GC-MS測定食品接觸材料中的5-亞乙基-2-降冰片烯遷移量

摘 要：本文建立氣相色譜-質(zhì)譜法同時測定食品接觸材料中的5-亞乙基-2-降冰片烯遷移量，并對色譜柱、標品溶劑、頂空平衡溫度和頂空平衡時間進行優(yōu)化。樣品按照標準規(guī)定進行遷移試驗，采用頂空進樣，氣相色譜-質(zhì)譜法測定，峰面積外標法定量。結(jié)果表明，目標物的濃度與峰面積的線性關系良好，相關系數(shù)為0.999 6，檢出限為0.002 mg·kg-1，平均回收率分別為99.29%、102.29%、104.47%，相對標準偏差分別為4.14%、4.13%、2.42%。該分析方法操作簡便、精確可靠，回收率高，適用于食品接觸材料中的5-亞乙基-2-降冰片烯的測定。

關鍵詞：氣相色譜-質(zhì)譜法；外標法；食品接觸材料；5-亞甲基-2-降冰片烯遷移量

Determination of Food Contact Materials by GC-MS in the 5-Ethylene-2-Norbornene Migration Amount

HU Weiyue1， HU Jianyue2

（1.Shaanxi Provincial Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Xi’an 710048， China; 2.Xi’an Hantang Analysis and Testing Co.， Ltd.， Xi’an 710201， China）

Abstract： In this paper， the simultaneous determination of 5-ethylene-2-norbornene migration amount in food contact materials by gas chromatography and mass spectrometry was established， and the chromatographic column， standard solvent， headspace equilibrium temperature and headspace equilibrium time were optimized. The samples were subjected to migration test according to the provisions of the standard， and were determined by headspace injection， gas chromatography-mass spectrometry， and quantified by peak area external standard method. The results showed that the correlation coefficient was 0.999 6， the detection limit was 0.002 mg·kg-1， the average recoveries were 99.29%， 102.29% and 104.47%， and the relative standard deviations were 4.14%， 4.13% and 2.42%， respectively. The method is simple， accurate and reliable， with high recovery rate， and is suitable for the determination of 5-ethylene-2-norbornene in food contact materials.

Keywords： gas chromatograph-mass spectrometry; external standard method; food contact materials; migration of 5-methylene-2-norbornene

5-亞乙基-2-降冰片烯（Ethylidene Norbornene，EBN），又名乙叉降冰片烯，是一種有機化合物，化學式為C9H12，無色至黃色透明液體，不溶于水，易氧化，屬于易燃物。5-亞乙基-2-降冰片烯作為一種重要的化工原料，在橡膠、建筑、塑料等多個領域都有廣泛的應用[1-3]。它可作為第三單體制得三元乙丙橡膠，克服乙丙橡膠硫化速度慢的缺點，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，因此可用作發(fā)動機周圍的橡膠制品；由于其耐沖擊性和耐化學品的特性，也被用作防水板、涂料和黏合劑等建筑材料的改性材料[4]。在塑料工業(yè)中，5-亞乙基-2-降冰片烯可以作為改性單體，與乙烯、丙烯等合共聚物，用于提高塑料的沖擊強度、耐熱性和耐化學腐蝕性[5-6]。此外，它還可以用作醫(yī)藥和化妝品配方中的增稠劑和穩(wěn)定劑。

5-亞乙基-2-降冰片烯可通過吞咽、吸入、皮膚吸收等方式進入人體，會引起呼吸困難、咳嗽、胸悶等癥狀；刺激眼睛、鼻、咽喉和皮膚，導致皮膚和眼睛的刺痛、瘙癢、紅腫等過敏癥狀；損傷睪丸、雄性生殖腺，損害生育能力；對中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，影響神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能，導致頭痛、頭暈、失眠等癥狀。若長期接觸或吸入可能會對肝臟和腎臟造成損傷，導致肝功能異常、腎功能減退等癥狀[7-8]。因此，食品接觸的產(chǎn)品中5-亞乙基-2-降冰片烯的遷移量必須嚴格控制。

目前，對5-亞乙基-2-降冰片烯的檢測方法主要有紅外吸收法、氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，

GC-MS）等[9-12]。本實驗采用10%乙醇進行遷移實驗后，選用GC-MS對《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品 5-亞乙基-2-降冰片烯遷移量的測定》（GB/T 31604.53—2022）的可行性進行了驗證[12]，通過對色譜柱、標品溶劑、頂空平衡溫度和頂空平衡時間進行優(yōu)化，實現(xiàn)了對食品接觸材料中5-亞乙基-2-降冰片烯遷移量的準確測定，方法簡單便捷，準確可靠，有助于篩選出安全可靠的食品接觸產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

正己烷（LC），格里斯（天津）醫(yī)藥化學技術有限公司；甲醇（LC），格里斯（天津）醫(yī)藥化學技術有限公司；甲基叔丁基醚（LC），天津市大茂化學試劑廠；無水乙醇（LC），天津市科密歐化學試劑有限公司；5-亞乙基-2-降冰片烯（250 mg），上海安譜璀世標準技術服務有限公司。實驗用水符合《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》（GB/T 6682—2008）一級標準的要求。

氣質(zhì)聯(lián)用儀（7890B-5977），美國安捷倫科技有限公司；恒溫干燥箱（101-2AB），北京中興偉業(yè)儀器有限公司；分析天平（BSA224S型），北京賽多利斯天平有限公司；超純水機（UPH-I-20T），四川優(yōu)普超純科技有限公司；微孔濾膜（0.45 μm），天津市科億隆實驗設備有限公司；移液器：10～100 μL、100～1 000 μL，1 000～5 000 μL，大龍興創(chuàng)實驗儀器（北京）股份公司；常規(guī)實驗室玻璃儀器。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品前處理

前處理樣品的食品模擬物、面積/體積比、時間、溫度等遷移試驗條件按照《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品遷移試驗通則》（GB/T 31604.1—2023）和《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》（GB 5009.156—2016）的規(guī)定進行[13-14]。遷移試驗后得到浸泡液1 mL，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾至頂空瓶中，立即加蓋密封，待測[12]。將實驗中所用的玻璃儀器在20%的硝酸溶液中浸泡24 h，浸泡完成后用超離子水反復沖洗，至105 ℃烘箱中處理2 h。

1.2.2 標準溶液配備

（1）中間溶液的配制。準確稱取5-亞乙基-2-降冰片烯標準品10 mg，用正己烷溶解并定容至10 mL棕色容量瓶，混勻；吸取5-亞乙基-2-降冰片烯標準儲備溶液（1 000 mg·L-1）10 μL于10 mL棕色容量瓶中，加正己烷定容至刻度，搖勻[12]。此時標準中間溶液濃度為1.0 mg·L-1。

（2）標準工作溶液的配制。用移液槍分別移取0.025、0.050、0.150、0.300、0.500、1.500 mL和3.000 mL 5-亞乙基-2-降冰片烯標準中間溶液至

5 mL頂空瓶中，用10%乙醇補加至5 mL，立即加蓋密封，振蕩并搖勻[12]。此時標準工作溶液濃度分別為0.005、0.010、0.030、0.060、0.100、0.300 mg·L-1和0.600 mg·L-1。

1.2.3 儀器條件

色譜柱：Agilent HP-5MS UI（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；柱箱升溫程序：初始溫度35 ℃，保持

5 min，以30 ℃·min-1升至280 ℃，保持3 min；總運行時間：16.167 min；柱箱平衡時間：0.5 min；進樣口溫度：280 ℃；進樣口壓力：6.777 6 psi；離子源溫度：230 ℃；MS四極桿溫度：150 ℃；質(zhì)譜采集類型：SIM；載氣：氦氣，1 mL·min-1，恒流流量；進樣量：1 μL；進樣方式：分流，分流比5∶1；分流流量：5 mL·min-1；電離方式：電子電離；溶劑延遲：4.0 min；定量離子（m/z）為66，定性離子（m/z）為91、105、120[12]。

1.2.4 頂空進樣器條件

平衡溫度：90 ℃；平衡時間：30 min；傳輸線溫度：120 ℃；定量環(huán)溫度：110 ℃[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標峰的確定

5-亞乙基-2-降冰片烯存在順式和反式異構(gòu)體，因兩個峰的特征離子數(shù)和豐度基本一致，因此本文選擇兩個峰面積之和進行定量分析。色譜圖和特征離子圖如圖1。

2.2 色譜柱的選擇

選用HP-5MS UI（30 m×0.25 mm，0.25 μm）色譜柱和DB-5（30 m×0.25 mm，0.25 μm）進行對比實驗，兩種色譜柱都能夠有效分離目標物。由圖2可知，選用DB-5色譜柱時，出峰時間長，峰形較差，目標物響應較小。故選擇HP-5MS UI（30 m×0.25 mm，0.25 μm）色譜柱。

2.3 標品溶劑的選擇

選擇常見的3種有機溶劑正己烷、甲醇、甲基叔丁基醚對標品進行溶解。分別用3種溶劑溶解標品制備濃度為0.30 mg·L-1的標準溶液，上機測定。結(jié)果表明，以正己烷和甲醇為溶劑，順反異構(gòu)體的分離度和峰形對稱度區(qū)別不大，但以正己烷為溶劑的目標物的響應最大；以甲基叔丁基醚為溶劑，峰形較差，目標物響應低，色譜圖如圖3。因此最終選擇正己烷為標品溶劑。

2.4 頂空進樣條件優(yōu)化

2.4.1 頂空平衡溫度的確定

頂空平衡溫度是指樣品在頂空采樣室中達到平衡狀態(tài)后的溫度。這一溫度對于樣品的揮發(fā)速度和平衡狀態(tài)具有重要影響，進而影響分析結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性。過高的平衡溫度可能導致?lián)]發(fā)物的大量積累或與其他雜質(zhì)發(fā)生反應，影響分析的靈敏度和選擇性。本文考察了70、75、80、85、90 ℃和95 ℃ 6種平衡溫度對10%乙醇模擬物中目標物測定的影響（圖4）。結(jié)果表明，對于10%乙醇模擬物，隨著平衡溫度的升高，目標物的色譜峰面積先增大后減小，當平衡溫度達到90 ℃時，目標物的色譜峰面積最大，而后快速下降；隨著溫度上升，峰形分離度和對稱性變差。因此，選用90 ℃為頂空平衡溫度。

2.4.2 頂空平衡時間的確定

頂空平衡時間是確保樣品中揮發(fā)性成分在分析過程中穩(wěn)定存在的重要參數(shù)。如果平衡時間不足，揮發(fā)性成分可能未完全轉(zhuǎn)移成氣態(tài)，導致分析結(jié)果偏低或不穩(wěn)定。反之，如果平衡時間過長，可能會造成分析效率的下降，也可能影響頂空瓶的氣密性，進而降低定量準確性。提高溫度可以加快分子的擴散速度，從而縮短平衡時間。通過改變平衡時間并觀察分析結(jié)果的變化來確定最佳的平衡時間（圖5）。

在優(yōu)化的平衡溫度和儀器條件下，考察了平衡時間（20、25、30、35、40 min和45 min）對目標物測定的影響。結(jié)果表明，平衡時間對目標物的分離度和對稱性影響不大；在20～30 min，隨著平衡時間的增加，目標物的色譜峰面積明顯增加；在30～45 min，目標物的色譜峰面積逐漸減小。因此選擇頂空平衡時間為30 min。

2.5 標準曲線的繪制

選擇最優(yōu)試驗儀器條件，對系列標準溶液進行測量，繪制標準曲線得到線性方程：y=8 495.319 289x+

31.728 377，相關系數(shù)R2=0.999 6，線性良好，滿足檢測要求。

2.6 方法檢出限

選用最佳儀器試驗條件，以3倍信噪比（S/N）確定方法檢出限，檢出限為0.002 mg·kg-1，滿足標準檢出限為0.01 mg·kg-1的要求，連續(xù)測量11組空白溶液，其結(jié)果均在標準檢出限的±20%范圍內(nèi)，說明該方法靈敏度良好，可滿足檢測需求。

2.7 精密度和回收率

選取空白樣品進行加標回收試驗，分別添加0.01、0.03 mg·L-1和0.10 mg·L-1 3個濃度的5-亞乙基-2-降冰片烯標準溶液，每個濃度平行測定7次，通過計算回收率和相對標準偏差考察方法的準確性和精密度。如表1所示，5-亞乙基-2-降冰片烯的平均回收率分別為99.29%、102.29%、104.47%，相對標準偏差（Relative Standard Deviation，RSD）分別為4.14%、4.13%、2.42%，說明該方法的精密度高、準確性好，適用于實際樣品的準確檢測。

2.8 樣品測定

依據(jù)GB/T 31604.1—2023[13]和GB/T 5009.156—2016[14]的遷移要求，選擇10%乙醇作為食品模擬物，遷移溫度40 ℃，遷移時間10 d。用本研究優(yōu)化的方法對市場銷售的保鮮袋、食品用復合膜袋等20批次食品接觸產(chǎn)品進行檢測，均未檢出5-亞乙基-2-降冰片烯。

3 結(jié)論

本文建立了利用氣相色譜-質(zhì)譜法測定食品接觸材料中的5-亞乙基-2-降冰片烯遷移量，并從色譜柱的選擇、標品溶劑、頂空平衡溫度和頂空平衡時間4個方面優(yōu)化了試驗條件。通過優(yōu)化，5-亞乙基-2-降冰片烯遷移量定量準確，靈敏度高，響應強度大，回收率高。5-亞乙基-2-降冰片烯在0.005～0.600 mg·L-1的濃度范圍內(nèi)線性關系良好，檢出限為0.002 mg·kg-1，滿足標準要求。此方法操作性強，準確度高，能夠為監(jiān)督管理部門的檢驗工作和生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量控制提供可靠的技術支持。

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