高效液相色譜法快速檢測紙杯中甲醛殘留

郭禮強　劉彭　張軒愷　張立　李亞靜

摘 要：探討建立了紙杯中甲醛殘留的高效液相色譜快速檢測方法。紙杯樣品經(jīng)水蒸氣蒸餾提取，蒸餾提取液在60℃乙酸條件下與24-二硝基苯肼衍生30 min，然后用高效液相色譜儀測定紙杯樣品中的甲醛殘留，并采用外標(biāo)法定量分析。結(jié)果表明，紙杯中甲醛的定量限為2.0 mg/kg;甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍在0.01～5.0 mg/L內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)為0.9994以上;紙杯樣品在3個甲醛添加水平下的回收率范圍為77.2%～95.7%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.9%～3.1%。該方法簡便、快速、高效，可用于紙杯中甲醛殘留的檢測分析。

關(guān)鍵詞：紙杯;甲醛殘留;高效液相色譜;水蒸氣蒸餾提取

中圖分類號：TS77

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.11981/j.issn.1000-6842.2019.02.38

甲醛是一種用途廣泛的工業(yè)原料，主要用于脲醛樹脂、酚醛樹脂和膠合板等的生產(chǎn)。但甲醛是一類致癌物，人體長期接觸會增加患上霍奇金淋巴瘤、多發(fā)性骨髓瘤、骨髓性白血病等疾病的幾率，2006年被國際癌癥研究機構(gòu)確定為1類致癌物。

紙杯是由木漿抄造紙張經(jīng)加工、粘合所制成的紙容器，在人們的日常生活中應(yīng)用十分普遍。紙杯用紙在生產(chǎn)、加工過程中添加的一些化學(xué)品會含有或釋放甲醛。由于紙杯直接和人體嘴部接觸，如果紙杯中含有甲醛或甲醛含量過高會對人們的身體健康造成直接危害。為了保障使用者的身體健康，非常有必要準(zhǔn)確了解紙杯中的甲醛含量，進(jìn)而早發(fā)現(xiàn)、早處理。目前，針對紙杯中甲醛殘留的檢測報道較少，現(xiàn)有檢測方法為，將紙杯在水中浸泡[1]再檢測可遷移甲醛殘留量。這種方法雖然簡便，但用水浸泡用時過長，且不能對紙杯的甲醛殘留總量進(jìn)行有效評估。因此，建立一種快速、準(zhǔn)確檢測紙杯產(chǎn)品中甲醛含量的方法對政府監(jiān)管部門和消費者及相關(guān)企業(yè)都具有重大的現(xiàn)實意義。

目前，甲醛的檢測方法主要有電化學(xué)法[2]、分光光度法[3-4]、氣相色譜法[5]、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[6-7]、高效液相色譜法[8-9]。電化學(xué)法操作簡便，選擇性好，但對樣品的前處理要求高，污染大，多用于食品包裝材料檢測;分光光度法屬于比色法，操作過程復(fù)雜，而且試劑乙酰丙酮毒性大，對實驗者身體健康有潛在風(fēng)險。色譜具有強大的分離效果，不易受樣品基質(zhì)和試劑顏色的干擾，對復(fù)雜樣品的檢測靈敏、準(zhǔn)確，可直接用于居室、紡織品、食品中甲醛的分析檢測。本課題旨在建立紙杯中甲醛殘留的液相色譜快速檢測方法，以期實現(xiàn)高靈敏、簡便、高效、全面的定性定量分析，對食品企業(yè)及政府相關(guān)執(zhí)法部門提供技術(shù)參考。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀：1200（美國Agilent公司），配二極管陣列檢測器（DAD）或紫外檢測器（VWD）;水蒸氣蒸餾裝置，實驗室自制;電子天平：感量0.1 mg（瑞士梅特勒）;恒溫水浴鍋：HWS-28（上海一恒公司）;冰乙酸（分析純，購于科密歐公司）;乙腈（色譜純，購于CNW公司）;24-二硝基苯肼、鹽酸、磷酸（分析純，購于科密歐公司）;甲醛標(biāo)準(zhǔn)儲備液，GBW（E）081701，濃度100 mg/L，北京海岸鴻蒙標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)有限責(zé)任公司;實驗用水為超純水。

1.2 溶液配制

24-二硝基苯肼溶液（0.5 g/L）：稱取50 mg 24-二硝基苯肼于燒杯中，加入0.5 mL冰乙酸，用不同溶劑（鹽酸、磷酸、乙腈）溶解并定容至100 mL棕色容量瓶中儲存。

乙酸溶液（200 g/L）：稱取20.0 g冰乙酸于燒杯中，用水稀釋并定容至100 mL容量瓶中。

甲醛標(biāo)準(zhǔn)工作液：準(zhǔn)確移取10.00 mL甲醛標(biāo)準(zhǔn)儲備液于100 mL容量瓶中，用水定容，配制成濃度為10 mg/L甲醛標(biāo)準(zhǔn)工作液，現(xiàn)用現(xiàn)配。

甲醋標(biāo)準(zhǔn)曲線：分別準(zhǔn)確移取0.020、0.060、0.10、0.20、0.60、1.0 mL甲醛標(biāo)準(zhǔn)工作液，置于10 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度。各取5 mL定容液于具塞比色管中，分別加24-二硝基苯肼溶液5 mL，蓋好瓶塞混合均勻，以甲醛濃度為橫坐標(biāo)，甲醛-24-二硝基苯腙（甲醛衍生物）的峰面積為縱坐標(biāo)，繪制甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3 色譜條件

色譜柱：反相C18柱，250 mm×4.6 mm（內(nèi)徑），色譜柱填料粒徑5 μm或相當(dāng)者;檢測波長：360 nm;流動相：乙腈-水（體積比60∶40）;流速：1.0 mL/min;柱溫：35℃;進(jìn)樣體積：20 μL。甲醛標(biāo)準(zhǔn)品衍生物的液相色譜圖見圖1。

1.4 紙杯樣品處理

取代表性紙杯樣品，剪成一定大小的碎片，混勻。準(zhǔn)確稱取2 g（精確至0.001 g）試樣，置于圖2蒸餾裝置樣品瓶B中，加入25 mL水，再加入20 mL乙酸溶液于蒸餾瓶A中，進(jìn)行水蒸氣蒸餾，將200 mL容量瓶置于冰浴中作為吸收液裝置，待蒸餾至約190 mL時取出，在室溫下放置30 min，加水定容至刻度，搖勻。用移液器準(zhǔn)確移取5 mL餾出液于具塞比色管中，分別加入24-二硝基苯肼溶液5 mL，混合均勻后置于（60±2）℃恒溫水浴鍋中恒溫30 min后，冷卻至室溫，過0.45 μm濾膜后經(jīng)高效液相色譜儀檢測。用蒸餾水代替餾出液，按以上步驟進(jìn)行空白實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 衍生劑溶劑的選擇

衍生劑24-二硝基苯肼的溶解溶劑對衍生化效果有較大影響，實驗考察了鹽酸、磷酸和乙腈3種溶劑對5.0 mg/mL甲醛標(biāo)準(zhǔn)品衍生化效果的影響。通過甲醛標(biāo)準(zhǔn)品衍生物色譜檢測峰面積比較發(fā)現(xiàn)，在磷酸介質(zhì)中溶解衍生后，甲醛標(biāo)準(zhǔn)品衍生物的響應(yīng)值最高，峰面積比乙腈和鹽酸溶劑的高6%;乙腈和鹽酸溶劑衍生物峰面積無明顯變化?？紤]到磷酸黏度高，不易溶解24-二硝基苯肼，且磷酸和鹽酸對色譜柱均有腐蝕性，選用乙腈為溶解溶劑。文獻(xiàn)報道在乙腈中添加乙酸可以提高衍生化效果，進(jìn)一步考察了添加0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%乙酸的乙腈溶劑對甲醛標(biāo)準(zhǔn)品衍生化效果影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加0.5%乙酸的乙腈溶劑峰面積最大，再提高乙酸比例對甲醛標(biāo)準(zhǔn)品衍生化效果無影響，最終確定0.5%乙酸的乙腈為溶解溶劑。

2.2 衍生條件的選擇

取5.0 mg/L的甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液至具塞比色管中，加入等體積衍生劑24二硝基苯肼，分別考察了溫度30、40、50、60、70℃時衍生反應(yīng)的效果。實驗結(jié)果表明，溫度越高，衍生反應(yīng)達(dá)到平衡的時間越短，甲醛與24-二硝基苯肼在30℃進(jìn)行反應(yīng)，85 min才能達(dá)到平衡，40℃時55 min達(dá)到平衡，50℃時35 min達(dá)到平衡，60℃時25 min達(dá)到平衡，70℃時20 min達(dá)到平衡。考慮到乙腈的沸點是81℃，70℃恒溫不利于衍生化溶劑的穩(wěn)定，選用60℃衍生條件，為確保衍生徹底，確定60℃下衍生30 min。

2.3 紙杯樣品大小和質(zhì)量的選擇

將紙杯樣品分別剪成3 mm×3 mm、5 mm×5 mm、1 cm×1 cm以及2 cm×2 cm的碎片，按照實驗方法進(jìn)行衍生化檢測，實驗發(fā)現(xiàn)試樣面積大小對檢測結(jié)果影響不大。由于樣品處理過小費時費力，樣品處理過大不利于混勻，也不便于往樣品瓶中添加，因此選取5 mm×5 mm的試樣大小。分別準(zhǔn)確稱量1.0、2.0、3.0、4.0 g的紙杯樣品進(jìn)行液相色譜檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣品質(zhì)量對檢測結(jié)果也無顯著影響，考慮到稱樣量少則受基質(zhì)干擾影響較大，稱樣量過大則體積過大，對后續(xù)蒸餾提取帶來影響，因此確定樣品質(zhì)量為2 g。

2.4 紙杯樣品提取方式的選擇

稱量2.0 g紙杯樣品5份，分別置于溫度為20、40、60、80、100℃的水浴中同時浸泡30 min，研究浸泡溫度對甲醛提取量的影響，結(jié)果見圖3。圖3發(fā)現(xiàn)，浸泡溫度越高，提取液中的甲醛含量越高。一些文獻(xiàn)報道[7]，在常溫浸泡提取或60℃水浴浸泡提取甲醛時，一般選取柔軟吸水性好的紙種，如衛(wèi)生紙和面巾紙，通過長時間的浸泡，可以達(dá)到較好的甲醛提取效果。但對于吸水性較差的紙杯，即使將紙杯樣品60℃恒溫浸泡24 h，仍有一些紙杯樣品懸浮在液體表面，不能充分有效地提取甲醛。同時，參考文獻(xiàn)[10]，本課題選用水蒸氣蒸餾來提取紙杯中的甲醛。

2.5 紙杯樣品蒸餾量的選擇

準(zhǔn)確稱量2.0 g紙杯樣品蒸餾提取甲醛殘留，蒸餾量分別為50、100、150、200、250、500 mL，通過高效液相色譜法檢測蒸餾量中的甲醛含量，檢測結(jié)果見表1。由表1可知，甲醛含量隨著蒸餾量的增大而增多，當(dāng)蒸餾量達(dá)到200 mL時，甲醛含量達(dá)到最大值，再增加蒸餾量甲醛含量變化不大，說明蒸餾量200 mL時紙杯中甲醛已完全蒸出。

2.6 甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

配制0～20.0 mg/L的甲醛系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，以標(biāo)準(zhǔn)工作液的濃度x為橫坐標(biāo)，峰面積y為縱坐標(biāo)作線性回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甲醛濃度在0.01～5.0 mg/L之間，線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.99945，結(jié)果見表2及圖4。依據(jù)《化礦金專業(yè)化學(xué)分析方法驗證程序（試行）》附錄C）對陰性紙杯樣品（蒸餾水）衍生化后進(jìn)行11次重復(fù)測試，計算凈測量值（峰面積，扣除空白值后）的標(biāo)準(zhǔn)偏差，定量限為10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差和斜率的比值。本課題甲醛的定量限為2.0 mg/kg，各參數(shù)見表2。

2.7 方法的回收率及準(zhǔn)確度

為考察該方法的有效性，對紙杯樣品作基質(zhì)加標(biāo)，三濃度水平為定量限水平0.01 mg/L，1/3標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度0.220 mg/L，2/3標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度0.650 mg/L，分別進(jìn)行了6次測定，其回收率和準(zhǔn)確度結(jié)果見表3。由表3可知，甲醛在紙杯樣品中3個添加水平下的回收率范圍為77.2%～95.7%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.9%～3.1%。

2.8 實際紙杯樣品甲醛殘留檢測

為驗證該方法，對市場上購買的5份紙杯樣品中的甲醛含量進(jìn)行測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在1份紙杯樣品中檢測到了甲醛殘留，檢測含量為2.1 mg/kg，應(yīng)引起生產(chǎn)企業(yè)和監(jiān)管部門的重視。

此外，通過對紙杯進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，紙杯粘合處的甲醛殘留要高于其他部位，課題組討論分析認(rèn)為，粘合處密封較嚴(yán)密，甲醛不易散出，而蒸餾提取方法可以有效破壞其密封形式，從而能整體評估紙杯中甲醛殘留情況。目前，國內(nèi)還沒有出臺明確針對紙杯中甲醛殘留的限量標(biāo)準(zhǔn)，造成監(jiān)管漏洞，建議國家盡快出臺新的限量標(biāo)準(zhǔn)來保護(hù)消費者的健康和權(quán)益。

3 結(jié) 論

本課題采用水蒸氣蒸餾提取方式，建立了紙杯中甲醛殘留的快速檢測方法，采用高效液相色譜法能夠?qū)崿F(xiàn)對紙杯中甲醛殘留的定性定量分析。該方法操作簡單、快速，方法靈敏度高、實用性強，可以滿足對紙杯中甲醛殘留的檢測需求。

參 考 文 獻(xiàn)

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Rapid Determination of Formaldehyde in Paper Cups by High Performance Liquid Chromatography

GUO Liqiang1，* LIU Peng2 ZHANG Xuankai3 ZHANG Li1 LI Yajing1

（1. Weifang Customs， Weifang， Shandong Province， 261041; 2.Weifang Institute for Food and Drug Control， Weifang，

Shandong Province， 261100; 3.Weifang NO.1 Middle School， Weifang， Shandong Province， 261205）

（*E-mail： glq1980@sina.com）

Abstract：A method was established for rapid determination of formaldehyde in paper cups by high performance liquid chromatography（HPLC）. After extracting with steam distillation， the sample was added with 24-dinitrophenylhydrazine under 60℃in acidic condition for 30 min， and detected by HPLC， and an external standard method was used for quantitative analysis. The results indicated that the limit of quantitation （LOQ） for formaldehyde was 2.0 mg/kg. The range of 0.01～5.0 mg/L for formaldehyde standard had good linear relationship （r>0.9994）. The average recoveries （n=6） of formaldehyde in paper cup samples at three added levels of LOQ ranged from 77.2%～95.7% with the relative standard deviations （RSDs） between 0.9%～3.1%. The method was convenient， quick and efficient， which could satisfy the demand of the determination of formaldehyde in paper cups.

Keywords：paper cups; formaldehyde; high performance liquid chromatography;steam distillation extraction