超高效液相色譜法同時(shí)測定食品塑料包裝材料中的紫外吸收劑和抗氧化劑

陳立偉，吳楚森，汪　毅，吳玉鑾，王　莉，董　浩，王　斌，羅海英

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院,國家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(廣州)，廣東　廣州　511447)

?

研究簡報(bào)

超高效液相色譜法同時(shí)測定食品塑料包裝材料中的紫外吸收劑和抗氧化劑

陳立偉，吳楚森，汪毅，吳玉鑾*，王莉，董浩，王斌，羅海英

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院,國家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(廣州)，廣東廣州511447)

摘要：超聲萃取結(jié)合超高效液相色譜(UPLC)技術(shù)，建立了食品塑料包裝材料中14種紫外吸收劑及抗氧化劑(UV-0，UV-9，UV-71，UV-329，UV-326，UV-327，UV-234，UV-360，抗氧化劑2246，抗氧化劑425，TH-1790，抗氧化劑3114，抗氧化劑1010和抗氧化劑1076)的高通量檢測方法。樣品經(jīng)三氯甲烷-甲醇超聲提取，C18色譜柱分離后，乙腈和0.1%甲酸水為流動(dòng)相梯度洗脫，二極管陣列檢測器測定。14種物質(zhì)在一定的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)(r2)均不低于0.999 2，方法定量下限(S/N=10)為 8.0~33.0 mg/kg，平均回收率為83.6%~116.2%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=6)為1.3%~9.5%。方法具有前處理簡單、凈化效果好等特點(diǎn)，適用于食品塑料包裝中14種紫外吸收劑及抗氧化劑的同時(shí)測定。

關(guān)鍵詞：紫外吸收劑；抗氧化劑；食品塑料包裝；超高效液相色譜法

紫外吸收劑是一種光穩(wěn)定劑，添加到塑料和其他高分子材料中可選擇性吸收高能量的紫外線，使之變成無害的能量而釋放或消耗，進(jìn)而延長材料的使用壽命?？寡趸瘎┦且环N化學(xué)添加劑，常用來抑制和延緩聚合物材料氧化和降解[1]。研究表明，部分紫外吸收劑和抗氧化劑有毒有害，長期攝入將對機(jī)體的生殖、發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等產(chǎn)生多方面影響[2-3]，如酚類抗氧化劑具有弱雌激素效應(yīng)，即使在攝入量很低的情況下，也可能會給人體健康帶來危害[4]。紫外吸收劑(2-羥基-4-甲氧基苯基)苯基甲酮(UV-9)等含羥基的衍生物均具有雌激素活性，并且其雌激素活性強(qiáng)于雙酚A[5]。GB9685-2008《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[6]對UV-9,UV-71，UV-329，UV-326，UV-327，UV-234 和UV-360等紫外吸收劑，以及2246，425，TH-1790，3114，1010和1076等抗氧化劑均提出限量要求。因此，建立食品塑料包裝材料中紫外吸收劑和抗氧化劑的快速、準(zhǔn)確檢測方法，有利于對食品塑料包裝材料中可能超量使用的紫外吸收劑和抗氧化劑行為進(jìn)行監(jiān)管。

目前食品包裝材料中紫外吸收劑和抗氧化劑的測定方法主要有液相色譜法[7-9]、氣相色譜-質(zhì)譜法[10-11]以及液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[12]等；前處理方法主要有索氏提取(SE)[13-14]、快速溶劑萃取(ASE)[15-16]、微波輔助提取(MAE)[17-18]、超臨界流體萃取(SFE)[19]、超聲萃取(UE)[20-21]等。UPLC法分離效率高和分析時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)已在多殘留分析中得到充分體現(xiàn)，超聲萃取技術(shù)因成本低、溶劑消耗量小在樣品前處理中也得到廣泛應(yīng)用。

本文利用UPLC和超聲萃取技術(shù)的特點(diǎn)，通過對樣品前處理以及色譜檢測條件的優(yōu)化，建立了食品塑料包裝材料中UV-0，UV-9，UV-71，UV-329，UV-326，UV-327，UV-234，UV-360，抗氧化劑2246，抗氧化劑425，TH-1790，抗氧化劑3114，抗氧化劑1010和抗氧化劑1076(結(jié)構(gòu)式見圖1)等14種物質(zhì)的UPLC同時(shí)測定方法。

圖1　14種分析物的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1　Chemical structures of 14 kinds of analytes

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器、試劑與材料

ACQUITYTM超高效液相色譜儀配二極管陣列檢測器(UPLC，美國Waters公司)，MS2 Minshaker渦旋振蕩器(德國IKA公司)，N-EVAP 112水浴氮吹儀(美國OA公司)，KDC-400低速離心機(jī)(科大創(chuàng)新公司)，KQ-500E超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，Milli-Q去離子水發(fā)生器(美國Millipore公司)。

UV-0，UV-9,UV-71，UV-234，UV-326，UV-327，UV-329，UV-360，TH-1790，抗氧化劑1076，抗氧化劑2246，抗氧化劑425，抗氧化劑1010標(biāo)準(zhǔn)品(上海安譜科學(xué)儀器有限公司)，抗氧化劑3114(瑞士Adamas Reagent公司)，乙腈、丙酮、甲醇(色譜純，美國Fisher公司)，甲酸(色譜純，上海安譜科學(xué)儀器有限公司)，三氯甲烷(分析純，廣州化學(xué)試劑廠)。

分別準(zhǔn)確稱取各標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)10.0 mg，配制成1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，置于4 ℃冰箱冷藏保存。其中UV-0，UV-9，TH-1790，抗氧化劑2246，抗氧化劑425用甲醇溶解并定容制得標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液；抗氧化劑1076和1010用少量丙酮溶解，甲醇定容制得標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液；UV-71，UV-327，UV-329和抗氧化劑3114用少量甲苯溶解，甲醇定容制得標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液；UV-234，UV-326和UV-360用少量二氯甲烷溶解，甲醇定容制得標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。使用時(shí)，用甲醇稀釋成所需濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液。

分析樣品：食品包裝塑料樣品10個(gè)，均購自廣州本地超市。

1.2超高效液相色譜條件

色譜柱：ACQUITY UPLC BEH C18(2.1 mm×50 mm,1.7 μm)；流動(dòng)相：A為0.1%甲酸水溶液，B為乙腈；梯度洗脫程序：0~4 min，60% B；4~7 min，60%~85% B；7~12 min，85% B；12~13 min，85%~100% B；13~25 min，100%B；25~26 min，100%~60%B；26~29 min，60%B；流速：0.2 mL/min；進(jìn)樣量：2.0 μL；紫外檢測波長：275 nm；柱溫：30 ℃。

1.3樣品處理

將食品塑料包裝樣品剪碎(約5 mm×5 mm小片)，混合均勻，準(zhǔn)確稱取0.5 g(精確至0.001 g)樣品于25 mL具塞比色管中，加入5 mL三氯甲烷，渦旋振蕩2 min使塑料溶解，邊渦旋邊緩慢加入20 mL甲醇，超聲30 min，基質(zhì)析出后，以4 000 r/min離心5 min，收集上清液10 mL于40 ℃水浴中氮?dú)獯蹈?，加?.0 mL甲醇復(fù)溶，渦旋搖勻，過0.22 μm濾膜供UPLC測定。

圖2　不同提取溶劑對食品塑料包裝材料中14種待測物提取回收率的影響Fig.2　Effects of different solvents on recoveries of 14 analytes in plastic food packing materials

2結(jié)果與討論

2.1萃取溶劑的選擇

由于大多數(shù)食品塑料包裝材料是結(jié)晶態(tài)聚合物，分子間相互作用力較強(qiáng)，溶劑分子不易滲入聚合物內(nèi)部，因此在選擇提取溶劑時(shí)，除要充分考慮溶劑對目標(biāo)物質(zhì)的溶解能力外，還要選擇能溶脹高分子聚合物制品的溶劑。研究表明[22]，采用主輔溶劑混合提取的效果較好，其中一種溶劑為高分子聚合物溶脹劑，打開溶劑的萃取通道，而另一種溶劑則對目標(biāo)物質(zhì)有著較好的溶解度，并對高分子聚合物有沉淀作用[4]。本文采用三氯甲烷將樣品分散后，比較了極性由強(qiáng)到弱的乙腈、甲醇、乙酸乙酯、正己烷作為提取溶劑時(shí)對加標(biāo)100 mg/kg的食品塑料包裝樣品中目標(biāo)物的提取效果(見圖2)。由圖2可見，甲醇的提取回收率最高，對14種目標(biāo)物的溶解性最好，乙腈、正己烷對目標(biāo)物的提取能力較低，乙酸乙酯的溶解性最低，所以本文選用三氯甲烷和甲醇作為提取溶劑。由于甲醇為塑料高分子樣品的沉淀劑，為避免高分子聚合物沉淀過快而將待測物重新包裹成膠塊，對檢測結(jié)果造成影響，因此應(yīng)在渦旋振蕩器操作下緩慢滴加甲醇。

圖3　超聲時(shí)間對食品塑料包裝材料中14種待測物提取回收率的影響Fig.3　Effects of different ultrasonic extraction times on recoveries of 14 analytes in plastic food packing materials

2.2超聲時(shí)間的選擇

研究了超聲時(shí)間對提取效率的影響，選擇0.5 g塑料樣品，加入1 000.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液250 μL，放置0.5 h至完全吸收后，用三氯甲烷-甲醇提取，在超聲功率為250 W，超聲溫度為25 ℃的條件下，分別考察了超聲5，10，20，30，40 min的提取效果，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，當(dāng)超聲時(shí)間小于30 min時(shí)，14種待測物未能充分提取出；當(dāng)超聲時(shí)間大于30 min時(shí)，紫外吸收劑的回收率略有上升，但抗氧化劑的回收率有不同程度的下降或趨于平緩。這可能是因?yàn)殡S著提取時(shí)間的增加，抗氧化劑在提取過程中因氧化而造成的損失也增大，致使回收率下降。由于超聲40 min時(shí)紫外吸收劑的回收率與超聲30 min時(shí)差別不大，但抗氧化劑的回收率下降，因此實(shí)驗(yàn)選擇超聲提取時(shí)間為30 min。

2.3分離條件的優(yōu)化

目前液相色譜法最常用的色譜柱為C18柱，為了滿足不同樣品分離分析的要求，主要通過改變流動(dòng)相組成來調(diào)節(jié)色譜柱的保留范圍和選擇性[23]。常用的有機(jī)流動(dòng)相為甲醇和乙腈，水相為超純水或緩沖溶液。本文首先考察了乙腈-水作為流動(dòng)相時(shí)的洗脫效果，發(fā)現(xiàn)先出峰的目標(biāo)分析物色譜峰變形，峰形不對稱，且抗氧化劑3114和UV-327不能較好的分離。而在水相中加入0.1%甲酸后，待測化合物的峰形變好，因此選用乙腈-0.1%甲酸水作為流動(dòng)相。

圖4　14種目標(biāo)化合物的色譜圖(濃度100 mg/L，λ=275 nm)Fig.4　Chromatogram of 14 target analytes of 100 mg/L(λ=275 nm)1.UV-0，2.UV-9，3.UV-71，4.antioxidant 2246，5.antioxidant 425，6.TH-1790，7.UV-329，8.UV-326，9.UV-234，10.antioxidant 3114,11.UV-327，12.antioxidant 1010，13.UV-360，14.antioxidant 1076

本文研究的14種物質(zhì)極性范圍較寬，采用等度洗脫無法將結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的苯并三唑類化合物UV-329，UV-326，UV-327，UV-234等分離開，為了提高極性相似化合物的分離度，改善化合物的峰形，比較了不同梯度洗脫程序?qū)?4種目標(biāo)物質(zhì)的洗脫效果。結(jié)果表明，當(dāng)初始有機(jī)相比例為70%時(shí)，出峰時(shí)間快的目標(biāo)物質(zhì)不能有效分離；當(dāng)初始有機(jī)相比例為60%，并延長有機(jī)相比例為85%的保持時(shí)間時(shí)，UV-327和抗氧化劑3114的峰重疊，14種待測物質(zhì)不能完全分離開，抗氧化劑1076未出峰；當(dāng)采用“1.2”所示的梯度洗脫程序時(shí)，14種目標(biāo)物質(zhì)得到了較好的分離，且響應(yīng)較高，因此選用乙腈-0.1%甲酸水流動(dòng)相體系梯度洗脫分離14種目標(biāo)物。

在上述優(yōu)化條件下，14種目標(biāo)物質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的UPLC色譜圖如圖4所示，由圖可見14種化合物獲得了較好的分離。

2.4線性關(guān)系與檢出限

按“1.1”方法配制14種待測物的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，其中UV-0，UV-9，UV-71，UV-329，UV-326，UV-327和UV-360的濃度分別為1.5，15.0，50.0，100.0，200.0 mg/L；抗氧化劑2246，425，TH-1790，3114和1010的濃度分別為3.0，10.0，50.0，100.0，200.0，300.0 mg/L；UV-234和抗氧化劑1076的濃度分別為5.0，20.0，50.0，100.0，200.0，500.0 mg/L。在優(yōu)化條件下進(jìn)行檢測，以各待測物的峰面積為縱坐標(biāo)(y)，相應(yīng)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x,mg/L)作曲線，得到各待測物的線性方程。以各待測物3倍信噪比的響應(yīng)值對應(yīng)的濃度作為儀器的檢出限(LOD，S/N=3)，結(jié)合前處理?xiàng)l件的稀釋倍數(shù)，確定方法的定量下限(MLOQ，S/N=10)。

14種待測物的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、儀器檢出限和方法定量下限見表1。14種待測物在相應(yīng)的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均不低于0.999 2，LOD為0.5~2.0 mg/L,MLOQ為8.0~33.0 mg/kg。

表1　14種待測物的線性方程、相關(guān)系數(shù)、儀器檢出限和方法定量下限

2.5回收率與精密度

選取陰性塑料樣品分別進(jìn)行3個(gè)水平(MLOQ,2×MLOQ,10×MLOQ)的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，6次平行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果見表2。結(jié)果表明，在加標(biāo)濃度范圍內(nèi)，14種待測物的平均回收率為83.6%~116.2%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.3%~9.5%，該方法具有良好的回收率與精密度。

表2　回收率和精密度測定結(jié)果(n=6)

2.6實(shí)際樣品檢測

使用本方法測定了PP，PS，PE等不同類型的10個(gè)食品塑料包裝材料樣品，結(jié)果見表3。從表3可以看出，有6個(gè)樣品檢出抗氧化劑2246，1010和1076，紫外吸收劑均未檢出。其中4個(gè)樣品中分別檢出抗氧化劑1076和抗氧化劑2246，檢出含量分別為42~70 mg/kg和20~37 mg/kg；3個(gè)樣品中檢出抗氧化劑1010，檢出含量為134~175 mg/kg。各種樣品中抗氧化劑的檢出含量均符合GB9685-2008的安全要求。圖5為檢出目標(biāo)物的塑料杯樣品的色譜圖。

表3　市售食品塑料包裝材料中抗氧化劑的含量(mg/kg)

-:no detected

圖5　市售塑料杯樣品檢出目標(biāo)物的色譜圖Fig.5　Chromatogram of the targets in a plastic bottle sample

3結(jié)論

建立了超聲萃取結(jié)合UPLC測定食品塑料包裝材料中UV-0，UV-9，UV-71，UV-329，UV-326，UV-327，UV-234，UV-360，抗氧化劑2246，抗氧化劑425，TH-1790，抗氧化劑3114，抗氧化劑1010和抗氧化劑1076等14種物質(zhì)的高通量方法。優(yōu)化了萃取溶劑種類、超聲提取時(shí)間及色譜分離條件，得到最佳的實(shí)驗(yàn)條件。檢出限、回收率和精密度等指標(biāo)的研究表明，本方法準(zhǔn)確、靈敏，具有良好的回收率和精密度，可為定性、定量分析食品塑料包裝材料中紫外吸收劑和抗氧化劑提供一種準(zhǔn)確有效的檢測方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]Chen Z F,Pan J W,Chu X G,Kang Y Z.Food&Machinery(陳志鋒,潘健偉,儲曉剛,康英章.食品與機(jī)械),2006,22(2):3-7.

[2]Scholler D,Vergnaud J M,Bouquant J,Vergallen H,Feigenbaum A.Packag.Technol.Sci.,2003,16(5):209-220.

[3]Zhao M P,Li Y Z,Chang W B.Chin.J.Anal.Chem.(趙美萍,李元宗,常文保.分析化學(xué)),2003,31(1):103-109.

[4]Ai L F,Guo C H,Ge S H,Chen R C,Zhao A K.J.Instrum.Anal.(艾連峰,郭春海,葛世輝,陳瑞春,趙安康.分析測試學(xué)報(bào)),2011,30(1)：13-17.

[5]Kawamura Y，Ogawa Y，Nishimura T，Kikuchi Y,Nishikawa J,Nishihara T,Tanamoto K.J.HealthSci.,2003,49(3):205-212.

[6]GB 9685-2008.Hygienic Standards for Uses of Additives in Food Containers and Packaging Materials.National Standards of the People’s Republic of China(食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)).

[7]Lin R,Lai Y,Lin W J,Dong Q M,Huang L,Ge X X,Lin H X,Huang Z P,Tu X P.J.Instrum.Anal.(林睿,賴鶯,林偉靖,董清木,黃龍,葛秀秀,林海霞,黃宗平,涂星鵬.分析測試學(xué)報(bào)),2015,34(1):20-27.

[8]Suman M,Tegola S L,Catellani D,Bersellini U.J.Agric.FoodChem.,2005,53(26):9879-9884.

[9]Noguerol-Cal R,López-Vilario J M,González-Rodríguez M V,Barral-Losada L F.J.Sep.Sci.,2007,30(15):2452-2459.

[10]Zenker A,Schmutz H,Fent K.J.Chromatogr.A,2008,1202(1):64-74.

[11]Minuti L,Pellegrino R.J.Chromatogr.A,2008,1185(1):23-30.

[12]Negreira N,Rodríguez I,Ramil M,Rubí E,Cela R.Anal.Chim.Acta,2009,654(2):162-170.

[13]Molander P,Haugland K,Hegna D R,Ommundsen E,Lundanes E,Greibrokk T.J.Chromatogr.A,1999,864(1):103-109.

[14]Jiang X H.Chem.Anal.Meterage(姜曉輝.化學(xué)分析計(jì)量),2009,18(3):65-66.

[15]Garrido-López,Tena M T.J.Chromatogr.A,2005,1099(1/2):75-83.

[16]Paepe A D,Erlandsson B,Ostelius J,Gasslander U,Arbin A.J.Liq.Chromatogr.RelatedTechnol.,2006,(29):1541-1559.

[17]Dopico-García M S,López-Vilarió J M,González-Rodríguez M V.J.Agric.FoodChem.,2007,55(8):3225-3231.

[18]Marcato B,Vianello M.J.Chromatogr.A,2000,(869):285-300.

[19]Arias M,Penichet I,Ysambertt F,Bauza R,Zougagh M,Ríos A.J.Supercrit.Fluids,2009,(50):22-28.

[20]Zhou X J,Zhao Y Q,Li W,Xie J J.Sci.Technol.FoodInd.(周相娟,趙玉琪,李偉,謝精精.食品工業(yè)科技),2010,31(9):288-297.

[21]Li J,Zhang J Z,Shao D L,Jiang J S.J.Instrum.Anal.(李靜，張居舟，邵棟梁，蔣俊樹.分析測試學(xué)報(bào)),2011,30(4):435-438．

[22]Zhang F,Zhang Y Q,Huang Z Q,Li Z H,Fu S L,Yan H F.Chin.J.Anal.Lab.(張帆,張瑩杞,黃志強(qiáng),李忠海,付善良,顏鴻飛.分析試驗(yàn)室),2010,29(5):36-39.

[23]Zou H F，Zhang Y K,Lu P Z.HighPerformanceLiquidChromatography.Analytical Chemistry Series,Volume 3 Copies.Beijing:Science Press(鄒漢法，張玉奎,盧佩章.高效液相色譜法 分析化學(xué)叢書 第三卷 第三冊.北京:科學(xué)出版社),1998:38.

Determination of Ultraviolet Absorbers and Antioxidants in Plastic Food Packing Materials by Ultra High Performance Liquid Chromatography

CHEN Li-wei,WU Chu-sen,WANG Yi,WU Yu-luan*,WANG Li,DONG Hao,WANG Bin,LUO Hai-ying

(Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute,National Center for Packing Products Quality Supervision and Testing(Guangzhou),Guangzhou511447,China)

Abstract：A new method was established to determine 14 kinds of ultraviolet absorbers and antioxidants(including UV-0,UV-9,UV-71,UV-329,UV-326,UV-327,UV-234,UV-360,antioxidant 2246,425,TH-1790,3114,1010 and 1076) in plastic food packing materials by ultrasonic extraction combined with ultra high performance liquid chromatography(UPLC).In the study,the plastic food packing materials were ultrasonically extracted with trichloromethane-methanol,and analyzed with C18column，employing acetonitrile -0.1% formic water as mobile phases by gradient elution．All of the samples were detected with diode-array detector.The 14 analytes presented good linearities in the respective linear ranges,with correlation coefficients(r2) not less than 0.999 2.The quantitation limits(S/N=10) were in the range of 8.0 -33.0 mg/kg,the average recoveries(n=6) ranged from 83.6% to 116.2%,with relative standard deviations(RSD,n=6) of 1.3%-9.5%.The developed method,characteristic by simple pre-treatment procedure and satisfactory purification,was suitable for the simultaneous determination of 14 kinds of ultraviolet absorbers and antioxidants in plastic food packing materials.

Key words：ultraviolet absorbers;antioxidants;plastic food packing materials;ultra high performance liquid chromatography(UPLC)

中圖分類號：O657.72；TQ572.48

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號：1004-4957(2016)02-0206-07

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2016.02.012

*通訊作者：吳玉鑾，博士，教授級高級工程師，研究方向：色譜質(zhì)譜檢測，Tel：020-82022303，E-mail：docwu@126.com

基金項(xiàng)目：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014QK056)

收稿日期：2015-08-28；修回日期：2015-09-23