超高效合相色譜法同時(shí)檢測(cè)塑料食品接觸材料中11種雙酚類化合物

邱月 李根容 龍梅 阮燕 譚超蘭 張璐 夏之寧

摘?要?建立了基于超高效合相色譜（Ultra performance convergence chromatography，UPC2）快速檢測(cè)塑料食品接觸材料中11種雙酚類化合物的分析方法。食品接觸塑料材料樣品用甲醇進(jìn)行超聲萃取，過0.22 μm有機(jī)濾膜，采用超臨界CO2為主要流動(dòng)相，甲醇為改性助溶劑，進(jìn)行梯度洗脫，經(jīng)ACQUITY UPC2 Torus DIOL色譜柱（150 mm×3.0 mm， 1.7 μm）分離，采用紫外檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，外標(biāo)法進(jìn)行定量分析。在最優(yōu)色譜條件下， 5 min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)11種雙酚類化合物的有效分離，11種目標(biāo)化合物在各自濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)（R2）>0.998，3個(gè)加標(biāo)水平（1.0、 25.0和50.0 mg/kg）下的回收率為75.7%～122.0%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.6%～7.3%，檢出限（LODs）為0.1～0.3 mg/kg。本方法操作簡(jiǎn)便、結(jié)果準(zhǔn)確、綠色高效，可用于塑料食品接觸材料中11種雙酚類化合物的快速檢測(cè)。

關(guān)鍵詞?雙酚類化合物; 超高效合相色譜; 超聲萃取; 塑料食品接觸材料

1?引 言

雙酚類化合物（Bisphenols， BPs）是一類結(jié)構(gòu)相似（具有兩個(gè)羥苯基）的物質(zhì)，主要包括雙酚A（Bisphenol A， BPA）、雙酚S（Bisphenol S， BPS）、雙酚F（Bisphenol F， BPF）、雙酚AF（Bisphenol AF， BPAF）和四氯雙酚A（Tetrachlorobisphenol A， TCBPA）等。BPA是一種重要的化工原料，因其熱穩(wěn)定性高、延展性好且價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用于聚碳酸酯等食品包裝材料的生產(chǎn)[1]。研究表明，BPA具有內(nèi)分泌干擾性和擬雌激素活性，并具有致癌效應(yīng)[2～4]。因此，歐盟、美國(guó)等均對(duì)食品接觸材料中BPA的遷移進(jìn)行了嚴(yán)格限制[5]，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 9685-2016中規(guī)定，BPA在食品或食品模擬物中的遷移限量為0.6 mg/kg[6]。近年來，一些與BPA結(jié)構(gòu)和性能相似的物質(zhì)（如BPS，BPF等）逐漸代替了BPA在實(shí)際生產(chǎn)中使用。但已有研究證明，BPS和BPF對(duì)人體的危害性與BPA類似，并且更易富集，在環(huán)境中不易降解[7～9]。因此，開發(fā)雙酚類化合物的檢測(cè)方法對(duì)保證食品安全具有重要意義。

目前，檢測(cè)雙酚類化合物的主要方法有液相色譜法（Liquid chromatography， LC）[10，11]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（Liquid chromatography-tandem mass spectrometry， LC-MS）[12，13]和氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（Gas chromatography-tandem mass spectrometry， GC-MS）[14，15]等。由于大多數(shù)雙酚類化合物熱穩(wěn)定性高，不易揮發(fā)，不適合直接采用GC或GC-MS法檢測(cè)，分析前通常需要進(jìn)行衍生化處理，這類方法繁瑣耗時(shí)，且容易造成目標(biāo)物質(zhì)的損失[16，17]。LC-MS法靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)，是目前雙酚類物質(zhì)最常用的檢測(cè)方法。但由于雙酚類化合物種類繁多，且結(jié)構(gòu)相似，現(xiàn)有分析方法依然存在不少挑戰(zhàn)，主要包括：對(duì)結(jié)構(gòu)相似物質(zhì)分離效果差，可同時(shí)分析的雙酚化合物種類少[18，19]; 檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)（通常大于10 min），分析成本高[20，21]; 溶劑消耗量大，不符合檢測(cè)方法綠色環(huán)保的發(fā)展需求。因此，建立一種快速、高效、綠色的高通量分析方法用于雙酚類化合物的檢測(cè)非常必要。

近年來，超高效合相色譜法（Ultra performance convergence chromatography， UPC2）受到了廣泛關(guān)注。UPC2技術(shù)在傳統(tǒng)液相色譜法的基礎(chǔ)上，以超臨界CO2為主要流動(dòng)相，粘度低，傳質(zhì)快[22]; 同時(shí)，有機(jī)助劑的種類多， 極性可調(diào)范圍廣，既適用于分析非極性物質(zhì)，也適用于強(qiáng)極性物質(zhì)[23]; 此外，亞2 μm超高效色譜柱的填料技術(shù)為其提供了比傳統(tǒng)液相色譜更快的分離速度和更高的系統(tǒng)分辨率[24]; 加之以無毒的CO2為主要流動(dòng)相，有機(jī)溶劑的消耗大大減少，節(jié)約了分析成本，是一種綠色環(huán)保的分離技術(shù)[25]。研究表明，UPC2技術(shù)更適合分析傳統(tǒng)液相色譜難以處理的同分異構(gòu)體和結(jié)構(gòu)類似物，已成功用于多種化合物的分離檢測(cè)，如脂肪酸[26]、維生素[27]、光引發(fā)劑[28]、鄰苯二甲酸酯[29]和紫外吸收劑[30]等。

本研究建立了一種快速、準(zhǔn)確、高效的UPC2方法，用于檢測(cè)塑料食品接觸材料中的雙酚類化合物，在5 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了11種雙酚類化合物的快速有效分離，為塑料食品接觸材料中雙酚類化合物的定性與定量分析提供了技術(shù)參考。

2?實(shí)驗(yàn)方法

2.1?儀器與試劑

ACQUITY UPC2型超高效合相色譜儀（美國(guó)Waters公司），配紫外檢測(cè)器; N-EVAP-112型氮吹儀（美國(guó)Organomation公司）; BILON-2000CT超聲波清洗器（上海比朗儀器有限公司）。

雙酚類化合物標(biāo)準(zhǔn)品：雙酚A縮水甘油醚（Bisphenol A-diglycidyl ether， BADGE）、四甲基雙酚A（Tetramethylbisphenol A， TMBPA）、雙酚AF（BPAF）、四氯雙酚A（TCBPA）、四溴雙酚A（Tetrabromobisphenol A， TBBPA）、雙酚A（BPA）、雙酚F（BPF）、雙酚Z（Bisphenol Z， BPZ）、雙酚AP（Bisphenol AP， BPAP）、雙酚S（BPS）和雙酚BP（Bisphenol BP， BPBP）均購(gòu)于德國(guó) Dr.Ehrenstorfer公司。甲醇、乙腈、異丙醇均為色譜純（德國(guó)Merck公司）。CO2為食品級(jí)（99.99%，重慶同輝氣體有限公司）。

2.2?標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液： 準(zhǔn)確稱取11種雙酚類化合物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各10.0 mg，用甲醇溶解并定容至10 mL，配成1000 mg/L的單標(biāo)儲(chǔ)備液，于4℃保存。分別移取適量單標(biāo)儲(chǔ)備液，用甲醇逐級(jí)稀釋并定容，分別配制成0.5、1.0、5.0、10.0、25.0和50.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。

2.3?樣品處理

將塑料食品接觸材料的樣品剪碎，準(zhǔn)確稱取1.0 g待測(cè)樣品，置于25 mL具塞試管中，加入10 mL甲醇，在超聲條件下提取30 min后，將提取液于40℃氮吹濃縮至近干，再用甲醇復(fù)溶，并定容至1.0 mL， 用0.22 μm有機(jī)濾膜過濾，待測(cè)。

2.4?色譜條件

采用ACQUITY UPC2 Torus DIOL色譜柱（150 mm × 30 mm，1.7 μm）， 流動(dòng)相A為超臨界CO2， 流動(dòng)相B為甲醇。柱溫為35℃， 系統(tǒng)背壓12.41 MPa， 進(jìn)樣體積為3 μL， 檢測(cè)波長(zhǎng)為220 nm。梯度洗脫：0～1 min， 5%～9% B; 1～2 min， 9%～10% B; 2～2.5 min， 10%～20% B; 2.5～5 min，20% B; 5～5.5 min， 20%～5% B; 流速為1.3 mL/min。

3?結(jié)果與討論

3.1?分離條件的優(yōu)化

3.1.1?色譜柱的選擇?本研究中測(cè)定的11種雙酚類化合物， 因結(jié)構(gòu)非常相似，不易分離，而色譜柱固定相是影響色譜分離的關(guān)鍵因素。因此，選擇4種相同規(guī)格的非手性分離色譜柱（ACQUITY UPC2 Torus DIOL、ACQUITY UPC2 Torus DEA、ACQUITY UPC2 Torus 1-AA和ACQUITY UPC2 2-PIC）對(duì)11種雙酚類化合物的分離效果進(jìn)行考察（圖1）。結(jié)果表明，采用ACQUITY UPC2 Torus 1-AA色譜柱分離時(shí)，色譜峰響應(yīng)較低，分離度和峰形較差; 采用ACQUITY UPC2 Torus DEA和ACQUITY UPC2 2-PIC色譜柱分離時(shí)，峰形較好，但11種目標(biāo)物未能全部檢出; 采用Torus DIOL色譜柱，11個(gè)色譜峰在5 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)基線分離，峰形尖銳且對(duì)稱性良好。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇Torus DIOL色譜柱進(jìn)行雙酚類化合物的分離。

3.1.2?流動(dòng)相中助溶劑的選擇?UPC2采用超臨界CO2為主要流動(dòng)相，通常加入少量有機(jī)助溶劑調(diào)節(jié)流動(dòng)相的極性，以增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)物的溶解能力和洗脫能力，助溶劑的選擇對(duì)目標(biāo)物的出峰時(shí)間、出峰順序和分離度均有重要影響[27，31]。選擇ACQUITY UPC2 Torus DIOL色譜柱，在背壓13.10 MPa、 柱溫35℃條件下，對(duì)比了甲醇、乙腈和異丙醇3種不同極性的助溶劑對(duì)11種雙酚類化合物分離效果的影響（圖2）。結(jié)果表明，助溶劑極性的增強(qiáng)有利于提高雙酚類化合物的分離度。當(dāng)使用異丙醇和乙腈時(shí)，11種目標(biāo)物未能全部出峰，部分色譜峰重疊、展寬明顯; 當(dāng)選擇極性較大的甲醇作為助溶劑時(shí)，11種雙酚類化合物能夠在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)基線分離，且色譜峰峰形良好。因此，本研究選擇甲醇作為助溶劑。

3.1.3?系統(tǒng)背壓的選擇?UPC2在運(yùn)行過程中，可通過控制系統(tǒng)背壓調(diào)節(jié)超臨界流體的狀態(tài)，從而提高對(duì)目標(biāo)物的洗脫能力。當(dāng)系統(tǒng)背壓升高時(shí)，CO2超臨界流體密度增大，柱壓升高，洗脫能力增強(qiáng)，對(duì)目標(biāo)物的保留能力減弱，出峰時(shí)間提前。本研究以甲醇為有機(jī)助溶劑，在柱溫35℃條件下考察了11.72～13.79 MPa范圍內(nèi)系統(tǒng)背壓對(duì)11種雙酚類化合物分離效果的影響（圖3）。結(jié)果表明，隨著背壓的增加，BPAF（峰3）和TCBPA（峰4）的分離度降低。綜合考慮分析速度和分離效果，選擇13.10 MPa為最佳系統(tǒng)背壓。

3.1.4?色譜柱溫度的選擇?色譜柱溫度是另一個(gè)影響CO2超臨界流體的重要因素。隨著色譜柱溫度升高，CO2超臨界流體的粘度降低，密度減小，對(duì)目標(biāo)物的洗脫能力也隨之減弱，保留時(shí)間延長(zhǎng)。考察了色譜柱溫度在20℃～55℃范圍內(nèi)對(duì)11種雙酚類化合物分離的影響（圖4）。結(jié)果表明，隨著柱溫升高，目標(biāo)物的保留時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。當(dāng)溫度為25℃時(shí)，11種雙酚類化合物未能全部分離; 升高溫度至35℃時(shí)，11種目標(biāo)物出峰完全，并在5 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的基線分離; 繼續(xù)升高溫度， BPAF（峰3）和TCBPA（峰4）、BPS（峰10）和BPBP（峰11）的分離度逐漸降低。因此，選擇最佳色譜柱溫度為35℃。

3.2?方法性能評(píng)價(jià)

3.2.1?基質(zhì)效應(yīng)評(píng)估?由于不同塑料基質(zhì)成分可能會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，考察了方法的基質(zhì)效應(yīng)。分別用空白PET塑料瓶、空白PC奶瓶、空白PE食品包裝袋的提取液和溶劑甲醇配制雙酚混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過計(jì)算各基質(zhì)溶液與甲醇中雙酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率比（KPET/K甲醇，KPC/K甲醇和KPE/K甲醇），得到11種雙酚類化合物的基質(zhì)效應(yīng)為90.3%～108.7%，表明本方法中塑料基質(zhì)效應(yīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響較小[32]。

3.2.2?方法分析性能?配制濃度為0.5、 1.0、 5.0、 10.0、 25.0和50.0 mg/L的11種雙酚類化合物系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，在優(yōu)化的UPC2色譜條件下進(jìn)行分析，以標(biāo)準(zhǔn)系列響應(yīng)峰面積為縱坐標(biāo)（y），濃度為橫坐標(biāo)（x），建立線性回歸方程。選取空白PET塑料瓶樣品進(jìn)行回收率和精密度測(cè)試，在溶劑提取階段加入11種雙酚類化合物的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，加標(biāo)水平分別為1.0、25.0和50.0 mg/kg，每個(gè)濃度水平重復(fù)測(cè)試6次。對(duì)加標(biāo)溶液進(jìn)行逐級(jí)稀釋，分別采用3倍和10倍信噪比（S/N=3， 10）的方法計(jì)算得出方法的檢出限（LODs）和定量限（LOQs）。方法分析性能參數(shù)見表1。11種雙酚類化合物在各自濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)（R2）均高于0.998，11種雙酚類化合物的LODs為0.1～0.3 mg/kg，LOQs為0.4～1.0 mg/kg。3個(gè)加標(biāo)水平下的平均回收率為75.7%～122.0%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.6%～7.3%。

3.3?實(shí)際樣品分析

采用本方法對(duì)5個(gè)塑料食品接觸材料樣品（PET塑料瓶、PC水杯、PC奶瓶、PE食品包裝袋和PE保鮮膜）中的雙酚類化合物進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，有兩個(gè)樣品檢出的雙酚類物質(zhì)殘留。樣品1（PET塑料瓶）中僅發(fā)現(xiàn)BADGE，含量為4.791 mg/kg，樣品2（PC水杯）中檢出BADGE、TMBPA和BPAP，含量分別為2.632、 3.853和0.248 mg/kg。典型的樣品色譜圖如圖5所示。

上述結(jié)果表明， 本方法在5 min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)11種雙酚類化合物的有效分離， 分析速度快、靈敏度和分離度高， 有機(jī)溶劑消耗量少， 能夠?yàn)槭称方佑|塑料中雙酚類化合物的分析提高新的參考方法。

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Determination of 11 Kinds of Bisphenols in Plastic Food Contact

Materials by Ultra-Performance Convergence Chromatography

QIU Yue*1，2， LI Gen-Rong1， LONG Mei1， RUAN Yan1， TAN Chao-Lan1， ZHANG Lu1， XIA Zhi-Ning2

1（Chongqing Academy of Metrology and Quality Inspection， Chongqing 401123， China）

2（College of Chemistry and Chemical Engineering， Chongqing University， Chongqing 400030， China）

Abstract?A method for rapid detection of 11 kinds of bisphenols in plastic food contact materials based on ultra-performance convergence chromatography （UPC2） was established. Plastic food contact material sample was extracted with methanol by ultrasonic treatment， followed by clean-up through a 0.22 μm organic membrane. The separation was conducted on ACQUITY UPC2 Torus DIOL chromatographic column （150 mm × 3.0 mm， 1.7 mm） with supercritical carbon dioxide as the main mobile phase and methanol as a modified co-solvent for gradient elution. The 11 kinds of bisphenols were analyzed by UV detector， and quantified by external standard method. The 11 kinds of bisphenols were separated within 5 min under the optimum conditions， and exhibited a good linearity with the standard curve correlation coefficients （R2） of not less than 0.998. The recoveries at three standard levels （1.0， 25.0 and 50.0 mg/kg） were 75.7%-122.0%， the relative standard deviation was 0.6%-7.3%， and the detection limits （LODs） were 0.1-0.3 mg/kg. This method is convenient， accurate， green and efficient， and can be used for the rapid detection of 11 kinds of bisphenols in plastic food contact materials.

Keywords?Bisphenols; Ultra-performance convergence chromatography; Ultrasonic extraction; Plastic food contact materials

（Received 21 June 2019; accepted 4 December 2019）

This work was supported by the Chongqing Scientific Research Institute Performance Incentive and Guidance Special Project （No. cstc2018jxj100007）.