基于超分子溶劑分散液液微萃取技術(shù)測定食品接觸材料中8種鄰苯二甲酸酯的遷移量

王 春，翟俊峰，黃雪梅,，連顯會(huì),4，王長海，雷海民，白 樺，馬 強(qiáng)

(1.中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210095；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 102488；4.大連理工大學(xué)生命與醫(yī)藥學(xué)院，遼寧 盤錦 124221)

食品安全不僅限于食材本身的安全，食品接觸材料的安全性也是食品安全的重要組成部分。為了追求更好的包裝性能，食品接觸材料中會(huì)加入種類繁多、功能各異的添加劑、加工助劑等化學(xué)成分，這些化學(xué)物質(zhì)在一定的介質(zhì)環(huán)境和溫度條件下會(huì)溶出和釋放，并通過或透過食品接觸材料遷移到食品中而被人體攝入，從而對(duì)消費(fèi)者的身體健康造成危害。鄰苯二甲酸酯(phthalic acid esters, PAEs)是工程塑料行業(yè)中普遍使用的增塑劑，已被廣泛應(yīng)用于食品接觸材料、玩具、化妝品、涂料、醫(yī)療器械等產(chǎn)品中[1]。有研究表明，鄰苯二甲酸酯屬于環(huán)境雌激素類物質(zhì)，具有生殖毒性及致癌作用，會(huì)造成人體內(nèi)分泌失調(diào)、生殖系統(tǒng)病變和致畸致癌等不良后果[2-4]。世界各國都強(qiáng)化了對(duì)于鄰苯二甲酸酯的安全使用與管理，并頒布了一系列有關(guān)限制增塑劑使用的政策和法規(guī)。

研究和控制食品接觸材料中所含化學(xué)危害物質(zhì)的遷移行為，對(duì)于保護(hù)消費(fèi)者的健康安全具有重要意義。為了測試和評(píng)估食品接觸材料的安全性，通常采用遷移實(shí)驗(yàn)，即通過食品模擬物在一定的實(shí)驗(yàn)條件下與材料接觸，模擬實(shí)際使用時(shí)材料與食品接觸的過程，然后對(duì)食品模擬物進(jìn)行分析以確定其中化學(xué)遷移物的含量水平是否符合安全限量的要求。目前，關(guān)于食品接觸材料中鄰苯二甲酸酯類增塑劑遷移量的測定方法主要有氣相色譜(GC)法[5]、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)法[6-11]、高效液相色譜(HPLC)法[12-14]和高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(HPLC-MS/MS)法[15]等。

在食品接觸材料遷移實(shí)驗(yàn)中，往往會(huì)涉及到大體積食品模擬物試液，特別是水性模擬物試液。由于微量目標(biāo)組分在遷移溶液中的含量較低，需要采用前處理技術(shù)對(duì)樣品溶液進(jìn)行濃縮富集，以提高檢測靈敏度。目前常用的前處理方法有液-液萃取法[16-18]、固相萃取法[19-22]等。液-液萃取法操作繁瑣，耗時(shí)，需要使用大量揮發(fā)性有機(jī)溶劑；而固相萃取法成本較高，且在目標(biāo)化合物的回收率和精密度方面存在不足。

超分子溶劑(supramolecular solvents, SUPRASs)是指由兩親性化合物通過兩相或分子間有序自組裝過程形成的一種具有納米結(jié)構(gòu)的膠束聚集體[23]。超分子溶劑萃取是一種以超分子溶劑作為萃取劑的新型萃取技術(shù)，多用烷基醇或酸與四氫呋喃和水混合，形成不溶于水的反相膠束，適用于天然水、地下水、廢水、紅酒、啤酒、牛奶、尿液等液體樣品中多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、內(nèi)分泌干擾物、酚類化合物等不同極性范圍分析物的萃取，具有成本低廉、操作簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，可替代傳統(tǒng)萃取過程中使用的揮發(fā)性強(qiáng)、毒性較大的有機(jī)溶劑[24-26]。

本研究擬采用超分子溶劑分散液液微萃取技術(shù)，對(duì)食品接觸材料遷移溶液中的8種鄰苯二甲酸酯類增塑劑進(jìn)行富集，并對(duì)烷基醇的種類與用量、四氫呋喃用量、渦旋時(shí)間等條件進(jìn)行優(yōu)化。采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜結(jié)合同位素稀釋技術(shù)，測定食品接觸材料中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的遷移量。

1 實(shí)驗(yàn)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：美國Waters公司產(chǎn)品，配有MassLynx數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；MS-H-Pro數(shù)顯型磁力攪拌器：北京大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；Milli-Q 超純水器：美國Millipore公司產(chǎn)品；AB204-S型電子天平：瑞士Mettler Toledo公司產(chǎn)品；CR 21N型高速冷凍離心機(jī)：日本Hitachi公司產(chǎn)品；MS3型渦旋振蕩器：德國IKA公司產(chǎn)品。

甲醇、乙腈、四氫呋喃：均為色譜純，美國Fisher公司產(chǎn)品；正己醇、正辛醇、正癸醇、正十一醇和正十二醇：百靈威科技有限公司產(chǎn)品；正庚醇和正壬醇：日本TCI 公司產(chǎn)品；鄰苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate, DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(diethyl phthalate, DEP)、鄰苯二甲酸二戊酯(dipentyl phthalate, DPP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(benzyl butyl phthalate, BBP)、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯(dicyclohexyl phthalate, DCHP)、鄰苯二甲酸二己酯(dihexyl phthalate, DHP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(bis(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP)、鄰苯二甲酸二壬酯(dinonyl phthalate, DNP)及其對(duì)應(yīng)的氘代同位素內(nèi)標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)品：均為德國Dr. Ehrenstorfer公司產(chǎn)品。8種鄰苯二甲酸酯及其同位素內(nèi)標(biāo)的基本信息列于表1。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液及標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制

分別準(zhǔn)確稱取10 mg(精確至0.1 mg)8種鄰苯二甲酸酯及其對(duì)應(yīng)的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)品至10 mL容量瓶，用甲醇溶解并定容至10 mL，配制成1 000 mg/L標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，于4 ℃保存。使用時(shí)，用甲醇逐級(jí)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。

表1 8種鄰苯二甲酸酯及其同位素內(nèi)標(biāo)的基本信息Table 1 Basic information of the eight PAEs and their isotopic internal standards

1.3 超分子溶劑的制備

準(zhǔn)確量取1.5 mL正辛醇和4 mL四氫呋喃，迅速注入50 mL玻璃離心管中，加入34.5 mL超純水，磁力攪拌5 min后，以3 000 r/min離心10 min。用玻璃注射器移取上層有機(jī)相于玻璃瓶中，于4 ℃下密封保存。

1.4 遷移實(shí)驗(yàn)

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)行遷移實(shí)驗(yàn)。向水、10%乙醇溶液(體積百分含量，下同)、20%乙醇溶液和4%乙酸溶液4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。于70 ℃恒溫水浴中浸泡12 h后，移取5 mL遷移液至15 mL具塞玻璃離心管中，向離心管中加入400 μL超分子溶劑，渦旋振蕩提取3 min后，以3 000 r/min離心10 min，移取150 μL上層液體，用甲醇稀釋至0.5 mL，供超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測定。

1.5 分析條件

1.5.1色譜條件 色譜柱：Acquity UPLC BEH C18柱(2.1 mm×50 mm×1.7 μm)；流速：0.3 mL/min；流動(dòng)相：A為水， B為甲醇；梯度洗脫程序：0～1.0 min(35%B)，1.0～2.0 min(35%～95%B)，2.0～4.0 min(95%B)；4.0～4.5 min(95%～35%B)，4.5～6.0 min(35%B)；柱溫：30 ℃；進(jìn)樣量：2 μL。

1.5.2質(zhì)譜條件 電噴霧離子源，正離子掃描模式；毛細(xì)管電壓：4.0 kV；射頻透鏡電壓：0.5 V；離子源溫度：120 ℃；脫溶劑氣溫度：350 ℃；脫溶劑氣流量：800 L/h；錐孔氣流量：50 L/h；碰撞氣：氬氣；碰撞壓強(qiáng)：0.32 Pa；數(shù)據(jù)采集模式：多反應(yīng)監(jiān)測(multiple reaction monitoring, MRM)。8種鄰苯二甲酸酯及其對(duì)應(yīng)內(nèi)標(biāo)的質(zhì)譜分析參數(shù)列于表2，多反應(yīng)監(jiān)測色譜圖示于圖1。

表2 8種鄰苯二甲酸酯及其同位素內(nèi)標(biāo)的質(zhì)譜分析參數(shù)Table 2 Mass spectrometric parameters of the eight PAEs and their isotopic internal standards

圖1 8種鄰苯二甲酸酯標(biāo)準(zhǔn)溶液的多反應(yīng)監(jiān)測色譜圖Fig.1 MRM chromatograms of the eight PAE standard solutions

2 結(jié)果與討論

2.1 烷基醇種類的選擇

選擇具有兩親性質(zhì)的四氫呋喃，分別與一系列不同碳原子數(shù)的烷基醇(正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇、正十一醇和正十二醇)組合形成超分子溶劑，對(duì)鄰苯二甲酸酯進(jìn)行萃取，結(jié)果示于圖2a。超分子溶劑的萃取作用力主要體現(xiàn)在烷基鏈提供的疏水相互作用和親水基提供的氫鍵作用。正辛醇-四氫呋喃-水超分子溶劑體系對(duì)8種鄰苯二甲酸酯的萃取回收率為96.5%～116.4%，且回收穩(wěn)定；其他烷基醇，如庚醇等，雖然對(duì)鄰苯二甲酸酯的萃取效果較好，但萃取回收率波動(dòng)較大。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇正辛醇-四氫呋喃-水體系作為超分子溶劑。

2.2 烷基醇用量的優(yōu)化

烷基醇與四氫呋喃組合形成的超分子溶劑屬于反相膠束類型超分子溶劑。實(shí)驗(yàn)考察了正辛醇用量分別為0.5、1、1.5、2、2.5和3 mL(保持超分子溶劑總體積為40 mL)時(shí)樣品的回收率，結(jié)果示于圖2b。隨著正辛醇用量的增加，回收率呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)正辛醇用量大于或等于1.5 mL時(shí)，樣品回收率較高且穩(wěn)定。因此，選擇正辛醇的用量為1.5 mL。

圖2 萃取溶劑(a)、烷基醇用量(b)、四氫呋喃用量(c)和渦旋時(shí)間(d)對(duì)萃取效率的影響(n=3)Fig.2 Effect of extraction solvents (a), amounts of alkyl alcohol (b), amounts of tetrahydrofuran (c) and vortex time (d) on the extraction efficiencies (n=3)

2.3 四氫呋喃用量的優(yōu)化

作為超分子溶劑的重要成分，四氫呋喃是該體系中影響萃取效率的重要因素。實(shí)驗(yàn)考察了四氫呋喃用量分別為2、4、6、8、10和12 mL(保持超分子溶劑總體積為40 mL)時(shí)樣品的回收率，結(jié)果示于圖2c。當(dāng)四氫呋喃用量為4 mL時(shí)，各樣品回收率均接近100%，且回收率穩(wěn)定；當(dāng)四氫呋喃用量小于4 mL時(shí)，樣品的回收率偏低且波動(dòng)較大；而當(dāng)四氫呋喃用量大于4 mL時(shí)，雖然樣品的回收率有所提高，但呈現(xiàn)出偏高的趨勢。與此同時(shí)，隨著四氫呋喃用量的增加，會(huì)出現(xiàn)超分子溶劑與樣品互溶的現(xiàn)象，使上清液體積變少，甚至達(dá)不到檢測所需的體積。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇四氫呋喃的用量為4 mL。

2.4 渦旋時(shí)間的優(yōu)化

在超分子溶劑分散液液微萃取中，分析物通過萃取劑和樣品溶液之間的充分接觸可迅速達(dá)到分配平衡，引入渦旋振蕩可以促進(jìn)超分子溶劑與食品模擬物中目標(biāo)物的充分混合，以形成良好的乳濁液狀態(tài)，促進(jìn)傳質(zhì)過程。實(shí)驗(yàn)考察了渦旋時(shí)間分別為1、3、5、7、9、11 min時(shí)樣品的回收率，結(jié)果示于圖2d。隨著渦旋時(shí)間的增加，回收率呈先上升后穩(wěn)定的趨勢，當(dāng)渦旋時(shí)間大于或等于3 min時(shí)，樣品的回收率較高且趨于平穩(wěn)。因此，選擇渦旋時(shí)間為3 min。

2.5 方法學(xué)考察

2.5.1線性范圍、檢出限及定量限 在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，測定一系列不同加標(biāo)水平的樣品，以logy(目標(biāo)物峰面積/對(duì)應(yīng)同位素內(nèi)標(biāo)峰面積)對(duì)x(目標(biāo)物質(zhì)量濃度)進(jìn)行線性回歸，繪制8種鄰苯二甲酸酯的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。結(jié)果表明，8種鄰苯二甲酸酯在各自的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)r2>0.99。分別以3倍和10倍信噪比計(jì)算方法的檢出限和定量限，結(jié)果列于表3。

2.5.2回收率與精密度 以經(jīng)測定不含待測物的飲料瓶樣品為空白基質(zhì)，分別在2～200 μg/L 范圍內(nèi)添加低、中、高三個(gè)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(gè)添加水平平行操作6次，計(jì)算加標(biāo)回收率。結(jié)果表明，8種鄰苯二甲酸酯的平均回收率為84.8%～117.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%～18.7%，詳細(xì)結(jié)果列于表4。

表3 8種鄰苯二甲酸酯的線性范圍、線性方程、檢出限及定量限Table 3 Linear ranges, linear equations, limits of detection (LODs) and limits of quantitation (LOQs) of the eight PAEs

表4 8種鄰苯二甲酸酯的加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)Table 4 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of the eight PAEs (n=6)

續(xù)表4

2.6 實(shí)際樣品分析

選取市場銷售的一次性紙杯、飲料瓶、酸奶瓶等3類共10件食品接觸材料樣品進(jìn)行測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1件食品接觸材料樣品在水、10%乙醇水溶液和20%乙醇水溶液模擬物中檢測出鄰苯二甲酸二環(huán)己酯，其遷移量分別為76.63、89.91、108.03 μg/L；1件食品接觸材料在20%乙醇水溶液模擬物中檢測出鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯，其遷移量為191.67 μg/L；2件食品接觸材料在水模擬物中檢測出鄰苯二甲酸二戊酯，其遷移量分別為17.23、11.95 μg/L。其余食品接觸材料的遷移液中均未檢出鄰苯二甲酸酯類增塑劑。

3 結(jié)論

本研究建立了超分子溶劑分散液液微萃取，結(jié)合同位素稀釋-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測定食品接觸材料中鄰苯二甲酸酯遷移量的分析方法。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)烷基醇的種類與用量、四氫呋喃用量、渦旋時(shí)間等因素進(jìn)行了優(yōu)化考察。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，8種鄰苯二甲酸酯在各自的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)r2>0.99，檢出限為 0.1～1.0 μg/L，定量限為0.5～2.0 μg/L。在低、中、高3個(gè)添加水平下，8種鄰苯二甲酸酯類增塑劑的平均回收率為84.8%～117.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%～18.7%(n=6)。通過檢測市場銷售的實(shí)際樣品，證明該方法準(zhǔn)確可靠、操作簡便、有機(jī)溶劑消耗量少，適用于測定食品接觸材料中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的遷移量。