HS-GC測定食品接觸制品中5-亞乙基-2-降冰片烯

曾莉，聶紹麗，張濤，鐘永紅，林黛琴

江西省檢驗檢測認證總院工業產品檢驗檢測院（南昌 330052）

5-亞乙基-2-降冰片烯（別名乙叉降冰片烯，5-ethylidene-2-norbornene，mixt.of endo-and exoisomers，簡稱EBN，CAS號16219-75-3，分子式C9H12分子量120.19，分子結構式如圖1所示）為無色揮發性液體，有強烈的類樟腦氣味。有順、反2種異構體，順式沸點147.35 ℃，反式沸點148.57 ℃，冰點-80 ℃，閃點38 ℃，有刺激性，易被氧化，屬于易燃液體和蒸氣。5-亞乙基-2-降冰片烯可通過吸入、皮膚接觸等多種方式進入人體，吸入有害，吞咽并進入呼吸道可能致命，皮膚接觸會造成皮膚刺激，可能導致皮膚過敏反應。長期或反復接觸可能對肝、肺、腎等器官造成傷害。

圖1 5-亞乙基-2-降冰片烯分子結構式

5-亞乙基-2-降冰片烯用途廣泛[1-5]，可作為第三單體，與乙烯、丙烯共聚制得乙丙橡膠。具有硫化速度快，效果好，二次反應機會少，加入EBN硫化的橡膠拉伸強度高，硫化膠水久變形小等優點。它還具有耐臭氧、耐化學藥品（溶劑、酸、堿等）、耐放電、耐水蒸氣等性能，可用作橡膠制品、防水板等建筑材料和耐沖擊性塑料的改性材料。同時，也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。

GB 9685——2016《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》[6]，GB 4806.65——2016《食品安全國家標準 食品接觸用塑料樹脂》[7]和GB 4806.115——2016《食品安全國家標準 食品接觸用橡膠材料及制品》[8]明確規定5-亞乙基-2-降冰片烯在聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）材質和熱塑性硫化橡膠（TPV）中的特定遷移量限量（SML）應低于0.05 mg/kg或最大殘留量（QM）極限值0.05 mg/6 dm2。降冰片烯的檢測方法較少，主要有紅外吸收法，氣質聯用法等[9-14]。國內尚未見對食品接觸材料及制品中5-亞乙基-2-降冰片烯殘留量的檢測標準，關于氣相色譜法測定5-亞乙基-2-降冰片烯檢測方法的文獻報道也較少，而GC-MS聯用技術，雖然檢測限低、但儀器昂貴。鑒于此，試驗對頂空-氣相色譜法測定食品接觸材料及制品中5-亞乙基-2-降冰片烯殘留量的方法開展研究。

1 材料與方法

1.1 方法原理

取一定面積的食品接觸材料或制品用粉碎機或剪刀剪成粒徑≤0.2 cm的碎片或顆粒，裝入頂空瓶內，經頂空加熱平衡后，用帶氫火焰離子化檢測器（FID）的氣相色譜儀分析，保留時間定性，以峰面積繪制標準曲線對目標物進行定量分析。

1.2 儀器與試劑

氣相色譜儀（株式會社島津制作所，SHIMADZU GC-2030型），配氫火焰離子化檢測器（FID）；頂空自動進樣器（株式會社島津制作所，SHIMADZU HS-20型）；恒溫振蕩器（常州國華電器有限公司，SHA-B型）；數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司，KQ-500DA型）；液體微量注射器（1 μL、10 μL）。

5-亞乙基-2-降冰片烯（純標品，壇墨質檢-標準物質中心）；正己烷（色譜純，西班牙SCHARLAB S.L）；甲醇（色譜純，德國默克公司）；N,N-二甲基甲酰胺（DMF，色譜純，阿拉丁）。

1.3 儀器條件

1.3.1 頂空進樣器條件

恒溫爐溫度80 ℃；樣品流路溫度90 ℃；傳輸線溫度100 ℃；樣品瓶恒溫時間20 min；GC循環時間20 min；進樣量1 mL。

1.3.2 氣相色譜

色譜柱SHIMADZU SH-Wax（30 m×0.32 mm×1 μm）；載氣采用高純氮氣；分流比20︰1。升溫程序：初始溫度60 ℃，保持3 min，以30 ℃/min速率升溫至200 ℃，保持3 min。氫火焰離子化檢測器（FID）溫度220 ℃，氫氣流量32 mL/min，空氣流量200 mL/min，尾吹氣流量24 mL/min。5-亞乙基-2-降冰片烯標準品的色譜圖見圖2。

圖2 5-亞乙基-2-降冰片烯標準溶液色譜圖

1.4 試驗方法

1.4.1 標準溶液制備

標準儲備溶液：準確稱取50 mg（精確到0.1 mg）5-亞乙基-2-降冰片烯標準品，用正己烷溶解后轉移至25 mL棕色容量瓶中，并用正己烷定容至刻度，混勻，質量濃度2 000 mg/L。

標準工作溶液：分別吸取0.05，0.25，0.50，2.50和5.00 mL 5-亞乙基-2-降冰片烯標準儲備溶液于10 mL棕色容量瓶中，用正己烷定容至刻度，混勻。此時標準工作溶液質量濃度分別為10，50，100，500和1 000 mg/L。

1.4.2 樣品測定

取一定面積的食品接觸材料或制品用粉碎機或剪刀剪成粒徑≤0.2 cm的碎片或顆粒，裝入頂空瓶內，按1.3試驗條件進行分析。試樣面積參照GB 5009.156——2016《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品遷移試驗預處理方法通則》[15]測定：試樣厚度≤0.5 mm時，計算面積取試樣的單面面積；試樣厚度＞0.5 mm并且≤2 mm時，計算面積取試樣正反兩面面積之和，即單面面積乘以2；試樣厚度＞2 mm時，計算面積取試樣正反兩面面積及其側面積之和。

2 結果與討論

2.1 色譜柱的選擇

試驗選取3種不同的氣相色譜柱SHIMADZU SHWax（30 m×0.32 mm×1 μm）、Agilent DB-624（30 m×0.32 mm×1.8 μm）、NanoChrom BP-Inowax（60 m×0.32 mm×0.5 μm）。5-亞乙基-2-降冰片烯均能夠有效分離，但NanoChrom BP-Inowax（60 m×0.32 mm×0.5 μm）出峰時間較晚，相比較，SHIMADZU SH-Wax（30 m×0.32 mm×1 μm）出峰效果更好，故選擇SHIMADZU SH-Wax（30 m×0.32 mm×1 μm）色譜柱。

2.2 溶劑的選擇

考察正己烷、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）3種溶劑對目標物的測定效果。分別用正己烷、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺溶解5-亞乙基-2-降冰片烯標準品，各移取2 μg注入頂空瓶中上機測定。將同一份樣品平行制樣3份，分別加入5 mL正己烷、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺，分別加入10 μg的目標物標準樣品上機測定。結果表明，以N,N-二甲基甲酰胺為溶劑時，目標物響應較低且N,N-二甲基甲酰胺沸點較高溶劑峰出峰時間較晚；以甲醇為溶劑時，峰型較差且基線飄動大，故最終選擇正己烷作為溶劑，3種溶劑的色譜圖比較見圖3。

圖3 3種溶劑溶解標準物質（A）和樣品提取（B）對目標物測定的色譜圖比較

2.3 樣品前處理方法的確定

考察直接進樣，溶劑不同提取方式對目標物的測定效果。平行制樣5份，各加入10 μg的目標物標準樣品，分別采用：（1）樣品直接裝入頂空瓶上機測定；（2）樣品裝入頂空瓶后加入5 mL正己烷上機測定；（3）樣品裝入頂空瓶后加入5 mL正己烷室溫超聲30 min上機測定；（4）樣品裝入頂空瓶后加入5 mL正己烷室溫振蕩30 min上機測定；（5）樣品裝入頂空瓶后加入5 mL正己烷室溫靜置24 h上機測定。結果表明，直接進樣和溶劑不同提取方式對目標物的測定效果相差不大，但采用溶劑提取會引入較大溶劑峰及其他雜質的干擾，故采用直接進樣的前處理方法。

2.4 儀器條件優化

2.4.1 頂空平衡溫度的確定

頂空平衡溫度會影響樣品中可揮發性物質的飽和蒸氣壓，通常來說，溫度越高，蒸汽壓越高，頂空氣體的濃度越高，分析靈敏度越高。但過高的溫度可能導致某些物質的分解和氧化，使頂空氣體的壓力太高，過高的頂空氣體壓力會對下一步加壓提出更高要求，也可能引起系統漏氣，因此在滿足靈敏度的條件下往往選擇較低的平衡溫度。考察不同頂空平衡溫度（60，70，80，90和100 ℃）對目標物測定的影響，結果如圖4所示，平衡溫度在60~80 ℃，隨著溫度升高，目標物的峰面積有所增加，平衡溫度高于80 ℃時，目標物的峰面積變化緩慢，略有降低。故選擇80℃作為頂空平衡溫度。

圖4 頂空平衡溫度對目標物色譜峰面積的影響

2.4.2 頂空平衡時間的確定

頂空平衡時間主要與目標物的揮發性和頂空平衡溫度有關，通常目標物的揮發性越強，頂空平衡溫度越高，所需頂空平衡時間越短。試驗在優化的頂空平衡溫度下，考察不同頂空平衡時間（10，15，20，30和40 min）對目標物測定的影響，結果如圖5所示，頂空平衡時間20 min時，目標物的色譜峰面積最大，最終選擇20 min作為頂空平衡時間。

圖5 頂空平衡時間對目標物色譜峰面積的影響

2.4.3 升溫程序的確定

考察不同升溫程序對目標物測定的影響。升溫程序1：初始溫度40 ℃，保持5 min，以15 ℃/min速率升溫至200 ℃，保持3 min，目標物出峰時間11.960 min。升溫程序2：初始溫度40 ℃，保持5 min，以30 ℃/min速率升溫至200 ℃，保持3 min，目標物出峰時間9.063 min。升溫程序3：初始溫度60 ℃，保持3 min，以30℃/min速率升溫至200 ℃，保持3 min，目標物出峰時間為7.361 min。升溫程序3，出峰時間快，GC就緒時間短，并且正好滿足頂空的循環要求，較大的節省檢測時間。

2.5 標準曲線與檢出限

用微量進樣針分別移取不同濃度的5-亞乙基-2-降冰片烯標準工作溶液（如1.4.1）10 μL注入頂空瓶中，迅速密封，按優化后的試驗條件（如1.3）進行分析，因5-亞乙基-2-降冰片烯有順、反2種異構體，在色譜圖中分離出2個峰，峰面積比例約3︰1。故以5-亞乙基-2-降冰片烯含量作為橫坐標，以順、反2種異構體的峰面積之和作為縱坐標繪制標準曲線。從表1中可以看出，在0.1~10 μg范圍內線性關系良好，相關系數（r）大于0.999 5。

表1 5-亞乙基-2-降冰片烯的線性方程、相關系數、線性范圍、檢出限及定出限

通過測量分析12份已知低濃度的標準樣品，計算方法檢出限和定量限。按式（1）計算。

式中：k為置信因子；s為12份標準樣品測量結果的標準偏差；c為標準樣品含量值；x為12份標準樣品測量結果平均值。當置信因子k取3時，C為方法檢出限；置信因子k取10時，C為方法定量限。

2.6 加標回收試驗和精密度

選擇0.4，3.0和7.0 μg 3個水平進行加標回收試驗，每個水平做6個平行試樣，計算目標物的回收率和相對標準偏差（SRSD），3個加標水平下的回收率在90.50%~99.17%之間，SRSD在1.33%~2.45%之間，方法精密度較好，可以滿足分析要求，具體結果見表2。

表2 5-亞乙基-2-降冰片烯的回收率和精密度

2.7 樣品檢測

按照試驗方法對非復合膜袋、塑料瓶、塑料蓋、一次性餐飲具、吸管、橡膠密封圈等18批次食品接觸材料及制品進行目標化合物的分析，結果見表3。結果表明，食品接觸材料及制品檢測出5-亞乙基-2-降冰片烯的概率較低，18批次檢測樣品結果均為陰性。圖6為樣品及樣品加標色譜圖。

表3 樣品中5-亞乙基-2-降冰片烯的測定結果

圖6 樣品（A）及樣品加標（B）色譜圖

3 結論

試驗建立頂空-氣相色譜法測定食品接觸材料及制品中5-亞乙基-2-降冰片烯殘留量的檢測方法。該方法在0.1~10 μg濃度范圍內線性良好，相關系數r＞0.999 5，方法檢出限低，回收率在90.50%~99.17%之間，相對標準偏差（SRSD）在1.33%~2.45%之間，方法精密度較好，可以滿足分析要求。試驗方法簡便快捷，結果準確可靠，彌補暫無檢測食品接觸材料及制品中5-亞乙基-2-降冰片烯殘留量的空缺，為監管部門、生產企業及標準的制定提供可靠的技術支持。