液相色譜法測定紙吸管中丙烯酰胺遷移量的不確定度評定

錢凱 劉麗娜 王昕 張海燕

摘 要：目的：為有效控制實驗室的測量過程，提高檢測結果的準確性和可靠性，建立測量紙吸管中丙烯酰胺遷移量的不確定度評定方法。方法：采用液相色譜-紫外檢測法，測定紙吸管樣品在體積分數為4%乙酸水溶液的食品模擬物中丙烯酰胺的遷移量。通過建立測量數學模型，結合不確定度的評定規則，分別對測量過程中引入的相對不確定度分量進行計算評估，最終實現對檢測結果的不確定度評定。結果：紙吸管中丙烯酰胺的特定遷移量為0.025 mg/kg，其擴展不確定度為0.006 2 mg/kg（置信水平P=95%，包含因子k=2）。結論：本次測量不確定度的評定結果表明，丙烯酰胺遷移量測定的主要不確定因素為校準曲線擬合、重復性測定和遷移試驗。

關鍵詞：丙烯酰胺;遷移量;不確定度;食品接觸材料

Evaluation of Uncertainty in the Determination of Acrylamide Migration in Paper Pipette by Liquid Chromatography

QIAN Kai1，2， LIU Lina1， WANG Xin1， ZHANG Haiyan1

（1.Changzhou Safety Testing Center for Entry-Exit Industrial and Consumable Products， Changzhou 213000， China; 2.Nanjing Customs Testing Center for Dangerous Goods and Packaging， Changzhou 213000， China）

Abstract： Objective： A method of uncertainty evaluation for determination of acrylamide migration in paper straws has been established. This work aims to effectively control the experimental process in the laboratory，and improve the accuracy and reliability of the measurement results. Method： Liquid chromatography-ultraviolet detector was applied to detecting the level of acrylamide migration in paper straw，which in 4% （V/V） acetic acid as food simulants. According to the evaluation methods of uncertainty， the mathematical model was established. The relative uncertainty components produced in the measurement process has been calculated and evaluated. So as to complete the uncertainty evaluation of the test result. Results： In this experiment， the specific migration of acrylamide in paper straws was 0.025 mg/kg， and the expanded uncertainty was 0.006 2 mg/kg （P=95%， k=2）. Conclusion： The results of uncertainty evaluation show that， the main uncertainty factors are calibration curve fitting ， measurement repeatability and migration test in determination of acrylamide migration.

Keywords： acrylamide; migration; uncertainty; food contact materials

隨著“升級版限塑令”的出臺和人們環保意識的提高，紙吸管作為塑料吸管的替代品逐漸受到餐飲行業的青睞。聚丙烯酰胺是造紙行業最早使用的一種添加劑，常用于提高紙張強度，還可用作助留劑、助濾劑等[1-3]。聚丙烯酰胺在自然條件下會降解為丙烯酰胺，同時殘留的丙烯酰胺單體也會隨著聚丙烯酰胺終產物引入紙吸管中，并在接觸食品過程中遷移出來[3-5]。研究顯示，丙烯酰胺具有神經毒性、生殖毒性、遺傳毒性等毒性作用，且滲透性較強，易通過消化道、呼吸道等途徑被人體吸收，已被國際癌癥研究機構列為Ⅱ類致癌物[2，4，6-8]。

《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品用添加劑使用標準》（GB 9685—2016）規定，紙和紙板材料及其制品中丙烯酰胺特定遷移量的限制要求為不得檢出（檢測低限為0.01 mg/kg）[9]。由于法規要求的檢出限值較低，而液相色譜法的靈敏度不高。因此，控制和提高檢測結果的準確性研究十分必要。測量不確定度是中國合格評定國家認可委員會（China National Accreditation Service for Conformity Assessment，CNAS）認可準則要求的，用于表征檢測結果準確性和可靠性的一種有效方式[10]。本文采用《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品 丙烯酰胺遷移量的測定》（GB 31604.18—2016）方法，定量分析紙吸管樣品在體積分數為4%乙酸水溶液中丙烯酰胺的特定遷移量[11]。通過建立特定遷移量的數學模型，分析考察影響測量結果的各不確定度分量來源，并依據《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）進行不確定度的計算評定，對控制整個測量過程及提高檢測結果的質量具有重要意義[12-19]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冰乙酸（分析純，中國國藥集團化學試劑有限公司）;乙腈（色譜純，中國上海安譜實驗科技股份有限公司）;硫酸（優級純，永華化學股份有限公司）;實驗用水為一級水;丙烯酰胺標準品（1 000 μg/mL，北京壇墨質檢科技有限公司）;親水PTFE針式濾器（25 mm×0.22 μm，中國上海安譜實驗科技股份有限公司）。

1.2 儀器與設備

Agilent 1200高效液相色譜儀（美國安捷倫公司）;XS205DU萬分之一分析天平（瑞士Mettler Toledo公司）;Milli-Q Advantage純水儀（美國Millipore公司）;BINDER FD260烘箱（德國Binder公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準工作溶液配制

丙烯酰胺標準中間液（10 mg/L）：準確移取100 μL丙烯酰胺標準品（1 000 μg/mL）于10 mL容量瓶中，用水定容。丙烯酰胺標準工作液：分別準確移取丙烯酰胺標準中間液30 μL、50 μL、80 μL、100 μL和200 μL于10 mL容量瓶中，用體積分數為4%的乙酸溶液定容，得到濃度分別為30 μg/L、50 μg/L、80 μg/L、100 μg/L和200 μg/L的丙烯酰胺標準工作液。

1.3.2 樣品制備

按GB 31604.1—2015和GB 5009.156—2016標準要求，采用4%乙酸溶液（體積分數）作為食品模擬物，特定遷移試驗條件為70 ℃，2 h。將紙吸管樣品置于合適的玻璃試管中，加入預熱至70 ℃的4%乙酸溶液（體積分數），使樣品完全浸沒在溶液中，用錫箔紙密封試管口，置于70 ℃烘箱中保存2 h。浸泡結束后，將玻璃試管從烘箱中取出并冷卻至室溫，使遷移試驗溶液充分混勻后，取其中1～2 mL溶液經0.22 μm PTFE微孔濾膜過濾至2 mL進樣小瓶，用于高效液相色譜分析測試。

1.3.3 儀器條件

色譜柱：艾杰爾Venusil CIS 離子排斥色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）;流動相：硫酸溶液（0.003 6 mol/L）∶乙腈=91∶9;洗脫方式：等度洗脫;流速：0.5 mL/min;進樣量：20 μL;紫外檢測波長：198 nm。

1.3.4 特定遷移量的數學模型

紙吸管樣品中丙烯酰胺特定遷移量的計算公式如下：

（1）

式中：X為樣品中丙烯酰胺的特定遷移量，mg/kg;C為食品模擬物中丙烯酰胺的濃度，mg/L;C0為空白試液中丙烯酰胺的濃度，mg/L;V為食品模擬物的體積，L;S為樣品與食品模擬物的接觸面積（以下稱接觸面積），dm2;f為特定遷移量換算系數。按GB 5009.156—2016標準要求，紙吸管樣品實際使用的接觸面積（S0）和接觸食品體積（V0）之比未知，因此f=6，dm2/kg。根據GB 31604.1—2015的基本要求，各種液態食品的密度通常以1 kg/L計。

2 結果與分析

2.1 不確定度來源

通過對實驗過程和數學模型的輸入量進行分析可知，測量紙吸管樣品中丙烯酰胺遷移量的不確定度因素主要有樣品測量面積、食品模擬物體積、標準工作溶液配制、校準曲線擬合、高效液相色譜儀、加標回收率和平行樣品測量的重復性。

2.2 不確定度評定

2.2.1 測量樣品面積引入的不確定度u（S）

由于紙吸管樣品近似于空心圓柱，因此樣品與食品模擬物的接觸面積（即浸泡面積）為樣品的側面積，需要測量樣品的直徑和長度兩個尺寸，測量結果分別為0.12 dm和2.30 dm，故樣品的浸泡面積S為0.867 dm2。根據《鋼直尺檢定規程》JJG 1-1999，本實驗室的鋼直尺的示值誤差為±0.001 dm，假設測量服從均勻分布（k=），則測量樣品直徑引入的不確定度分量為。同理可知，測量樣品長度引入的不確定度分量為：

測量樣品面積引入的不確定度為：

則相對不確定度為。

2.2.2 遷移試驗引入的不確定度u（V）

根據遷移試驗過程可知，樣品在浸泡時引入的不確定度主要包括量筒容量偏差、量筒讀數偏差和浸泡溫度引起的體積偏差。

（1）食品模擬物的量取引入的不確定度。采用量程為250 mL的量筒量取130 mL配制好的4%乙酸溶液（體積分數）。根據《常用玻璃量器檢定規程》（JJG 196—2006），20 ℃時250 mL量筒的容量誤差為±1.0 mL，假設測量服從三角分布（k=），則標準不確定度為。

（2）量筒讀數引入的不確定度。由于操作人員的習慣不同，在讀取量筒數值時會存在讀數誤差。假設實驗過程中允許的讀數誤差為±1%，且服從三角分布，則標準不確定度為。

（3）浸泡溫度引入的不確定度。由于遷移試驗需將浸泡樣品的食品模擬物置于70 ℃的烘箱中，假設遷移試驗過程中的溫度變化為±2 ℃，因無法查得4%乙酸溶液（體積分數）在70 ℃時的膨脹系數，故近似視為水的膨脹系數0.022 69 /℃，服從均勻分布，則由浸泡溫度引入的不確定度為。

因此，將3個不確定度分量加權平均計算得到由遷移試驗引入的不確定度為：

2.2.3 測定浸泡液中丙烯酰胺濃度引入的不確定度u（C）

由于丙烯酰胺遷移量的測定是將遷移試驗的浸泡溶液經微孔濾膜過濾后直接采用高效液相色譜進行分析，定量方法為外標法。因此，其測定過程的不確定度來源主要為標準物質濃度、標準工作溶液的配制、校準曲線擬合及測量儀器。

（1）標準物質濃度引入的不確定度u（ss）。查丙烯酰胺標準物質證書顯示的擴展不確定度U（ss）=2%，k=2，計算其相對不確定度為。

（2）標準工作溶液的配制引入的不確定度u（D）。標準工作溶液的配制過程是依次采用移液器量取標準溶液和容量瓶定容進行濃度逐級稀釋，因此該過程引入的不確定度為移液器和容量瓶。根據不同量器具的校準證書顯示的擴展不確定度分別計算其相對不確定度分量，具體結果如表1所示。將各相對不確定度進行加權平均即得到標準工作溶液配制引入的相對不確定度為：

（3）校準曲線擬合引入的不確定度u（cal）。配制一系列質量濃度的丙烯酰胺標準溶液，采用1.3.3的液相色譜條件進行檢測。以丙烯酰胺標準溶液的濃度（xi）為橫坐標，對應的儀器響應值（yi）為縱坐標，采用線性最小二乘法擬合得到丙烯酰胺標準溶液的回歸方程為y=332.21x+1.34，相關系數r2=0.999。紙吸管試樣在相同測試條件下經過2次平行測定，將獲得的儀器響應值通過校準曲線擬合即可得到浸泡液中丙烯酰胺的濃度，分別為0.024 mg/L和0.026 mg/L，則丙烯酰胺的平均濃度為0.025 mg/L。殘余標準偏差為：

（2）

式中：n為校準曲線的濃度水平數;yi為校準曲線各濃度的響應值;y為由校準曲線擬合的理論響應值。

校準曲線擬合試液中丙烯酰胺的濃度引入的不確定度為：

（3）

式中：b為校準曲線的斜率;p為同一樣品測試溶液的測定次數;n為校準曲線的濃度水平數;c為測試樣品溶液濃度的平均值，mg/L;xi為校準曲線各濃度點的理論值，mg/L;x為校準曲線各濃度點的平均值，mg/L。部分參數的計算結果如表2所示。

其相對不確定度為：

（4）儀器的測量不確定度u（I）。丙烯酰胺遷移量測定采用的是液相色譜進行定量分析，查詢該儀器校準證書給出的擴展不確定度為U（I）=5.2%，k=2，計算其相對標準不確定度為。

將以上4個不確定度分量進行加權計算，得到測定浸泡液中丙烯酰胺濃度過程引入的相對不確定度：

2.2.4 加標回收率引入的不確定度u（Rc）

由于測定浸泡液中丙烯酰胺的濃度存在回收率的問題，因此，為了考察回收率引入的不確定度，在10 mL的4%乙酸溶液（體積分數）中添加濃度為10 mg/L的丙烯酰胺標準溶液30 μL，得到0.03 mg/L的加標溶液，共制備6份。按照1.3所述方法進行測定，測得6份加標溶液中丙烯酰胺的加標回收率分別為100.6%、98.7%、101.9%、107.8%、103.2%和105.1%，計算平均回收率R為102.1%，標準偏差s（Rc）為2.217%。因此，回收率引入的相對不確定度為。

2.2.5 平行樣品的重復測定引入的不確定度u（Rp）

從同批次的紙吸管中隨機抽取6個樣品，按照2.3進行丙烯酰胺遷移量測定，結果分別為0.030 mg/L、0.028 mg/L、0.028 mg/L、0.030 mg/L、0.027 mg/L和0.028 mg/L，計算平均值X為0.028 mg/L，標準偏差s（Rp）為0.000 97 mg/L，則平行樣品的重復測定引入的相對不確定度為。

2.2.6 合成不確定度和擴展不確定度

為了計算方便，將紙吸管中丙烯酰胺遷移量測定的各相對不確定度分量進行匯總，如表3所示。由于各分量間相互獨立無關，因此合成相對不確定度為：

根據平行樣品重復測得樣品試液中丙烯酰胺的平均濃度為0.028 mg/L，按照公式（1）計算得到該批樣品的丙烯酰胺遷移量的均值X為0.025 mg/kg，則合成標準不確定度為u（X）=X×urel（X）=0.003 1 mg/kg。假設服從正態分布，95%的置信概率下取包含因子k為2，則丙烯酰胺遷移量測定結果的擴展不確定度為u（X）=k×u（X）=0.006 2 mg/kg。

2.3 報告結果

本實驗測得紙吸管樣品的丙烯酰胺特定遷移量為0.025 mg/kg，測量不確定度報告結果為X=（0.025±0.006 2） mg/kg，k=2。

3 結論與討論

根據不確定度來源及相對不確定度的計算評估可知，影響紙吸管的丙烯酰胺遷移量檢測結果的最主要因素為浸泡液中丙烯酰胺的濃度測定，而濃度測定過程中，校準曲線擬合引入的相對不確定度最大。可能是由于丙烯酰胺遷移量測定采用的是液相色譜-紫外檢測法，丙烯酰胺的紫外吸收強度較低，可能存在低濃度水平時定量結果的偏差。因此，在實際檢測工作中，可通過增加校準曲線濃度點的數量及進樣次數改善擬合曲線的線性關系。同時，線性范圍不宜過大，上下限濃度值的差異盡量控制在20倍以內，還要嚴格控制遷移試驗溫度，以提高平行樣品間數據的穩定性和準確性。

參考文獻

[1]古添發，張俊瓊，林晶，等.液相色譜串聯質譜法測定飲用水源中丙烯酰胺[J].山東化工，2016，45（13）：85-86.

[2]趙韓棟.基于液相色譜技術食品中痕量丙烯酰胺新型檢測方法研究[D].泰安：山東農業大學，2015.

[3]石寶瑩，余偉梅，王玉峰.固相萃取-高效液相色譜法測定紙品中的丙烯酰胺[J].中國造紙，2013，32（10）：11-14.

[4]黃海智，盛華棟，李紅艷，等.包裝紙中丙烯酰胺及芳香胺遷移量的檢測研究[J].包裝工程，2018，39（13）：27-31.

[5]左瑩，孫多志，李潔君，等.陽離子交換高效液相色譜法測定紙巾紙和衛生紙中的丙烯酰胺單體殘留量[J].檢驗檢疫學刊，2013，23（5）：18-20.

[6]劉紅河，陳春曉，柳其芳，等.食品中致癌物丙烯酰胺的固相萃取-高效液相色譜聯用測定方法[J].職業與健康，2004，20（10）：5-7.

[7]李軍，鄧潔紅，譚興和，等.丙烯酰胺毒性及油炸食品丙烯酰胺抑制方法研究進展[J].糧食與飼料工業，2010（9）：31-33.

[8]周宇，朱圣陶.氣相色譜法測定油炸、烘烤食品中丙烯酰胺：丙烯酰胺污染水平調查[J].理化檢驗（化學分冊），2007，43（11）：928-930.

[9]國家衛生和計劃生育委員會.食品安全國家標準 食品接觸材料及制品用添加劑使用標準：GB 9685—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[10]中國合格評定國家認可委員會.《測量不確定度的要求》：CNAS—CL01-G003：2019[EB/OL].（2019-04-10）[2022-01-15].https：//wenku.baidu.com/view/0f8f6457f605cc1755270722192e453611665b57.html.

[11]國家衛生和計劃生育委員會.食品安全國家標準 食品接觸材料及制品 丙烯酰胺遷移量的測定：GB 31604.18—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[12]白澤清.金屬包裝罐雙酚S遷移量測量不確定度評定[J].包裝工程，2021，42（3）：116-120.

[13]陳明，錢凱，殷麗燕，等.液相色譜質譜法測定馬口鐵涂層中三聚氰胺遷移量不確定度的評定[J].食品安全質量檢測學報，2020，11（4）：1112-1116.

[14]劉佳，范福登.己內酰胺遷移量的測定不確定度與過程質量控制[J].質量與認證，2019（9）：76-78.

[15]朱亞偉，何軍，陳彤，等.密胺餐具中甲醛遷移量的不確定度評定[J].包裝與食品機械，2015，33（5）：67-70.

[16]袁輝，嚴婭.食品接觸材料制品中壬基酚遷移量的不確定度評定[J].廣州化工，2021，49（20）：83-84.

[17]劉肖肖，高曉哲，陳暢，等.高效液相色譜法測定PET瓶中對苯二甲酸遷移量的不確定度評定[J].標準科學，2019（4）：144-148.

[18]張玉芳，劉志聰，趙宏強，等.高效液相色譜法測定食品用尼龍膜中己內酰胺遷移量不確定度的評定[J].食品安全質量檢測學報，2018，9（12）：3072-3076.

[19]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

作者簡介：錢凱（1983—），女，江蘇常州人，碩士，工程師。研究方向：食品接觸材料安全分析與評估測試。