液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紙質(zhì)食品接觸材料印刷紫外固化油墨中18種光引發(fā)劑的遷移量

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院,上海 201114)

光引發(fā)劑(PIs)是印刷紫外固化(UV)油墨配方的重要組成部分,是不可替代的成分,它的混合物被廣泛應(yīng)用于光聚物。在紫外光作用下,光引發(fā)劑分解為自由基,從而引發(fā)聚合反應(yīng)使墨水或清漆固化在襯底上。然而,在印刷過程中光引發(fā)劑并不總是完全被利用或除去,應(yīng)用于包裝材料外表面的低相對分子質(zhì)量的光引發(fā)劑遷移到食物中去的事件仍然存在[1]。光引發(fā)劑具有一定的毒性,不僅對皮膚有一定的刺激作用和接觸毒性,而且還有生殖毒性、遺傳毒性和致癌作用。光引發(fā)劑既容易揮發(fā)又容易遷移,半揮發(fā)性的光引發(fā)劑通過蒸汽間接污染食品,低相對分子質(zhì)量的光引發(fā)劑通過擴(kuò)散和蹭臟遷移直接污染食品,這會給被包裝食品帶來難聞的氣味,更會對人體健康造成潛在的危害[2]。

歐盟、中國等已經(jīng)陸續(xù)在相關(guān)的法律法規(guī)中去限制光引發(fā)劑的使用[3]。瑞士聯(lián)邦民政事務(wù)部率先于2005年發(fā)布了SR817.023.21法規(guī),經(jīng)過修訂,又在2016年12月發(fā)布了2016版本,分為A 和B 兩個部分。A 部分列出了可以使用在食品接觸材料中物質(zhì)的清單,這些物質(zhì)經(jīng)過瑞士當(dāng)局的風(fēng)險評估,在符合其特定遷移量要求下可以使用,沒有特定遷移量要求的物質(zhì),在符合其總遷移量低于10 mg·dm-2或60 mg·kg-1的要求下可以使用;B 部分列出了未經(jīng)官方科學(xué)評估的物質(zhì),其特定遷移量為不得檢出,檢出限為0.01 mg·kg-1。我國在GB 9685-2016《食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定油墨中2,4-二羥基二苯甲酮的特定遷移量(SML)為6 mg·kg-1。

食品接觸材料或食品中光引發(fā)劑的測定方法主要有液相色譜法[4-5]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[6-7]、氣相色譜-質(zhì)譜法[8-10]、超高效合相色譜法[11]、凝膠滲透色譜-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[12-13]。雖然這些方法可以篩查并定量分析印刷UV 油墨中的光引發(fā)劑[1],但在實際印刷UV 油墨的工藝中,常常需要多種光引發(fā)劑配合使用,因此急切需要一種快速、簡單、高通量的分析方法去鑒定和定量分析涵蓋市面上盡可能多的印刷UV 油墨中光引發(fā)劑的遷移量,以降低或控制風(fēng)險,保證相關(guān)食品接觸材料的安全衛(wèi)生要求。

本工作利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)建立了紙質(zhì)食品接觸材料印刷UV 油墨中2-羥基-4-甲氧基苯甲酮(HMMP)、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮(Irgacure 907)、4-羥基二苯甲酮(4-HBP)、1-羥基環(huán)己基苯基酮(HCPK)、4-二甲氨基苯甲酸乙酯(EDMAB)、苯甲酮(BP)、4-(二甲氨基)二苯甲酮(DMBP)、4,4-二甲基氨基苯甲酮(MK)、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)、4-甲基二苯甲酮(MBP)、2-羥基-4′-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮(HMBP)、2-乙基蒽醌(EA)、4,4′-雙(二乙氨基)苯甲酮(DEAB)、2-氯噻噸-9-酮(CTX)、4-苯甲酰基聯(lián)苯(PBZ)、2-異丙基噻噸酮(ITX)、1-氯-4-丙氧基硫雜蒽-9-酮(CPTX)、對二甲氨基苯甲酸異辛酯(EDB)等18種光引發(fā)劑遷移量的測定方法。本方法操作簡單、靈敏度高、準(zhǔn)確可靠,可為監(jiān)管部門實施產(chǎn)品監(jiān)控和生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量提升提供可靠的技術(shù)支持。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1260-6460型液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜儀;0412-1 型離心機(jī);XW 80A 型渦旋混合器;Milli Q 型超純水儀;0.22μm 微孔濾膜。

18種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:1 000 mg·L-1,分別稱取18 種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)品各10.00 mg,用甲醇溶解并定容于10 mL棕色容量瓶中,于4 ℃保存。

18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:3.0 mg·L-1,分別移取1 000 mg·L-1的18種光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液適量,用甲醇稀釋于100 mL棕色容量瓶中,配制成30 mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,于4 ℃保存。再將30 mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用甲醇稀釋至3.0 mg·L-1,現(xiàn)配現(xiàn)用。

分別移取3組,每組均為3.0 mg·L-1的18種光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.010,0.025,0.050,0.075,0.100,0.125 mL于6個10 mL 棕色容量瓶中,3組依次用相應(yīng)的水基食品模擬物[4%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙酸溶液、50%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙醇溶液、95%乙醇溶液]作為溶劑稀釋并定容至刻度,混勻,得到3.0,7.5,15.0,22.5,30.0,37.5μg·L-1的水基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,經(jīng)0.22μm 微孔濾膜過濾,現(xiàn)配現(xiàn)用。

分別稱取3.00 g油基食品模擬物(橄欖油),置于6個15 mL離心管中,移取3.0 mg·L-1的18種光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.010,0.025,0.050,0.075,0.100,0.125 mL加蓋密封,混勻,得到0.010,0.025,0.050,0.075,0.100,0.125 mg·kg-1的油基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。分別在6 個離心管中加入10 mL 乙腈,渦旋振蕩10 min,再以4 000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心10 min,立即移取乙腈層1 mL,經(jīng)0.22μm 微孔濾膜過濾,現(xiàn)配現(xiàn)用。

HMMP 標(biāo)準(zhǔn)品、HCPK 標(biāo)準(zhǔn)品、BP 標(biāo)準(zhǔn)品、MBP標(biāo)準(zhǔn)品的純度均大于99.0%;Irgacure 907標(biāo)準(zhǔn)品、4-HBP標(biāo)準(zhǔn)品、EDMAB 標(biāo)準(zhǔn)品、DMBP 標(biāo)準(zhǔn)品、MK 標(biāo)準(zhǔn)品、DMPA 標(biāo)準(zhǔn)品、HMBP標(biāo)準(zhǔn)品、EA標(biāo)準(zhǔn)品、DEAB標(biāo)準(zhǔn)品、CTX 標(biāo)準(zhǔn)品、PBZ 標(biāo)準(zhǔn)品、ITX 標(biāo)準(zhǔn)品、EDB 標(biāo)準(zhǔn)品的純度均大于98.0%;CPTX 標(biāo)準(zhǔn)品的純度大于97.0%;乙腈、甲醇、甲酸均為色譜純;乙酸、乙醇、橄欖油均為分析純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 ZORBAX Eclipse Plus-C18RRHD 色譜柱(2.1 mm×50 mm,1.8μm),柱溫25 ℃;流量0.3 mL·min-1;進(jìn)樣體積2μL。流動相:A 為0.1%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲酸溶液,B 為0.1%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲酸乙腈溶液。梯度洗脫程序:0～4.0 min時,B 為40%;4.0～10.0 min時,B由40%升至95%;10.0～18.0 min時,B 由95%降至40%。

2)質(zhì)譜條件 電噴霧離子源,正離子模式;多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式;干燥氣為氮?dú)?流量7 L·min-1;干燥氣溫度230 ℃;霧化器壓力1.38×105Pa;鞘氣溫度380 ℃,鞘氣流量11 L·min-1;噴嘴電壓1 000 V,毛細(xì)管電壓3 500 V;離子駐留時間15 ms。其余質(zhì)譜參數(shù)見表1,其中,“*”為定量離子。

1.3 試驗方法

1.3.1 遷移試驗

按照GB 5009.156-2016及GB 31604.1-2015中遷移試驗要求,對樣品進(jìn)行遷移試驗?？紤]到樣品的實際使用情況,采用遷移測試池法,取0.6 dm2樣品,將100 mL 食品模擬物注入遷移池,在130 ℃的烘箱中,遷移1 h。試驗結(jié)束后,將食品模擬液冷卻至室溫并不得低于10 ℃待用。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3.2 食品模擬液的處理

水基食品模擬液的處理:移取1 mL 遷移試驗后得到的水基食品模擬液經(jīng)0.22μm 微孔濾膜過濾后,按儀器工作條件進(jìn)行測定。

油基食品模擬液的處理:稱取3.00 g遷移試驗后得到的油基食品模擬液置于離心管中,加入10 mL乙腈,渦旋振蕩10 min,以4 000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心10 min,立即移取乙腈層1 mL 經(jīng)0.22μm微孔濾膜過濾后,按儀器工作條件進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按儀器工作條件對18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定,18種光引發(fā)劑的提取離子色譜圖見圖1。

2.2 流動相的選擇

基于光引發(fā)劑易溶于甲醇和乙腈,微溶于水的物理性質(zhì),選擇反相色譜常用的流動相體系甲醇-水體系和乙腈-水體系進(jìn)行考察。鑒于質(zhì)譜在正離子模式下,甲酸可以使目標(biāo)物形成[M＋H]＋,有助于質(zhì)子離子化,進(jìn)一步提高分析靈敏度,試驗選擇在流動相中加入甲酸。相對于甲醇-水體系和0.1%甲酸溶液-乙腈體系作為流動相,0.1%甲酸溶液-0.1%甲酸乙腈溶液作為流動相時,靈敏度更高,峰形尖銳,對稱性更好,分離度更優(yōu)。試驗選擇流動相為0.1%甲酸溶液-0.1%甲酸乙腈溶液。

2.3 質(zhì)譜條件的選擇

移取37.5μg·L-1的18種光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液適量,采用多反應(yīng)監(jiān)測模式對目標(biāo)物進(jìn)行質(zhì)譜參數(shù)的考察。在電噴霧離子源正離子模式下進(jìn)行全掃描,可獲得理想的準(zhǔn)分子離子峰[M＋H]＋。以準(zhǔn)分子離子峰為母離子,調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)乃榱央妷?選擇響應(yīng)值高、干擾小的兩個碎片作為定性離子和定量離子對,同時分別優(yōu)化各離子對的碰撞能量、毛細(xì)管電壓等參數(shù)。試驗選擇的質(zhì)譜條件見1.2節(jié)。

2.4 油基食品模擬液提取劑的選擇

試驗考察了油基食品模擬液的提取劑依次為甲醇、50%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲醇乙腈溶液、乙腈時對18種光引發(fā)劑(0.010 mg·kg-1)提取效果的影響,結(jié)果見圖2。

由圖2可知:乙腈對18種光引發(fā)劑的整體提取效果最好;50%甲醇乙腈溶液對18種光引發(fā)劑的整體提取效果次之;甲醇對18種光引發(fā)劑的整體提取效果最差,甲醇對HCPK 的提取效果較好,但對其他光引發(fā)劑的提取效果不佳。試驗選擇油基食品模擬液的提取劑為乙腈。

2.5 油基食品模擬液提取時間以及提取體積的選擇

試驗考察了油基食品模擬液的提取時間(5,10,15 min)和提取體積(4,8,10,12 mL)對18種光引發(fā)劑回收率的影響。采用18種光引發(fā)劑的平均回收率,用二次函數(shù)進(jìn)行最小二乘法的擬合得到模型,把提取時間記為x(min),把提取體積記為y(mL),回收率記為z,所得的二次模型為z＝-0.303 0＋0.117 6x＋0.109 0y-0.005 6x2-0.0044y2。二次模型的三維函數(shù)圖像見圖3。

圖1 18種光引發(fā)劑的提取離子色譜圖Fig.1 Ion extracted chromatograms of 18 photoinitiators

圖2 提取劑對18種光引發(fā)劑提取效果的影響Fig.2 Effect of extractant on extraction effect of 18 photoinitiators

圖3 二次模型的三維函數(shù)圖像Fig.3 Three dimensional function image of quadratic model

由圖3可知:由此模型得到理論最優(yōu)提取時間為10.517 min,最優(yōu)提取體積為10 mL。

在油基食品模擬液提取時間考察試驗中,提取時間為10 min 時,18 種光引發(fā)劑的回收率最好。

在油基食品模擬液提取體積考察試驗中,提取體積為10 mL時,18種光引發(fā)劑的回收率最好;提取體積大于10 mL時,18種光引發(fā)劑的回收率不再提高,甚至略有下降。試驗選擇油基食品模擬液的提取時間為10 min,提取體積為10 mL。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按儀器工作條件對水基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和油基食品模擬物基質(zhì)的18種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測定,以18種光引發(fā)劑的質(zhì)量濃度或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo),對應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)3 倍信噪比計算方法的檢出限(3S/N),根據(jù)10倍信噪比計算方法的測定下限(10S/N)。

食品模擬物為4%乙酸溶液、50%乙醇溶液、95%乙醇溶液、橄欖油時的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測定下限依次見表2、表3、表4和表5。

表2 食品模擬物為4%乙酸溶液時的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測定下限Tab.2 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was 4% (φ)acetic acid solution

表2 (續(xù))

表3 食品模擬物為50%乙醇溶液時的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測定下限Tab.3 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was 50% (φ)ethanol solution

表4 食品模擬物為95%乙醇溶液時的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測定下限Tab.4 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was 95% (φ)ethanol solution

表4 (續(xù))

表5 食品模擬物為橄欖油時的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和測定下限Tab.5 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients,detection limits and lower limits of determination when food simulant was olive oil

2.7 方法的精密度和回收試驗

按試驗方法對4%乙酸溶液、50%乙醇溶液、95%乙醇溶液和橄欖油(空白食品模擬物)進(jìn)行加標(biāo)回收試驗,加標(biāo)量依次為30,135,225 ng,平行測定6次,計算回收率和測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。食品模擬物為4%乙酸溶液、50%乙醇溶液、95%乙醇溶液、橄欖油時的精密度和回收試驗結(jié)果見表6和表7。

由表6、表7可知:食品模擬物為4%乙酸溶液時,回收率為86.0%～114%,RSD 為0.80%～9.4%;食品模擬物為50%乙醇溶液時,回收率為88.0%～113%,RSD 為0.30%～9.4%;食品模擬物為95%乙醇溶液時,回收率為90.0%～110%,RSD為0.50%～8.1%;食品模擬物為橄欖油時,回收率為87.0%～111%,RSD 為0.10%～9.4%。

表6 食品模擬物為4%乙酸溶液、50%乙醇溶液時的精密度和回收試驗結(jié)果(n＝6)Tab.6 Results of tests for precision and recovery when food simulant was 4% (φ)acetic acid solution or 50% (φ)ethanol solution(n＝6)%

表7 食品模擬物為95%乙醇溶液、橄欖油時的精密度和回收試驗結(jié)果(n＝6)Tab.7 Results of tests for precision and recovery when food simulant was 95% (φ)ethanol solution or olive oil(n＝6)%

表7 (續(xù))%

2.8 樣品分析

按試驗方法對市場上烘焙用帶有印刷紫外固化油墨的瑪芬蛋糕紙膜樣品(1號～6號)進(jìn)行分析,分別在4%乙酸溶液、95%乙醇溶液和橄欖油等3種食品模擬物中進(jìn)行18種光引發(fā)劑的遷移試驗。結(jié)果表明:18種光引發(fā)劑在橄欖油中遷移量最高,在95%乙醇溶液中遷移量次之,在4%乙酸溶液中遷移量最少;3號樣品中18種光引發(fā)劑的遷移量均小于測定下限;其余樣品中MBP、Irgacure 907、DEAB均有不同程度檢出,4 個樣品中檢出0.02～0.4 mg·kg-1的 MBP,3 個樣品中均檢出0.03 mg·kg-1Irgacure 907;4 個樣品中檢出0.01～0.1 mg·kg-1DEAB。這些光引發(fā)劑在市場上有一定程度的存在,應(yīng)引起關(guān)注。

本工作采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定紙質(zhì)食品接觸材料印刷紫外固化油墨中18種光引發(fā)劑的遷移量。本方法具有精密度高等優(yōu)點(diǎn)。