UPLC-Q/Orbitrap HRMS同時測定塑料類食品接觸材料及制品中增塑劑特定遷移量

聶 葉，趙振宇，曾穩穩，劉 松，王和玉*

（貴州茅臺酒股份有限公司，貴州 仁懷 564501）

有機磷酸酯類和己二酸酯類是食品包裝中常用的增塑劑。有機磷酸酯類（organophosphates，OPEs）是一種阻燃型增塑劑，具有低煙、低鹵、阻燃效果優異等特征[1]；己二酸酯類增塑劑具有改進塑料的柔軟性，增進光穩定性，改善加工性能等優點[2]。因此，兩者均廣泛用于食品包裝、元配件等行業。有機磷酸酯主要以添加方式而非化學鍵合方式加入到材料中，使其較易進入環境及接觸的食物中[3]。研究表明，多種有機磷酸酯具有神經毒性、基因毒性[4-5]，其引起的環境污染、食品安全問題日益受到重視[6-7]。己二酸酯類增塑劑可干擾人體激素分泌，且在人體內積累會導致癌變，與食品接觸時容易析出而隨食物進入人體，其潛在風險不可忽視[8]。

目前，有機磷酸酯類的檢測方法有氣相色譜（gas chromatography，GC）法[9-10]、氣相色譜-質譜（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）法[11-12]、液相色譜串聯質譜（liquid chromatographytandemmassspectrometry，LC-MS/MS）法[13-14]，其中，GC法存在穩定性差；GC-MS存在色譜峰拖尾、基線干擾等問題；LC-MS/MS相對于GC具有高速、分離能力強、高靈敏度和高選擇性等特點[15]，在食品中有害物質檢測領域應用廣泛。現有方法主要針對水體、空氣等環境中的有機磷酸酯研究較多[16-17]。己二酸酯類增塑劑的檢測方法主要是GC-MS法[18-19]，且針對食品中的研究報道較少。

白酒中乙醇是大多數塑料添加劑的良好溶劑，在生產和貯藏過程中，與塑料制品接觸導致塑料添加劑遷移至酒中[20]，增加白酒的食品安全風險。本研究針對白酒儲存過程中的接觸塑料制品，通過體積分數50%和95%的乙醇作為食品模擬物進行遷移試驗，建立超高效液相色譜-四極桿/靜電場軌道阱高分辨質譜（ultra performance liquid chromatography-quadrupole/orbitrahighresolutionmassspectrum，UPLCQ/Orbitrap HRMS）同時測定白酒接觸塑料中有機磷酸酯類和己二酸酯類增塑劑的特定遷移量，為定性、定量分析白酒接觸塑料制品中有機磷酸酯類和己二酸酯類增塑劑的遷移量提供準確、有效的檢測方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

5份酒類接觸塑料制品（瓶蓋）：市售。

磷酸三甲酯（trimethyl phosphate，TMP）、磷酸三乙酯（triethyl phosphate，TEP）、己二酸二甲酯（dimethyl adipate，DMA）、磷酸三（2-氯乙基）酯（tris（2-chloroethyl）phosphate，TCEP）、己二酸二乙酯（diethyl adipate，DEA）、三苯基氧化膦（triphenylphosphine oxide，TPPO）、磷酸三（2-氯異丙基）酯（tris（2-chlorisopropyl）phosphate，TCPP）、磷酸三（1,3-二氯異丙基）酯（tris（1,3-dichloro-2-propyl）phosphate，TDCPP）、己二酸二（2-丁氧基乙基）酯（di（2-butoxyethyl）adipate，BBOEA）、磷酸三正丁酯（tributyl phosphate，TnBP）、磷酸甲苯二苯酯（cresyldiphenyl phosphate，CDPP）、磷酸三異丁酯（triisobutyl phosphate，TiBP）、己二酸二丁酯（dibutyladipate，DBA）、磷酸三丁氧乙酯（tributoxyethyl phosphate，TBEP）、磷酸三甲苯酯（Tricresyl phosphate，TCP）、己二酸二（2-乙基己）酯（bis（2-ethylhexyl）adipate，DEHA）、磷酸三（2-乙基己基）酯（tris（2-ethylhexyl）phosphate，TEHP）標準品（純度＞98%）：美國Sigma公司；乙腈、甲醇（均為色譜純）：德國Merck公司；乙醇（色譜純）：美國TEDIA公司。

1.2 儀器與設備

Q-Exactive超高效液相色譜-四極桿/靜電場軌道阱高分辨質譜儀：美國Thermo Fisher公司；DGX-8243B恒溫箱：上海福瑪實驗設備有限公司；Vortex-Genie2渦旋混勻器：美國Scientific Iudustries公司；XP205分析天平：上海梅特勒-托利多儀器有限公司；Milli-Q超純水儀：美國Millipore公司；0.22 μm微孔濾膜：美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 標準溶液的配制

分別稱取12種有機磷酸酯和5種己二酸酯增塑劑標準品100.000 mg，用甲醇（或乙腈）溶解，并定容至100.0 mL棕色容量瓶中，振蕩均勻即得質量濃度為1 000.0 mg/L的混合標準儲備液，4 ℃冰箱中保存備用。分別用甲醇（或乙腈）逐級稀釋標準儲備液，得到質量濃度梯度為2.5 μg/L、5.0 μg/L、10.0μg/L、25.0μg/L、50.0μg/L、100.0μg/L、250.0μg/L、500μg/L的標準工作溶液。

1.3.2 樣品前處理

遷移試驗：將食品接觸材料剪碎至5 mm×5 mm以下，根據GB 31604.1—2015《食品安全國家標準食品接觸材料及制品遷移試驗通則》[21]規定，分別選用體積分數50%、95%乙醇作為食品模擬物進行遷移試驗，遷移時間和遷移溫度采用嚴苛的條件，60 ℃恒溫放置10 d。

食品模擬物的前處理：取上述遷移實驗得到的食品模擬物100 μL于5 mL玻璃樣品瓶，加入900 μL乙腈（或甲醇），漩渦混勻，過0.22 μm微孔濾膜后通過Q-Exactive超高效液相色譜-四極桿/靜電場軌道阱高分辨質譜儀進行分析。

選取最優稀釋溶劑后，考察稀釋倍數（5倍、10倍、20倍）對目標化合物的基質干擾情況和相對回收率的影響，相對回收率計算公式如下：

1.3.3 儀器條件

色譜條件：ZORBAXSB-C18液相色譜柱（2.1mm×100mm，1.8 μm），柱溫40 ℃，進樣量5 μL；流動相為甲醇和0.2%甲酸水；流速300 μL/min；梯度洗脫，洗脫程序見表1，整個分析流程共15 min。

表1 梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution program

質譜條件：電子電離（electronic ionization，EI）源，正離子掃描，毛細管電壓3.7 kV，毛細管溫度200 ℃；鞘氣流速12 L/min；輔助氣流速4.5 L/min；吹掃氣流速0 L/min；離子傳輸管溫度350 ℃；掃描模式為一級全掃自動觸發二級掃描模式；掃描范圍130～450 m/z，一級質譜分辨率為70 000，二級質譜分辨率為17 500。

在此基礎上，依次考察色譜柱（ZORBAX XDB-C18（2.1mm×100mm，1.8μm）、ZORBAXSB-C18（2.1mm×100mm，1.8 μm）和PFP（2.1 mm×150 mm，1.9 μm））、流動相（乙腈-水、甲醇-水、甲醇-0.1%甲酸水、甲醇-0.2%甲酸水）對17種增塑劑（100 μg/L）的分離效果。

用17種目標化合物的100 μg/L混合標準溶液，分別在正離子模式和負離子模式下進行掃描，考察17種目標化合物在正、負離子模式下的響應情況。

1.3.4 實際樣品的測定

將酒瓶瓶蓋中與酒接觸部分的塑料拆分下來，按照上述遷移試驗得到食品模擬物，按照食品模擬物前處理方法進行前處理，然后進儀器檢測分析。

2 結果與分析

2.1 樣品前處理

甲醇、乙腈作為稀釋溶劑對17種增塑劑的影響結果表明，甲醇作為稀釋溶劑時，TMP、TEP、DMA三種化合物回收率均＜60%，且部分化合物峰形較差；乙腈是一種性能優良的溶劑，可溶解極性和非極性有機物，乙腈作為稀釋溶劑時，各目標化合物可得到較好的回收率，因此選擇乙腈為最佳稀釋溶劑。

不同稀釋倍數對目標化合物的基質干擾情況和目標化合物相對回收率的影響見圖1。結果表明，稀釋倍數5倍時，基質干擾物含量高，對目標物干擾大，影響其靈敏度；稀釋倍數20倍時，目標物隨之被稀釋，峰形變差，響應值降低；稀釋倍數為10倍時，基質干擾可得到較好的消除，且目標物峰形較好、響應值較高。對于回收率較低的TMP、TEP、DMA三種化合物，樣品稀釋10倍時，回收率最高（見圖1），其余目標化合物相對回收率在94.1%～104.3%之間，優于稀釋5倍、20倍的相對回收率。綜上，最優稀釋倍數為10倍。

圖1 樣品不同稀釋倍數對17種增塑劑回收率的影響Fig.1 Effect of different dilution ratios on the recovery rate of 17 plasticizers

2.2 色譜柱的優化

色譜柱是決定色譜分離的關鍵因素。三種色譜柱對17種目標化合物的分離度和峰形影響見圖2。由圖2可知，同分異構體TnBP與TiBP在PFP色譜柱中無法分離；ZORBAX XDB-C18色譜柱導致更多的化合物峰拖尾，TnBP與TiBP未能完全分離，且DMA和DEA基線較高；而ZORBAX SB-C18色譜柱可以使17種增塑劑完全分離且多組分峰形尖銳，達到分析需求。ZORBAXSB-C18色譜柱具有較大的二異丁基側鏈基團，空間位阻關鍵的硅氧烷鍵合到硅膠表面，以避免在低pH值條件下水解破壞，為酸性、中性、堿性化合物在酸性流動相條件下提供良好的分離效果和峰形。

圖2 不同色譜柱對17種增塑劑的分析效果Fig.2 Analysis results of different chromatographic columns on 17 plasticizers

2.3 流動相的優化

在電噴霧離子源（electrosprayionization，ESI+）正離子模式下，酸性條件下可以提高化合物[M+H]+的正離子響應，4種流動相對17種增塑劑的分離效果表明，乙腈-水作為流動相時，TMP未出峰，TnBP與TiBP同分異構體分離差。以甲醇-水為流動相時目標峰的質譜響應和分離度更好。而添加甲酸可提高目標物的響應，在0.2%甲酸條件下大多數化合物響應大于0.1%甲酸，因此，選擇甲醇-0.2%甲酸水作為最優流動相。

2.4 質譜條件優化

用17種目標化合物的100 μg/L混合標準溶液，分別在正離子模式和負離子模式下進行掃描，發現17種增塑劑在正離子模式下響應值明顯優于負離子模式，因此，選擇正離子掃描模式，17種增塑劑的電離模式、精確質量數等信息見表2。

靜電場軌道阱高分辨質譜根據各目標化合物準分子離子[M+H]+的精確質量數理論值提取各離子的色譜峰（提取離子窗口寬度為5×10-6），通過提取離子色譜峰面積進行定量，17種各目標分析物的提取離子見圖2。靜電場軌道阱高分辨質譜利用目標化合物的保留時間和準分子離子的精確質量數進行定性鑒定。同時二級質譜采用高能碰撞誘導解離（high energy collision dissociation，HCD）方式產生子離子碎片，通過每種增塑劑的二級質譜圖及其特征碎片離子進一步提高了定性能力，避免檢出假陽性或假陰性樣品的情況發生。

表2 17種增塑劑精確質量數、電離模式、保留時間、子離子等參數Table 2 Accurate mass,ionization mode,retention time,product ion and other parameters of 17 plasticizers

2.5 方法學評價

2.5.1 標準工作曲線、線性關系、定量限

在優化條件下，配制了17種增塑劑的系列混合標準溶液，以峰面積（Y）為縱坐標、質量濃度（X）為橫坐標繪制標準曲線，得到線性回歸方程和相關系數（R2），根據信噪比（signal to noise ratio，S/N）=3確定方法檢出限（limit of detection，LOD），S/N=10確定方法定量限（limit of quantitation，LOQ），結果見表3。由表3可知，17種增塑劑在各自質量濃度范圍內線性關系良好，相關系數均＞0.992 5；方法檢出限為0.4～8.6 μg/L，定量限為1.2～28.7 μg/L。

表3 17種增塑劑的線性范圍、回歸方程、相關系數、定量限及背景空白Table 3 Linear range,regression equation,correlation coefficient,quantitation limit and procedure blanks of 17 plasticizers

磷酸酯類和己二酸酯類增塑劑用途廣泛，屬于環境污染物之一，在大氣、水體中均有殘留，給高靈敏度的檢測方法帶來了背景干擾。實驗通過無基質的方法背景空白模擬物（3次平行）檢測發現，其中DEHA、TEHP存在背景干擾，背景含量分別為0.16 μg/L、0.12 μg/L（見表3），其余目標化合物在背景中未檢出。實際食品模擬物樣品中扣除了背景值。

2.5.2 精密度與回收率實驗

在空白食品模擬物中加入17種增塑劑混合標準溶液，加標質量濃度分別為50.0 μg/L、250.0 μg/L、500.0 μg/L。按上述方法進行前處理，然后進儀器分析，重復6次。計算方法回收率以及相對標準偏差（relative standard deviation，RSD），結果見表4。由表4可知，17種增塑劑的三個添加水平的平均回收率為63.2%～117.1%，精密度實驗結果相對標準偏差為0.3%～9.7%。說明該方法具有良好的準確度、精密度和重復性，可以滿足塑料類食品接觸材料及制品中17種增塑劑的特定遷移量檢測。

表4 17種增塑劑的加標回收率和精密度實驗結果Table 4 Results of standard recovery rate and precision tests of 17 plasticizers

2.6 實際樣品的測定

成品白酒主要儲存在陶瓷瓶或玻璃瓶中，其瓶蓋主要為塑料材質，與酒接觸部件主要為高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE）、低密度聚乙烯（lowdensitypolyethylene，LDPE）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）等材質，本研究對市售的5份酒瓶瓶蓋進行遷移實驗測定，結果表明，未有樣品檢出含有這17種增塑劑。

3 結論

本試驗建立了UPLC-Q/Orbitrap HRMS同時檢測塑料類食品接觸材料及制品中12種有機磷酸酯類和5種己二酸酯類增塑劑的特定遷移量。食品模擬物經乙腈稀釋過膜后，以ZORBAX SB-C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.8 μm）為分離柱，以甲醇-0.2%甲酸水為流動相進行梯度洗脫，流速為0.3 mL/min，15 min內可完成17種增塑劑的檢測分析。通過方法學驗證，17種增塑劑在較寬的質量濃度范圍內線性關系良好，相關系數R2均＞0.9925，3種不同質量濃度添加水平下，回收率為63.2%～117.1%，相對標準偏差為0.3%～9.7%，方法檢出限為0.4～8.6 μg/L，定量限為1.2～28.7 μg/L。該方法具有準確快速、選擇性好、靈敏度高、重復性好等特點。