離子液體分散液液微萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定食品接觸材料中全氟辛酸和全氟辛烷磺酸的遷移量

閆萌萌, 陳 萌, 孟憲雙, 郭項雨,白 樺*, 馬 強(qiáng)*, 王鵬龍, 雷海民

(1. 中國檢驗檢疫科學(xué)研究院, 北京 100176; 2. 北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院, 北京 100029)

食品包裝是食品的重要組成部分,具有保護(hù)食品不受外來生物、化學(xué)和物理因素的破壞,維持食品質(zhì)量穩(wěn)定的特點。食品接觸材料是指在正常使用條件下,各種已經(jīng)或預(yù)期可能與食品或食品添加劑接觸或其成分可能轉(zhuǎn)移到食品中的材料和制品。由于食品接觸材料會與食品直接接觸,因而對食品安全有著雙重影響:一方面質(zhì)量合格的食品接觸材料可以保護(hù)食品不受外界的污染,保持食品的水分、成分、品質(zhì)等特征不發(fā)生改變;另一方面食品接觸材料的原材料在生產(chǎn)過程中可能受到污染,且在加工處理過程中需要加入各種功能性助劑,這些成分可能會向其接觸的食品中遷移[1],這些化學(xué)物質(zhì)遷移在食品中達(dá)到一定量時可能危害消費者的健康。

在各種受到關(guān)注的化學(xué)物質(zhì)中,全氟化合物(PFCs)尤為受到關(guān)注。全氟化合物是化合物分子中與碳原子連接的氫原子全部被氟原子所取代的一類有機(jī)化合物,主要包括全氟羧酸類化合物(PFCAs)、全氟磺酸類化合物(PFSAs)等;其中,全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)是兩種最為常見、用量最大的全氟化合物[2-4]。由于全氟化合物具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、疏水疏油、耐高溫、表面活性強(qiáng)等特性,被廣泛應(yīng)用于食品包裝、紡織、皮革、電子產(chǎn)品、洗滌用品等工業(yè)與消費品領(lǐng)域[2,3,5,6]。全氟化合物具有較強(qiáng)的生物富集性、持久性,已有的毒理學(xué)研究表明,全氟化合物具有生殖毒性、神經(jīng)毒性、免疫毒性等多種毒性,被認(rèn)為是一類具有全身多臟器毒性的環(huán)境污染物,嚴(yán)重威脅人類健康[4,5,7-9]。

包裝紙、包裝袋及各類涂層等食品接觸材料中的全氟化合物可能遷移至食品中或在烹飪過程中釋放[10,11],進(jìn)而對消費者的健康安全構(gòu)成潛在危害。目前,關(guān)于食品接觸材料中全氟化合物檢測的文獻(xiàn)報道主要關(guān)注殘留量測定,采用的方法主要為氣相色譜(GC)法[12]、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)法[13,14]、氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(GC-MS/MS)法[15]、高效/超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(HPLC/UPLC-MS/MS)法[16-18]、高效/超高效液相色譜-四極桿-飛行時間質(zhì)譜(HPLC/UPLC-Q-TOF-MS)法[19-21]等。以上研究均為針對食品接觸材料本身,關(guān)于食品接觸材料中全氟化合物遷移量測定的文獻(xiàn)報道相對較少[22-25]。對食品接觸材料中化學(xué)物質(zhì)的遷移行為進(jìn)行關(guān)注、研究、測試和控制,對保證食品安全、保護(hù)消費者健康具有非常重要的意義。目前消費者普遍關(guān)注的是食品接觸材料在推薦的使用條件下與食品接觸時,遷移到食品中的物質(zhì)水平是否符合安全限量的要求,這一符合性評估一般通過遷移試驗方法測定實際遷移量。以往遷移試驗中大體積溶液處理方法主要有液液萃取法[26-28]、固相萃取法[29-31]等。液液萃取法設(shè)備簡單,但操作繁瑣、耗時較長,有機(jī)溶劑消耗量大,選擇性較差,適合于高濃度目標(biāo)物的分離;固相萃取法相比液液萃取法具有更高的準(zhǔn)確率和更穩(wěn)定的回收率,但操作繁瑣,需要活化、上樣、淋洗、洗脫,耗時長,價格成本高。

針對上述遷移溶液處理中的問題,本研究采用離子液體分散液液微萃取技術(shù),對食品接觸材料遷移溶液中的PFOA和PFOS進(jìn)行富集,并對影響萃取效果的主要因素(萃取劑的種類與用量、渦旋時間、無機(jī)鹽含量、離心轉(zhuǎn)速與時間等)進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)合超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定遷移量,建立了一種離子液體分散液液微萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定食品接觸材料中全氟辛酸和全氟辛烷磺酸遷移量的分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ACQUITY超高效液相色譜儀、XEVO TQ三重四極桿質(zhì)譜儀、MassLynx數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(美國Waters公司); Milli-Q超純水器(美國Millipore公司); AB204-S型電子天平(瑞士Mettler Toledo公司); HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州萬合儀器制造有限公司); PFOA標(biāo)準(zhǔn)品(CAS No. 335-67-1,純度為98% )購自美國Sigma-Aldrich公司,PFOS標(biāo)準(zhǔn)品(CAS No. 1763-23-1,純度99% )購自德國Dr. Ehrenstorfer公司;1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([C4MIM][PF6], CAS No. 174501-64-5,純度99% )和1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([C6MIM][PF6], CAS No. 304680-35-1,純度99% )購自百靈威科技有限公司;甲醇和乙腈(均為色譜純)購自美國Fisher公司;乙酸、乙醇、氯化鈉和乙酸銨(均為分析純)購自北京化工廠。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)儲備液及標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制

準(zhǔn)確稱取全氟辛酸和全氟辛烷磺酸標(biāo)準(zhǔn)品各10.0 mg,用甲醇溶解并定容至10 mL,配制成1 g/L標(biāo)準(zhǔn)儲備液,于4 ℃保存。使用時用甲醇逐級稀釋成系列質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.3 遷移試驗

將食品接觸材料試樣剪碎至5 mm×5 mm以下,按照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.156-2016和GB 31604.1-2015的要求進(jìn)行遷移試驗。向水、10%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙醇溶液和4%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙酸溶液3種水性食品模擬物試液中分別加入0.5 g食品接觸材料試樣。在70 ℃恒溫水浴條件下浸泡12 h后,移取5 mL遷移液于15 mL具塞離心管中,向離心管中依次加入220 μL離子液體[C6MIM][PF6]和5 mL 6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)氯化鈉溶液,經(jīng)渦旋提取3 min后,以5 000 r/min的速度離心3 min,移取下層液體22 μL,用甲醇稀釋至1 mL,供超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測定。

1.4 分析條件

色譜柱:ACQUITY UPLC BEH Shield RP18(50 mm×2.1 mm, 1.7 μm);流速:0.4 mL/min;流動相A為水,流動相B為乙腈。梯度洗脫程序:0～4.0 min, 20%B～80%B; 4.0～5.0 min, 80%B; 5.0～5.1 min, 80%B～20%B; 5.1～6.0 min, 20%B;柱溫:40 ℃;進(jìn)樣量:5 μL。

電噴霧離子源負(fù)離子掃描模式;毛細(xì)管電壓:2.4 kV;射頻透鏡電壓:0.5 V;離子源溫度:120 ℃;脫溶劑氣溫度:500 ℃;脫溶劑氣流量:1 000 L/h;碰撞氣:氬氣;碰撞氣壓:0.32 Pa;數(shù)據(jù)采集模式:多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)。PFOA和PFOS的質(zhì)譜分析參數(shù)見表1, MRM色譜圖見圖1。

表 1 全氟辛酸和全氟辛烷磺酸的質(zhì)譜參數(shù)Table 1 MS parameters of perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctane sulfonic acid (PFOS)

* Quantitative ion.

2 結(jié)果與討論

2.1 離子液體種類和用量的選擇

分別考察了[C4MIM][PF6]和[C6MIM][PF6]兩種咪唑類離子液體對3種食品模擬物中PFOA和PFOS萃取效果的影響(見圖2a)。在水、10%乙醇溶液和4%乙酸溶液中,[C6MIM][PF6]對PFOA和PFOS的萃取回收率均接近100%(94.0% ～112.1% ),較穩(wěn)定;在使用[C4MIM][PF6]進(jìn)行萃取時,回收率為84.3% ～146.4% ,波動較大。而且在10%乙醇溶液中,PFOA在[C4MIM][PF6]萃取下的回收率(84.3% )較[C6MIM][PF6](101.2% )低,因此,綜合考慮后選擇[C6MIM][PF6]作為3種食品模擬物的萃取劑。

圖 1 PFOA和PFOS標(biāo)準(zhǔn)溶液的多反應(yīng)監(jiān)測色譜圖Fig. 1 MRM chromatograms of PFOA and PFOS standard solutions

圖 2 (a)萃取劑種類、(b)萃取劑用量、(c)渦旋時間、(d)氯化鈉用量、(e)離心時間以及(f)離心速度對萃取效率的影響(n=3)Fig. 2 Effects of (a) extraction solvent types, (b) amounts of extraction solvent, (c) vortex time, (d) amounts of NaCl, (e) centrifugal time, and (f) centrifugal speed on the extraction efficiencies (n=3)

然后考察了萃取劑[C6MIM][PF6]的用量對萃取效率的影響,結(jié)果見圖2b。將[C6MIM][PF6]體積分別設(shè)置為100、140、180、220、260和300 μL,可見隨著用量增加,PFOA和PFOS的萃取回收率呈提高趨勢。當(dāng)[C6MIM][PF6]用量為220 μL時,3種食品模擬物中PFOA的萃取回收率為102.4% ～117.0% , PFOS的萃取回收率為90.8% ～115.2% ,并基本趨于穩(wěn)定,故選取萃取劑最佳量為220 μL。

2.2 渦旋時間的優(yōu)化

在離子液體分散液液微萃取中,分析物通過萃取劑和樣品溶液間的充分接觸可迅速達(dá)到分配平衡,但離子液體的高黏度特性阻礙了分散過程,降低了萃取效率,因此引入渦旋可促進(jìn)疏水性的離子液體與食品模擬物中的目標(biāo)分析物充分混合均勻,以便形成良好的乳濁液狀態(tài),促進(jìn)傳質(zhì)過程。考察了渦旋時間對待測物萃取效果的影響,結(jié)果見圖2c。隨著渦旋時間的延長,3種食品模擬物中PFOA和PFOS的萃取回收率均呈先上升后穩(wěn)定的趨勢。在3 min時,PFOA和PFOS的萃取回收率分別為101.2% ～110.5%和90.2% ～116.3% 。4 min時,回收率無明顯變化,因此,選擇渦旋時間為3 min。

2.3 氯化鈉質(zhì)量濃度的優(yōu)化

在分散液液微萃取中,加入無機(jī)鹽可降低目標(biāo)化合物在樣品溶液中的溶解度,增加其在有機(jī)相的分配系數(shù)。本試驗在樣品溶液中加入5 mL不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0～12% )的氯化鈉評價無機(jī)鹽對萃取效率的影響,結(jié)果如圖2d所示,整體而言,在3種食品模擬物中,隨著氯化鈉用量的增加,PFOA和PFOS的萃取效率呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。當(dāng)氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時,[C6MIM][PF6]對PFOA和PFOS的萃取回收率分別為90.7% ～121.0%和96.8%～122.1% ,萃取效率最高。因此,氯化鈉的質(zhì)量濃度選擇為6% 。

2.4 離心速度和離心時間的優(yōu)化

離心是影響離子液體分散液液微萃取的一個重要步驟。離心溫度高,會提高分析物以及離子液體在食品模擬物中的溶解度,不利于分析物的萃取,所以,本試驗選擇在4 ℃條件下進(jìn)行離心。離心時間過短或者轉(zhuǎn)速較低,均可能會使相分離不夠充分,降低萃取效果。本試驗選擇在4 ℃條件下,考察不同離心時間和離心速度對萃取效果的影響(見圖2e和2f)。結(jié)果表明,離心時間(3、5、8和10 min)對萃取回收率并沒有顯著影響;而在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),隨離心速度的增大,萃取回收率提高,之后略有下降。當(dāng)離心速度為5 000 r/min時,[C6MIM][PF6]對PFOA和PFOS的萃取回收率分別為91.5% ～104.0%和98.6% ～115.1% ,萃取效率基本達(dá)到最佳狀態(tài)。因此,選擇5 000 r/min離心3 min進(jìn)行離心處理。

2.5 方法學(xué)考察

2.5.1線性范圍、檢出限以及定量限

在優(yōu)化的實驗條件下,將一系列不同質(zhì)量濃度的空白基質(zhì)加標(biāo)溶液進(jìn)樣,以峰面積(y)對質(zhì)量濃度(x, μg/L)進(jìn)行線性回歸,繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。試驗結(jié)果表明,PFOA和PFOS在各自的線性范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系(r2>0.99)。分別以3倍信噪比(S/N=3)和10倍信噪比(S/N=10)計算方法的檢出限和定量限。PFOA和PFOS的線性方程、檢出限及定量限見表2。PFOA在2～1 000 μg/L, PFOS在5～1 000 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好(r2>0.99), 2種化合物的檢出限分別為0.5和1 μg/L,定量限分別為2和5 μg/L。

表 2 PFOA和PFOS的線性方程、檢出限及定量限Table 2 Linear equations, limits of detection (LODs), and limits of quantitation (LOQs) of PFOA and PFOS

y: peak area;x: mass concentration, μg/L.

2.5.2回收率與精密度

以不含待測物的食品接觸材料樣品為空白基質(zhì),分別在2～500 μg/L范圍內(nèi)添加低、中、高3個水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照上述優(yōu)化的方法進(jìn)行分析測定,每個水平平行操作6次,計算加標(biāo)回收率。結(jié)果表明,3種食品模擬物中,PFOA和PFOS的平均回收率分別為86.4% ～115.3%和89.8% ～116.9% ,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.3% ～12.2%和4.6% ～14.4%(見表3),可滿足實際檢測需求。

2.6 實際樣品分析

選取市面上銷售的一次性紙杯、飲料瓶、酸奶瓶、桶裝方便面等10件食品接觸材料樣品,根據(jù)食品接觸材料樣品預(yù)期接觸的食品類別和屬性,參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31604.1-2015的規(guī)定,相應(yīng)地從水、10%乙醇水溶液或4%乙酸水溶液3種食品模擬物選擇一種適宜的測試介質(zhì),每個遷移試驗平行制備3份試樣,于70 ℃恒溫水浴12 h,以本研究建立的優(yōu)化方法對遷移液進(jìn)行處理并測定PFOA和PFOS的遷移量。試驗結(jié)果表明,2件食品接觸材料在水模擬物中檢測出PFOS,其遷移量分別為8.71和8.46 μg/L;1件食品接觸材料在10%乙醇水溶液模擬物中檢出PFOS,其遷移量為8.50 μg/L;其余食品接觸材料的遷移液中均未檢出PFOA和PFOS。

表 3 PFOA和PFOS的加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)Table 3 Spiked recoveries and relative standard deviations (RSDs) of PFOA and PFOS (n=6)

3 結(jié)論

本研究建立了離子液體分散液液微萃取結(jié)合超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測定食品接觸材料中PFOA和PFOS遷移量的分析方法。分別對離子液體種類和用量、渦旋時間、氯化鈉質(zhì)量濃度、離心時間及速度等因素進(jìn)行了詳細(xì)考察。該方法準(zhǔn)確高效、環(huán)境友好,適用于食品接觸材料中PFOA和PFOS遷移量的測定。