固相萃取-氣相色譜法和全二維氣相色譜法測定食品接觸用紙制品中飽和烴礦物油的遷移量

錢沙沙，楊 洋，張玉萍，莊 棪，紀(jì)晗旭，李 寧，吳肖肖，張 馳*

（南京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，江蘇 南京 210019）

烴類礦物油（mineral oil hydrocarbons，MOH）是一類極其復(fù)雜的烴類混合物，其碳原子數(shù)一般在10～50之間，主要包括由直鏈、支鏈和環(huán)狀烷烴組成的飽和烴類礦物油（mineral oil saturated hydrocarbons，MOSH）及由烷基化聚芳烴化合物組成的芳香烴類礦物油（mineral oil aromatic hydrocarbons，MOAH）[1-2]。紙和紙制品中的礦物油主要來源于回收紙制品中的油墨、連接料溶劑和脫模劑[3]。鑒于MOAH潛在的致癌性，其遷移導(dǎo)致的食品安全風(fēng)險受到廣泛重視[4-5]。近年來，隨著MOSH新的毒理學(xué)數(shù)據(jù)及危害性不斷被披露，聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織、世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會、德國聯(lián)邦風(fēng)險評估研究所也相繼規(guī)定了MOSH的遷移限量[6-8]。在我國，優(yōu)恪檢測等機(jī)構(gòu)也相繼報道了多款奶粉及食用油產(chǎn)品受到MOSH污染的測評報告，引起社會公眾的廣泛關(guān)注[9]。食品接觸用紙和紙制品中MOSH的污染情況也十分普遍，消費(fèi)者長期攝入受到污染的食品，體內(nèi)的礦物油含量會大量累積，從而造成嚴(yán)重的健康隱患[10]。印刷回收紙中MOSH含量會明顯提高，最高可達(dá)3 800 mg/kg[11]。在政府開展的食品接觸用紙制品風(fēng)險監(jiān)測中，MOSH也是重要的監(jiān)測指標(biāo)之一，其檢出率往往達(dá)到20%以上。

紙制品及其遷移液中MOSH的檢測是食品安全檢測中的難點(diǎn)技術(shù)之一[12-13]。目前，國內(nèi)已有的檢測標(biāo)準(zhǔn)方法采用皂化法或熒光法檢測礦物油，未能對MOSH和MOAH進(jìn)行有效分離[14-15]。劉亮等[16]采用氣相色譜-質(zhì)譜法檢測礦物油，但是由于礦物油結(jié)構(gòu)信息不足、沒有共同的離子碎片也無法有效地分別定量MOSH和MOAH；李克亞等[17-18]將浸泡法、超聲波和微波輔助提取3 種提取方法進(jìn)行對比，用氣相色譜法對食品紙包裝材料中的礦物油MOSH含量進(jìn)行了測定，但是檢測步驟相對復(fù)雜。在2016年的國家級監(jiān)測中，采用固相萃取-氣相色譜法進(jìn)行樣品中MOSH含量和遷移量的檢測，實(shí)驗(yàn)室在完成監(jiān)測任務(wù)的同時，也出現(xiàn)了部分樣品分離效果不佳和檢測靈敏度不足的問題。同時，固相萃取-氣相色譜法檢測步驟繁瑣，對操作人員要求較高，容易造成目標(biāo)物的損失[17,19-21]。國外有高效液相色譜-氣相聯(lián)用法分離檢測MOSH和MOAH的報道，它通過液相色譜與氣相色譜的接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線凈化、富集，有效提高了礦物油的分離，但是儀器價格昂貴，較難普及[22]。

全二維氣相色譜是利用化合物沸點(diǎn)和極性的不同，進(jìn)行二次分離，能夠?qū)ζ胀庀嗌V無法解決的碳混合物進(jìn)行有效地分離定量[23]。最新研究表明，在相同分析時間和檢測限條件下，全二維的峰容量可達(dá)到普通一維色譜的10 倍[24]。但是利用全二維氣相色譜法檢測食品接觸用紙制品中MOSH還鮮少被使用。

本研究完善了國內(nèi)常用的固相萃取-氣相色譜法檢測，同時建立并優(yōu)化了全二維氣相色譜法，應(yīng)用固相萃取-氣相色譜法和全二維氣相色譜法分別對食品接觸用紙制品中MOSH的遷移量的檢測技術(shù)進(jìn)行方法學(xué)比較，并分別對實(shí)際樣品進(jìn)行檢測，驗(yàn)證方法的實(shí)用價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

MOSH（純度≥99%），MOAH標(biāo)準(zhǔn)母液（EPA方法610混合多環(huán)芳烴PAHs 16 種化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度均約為2 000 mg/L），礦物油保留時間檢測標(biāo)準(zhǔn)溶液（C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度均1 000 mg/L），雙環(huán)已烷（bicyclohexyl，Cycy）（CAS號：92-51-3，純度≥99.5%），膽甾烷（cholestane，Cho）（CAS號：481-21-0，純度≥99%），1-甲基萘（1-methylnaphthalene，1-MN）（CAS：90-12-0，純度≥98%），1,3,5-三叔丁基苯（1,3,5-tri-tertbutylbenzene，TBB）（CAS號：1460-02-2，純度≥98%），十八烷基苯（octadecylbenzene，C18-B）（CAS號：4445-07-2，純度≥95%）；己基苯（1-phenylhexane，C6-B）（CAS號：1077-16-3，純度≥90%）；正己烷、二氯甲烷、異辛烷、乙醇（均為色譜純）；0.3%硝酸銀硅膠柱。所有上述標(biāo)準(zhǔn)品均為德國Dr. Ehrenstorfer公司生產(chǎn)，所有標(biāo)準(zhǔn)品和試劑耗材均購自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890B氣相色譜儀（火焰離子化檢測器） 安捷倫科技有限公司；固態(tài)熱調(diào)制器（SSM1800/HV系列調(diào)制柱及Canvas 1.0.12.6雪景科技數(shù)據(jù)處理軟件） 雪景電子科技（上海）有限公司；BSA224S電子天平 德國賽多利斯公司；SA8旋渦振蕩器 比比科技有限公司；TS-18823氮吹儀 賽默飛科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 溶液的配制

正己烷-二氯甲烷混合洗脫溶液：分別量取正己烷80 mL，二氯甲烷20 mL，混合均勻，配成正己烷-二氯甲烷（8∶2，V/V）洗脫溶液。

混合內(nèi)標(biāo)中間溶液：準(zhǔn)確稱取10 mg（精確至0.01 mg）各內(nèi)標(biāo)物（Cycy、Cho、TBB、1-MN用于固相萃取-氣相色譜法；Cycy、Cho、TBB、1-MN、C18-B、C6-B用于全二維氣相色譜法），用正己烷溶解，定容至100 mL刻度。充分搖勻，混合內(nèi)標(biāo)中間溶液終質(zhì)量濃度應(yīng)為100 mg/L。

MOSH標(biāo)準(zhǔn)中間溶液：準(zhǔn)確移取適量的石蠟油標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，用正己烷定容至刻度，充分搖勻，配成400 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)中間溶液，MOSH標(biāo)準(zhǔn)曲線點(diǎn)各質(zhì)量濃度分別為10、20、50、100、200 mg/L。

MOAH標(biāo)準(zhǔn)中間溶液：準(zhǔn)確移取MOAH標(biāo)準(zhǔn)母液至容量瓶中，用正己烷稀釋定容，充分搖勻，配成20 mg/L的MOAH標(biāo)準(zhǔn)中間溶液。

C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確移取C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于容量瓶中，用正己烷稀釋定容至刻度，充分搖勻，配成20 mg/L。

1.3.2 色譜條件

固相萃取-氣相色譜法：色譜柱：CD-5HT石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.1 μm）；升溫程序：初始溫度50 ℃，以2.5 ℃/min升至60 ℃，然后以22 ℃/min升至280 ℃，再以30 ℃/min升至325 ℃，保持11 min；進(jìn)樣口溫度275 ℃；火焰離子化檢測器溫度340 ℃；載氣：氮?dú)?；柱流?.5 mL/min；進(jìn)樣體積1 μL；進(jìn)樣方式：不分流。

全二維氣相色譜法：一維色譜色譜柱：DB-5HT（30 m×0.25 mm，0.1 μm）；二維色譜色譜柱：DB-17MS（0.7 m×0.18 mm，0.18 μm）；調(diào)制柱：初始溫度50 ℃保持3 min，以13 ℃/min升至310 ℃，保持15 min；進(jìn)樣口：280 ℃，不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量：1 μL；檢測器溫度：320 ℃；梯度流速：1.5 mL/min保持13 min，以0.1 mL/min升至2.6 mL/min，保持6 min；調(diào)制器出口端升溫程序：50 ℃保持3 min，以13 ℃/min升溫至310 ℃保持15 min；調(diào)制器進(jìn)口端溫度程序： 50 ℃保持6.85 min，以13 ℃/min升溫至260 ℃保持7 min。

1.3.3 樣品遷移實(shí)驗(yàn)

依照GB 31604.1—2015《食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》[25]預(yù)期接觸油脂及表面含油脂食品的冰淇淋筒、淋膜紙杯、吸油紙、烘焙紙、燒烤紙，選擇異辛烷替代油酯類食品模擬物，遷移溫度為70 ℃，遷移時間為2 h；預(yù)期接觸含酒精類食品的紙制品，選擇50%的乙醇溶液為模擬液，遷移溫度為40 ℃，遷移時間為2 h；樣品面積和模擬液體積的浸泡規(guī)則依照GB 5009.156—2016《食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)預(yù)處理方法通則》[26]進(jìn)行。

1.3.4 樣品前處理

固相萃取-氣相色譜法：加入6 mL正己烷活化平衡柱，在加載樣品前，應(yīng)始終保持硝酸銀硅膠固相萃取小柱濕潤，防止干涸。準(zhǔn)確移取10 mL遷移液，加入60 μL混合內(nèi)標(biāo)中間溶液，混勻，室溫下氮吹濃縮至約1 mL，全部轉(zhuǎn)移至小柱上，用10 mL玻璃濃縮管開始收集礦物油MOSH部分，分兩次共加6.0 mL正己烷洗脫MOSH部分，當(dāng)?shù)?次正己烷流至上玻璃纖維濾膜時，關(guān)閉閥門，更換成大的玻璃濃縮管，收集礦物油MOAH部分，分兩次共加15.0 mL正己烷-二氯甲烷混合洗脫液，洗脫礦物油MOAH部分。將收集的礦物油MOSH部分和MOAH部分氮吹濃縮至約1 mL，防止吹干，最后用正己烷定容至1.0 mL，供進(jìn)樣測定。

全二維氣相色譜法：準(zhǔn)確移取25 mL遷移液于具塞玻璃管中，加入60 μL混合內(nèi)標(biāo)中間溶液和5 mL蒸餾水，10 mL正己烷，渦旋振蕩，待溶液分層，取上清液，室溫下氮吹至盡干，最后用正己烷定容至1.0 mL，供進(jìn)樣測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜檢測結(jié)果

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖Fig. 1 Chromatograms of standards

在開展食品接觸用紙制品中礦物油的分析之前，使用C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液確定氣相色譜分析條件以及確定礦物油的保留時間。從圖1A可以看出，C7～C40正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品保留時間為6.00～23.00 min，完成整個色譜的分析時間為17 min，目標(biāo)物MOSH（C16～C35）的保留時間為11.00～19.00 min，由于目標(biāo)物的餾程較寬，沸點(diǎn)差距大，因此采用不分流進(jìn)樣。權(quán)衡分離效果和溶劑效應(yīng)，選擇1.3.2節(jié)部分所述的程序升溫條件。

從圖1B可以看出，MOSH是一個類似“駝峰”的寬峰[27]，保留時間為11.00～19.00 min，和使用保留時間檢查標(biāo)準(zhǔn)溶液C7～C40正構(gòu)烷烴得到的保留時間結(jié)果一致。從圖1C可以看出，MOAH標(biāo)準(zhǔn)品的保留時間為8.00～17.00 min，與MOSH在保留時間11.00～19.00 min有部分重合。因此，如果樣品中同時存在MOSH和MOAH，采用常規(guī)氣相色譜法無法將兩者分開，更無法定量，需要通過一定的前處理步驟，才可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)氣相色譜上MOSH的有效分離。

在全二維氣相色譜上，分別按照上述色譜條件，對100 mg/L的MOSH標(biāo)準(zhǔn)溶液、5 mg/L的C18-B、C6-B、Cho、TBB、Cycy、1-MN的6 種內(nèi)標(biāo)混標(biāo)溶液、4 mg/L的C7～C40正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，50 mg/L MOSH、50 mg/L MOAH進(jìn)行進(jìn)樣。由圖1D可見，MOSH被6 種內(nèi)標(biāo)物質(zhì)和C7～C40正構(gòu)烷烴所形成的輪廓包圍，形成霧狀條帶，在全二維上清晰地與MOAH分開。因此，在全二維氣相色譜法上，將樣品遷移液簡單濃縮后進(jìn)樣，即可實(shí)現(xiàn)MOSH的檢測。

2.2 MOSH的分離與檢測結(jié)果

采用硝酸銀硅膠萃取小柱進(jìn)行樣品的前處理。在遷移液中，加入Cycy、Cho、1-MN和TBB四種內(nèi)標(biāo)液。由于MOSH和MOAH先后流出，通常采用Cho和TBB作為定位標(biāo)記物，用于標(biāo)示MOSH和MOAH的分離情況[28]。Cycy和Cho在MOSH部分，Cycy為定量內(nèi)標(biāo)；1-MN和TBB在MOAH部分，1-MN為定量內(nèi)標(biāo)。固相萃取后，樣品的MOSH的氣相色譜圖見圖2A，圖中僅出現(xiàn)了標(biāo)記物Cho，未出現(xiàn)MOAH的標(biāo)記物TBB，說明MOSH得到有效分離[28]；根據(jù)MOSH標(biāo)準(zhǔn)溶液的氣相色譜圖（圖1B），MOSH的保留時間在11.00～19.00 min。圖2A中，在11.00～19.00 min出現(xiàn)了明顯的色譜峰，判斷為MOSH。進(jìn)一步的加標(biāo)實(shí)驗(yàn)也表明此“駝峰”為MOSH。因此固相萃取-氣相色譜法實(shí)現(xiàn)了樣品中MOSH的有效分離，可實(shí)現(xiàn)分開定量。

在全二維氣相色譜上，對樣品浸泡得到的遷移液濃縮定容后直接進(jìn)樣，并依次點(diǎn)選內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的上邊沿和下邊界物質(zhì)的下邊沿，由軟件自動連接成閉合區(qū)域，建立了MOSH的積分區(qū)域[29]。由圖2B可見，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)和目標(biāo)物形成了島狀區(qū)域，島邊界是內(nèi)標(biāo)物質(zhì)圍成的閉合區(qū)域，島內(nèi)物就為目標(biāo)物MOSH，而MOAH在島之外。表明全二維氣相色譜法不需要經(jīng)過復(fù)雜的前處理，就可以實(shí)現(xiàn)樣品中MOSH的有效分離和定量。

圖2 實(shí)際樣品色譜圖Fig. 2 Chromatograms of real samples

2.3 方法標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限、定量限、加標(biāo)回收率和精密度

在固相萃取-氣相色譜中，使用10、20、50、100、200 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液，方法的線性方程為Y=0.010 7X-0.003 1，R2=0.998 8。根據(jù)Moret等[30]提出的固相萃取法-氣相色譜檢出限和定量限計算方法，得到本方法檢出限為5 mg/L，定量限為10 mg/L。在全二維氣相色譜法中，使用10、20、50、100、200 mg/L的MOSH標(biāo)準(zhǔn)溶液，方法的線性回歸方程為：Y=0.0175X＋0.0297，R2=0.990 7，該方法的檢出限為1.0 mg/L，定量限為2.5 mg/L。

使用20 mg/L和50 mg/L的MOSH加標(biāo)溶液，對50%乙醇遷移液進(jìn)行加標(biāo)回收和精密度測試。如表1所示，固相萃取-氣相色譜法MOSH的回收率為79.2%～88.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.3%；全二維氣相色譜法的回收率為94.4%～102.4%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差也為4.3%。

表1 MOSH的方法回收率測試結(jié)果Table 1 Recoveries of MOSH from spiked samples

2.4 實(shí)際樣品的檢測結(jié)果

分別采用上述兩種方法，對從市場上隨機(jī)抽取的17 批食品接觸紙及紙制品中MOSH的遷移量進(jìn)行檢測。所有樣品均采用異辛烷模擬液和乙醇模擬液進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，所有樣品的異辛烷遷移液中均未檢出MOSH。在乙醇模擬液中，共有7 個樣品（3 個防油紙和4 個淋膜紙杯）使用兩種方法均檢出了MOSH。這7 個樣品的固相萃取-氣相色譜法和全二維氣相色譜法的檢出值分別為（38±4.2）mg/L和（42±4.1）mg/L，偏差為8.6%。

值得注意的是，有1 個冰淇淋筒樣品，其乙醇模擬液利用固相萃取-氣相色譜法未檢出MOSH，但是全二維氣相色譜法的檢測值為4.8 mg/L。這可能是由于固相萃取-氣相色譜法前處理復(fù)雜，造成目標(biāo)物的流失導(dǎo)致檢出限偏高，而全二維氣相色譜法則具有更低的檢出限和更好的適用性。從圖3A可以看出，使用固相萃取-氣相色譜法時，色譜圖在11.00～19.00 min未發(fā)現(xiàn)MOSH的峰，未檢測到MOSH；但是，圖3B中全二維氣相色譜圖中MOSH積分區(qū)域出現(xiàn)了明顯的目標(biāo)物霧狀條帶。

圖3 冰淇淋筒樣品色譜圖Fig. 3 Chromatograms of MOSH from ice cream container

3 結(jié) 論

本研究在完善固相萃取-氣相色譜法對食品接觸用紙制品中MOSH遷移量檢測技術(shù)的同時，建立并優(yōu)化了全二維氣相色譜法，開展了兩種技術(shù)的方法學(xué)比較，并在實(shí)際樣品的檢測中驗(yàn)證其實(shí)用價值。兩種方法均能實(shí)現(xiàn)遷移液中MOSH的有效分離，均可以有效地檢測食品接觸材料中的MOSH遷移量。固相萃取-氣相色譜法在前處理的過程中采用固相萃取分離MOSH和MOAH，然后用氣相色譜進(jìn)行測試；全二維氣相色譜法不需要復(fù)雜的固相萃取前處理，對樣品浸泡得到的遷移液濃縮定容后就可以直接進(jìn)樣，相較固相萃取-氣相色譜法前處理簡單，檢出限低、回收率高。兩種方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差基本一致。在對實(shí)際樣品的檢測中，全二維氣相色譜法具有更廣泛的適用性，可對固相萃取-氣相色譜法不能檢出的樣品進(jìn)行檢測與定量。

本研究針對當(dāng)前食品接觸材料檢測中的關(guān)鍵問題，開展創(chuàng)新方法開發(fā)和驗(yàn)證。采用固相萃取-氣相色譜法和全二維氣相色譜法對食品接觸用紙制品中MOSH檢測優(yōu)化和比較評價，也為新標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了重要的方法學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。