索氏提取-紅外光譜在定性分析乳制品塑料包裝中添加劑的應(yīng)用

王 興，鄧玉明，宋利君，張雅君，陳 琛

（內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010110）

紅外光譜檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用在石油工業(yè)、地質(zhì)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、法庭科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、染織工業(yè)和材料科學(xué)、食品分析等各個學(xué)科的研究中[1-5]。

當(dāng)物質(zhì)分子中某基團的振動或轉(zhuǎn)動頻率恰好等于通過該物質(zhì)的紅外光頻率時，分子能夠吸收紅外能量產(chǎn)生振（轉(zhuǎn)）動能級的躍遷，此波長處的紅外光就被物質(zhì)吸收，使對應(yīng)于這些波長處的透射光強度減弱，記錄下物質(zhì)對紅外輻射的吸收情況與波數(shù)或波長的曲線，就得到物質(zhì)的紅外光譜圖[6]。

相比其他分析手段，傅里葉變換紅外光譜儀的優(yōu)點如下：①需要的樣品量極少，一般為毫克量級，尤其適合痕量物質(zhì)的分析；②操作方便、分析速度快，采集一個樣品只需幾分鐘時間，能夠?qū)悠愤M行有效、快速的識別；③對樣品的形態(tài)沒有要求，無論是固、液、氣態(tài)樣品都能采集紅外譜圖[7]。

在對食品包裝材料的分析中，多用紅外光譜鑒定包裝材料的主要成分，張慶飛等人[8]利用紅外光譜法鑒別聚乙烯包裝膜中是否含有再生料。張磊等人[9]采用紅外光譜法快速鑒別了食品用塑料包裝袋材料。如果直接對添加劑進行測試，則可能因為添加劑的含量較少，不能明顯測試出結(jié)果。而索氏提取法具有連續(xù)回流提取、節(jié)省溶劑、提取效率高等優(yōu)點[10]，可以將塑料中的添加劑盡可能地提取出來，濃縮后可以大大提高添加劑的濃度，便于分析測試。

試驗主要采用索氏提取方法對3種不同材質(zhì)的乳品包裝材料進行前處理，之后采用傅里葉變換紅外光譜儀對索氏提取液中的添加劑成分進行了測試，結(jié)果表明，該方法可以初步定性乳制品塑料包裝中的添加劑，可以對不同供應(yīng)商供應(yīng)的包裝和不同批次樣品進行鑒別和監(jiān)控。

1 材料與儀器

樣品：不同廠家HDPE，PS，PET 3種材質(zhì)的容器。

材料與儀器：Nicolet IS10型和IS5型傅立葉紅外光譜儀，Thermo Scientific公司產(chǎn)品；JA2603B型天平（精確至0.001 g），上海精科天美科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；油浴鍋（四孔），上海晶壇儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；DB-3型不銹鋼電熱板，天竟實驗儀器廠產(chǎn)品；透明螺紋口自動樣品瓶（32 mm×11.6 mm），安捷倫科技有限公司產(chǎn)品；滴管（11cm長度，0.5cm直徑），華東玻璃儀器網(wǎng)產(chǎn)品；索氏提取器（上口徑38/40，下口徑24/29）、平底燒瓶（24/29口徑，250 mL）、回流冷凝管（蛇形，38/40）、燒杯（100 mL），上海禾汽玻璃儀器有限公司產(chǎn)品；氯仿（純度＞99.0%）、丙酮（純度＞99.5%）、乙醇（純度＞99.7%）、甲醇（純度＞99.5%），國藥集團股份有限公司產(chǎn)品。

2 試驗方法

2.1 試驗條件及儀器參數(shù)

紅外光譜分析試驗條件及儀器參數(shù)見表1。

表1 紅外光譜分析試驗條件及儀器參數(shù)

2.2 索氏提取

將樣品用干凈的剪刀剪成2 mm×（2～3）mm×3 mm大小，準確稱取2 g的樣品，用烘干后的濾紙包好，放入索氏提取器中，選用適宜的溶液適量加入，索氏提取時間為8 h。索氏提取結(jié)束后將索氏提取液蒸發(fā)濃縮，然后定容至10 mL容量瓶中，待測。

2.3 溶解沉淀及測試

由于索氏提取液中可能存在低分子量樹脂，故進行溶解沉淀操作，具體操作如下：取約0.3 mL樣品索氏提取濃縮液于安捷倫樣品瓶中，加入約1.2 mL甲醇溶液，靜置一段時間后觀察是否有沉淀析出，如有沉淀析出，進行過濾分離，將可溶物部分濃縮烘干后進行紅外測試，以實現(xiàn)助劑與小分子樹脂的有效分離。

用干凈的玻璃吸管吸取1 mL澄清液體，滴在安捷倫樣品瓶中，將小瓶放在加熱板上進行低溫濃縮，如樣品為蠟狀物，則測試方法為KBr壓片法；如樣品為膏狀物，則測試方法為涂抹法，之后進行紅外測試。

3 結(jié)果與分析

3.1 樣品1和樣品2結(jié)果分析

樣品1和樣品2是不同廠家的HDPE瓶，取樣品1與樣品2各2.0 g，選用氯仿為索氏提取試劑，提取時間為8 h，索氏提取結(jié)束將索氏提取液蒸發(fā)濃縮后定容至10 mL容量瓶中，然后取1 mL索提濃縮液烘干后進行紅外測試。由于樣品為蠟狀物，故測試方法為KBr壓片法。

樣品1氯仿8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖見圖1。

圖1 樣品1氯仿8h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖

從圖1中可以看到，波數(shù)1 712 cm-1和1 463 cm-1主要為氧化聚乙烯物質(zhì)的出峰（也可能為低分子量聚乙烯的氧化物）；波數(shù)1 738 cm-1和1 363 cm-1為抗氧劑1076特征出峰；波數(shù)1 212 cm-1和852 cm-1為抗氧劑626特征出峰。

樣品1索氏提取液紅外光譜波數(shù)歸屬見表2。

表2 樣品1索氏提取液紅外光譜波數(shù)歸屬

樣品2氯仿8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖見圖2。

圖2 樣品2氯仿8h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖

由圖2可看到，波數(shù)1 712 cm-1和1 463 cm-1主要為氧化聚乙烯類物質(zhì)的出峰（也可能為低分子量聚乙烯的氧化物）；波數(shù)3 651 cm-1和1 738 cm-1為抗氧劑1076特征出峰。

樣品2索氏提取液紅外光譜波數(shù)歸屬見表3。

表3 樣品2索氏提取液紅外光譜波數(shù)歸屬

綜上，從提取物的紅外光譜可以看到樣品1與樣品2中添加劑的主要差別是抗氧劑種類不同，都含有抗氧劑1076，但樣品1中含有亞磷酸酯類抗氧劑，樣品2中無亞磷酸酯類抗氧劑。

3.2 樣品3和樣品4結(jié)果分析

樣品3與樣品4是不同廠家的PS杯，取樣品3與樣品4各2.0 g，選用乙醇為索氏提取試劑，提取時間為8 h，索氏提取結(jié)束將索氏提取液蒸發(fā)濃縮后定容至10 mL容量瓶中，然后取1 mL索提濃縮液烘干后進行紅外測試。由于樣品為膏狀物，故測試方法為涂抹法。

樣品3乙醇8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖見圖3。

圖3 樣品3乙醇8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖

從圖3可看到，波數(shù)3 061，3 025，759，699 cm-1等為小分子聚苯乙烯鏈段的出峰；波數(shù)3 299 cm-1和1 636 cm-1為EBS蠟的出峰；波數(shù)1 736 cm-1可能為抗氧劑1076中酯鍵的出峰；波數(shù)1 464 cm-1和720 cm-1為長鏈烷烴的出峰，其中波數(shù)1 577 cm-1和1 540 cm-1可能為脂肪酸和碳酸鈣的反應(yīng)產(chǎn)物的出峰。

樣品3紅外光譜波數(shù)歸屬見表4。

表4 樣品3紅外光譜波數(shù)歸屬

樣品4乙醇8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖見圖4。

圖4 樣品4乙醇8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖

從圖4可看到，波數(shù)3 061，3 026，1 601，759，699 cm-1等為小分子聚苯乙烯鏈段的出峰；波數(shù)1 463 cm-1和719 cm-1為長鏈烷烴的出峰；波數(shù)1 736 cm-1可能為抗氧劑1076中酯鍵的出峰。

樣品4紅外光譜波數(shù)歸屬見表5。

表5 樣品4紅外光譜波數(shù)歸屬

綜上所述，從提取物的紅外光譜可以看到樣品3與樣品4添加劑的主要差別：潤滑劑的種類不同，即樣品3中為EBS蠟及長鏈烷烴，樣品4中只含有長鏈烷烴類物質(zhì)。

3.3 樣品5和樣品6結(jié)果分析

樣品5和樣品6是不同廠家的PET瓶，取樣品5與樣品6各2.0 g，選用丙酮為索提試劑，提取時間為8 h，提取結(jié)束將索氏提取液蒸發(fā)濃縮后定容至10 mL容量瓶中，然后取1 mL索提濃縮液烘干后進行紅外測試。由于樣品為蠟狀物，故測試方法為KBr壓片法。

樣品5與樣品6氯仿8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖見圖5，樣品5和樣品6索氏提取液紅外光譜波數(shù)歸屬見表6。

圖5 樣品5與樣品6氯仿8 h索氏提取液烘干樣的紅外譜圖

表6 樣品5和樣品6索提液紅外光譜波數(shù)歸屬

由圖5可看出，二者出峰基本一致，波數(shù)1724，1578，1 504，727 cm-1均為PET特征出峰信息，并未檢測出其他添加劑信息。

4 結(jié)論

對HDPE，PS，PET 3種材質(zhì)的乳制品塑料包裝進行研究根據(jù)相似相溶原理，采用適宜的索氏提取液進行索氏提取，將塑料包裝中的添加劑盡可能地提取出來，然后經(jīng)過沉淀、溶解處理制樣上機測試。結(jié)果顯示，采用該方法可以對乳制品塑料包裝中的添加劑定性進行分析，鑒別不同廠家生產(chǎn)的材料。但紅外光譜檢測技術(shù)也有不足之處，對于具有相似官能團同一類高分子，由于它們的紅外譜圖差別很小，僅憑該技術(shù)難以進行鑒別分析[7]。因此，后期需協(xié)同其他分析方法，對乳制品塑料包裝中的添加劑進行進一步研究。

參考文獻：

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