡餐盒分別標注1、2、3號，每樣品做3 組平行實驗。用剪刀剪成（1×1）cm2左右，準確稱量0.25 g試樣加入到具塞三角瓶中，加入15 mL正己烷，超聲提取30 min，用濾紙過濾后，再用5 mL正己烷重復上述步驟2 次，合并提取液，將其放至棕色試劑瓶中。取1.5 mL萃取液經0.45 μm有機濾膜過濾后，4 ℃貯存，待測。

1.3.2 GC條件

色譜柱：HP-5MS石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），不分流進樣；色譜柱：HP-1MS石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），分流比20∶1。升溫程序：40 ℃保持1 min，以5 ℃/min升至280 ℃，保持15 min；載氣（He）流速1.0 mL/min；進樣量1 μL。

1.3.3 MS條件

電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；進樣口溫度280 ℃；溶劑延遲4 min；質量掃描范圍m/z 50～550。

1.3.4 保留指數的計算[22]

取正構烷烴混標標準品稀釋至1 mg/L，按照1.3.2節和1.3.3節實驗條件分析，記錄各正構烷烴保留時間，采用線性升溫公式計算各組分的保留指數。

式中：RI為保留指數；tx為被測組分的保留時間/min，tn、tn+1分別為碳原子數為n和n+1的正構烷烴的保留時間/min，且tn＜tx＜tn+1。

2 結果與分析

2.1 萃取溶劑的選擇

本實驗選取甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、正己烷4 種溶劑萃取剪碎的發泡餐盒，比較其萃取效果。實驗發現，發泡餐盒遇二氯甲烷、乙酸乙酯發生溶脹，加入甲醇使聚合物沉淀。靜置，取上清液進樣分析。實驗比較了甲醇、二氯甲烷-甲醇、乙酸乙酯-甲醇和正己烷的萃取效果，結果發現正己烷提取效果都要好于其他三者，故

本實驗選擇正己烷作為發泡餐盒的萃取劑。其中乙酸乙酯-甲醇萃取和正己烷萃取的色譜圖見圖1。

圖1 不同萃取溶劑的總離子流圖Fig. 1 Total ion chromatograms with different extraction solvents on HP-5MS column

2.2 分析方法的精密度

依照上述實驗方法，做6 次平行實驗，選取其中含量較高的7 種物質，計算峰面積的相對標準偏差，分別為乙苯（2.26%）、苯乙烯（4.64%）、1,3-二苯丙烷（3.33%）、順式-1,2-二苯基環丁烷（6.06%）、2,4-二苯基-1-丁烯（2.43%）、反式-1,2-二苯基環丁烷（2.75%）、2,4,6-三苯基-1-己烯（2.33%），7 種物質峰面積的相對標準偏差在2.26%～6.06%之間，均小于10%，符合實驗要求。

2.3 發泡餐盒化學成分分析結果

圖2 發泡餐盒化學成分總離子流圖Fig. 2 Total ion chromatograms of chemical compounds from polystyrene food container separated on HP-5MS column

取1.3.1節樣品的萃取液，按照1.3.2節和1.3.3節實驗條件對發泡餐盒成分進行GC-MS分析，其中，1、2、3號發泡餐盒的總離子流圖見圖2。

計算總離子圖中各色譜峰的RI值，對色譜峰進行NIST譜庫檢索，選取匹配度較高的10 個化合物，通過網上（http://webbook.nist.gov/chemistry/）搜索文獻（HP-5MS以及與其固定相相同的色譜柱，HP-1MS以及與其固定相相同的色譜柱）查得其保留指數，以質譜圖和保留指數匹配度最高的化學結構為最佳鑒定結果。采用峰面積歸一法估算各組分相對含量，3 次平行實驗得到相對含量的平均值，結果見表1。

表1 發泡餐盒化學成分分析結果Table 1 Analytical results for the determination of chemical compounds in polystyrene food containers

續表1

由表1可知，3 種發泡餐盒分別分離出35、39、38 種化學物質，確定出其中的25、27、23 種，3 種餐盒中檢測出的物質種類大體相同，都含有乙苯、苯乙烯等含苯環的烷烴、烯烴、醇、醛、酮、酯類物質，但每種物質的百分含量差別很大，以2,4,6-三苯基-1-己烯為例，3 種餐盒中的2,4,6-三苯基-1-己烯占檢出物總峰面積的相對百分含量分別為15.304%、30.156%、23.857%。考慮到該物質的相對標準偏差為2.33%，樣品前處理和測定方法對鑒定結果的影響很小，故生產廠家的不同是物質百分含量不同的主要原因。

3 討 論

本實驗和其他研究對比，檢測出的物質也有很高的相似之處。Hathcock等[23]對工業級別的發泡聚苯乙烯定性檢測，除檢測出乙苯、二甲苯、苯乙酮等小分子物質外，還確定了1,3-二苯丙烷、1,4-二苯基-1,3-丁二烯等芳香族化合物，進一步驗證了本實驗結果的可靠性。Kusch等[24]利用固相微萃取前處理方式檢測發泡聚苯乙烯中的揮發有機物質，檢測得到二甲苯，二甲苯的保留時間在乙苯和苯乙烯之間，本實驗中未曾出現，其原因還需進一步求證。另外，本實驗中45、46、47、48號物質參考Kawawura等[25]對食品接觸聚苯乙烯材料做的研究，研究指出該4 種物質為結構相似的同分異構體。

本實驗中，采用HP-5MS和HP-1MS兩種色譜柱定性，不僅可以提高定性的準確度，還可以實現不同色譜柱之間的互補，實現更多物質的鑒定。其原因有以下3 點：第1，對于兩柱都能檢測到的物質來說，實驗結果可以相互證明。例如：1號峰在兩種色譜柱中都有檢測到，通過查閱文獻，都確定其結果為乙苯，這樣可以提高實驗結果的準確性；第2，由于兩色譜柱極性不同，對同一樣品的分離效果也不同。例如：HP-5MS色譜柱對45～48四種物質有效的分離開，但HP-1MS卻只分離出3 個峰，故實驗結果會采用前者；第3，由于保留指數庫的不完善，并不是所有的物質都可以查到HP-5MS或HP-1MS色譜柱下的保留指數。例如：36號峰檢索結果中有反式-1,2-二苯基環丁烷，通過檢索，該物質只有在SE-30（此色譜柱固定相與HP-1MS相同）下有參考保留指數，為1 720，故只能由HP-1MS得到鑒定結果。

4 結 論

本實驗采用GC-MS結合保留指數分析發泡餐盒化學成分，結果3 種發泡餐盒分別分離出35、39、38 種化學物質，確定出其中25、27、23 種物質，物質種類相差不大，含量有很大區別。研究結果為揭示發泡餐盒化學成分構成提供理論依據，為下一步發泡餐盒中有害物質的遷移實驗提供參考。

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Application of GC-MS Coupled with Retention Indices to Identify the Chemical Compounds of Polystyrene Food Container

SONG Xuechao1, LIN Qinbao1,*, FANG Hong2, WU Yumei1, WANG Zhiwei1
(1. Key Laboratory of Product Packaging and Logistics, Packaging Engineering Institute, Jinan University, Zhuhai 519070, China; 2. Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shenzhen 518000, China)

The chemical compounds of polystyrene food container were ultrasonically extracted with n-hexane and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) using mass spectral search in NIST library. Qualitative analysis was performed based on their retention indices (RI), and the identifi ed compounds were quantifi ed by peak area normalization method. A total of 35, 39, and 38 components were isolated, 25, 27, and 23 main components of which were identifi ed in three different polystyrene food containers, respectively, most of which were hazardous substances containing benzene ring. The relative standard derivations (RSDs) of this method were in the range of 2.26%□6.06%. This is a simple, rapid and accurate method for the analysis of volatile compounds in polystyrene food container, which can provide an effi cient approach for chemical component analysis of plastic food container.

GC-MS; retention indices; polystyrene food container; identifi cation

10.7506/spkx1002-6630-201610034

TS201.6；TS206.4

A

1002-6630（2016）10-0198-05

宋雪超, 林勤保, 方紅, 等. GC-MS結合保留指數分析聚苯乙烯發泡餐盒中化學成分[J]. 食品科學, 2016, 37(10): 198-202. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610034. http://www.spkx.net.cn

SONG Xuechao, LIN Qinbao, FANG Hong, et al. Application of GC-MS coupled with retention indices to identify the chemical compounds of polystyrene food container[J]. Food Science, 2016, 37(10): 198-202. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610034. http://www.spkx.net.cn

2015-07-28

國家自然科學基金面上項目（21277061；21277085）；國家質量監督檢驗檢疫總局科技計劃項目（2015IK259）；暨南大學優秀本科推免生科研創新培育計劃項目

宋雪超（1993—），男，碩士研究生，研究方向為食品與藥品包裝。E-mail：2573423173@qq.com

*通信作者：林勤保（1968—），男，教授，博士，研究方向為食品與藥品包裝。E-mail：7899966@qq.com