固相萃取-同位素內(nèi)標(biāo)-氣相色譜-質(zhì)譜法測定紙質(zhì)食品接觸材料中4種氯丙醇的遷移量

胡啟立 左二偉 吳海平

(普研(上海)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)股份有限公司, 上海, 201318)

1 引 言

氯丙醇是丙三醇結(jié)構(gòu)上的羥基被氯原子取代而成的一類化合物，主要包括3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)、2-氯-1,3-丙二醇 (2-MCPD)、1,3-二氯-2-丙醇 (1,3-DCP)和2,3-二氯-1-丙醇(2,3-DCP)，具有急、慢性毒性作用，易引起某些實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腫瘤，造成腎臟和生殖系統(tǒng)損傷, 是國際公認(rèn)的食品污染物。紙質(zhì)材料可以制成杯、碟 、碗等，被廣泛用作食品容器和包裝材料餐具等。紙制品生產(chǎn)過程中，常添加環(huán)氧氯丙烷以增強(qiáng)抗?jié)裥浴．?dāng)紙制品接觸到水、果汁和食物湯汁等時(shí)，其中含有的環(huán)氧氯丙烷可分解成氯丙醇，遷移到食品中，造成污染。目前，食品中氯丙醇含量監(jiān)測主要是對食品加工貯藏過程中產(chǎn)生的氯丙醇污染的測定，而紙質(zhì)食品接觸材料中的氯丙醇污染的檢測尚未引起足夠重視。

目前，食品中氯丙醇含量的測定技術(shù)相對成熟，美國分析化學(xué)家協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)AOAC2001.01《氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定食品及食品添加劑中3-氯-1,2-丙二醇》和我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.191-2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的測定》中，均是先經(jīng)衍生化處理后，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)進(jìn)行測定。而食品接觸材料中氯丙醇遷移量的測定尚無國家標(biāo)準(zhǔn)。2019年, 國家衛(wèi)健委首次對紙制品中氯丙醇遷移量測定操作流程(以下稱標(biāo)準(zhǔn)操作流程)進(jìn)行了規(guī)定: 遷移試驗(yàn)結(jié)束后，用硅藻土小柱進(jìn)行凈化，經(jīng)衍生后用GC-MS進(jìn)行測定。按照標(biāo)準(zhǔn)操作流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)衍生前未進(jìn)行脫水處理，會導(dǎo)致測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性差。本研究在標(biāo)準(zhǔn)操作流程基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，即采用內(nèi)標(biāo)法定量，在衍生化處理前, 正己烷復(fù)溶階段加入無水Na2SO4脫水，方法定量準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定、靈敏度高，實(shí)現(xiàn)了4種氯丙醇(3-MCPD、2-MCPD、1,3-DCP和2,3-DCP)遷移量的同時(shí)測定，為食品接觸材料中氯丙醇污染情況監(jiān)測以及紙質(zhì)餐具生產(chǎn)的質(zhì)量控制提供了技術(shù)手段。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

TRACE1300/ISQ7000型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國賽默飛公司); 24位氮吹儀(上海安譜科學(xué)儀器有限公司); 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海愛朗儀器有限公司); VISIIPREP 24TMDL固相萃取儀(美國色譜科公司); TG-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m ×0.25 mm，0.25 μm，美國賽默飛公司); 大孔硅藻土SPE小柱(5 g/60 mL, 上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司)。

內(nèi)標(biāo): 五氘代3-氯-1,2-丙二醇(D5-3-MCPD, 98.3%，美國o2si公司)。3-MCPD、2-MCPD(98.0%，德國Dr.Ehrenstorfer公司); 1,3-DCP(99.4%)、2,3-DCP( 99.6%)(北京曼哈格生物科技有限公司); 七氟丁酰基咪唑(97%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司); 乙酸乙酯和正己烷(色譜純 ，德國Merck公司)。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液: 以甲醇為溶劑，配制10 mg/L的3-MCPD、2-MCPD、1,3-DCP和2,3-DCP的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液; 以正己烷為溶劑，配制10 mg/L的3-MCPD、2-MCPD、1,3-DCP和2,3-DCP的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2 前處理方法

遷移: 取圓形紙碗、方形紙碟、橢圓形紙碟以及圓形紙碟作為樣品, 按照樣品表面積和食品模擬液體積比為60 cm2/(100 mL)的比例分別加入10%乙醇, 在40℃水浴中浸泡2 h; 加入4%乙酸, 在40℃浸泡2 h; 加入異辛烷, 40℃浸泡0.5 h。

凈化: 取遷移液5 mL, 加入內(nèi)標(biāo)D5-3MCPD， 混合后加入硅藻土固相萃取柱中, 靜置10 min, 以10 mL正己烷淋洗, 棄去流出液, 以15 mL乙酸乙酯洗脫, 收集洗脫液, 氮吹濃縮至約0.5 mL。以2 mL 正己烷溶解殘?jiān)? 并轉(zhuǎn)移至10 mL的具塞玻璃管中, 加入1 g無水Na2SO4混勻, 脫水。

衍生: 取凈化液, 加入50 μL七氟丁酰基咪唑, 渦旋混合30 s, 于70℃保溫30 min, 取出, 冷卻至室溫。加入2 mL 2 mol/L NaCl溶液, 渦旋混合1 min, 靜置分層。移取正己烷相, 加入約0.3 g無水Na2SO4進(jìn)行干燥, 后用0.22 μm濾膜過濾至進(jìn)樣小瓶中,供氣相色譜-質(zhì)譜儀測定。

2.3 氣相色譜條件

色譜柱: TG-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm), 程序升溫: 初始溫度50℃, 保持2 min, 以3℃/min升至90℃, 保持5 min, 再以20℃/min升至260℃。進(jìn)樣口溫度: 230℃; 載氣: 氦氣, 純度99.999%; 流速: 1.0 mL/min; 進(jìn)樣方式: 分流進(jìn)樣; 分流比: 10∶1。

2.4 質(zhì)譜條件

離子源: 電子轟擊(EI)源; 離子源溫度: 280℃; 電離能量: 70 eV; 溶劑延遲: 6.0 min; 選擇離子監(jiān)測(SIM)模式, 4種氯丙醇及內(nèi)標(biāo)衍生物的定性離子及定量離子見表1。

表1 4種氯丙醇及內(nèi)標(biāo)衍生物的質(zhì)譜參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1 質(zhì)譜參數(shù)的確定

圖1 3-氯-1,2-丙二醇衍生物的質(zhì)譜圖Fig.1 Mass spectrum of 3-chloro-1,2-propanediol derivative (3-MCPD)

3.2 遷移條件的選擇

食品接觸材料與食品接觸時(shí)，由于材料本身殘留或者用以改善其物理性能的化學(xué)物質(zhì)會通過擴(kuò)散或其它方式進(jìn)入到食品中，該過程受多種因素的影響，例如溫度和接觸時(shí)間等 。由于不同食品的成分比較復(fù)雜，國際上普遍采用一定的化學(xué)試劑模擬食品， 即食品模擬物。根據(jù)國標(biāo)GB31604.1-2015《食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》(以下簡稱遷移試驗(yàn)通則)對食品模擬物選擇的規(guī)定，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)樣品紙碗和紙碟易接觸食品的種類，選擇10%乙醇和4%乙酸分別模擬水基和酸性食品。對于油基食品，遷移試驗(yàn)通則要求用橄欖油進(jìn)行模擬遷移，但橄欖油遷移平衡所需時(shí)間較長，故采用國際上常用的異辛烷進(jìn)行模擬遷移實(shí)驗(yàn)。根據(jù)遷移試驗(yàn)通則，對于一次性使用的食品接觸材料及其制品，根據(jù)預(yù)期最極端接觸時(shí)間，分別選擇遷移時(shí)間為0.5 h和2 h; 根據(jù)預(yù)期最極端接觸溫度，選擇遷移溫度為40℃。

3.3 凈化柱的選擇

硅藻土具有天然“分子篩”狀孔隙結(jié)構(gòu)，具有很好的吸水性，可降低氯丙醇在水相的溶解度，被廣泛用于氯丙醇分析。國標(biāo)GB 5009.191-2016中即采用自填裝的硅藻土柱進(jìn)行凈化。本實(shí)驗(yàn)分別采用硅藻土基質(zhì)分散固相萃取柱 (1500 mg/50 mL，福州勤鵬公司)、氯丙醇專用固相萃取柱 (5 g/30 mL，博納艾杰爾公司)、ProElutLLE硅藻土小柱(20 g/20 mL，迪馬公司)和大孔硅藻土SPE小柱(5 g/60 mL，上海安譜公司)進(jìn)行氯丙醇的凈化處理。結(jié)果表明，大孔硅藻土SPE小柱對4種氯丙醇的凈化效果最好，能有效去除雜質(zhì)。

3.4 脫水階段的選擇

由于未經(jīng)衍生的氯丙醇在氣相色譜檢測中不穩(wěn)定，重現(xiàn)性較差，靈敏度較低，不能滿足最低檢測限的要求，故常用七氟丁酰基咪唑進(jìn)行衍生后測定。但其對水非常敏感，在衍生化過程中，提取液中即使有微量水分也會導(dǎo)致衍生失效。因此，為了減少衍生時(shí)水分的影響，提取液需用無水Na2SO4進(jìn)行脫水處理。分別考察了在洗脫液階段用無水Na2SO4脫水和正己烷復(fù)溶階段加入無水Na2SO4脫水對衍生效果的影響，分別做10次平行實(shí)驗(yàn)。以質(zhì)量濃度為100 μg/L的3-氯-1,2-丙二醇標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)衍生后所得衍生物峰面積對平行實(shí)驗(yàn)次數(shù)作圖。正己烷復(fù)溶階段脫水，10次平行實(shí)驗(yàn)所得峰面積均在同一水平，衍生效果穩(wěn)定; 洗脫液階段脫水，有兩次實(shí)驗(yàn)所得峰面積很低，效果不穩(wěn)定。由于洗脫液用無水Na2SO4脫水后，因氮吹過程時(shí)間較長，環(huán)境當(dāng)中有微量水分進(jìn)入，也會造成衍生失敗。因此, 選擇在正己烷復(fù)溶階段加入無水Na2SO4進(jìn)行脫水。

3.5 內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法的選擇

按照標(biāo)準(zhǔn)操作流程的定量方法，即用4種氯丙醇衍生物峰面積與4種氯丙醇的質(zhì)量濃度作圖, 得到4條標(biāo)準(zhǔn)線性曲線，其線性相關(guān)系數(shù)R2均小于0.98，主要因?yàn)槁缺荚趦艋瘯r(shí)未能完全從硅藻土柱上洗脫，以及每個(gè)硅藻土固相萃取柱洗脫的差異性導(dǎo)致。為了消除前處理過程對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，采用加入D5-3-MCPD的內(nèi)標(biāo)法，降低這種系統(tǒng)差異性。結(jié)果表明，用內(nèi)標(biāo)法定量，4種氯丙醇的線性相關(guān)系數(shù)R2可達(dá)0.999。

3.6 線性范圍和檢出限

準(zhǔn)確吸取4種氯丙醇混合標(biāo)準(zhǔn)甲醇溶液，分別用空白水基和酸性食品模擬液，得到濃度分別為 10 、 50、 100、 200和500μg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液，并加入內(nèi)標(biāo); 準(zhǔn)確吸取4種氯丙醇混合標(biāo)準(zhǔn)正己烷溶液，用空白油基食品模擬物稀釋定容，得到濃度分別為 10 、 50、 100、 200和500μg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液，并加入內(nèi)標(biāo)。4種氯丙醇標(biāo)準(zhǔn)工作溶液經(jīng)衍生化后，采用GC-MS測定。結(jié)果表明，4種氯丙醇的質(zhì)量濃度在10～500 μg/L范圍內(nèi)與其衍生物峰面積呈線性關(guān)系，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)計(jì)算方法的檢出限，結(jié)果見表2。

3.7 回收率和精密度

選取圓形紙碗遷移實(shí)驗(yàn)后所得3種食品模擬液，在低、中、高3個(gè)濃度進(jìn)行4種氯丙醇的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每個(gè)濃度平行測定6次，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。4種氯丙醇回收率在84.6%～112.0%之間，精密度(相對標(biāo)準(zhǔn)偏差， RSD)在1.0%～9.5%之間。

表2 食品模擬液中檢測4種氯丙醇的分析參數(shù)

表3 3種食品模擬液中氯丙醇的回收率和精密度(n=6)