頂空/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定食品接觸材料中5-亞乙基-2-降冰片烯的遷移量

李少飛，熊小婷，佘文勛，陳意光，劉德云，楊 培，譚建華，李慧勇，席紹峰

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東 廣州 510000)

圖1 ENB的分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 Molecular structure of ENB

降冰片烯(NB)是一類基本結(jié)構(gòu)為環(huán)己烯環(huán)和亞甲基橋的化合物。該類化合物容易自聚，且易與其他單體(乙烯、丙烯、氯乙烯等)共聚，是合成環(huán)烯共聚物的重要原料[1-2]。5-亞乙基-2-降冰片烯(又名乙叉降冰片烯，簡稱ENB，分子結(jié)構(gòu)式如圖1所示)是高分子材料中應(yīng)用很廣泛的一種降冰片烯，可作為改性單體與乙烯、丙烯共聚合成聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)樹脂，在自然界中存在順、反式異構(gòu)體(ENB-1和ENB-2)。ENB還是目前三元乙丙橡膠工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一種第三單體，其與乙烯、丙烯共聚生產(chǎn)的三元乙丙橡膠具有硫化速度快、二次反應(yīng)少、硫化后橡膠的拉伸強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前最常見的三元乙丙橡膠[3-4]。但ENB可通過吸入、皮膚吸收等方式進(jìn)入人體，損傷睪丸、雄性生殖腺，刺激眼睛、鼻和咽喉，反復(fù)高濃度暴露可損傷肝、肺和腎。因此，需要控制ENB的使用，以免過量遷移至食品中，對人體造成傷害。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)》[5]明確規(guī)定ENB在PP、PE材質(zhì)中的特定遷移量限量(SML)應(yīng)低于0.05 mg/kg。因此，亟需建立食品接觸材料中ENB遷移量的檢測方法。

目前，關(guān)于降冰片烯檢測方法的文獻(xiàn)報道較少，主要方法有氣相色譜法[6]和裂解/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[7]，研究對象為乙叉降冰片烯[6]、三元乙丙橡膠[7]，但尚無針對食品接觸材料中ENB遷移量的測定方法。頂空/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法廣泛應(yīng)用于食品、食品接觸材料中的有機(jī)污染物檢測[8-13]，本文采用該方法，選擇水、4%(體積分?jǐn)?shù))乙酸、50%(體積分?jǐn)?shù))乙醇和橄欖油4種食品模擬物為研究對象，建立了食品接觸材料中ENB遷移量的測定方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、7967A頂空進(jìn)樣器(美國Agilent公司)，Milli-Q 超純水器(美國Millipore公司)，電子分析天平(精度0.01 mg)。

5-亞乙基-2-降冰片烯(ENB，純度98%，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司)；橄欖油(化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，乙酸、乙醇(分析純，廣州化學(xué)試劑廠)，正己烷(色譜純，美國Spectrum公司)，實(shí)驗(yàn)用水為一級純水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

準(zhǔn)確稱取適量的ENB標(biāo)準(zhǔn)品(精確至0.01 mg)，用正己烷配制成質(zhì)量濃度約為1 000 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，逐級稀釋成10、20、50、100、200、500、1 000 mg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，于0～10 ℃下密封儲存，有效期為兩周。

1.2.1水基模擬物工作曲線溶液的制備分別量取5 mL水基模擬物(水、4%乙酸、50%乙醇)于7個頂空瓶中，均加入ENB標(biāo)準(zhǔn)工作溶液50 μL，壓蓋密封，混勻。制備成0.1、0.2、0.5、1、2、5、10 mg/L 的系列工作曲線溶液。

1.2.2油基模擬物工作曲線溶液的制備分別稱取5 g油基模擬物(橄欖油)于7個頂空瓶中，均加入ENB標(biāo)準(zhǔn)工作溶液50 μL，壓蓋密封，混勻。制備成0.1、0.2、0.5、1、2、5、10 mg/L的系列工作曲線溶液。

1.3 樣品前處理

按照GB 31604.1-2015[14]和GB 5009.156-2016[15]的要求，對樣品進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)，得到食品模擬物試液。若不能立即實(shí)驗(yàn)，應(yīng)將食品模擬物試液于4 ℃冰箱中避光保存。

遷移實(shí)驗(yàn)完成后將模擬物試液放至室溫。對于水基模擬物試液，移取5 mL于頂空瓶中，加入50 μL正己烷，壓蓋密封，混勻待測；對于油基模擬物試液，稱取5 g于頂空瓶中，加入50 μL正己烷，壓蓋密封，混勻待測。

1.4 儀器條件

1.4.1頂空條件水基模擬物：頂空平衡溫度80 ℃，定量環(huán)溫度90 ℃，傳輸線溫度100 ℃；頂空平衡時間40 min。

油基模擬物：頂空平衡溫度150 ℃，定量環(huán)溫度160 ℃，傳輸線溫度170 ℃；頂空平衡時間40 min。

1.4.2氣相色譜條件DB-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為氦氣，流速1.0 mL/min；分流比20∶1；進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱溫程序升溫：初始溫度45 ℃，以3 ℃/min升至75 ℃，保持2 min，后運(yùn)行260 ℃，保持3 min；傳輸口溫度280 ℃。

1.4.3質(zhì)譜條件電子轟擊離子源(EI)；電離能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；溶劑延遲6.0 min；增益因子1.0；選擇離子監(jiān)測(SIM)模式；ENB的順、反式異構(gòu)體ENB-1和ENB-2的出峰時間分別為8.508、8.806 min，定量離子均為m/z66，定性離子均為m/z91、105、120。

圖2 4種模擬物中ENB的總離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatograms of ENB with four food simulated solutions

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)物色譜峰的確定

ENB在自然界中存在順、反式異構(gòu)體，因此色譜圖中有兩個峰。此兩峰的離子碎片及相對豐度基本一致，而本方法無法確認(rèn)順、反式異構(gòu)體的出峰順序。為避免標(biāo)準(zhǔn)品可能引起的定量誤差，比較了3種不同來源(上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司、Adamas-beta、Alfa Aesar)標(biāo)準(zhǔn)品的差異。結(jié)果顯示，3種標(biāo)準(zhǔn)品均在色譜圖中分離出兩個峰，峰面積比例基本一致(ENB-1∶ENB-2≈3∶1)，且單位濃度的3種標(biāo)準(zhǔn)品的峰面積總和相同。因此，本文選擇峰面積加和的方式進(jìn)行定量。4種模擬物中ENB的總離子流圖見圖2。

2.2 前處理方法的確定

考察了溶劑提取-直接進(jìn)樣方式對目標(biāo)物的測定效果。對于水基模擬物，移取2 mL試液于10 mL離心管中，加入2 mL正己烷，渦旋提取2 min，待靜置分層后將上層萃取液移至10 mL比色管中，加入0.5 g無水硫酸鈉脫水后，取1 mL上層萃取液至小瓶中待測。對于油基模擬物，稱取1 g橄欖油于10 mL離心管中，加入4 mL甲醇，渦旋提取2 min，靜置分層后將上層萃取液移至10 mL比色管中，加入1 g無水硫酸鈉脫水后，取1 mL上層萃取液至小瓶中待測。結(jié)果表明，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，水基模擬物中ENB的提取回收率可達(dá)90%～110%；但由于橄欖油的主要成分為長碳鏈脂肪酸，ENB在橄欖油中具有較好的溶解度，導(dǎo)致甲醇對目標(biāo)物的提取回收率偏低，最高只能達(dá)到70%左右。

本文進(jìn)一步考察了氣液平衡-頂空進(jìn)樣方式(樣品處理方法見“1.3”)對目標(biāo)物的測定效果。結(jié)果表明，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，水基和油基模擬物中ENB的回收率均可達(dá)90%～110%，且操作過程更簡便。故采用氣液平衡-頂空進(jìn)樣的前處理方法。

2.3 頂空進(jìn)樣條件的優(yōu)化

2.3.1頂空平衡溫度的確定氣液分配受溫度的影響較大，通常提高平衡溫度可減少達(dá)到平衡所需的時間，但溫度過高不僅會增大溶劑峰的干擾，還可能破壞平衡的穩(wěn)定性，并延長分析時間[16]。本文考察了不同平衡溫度(70、80、85、90、95 ℃)對水基模擬物中目標(biāo)物測定的影響(圖3A)。結(jié)果表明，對于水和4%乙酸兩種模擬物，隨著平衡溫度的升高，目標(biāo)物的色譜峰面積呈先增大后減小的趨勢；當(dāng)平衡溫度達(dá)到80 ℃時，目標(biāo)物的色譜峰面積最大；當(dāng)平衡溫度高于85 ℃時，可能由于進(jìn)入質(zhì)譜儀的水分較多，目標(biāo)物的色譜峰面積反而下降；同時，色譜柱的柱效下降明顯，峰形拖尾嚴(yán)重，目標(biāo)物順反異構(gòu)體的分離度變差，影響準(zhǔn)確定量和色譜柱的使用壽命。對于50%乙醇模擬物，由于乙醇為揮發(fā)性物質(zhì)，所以隨著溫度的變化，目標(biāo)物的色譜峰面積基本保持不變。

同時，考察了平衡溫度(70、80、85、90、95 ℃)對油基模擬物中目標(biāo)物測定的影響。結(jié)果表明，目標(biāo)物的色譜峰面積隨平衡溫度的升高而增大。為提高目標(biāo)物的響應(yīng)，進(jìn)一步考察了平衡溫度為90、110、130、150、170 ℃時對油基模擬物中目標(biāo)物測定的影響(圖3B)。結(jié)果顯示，隨著平衡溫度的升高，目標(biāo)物的色譜峰面積明顯增大，但當(dāng)溫度高于150 ℃時，油基模擬物引入的雜質(zhì)增多，對目標(biāo)物造成干擾，影響定量和定性結(jié)果。綜合考慮，水基模擬物的平衡溫度選擇80 ℃，油基模擬物的平衡溫度選擇150 ℃。

2.3.2頂空平衡時間的確定氣液兩相達(dá)到平衡的時間主要與待測物的揮發(fā)性和平衡溫度有關(guān)。通常待測物的揮發(fā)性越強(qiáng)，平衡溫度越高，達(dá)到平衡的時間越短[13]。在優(yōu)化的平衡溫度下，考察了平衡時間(30、40、50、60、70 min)對目標(biāo)物測定的影響。結(jié)果表明，在30～40 min內(nèi)，隨著平衡時間的增加，目標(biāo)物的色譜峰面積明顯增加；當(dāng)平衡時間達(dá)40 min后，峰面積基本保持不變。為節(jié)省時間，并保證氣液兩相完全達(dá)到平衡，本文選擇平衡時間為40 min。

2.4 線性關(guān)系與檢出限

取“1.2”配制的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線溶液，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，對ENB進(jìn)行測定，以質(zhì)量濃度(x,mg/L)為橫坐標(biāo)，以順、反式結(jié)構(gòu)的峰面積之和(y)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表2 。結(jié)果表明，在0.1 ～ 10 mg/L范圍內(nèi)，ENB的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)(r)大于0.999。方法的檢出限(LOD，S/N≥3)為0.01 mg/kg，定量下限(LOQ，S/N≥10)為0.03 mg/kg。方法的靈敏度滿足GB 9685-2016標(biāo)準(zhǔn)中對ENB的限量要求(SML=0.05 mg/kg)。

表2 ENB在4種模擬物中線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)、檢出限、定量下限、回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 2 Linear equations,correlation coefficients(r) ,limits of detection(LODs),limits of quantitation(LOQ), recoveries and relative standard deviations(RSDs) of ENB in four food simulated solutions

2.5 回收率與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

選取水、4%乙酸、50%乙醇和橄欖油4種模擬物，分別加入0.1、1.0、10 mg/L 3個水平的ENB標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個水平做5個平行試樣，計(jì)算平均回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)。結(jié)果顯示，3個加標(biāo)水平下的回收率為92.0% ～ 108%，RSD為0.9% ～ 4.0%(見表2)，符合分析方法的相關(guān)要求。

2.6 實(shí)際樣品的檢測

根據(jù)ENB在高分子材料中的應(yīng)用，選擇奶瓶、酸奶瓶、瓶蓋等聚丙烯(PP)塑料材質(zhì)或橡膠密封圈共19份樣品，按照GB/T 31604.1-2015[14]和GB/T 5009.156-2016[15]的要求，選擇橄欖油作為食品模擬物，遷移溫度40 ℃，遷移時間24 h。對實(shí)際樣品進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)，得到模擬物試液后，按本方法進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果顯示樣品均為陰性。

3 結(jié) 論

本文通過頂空/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用建立了食品接觸材料中ENB遷移量的檢測方法，并應(yīng)用該方法對實(shí)際樣品進(jìn)行測定，有效地支持了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)》的實(shí)施。方法操作簡單、定性定量準(zhǔn)確，靈敏度高、重現(xiàn)性好，滿足實(shí)際檢測需求，可為監(jiān)管部門實(shí)施產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控，生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量提升提供可靠的技術(shù)支持。