超高效液相色譜法測(cè)定食品接觸材料中間苯二甲酸和對(duì)苯二甲酸特定遷移量

釗,周 叢,萬 富?,譚宇詩,王 莉

(1.湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,長沙 410007;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,長沙 410128)

間苯二甲酸又稱異酞酸、1,3-苯二甲酸,是一種白色結(jié)晶粉末或針狀結(jié)晶,它易溶于醇和冰乙酸,微溶于沸水,但不溶于冷水。作為一種非常重要的化工中間體原料,間苯二甲酸在醇酸樹脂涂料、聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、特種纖維、熱熔黏合劑、印刷油墨、聚酯纖維染色改性以及樹脂增塑等方面具有廣泛的用途[1-2]。GB 9685－2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中允許間苯二甲酸作為添加劑用于制作食品接觸用塑料制品(聚酯、聚酰胺)、涂層涂料、黏合劑、紙和紙板等,但要求其特定遷移總量小于5.0 mg·kg－1。

對(duì)苯二甲酸又稱p-苯二甲酸,是產(chǎn)量最大的二元羧酸,它在常溫下為固體,難溶于水,主要用于制造合成聚酯樹脂、合成纖維和增塑劑等,廣泛用于化學(xué)纖維、輕工、電子、建筑等領(lǐng)域[3-5]。GB 9685－2016中允許對(duì)苯二甲酸作為添加劑用于制作食品接觸用塑料制品[聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)]、黏合劑、紙和紙板等,但要求其特定遷移總量小于7.5 mg·kg－1。GB 4806.6－2016《食品接觸用塑料樹脂》中明確規(guī)定需要測(cè)定聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯樹脂中間苯二甲酸和對(duì)苯二甲酸的特定遷移量。因此,建立食品接觸材料及制品中對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸的特定遷移量的測(cè)定方法具有現(xiàn)實(shí)意義。

目前,對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸的主要測(cè)定方法有返滴定法[6]、分光光度法[7]、高效液相色譜法[8-9]、離子色譜法[10]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法[11-12]、氣相色譜法[13]。其中,在采用高效液相色譜法測(cè)定對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸含量時(shí),不需要進(jìn)行液液萃取分離,前處理操作比較簡單;同時(shí)兩種目標(biāo)化合物均含有不飽和雙鍵,在紫外光區(qū)有吸收,可以直接采用常規(guī)的二極管陣列檢測(cè)器測(cè)定[14]。由于GB 31604.21－2016《食品接觸材料及制品對(duì)苯二甲酸遷移量的測(cè)定》和GB 4806.6－2016中均沒有間苯二甲酸的測(cè)定方法。因此,本工作建立了超高效液相色譜法(UHPLC)測(cè)定PET 材料中對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸的特定遷移量,以期為食品接觸材料中對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸遷移量的監(jiān)控提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

LC-30AD 型超高效液相色譜儀,配SPD-M20A光電二極管陣列檢測(cè)器;MS-105DV 型電子天平;Talboys型渦旋振蕩器;SHB-ⅢS型循環(huán)水式多用真空泵;雷磁p HS-3E 型pH 計(jì);ZJ-20型超純水制備儀;C18固相萃取柱,柱容量為200 mg/3 mL;WondaPipet型可調(diào)式移液槍,規(guī)格為0.5～10μL,10～100μL,100～1 000μL;0.45μm 有機(jī)針筒過濾器。

7.5mmo L·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0):稱取1.426 g磷酸二氫鉀于燒杯中,加水950 mL,用10%磷酸溶液將其pH 調(diào)至3.0,定容至1.0 L,真空抽濾。

對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:500 mg·L－1,稱取對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸標(biāo)準(zhǔn)品各50.0 mg,加入90 mL 甲醇,在50 ℃下加熱1 h,使其充分溶解,冷卻后,轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,于4 ℃冷藏保存,有效期為6個(gè)月。

鄰苯二甲酸內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備溶液:1 000 mg·L－1,稱取0.1 g(精確至0.1 mg)鄰苯二甲酸標(biāo)準(zhǔn)品,用10 mL異丙醇溶解,然后將溶液轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中,用異丙醇稀釋至刻度,于4 ℃冷藏保存,有效期為6個(gè)月。

醇類食品模擬液為10%,20%,50%(均為體積分?jǐn)?shù),下同)乙醇溶液,酸性食品模擬液為4%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙酸溶液。

酸性、醇類食品模擬液匹配混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:分別移取0,10,20,100,200,300μL對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于6個(gè)10 mL 容量瓶中,分別加入75μL鄰苯二甲酸內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備溶液,用酸性食品模擬液稀釋至刻度,配制成對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸的質(zhì)量濃度分別為0,0.5,1.0,5.0,10.0,15.0 mg·L－1,內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度均為7.5 mg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。以同樣的方法制備另外3種醇類食品模擬液匹配混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

橄欖油食品模擬液匹配混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:分別稱取橄欖油5.0 g于6個(gè)10 mL 比色管中,分別加入0,5,10,50,100,150μL對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,混合均勻后,加入5.0 mL 異辛烷,混勻。再加入1.0 g·L－1碳酸氫鈉溶液2.0 mL,振蕩1 min,靜置15 min,使其分層。用塑料滴管收集下層水相,以上萃取步驟重復(fù)一次。合并兩次萃取所得的水相,過固相萃取小柱,將流出液收集于5.0 mL 容量瓶中,加入50%(體積分?jǐn)?shù))乙酸溶液1.0 mL,用水稀釋至刻度,配制成對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸的質(zhì)量濃度分別為0,0.5,1.0,5.0,10.0,15.0 mg·L－1,內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度均為7.5 mg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。使用時(shí),分取1.0～2.0 mL,用0.22μm 濾膜過濾。

鄰苯二甲酸標(biāo)準(zhǔn)品的純度為99.6%;對(duì)苯二甲酸標(biāo)準(zhǔn)品的純度為99.8%;間苯二甲酸標(biāo)準(zhǔn)品的純度為99.2%;乙醇、甲醇、異辛烷均為色譜純;磷酸二氫鉀為分析純;冰乙酸、磷酸均為優(yōu)級(jí)純;橄欖油為化學(xué)純。

1.2 儀器工作條件

ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm),柱溫35 ℃;流量0.5 mL·min－1;檢測(cè)波長230 nm;進(jìn)樣體積10μL;流動(dòng)相為體積比為60∶40的7.5 mmo L·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0)和甲醇的混合溶液;等度洗脫。

1.3 試驗(yàn)方法

按照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》、GB/T 23296.1－2009《塑料中物質(zhì)向食品及食品模擬物特定遷移試驗(yàn)和含量測(cè)定方法以及食品模擬物暴露條件選擇的指南》,以4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液、50%乙醇溶液和橄欖油作為測(cè)定特定遷移量的食品模擬液進(jìn)行遷移試驗(yàn),遷移溫度為70 ℃,遷移時(shí)間為2 h。遷移試驗(yàn)完成后,取1.0～2.0 mL 溶液,用0.22μm 濾膜過濾后,按照儀器工作條件測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測(cè)波長的選擇

在190～800 nm 內(nèi)對(duì)對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸和鄰苯二甲酸進(jìn)行光譜掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn),對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸和鄰苯二甲酸的最大吸收波長分別在240,230,230 nm 處。結(jié)合文獻(xiàn)[8],試驗(yàn)選用的檢測(cè)波長為230 nm。

2.2 色譜柱的選擇

試驗(yàn)比較了Diamonsil C18(250 mm×4.6 mm,5μm)、Inertsil C30(250 mm×4.6 mm,3μm)、ShimSen-VD C30(250 mm×4.6 mm,5μm)等3種色譜柱對(duì)鄰苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸的分離效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn):采用Diamonsil C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)得到的目標(biāo)化合物的拖尾現(xiàn)象比較嚴(yán)重,這與文獻(xiàn)[8]報(bào)道的結(jié)果一致;采用Inertsil C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)和ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm)時(shí),3種物質(zhì)都達(dá)到基線分離,但前者得到的目標(biāo)化合物的色譜峰峰形不如后者的,試驗(yàn)選擇ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm)進(jìn)行后續(xù)分析。

2.3 流動(dòng)相體積比的選擇

通常采用緩沖溶液-甲醇體系作為流動(dòng)相分離苯二甲酸的同分異構(gòu)體[8-9,11],試驗(yàn)選擇甲醇和7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液的混合溶液(pH 3.0)作為流動(dòng)相。

為使目標(biāo)化合物達(dá)到基線分離,試驗(yàn)考察了7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0,記作流動(dòng)相A)和甲醇(記作流動(dòng)相B)的體積比分別為70∶30、60∶40、50∶50、40∶60時(shí)對(duì)3種苯二甲酸同分異構(gòu)體分離效果的影響,所得的色譜分離結(jié)果見圖1。

圖1 不同流動(dòng)相體積比下的色譜圖Fig.1 Chromatograms at the different volume ratios of the mobile phases A and B

由圖1可知:甲醇的體積分?jǐn)?shù)越大,3種苯二甲酸同分異構(gòu)體的保留時(shí)間越短;當(dāng)甲醇的體積分?jǐn)?shù)高于50%時(shí),這3種化合物的分離度開始變差;當(dāng)甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí),三者不能實(shí)現(xiàn)基線分離;當(dāng)甲醇體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí),目標(biāo)化合物的峰形及保留時(shí)間均明顯好于其他體積分?jǐn)?shù)下的,因此,試驗(yàn)選擇體積比為60∶40的7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0)和甲醇的混合溶液進(jìn)行等度洗脫。

2.4 流動(dòng)相流量的選擇

試驗(yàn)還考察了流動(dòng)相的流量分別為0.2,0.3,0.4,0.5 mL·min－1時(shí)對(duì)3種苯二甲酸同分異構(gòu)體分離效果的影響,結(jié)果見圖2。

由圖2可知:隨著流動(dòng)相流量的增加,目標(biāo)化合物保留時(shí)間逐漸縮短,峰形也變得更加尖銳,但3種目標(biāo)化合物均可實(shí)現(xiàn)基線分離?？紤]到流動(dòng)相流量高于0.5 mL·min－1時(shí)柱壓偏大,故試驗(yàn)選擇流動(dòng)相流量為0.5 mL·min－1。

圖2 不同流量下的色譜圖Fig.2 Chromatograms at the different flow rates

2.5 流動(dòng)相酸度的選擇

由于目標(biāo)化合物均為弱酸性有機(jī)物,流動(dòng)相酸度對(duì)其色譜分離度和保留時(shí)間均有較大影響,因此,試驗(yàn)考察了7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液的pH 分別為2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0 時(shí)對(duì)3種苯二甲酸同分異構(gòu)體分離效果的影響,結(jié)果見圖3。

由圖3可知:隨著pH 增大,3種苯二甲酸同分異構(gòu)體的保留時(shí)間逐漸縮短,其中間苯二甲酸的縮短幅度最大;當(dāng)pH 大于3.5時(shí),這3種化合物的出峰順序發(fā)生了變化,三者之間分離度變差。考慮到ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm)的酸度適用范圍(pH 2.0～8.0)和使用壽命,試驗(yàn)選擇7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液的p H為3.0。

圖3 不同酸度下的色譜圖Fig.3 Chromatograms at different acidities

2.6 緩沖溶液中磷酸二氫鉀濃度的選擇

試驗(yàn)考察了緩沖溶液中磷酸二氫鉀濃度分別為1.0,2.5,5.0,7.5,10.0 mmo L·L－1時(shí)對(duì)鄰苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸分離效果的影響,結(jié)果見圖4。

由圖4可知:隨著磷酸二氫鉀濃度的增加,3種苯二甲酸同分異構(gòu)體的保留時(shí)間逐漸縮短,其中鄰苯二甲酸縮短幅度最大;但磷酸二氫鉀濃度越低,鄰苯二甲酸的色譜峰拖尾現(xiàn)象越明顯;當(dāng)磷酸二氫鉀的濃度不低于7.5 mmo L·L－1時(shí),這3種化合物的峰形、分離度和保留時(shí)間均較為理想?？紤]到過高的鹽濃度會(huì)增加色譜儀管路堵塞的風(fēng)險(xiǎn)和降低色譜柱使用壽命,試驗(yàn)選擇緩沖溶液中磷酸二氫鉀的濃度為7.5 mmo L·L－1。

圖4 不同磷酸二氫鉀濃度下的色譜圖Fig.4 Chromatograms at different concentrations of KH2PO4

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限與測(cè)定下限

按照儀器工作條件對(duì)酸性、醇類和橄欖油食品模擬液匹配混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定,以間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸與鄰苯二甲酸的質(zhì)量濃度之比為橫坐標(biāo),其對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值之比為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,這2種化合物的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍均為0.5～15.0 mg·L－1,其他線性參數(shù)見表1。

以3倍、10倍信噪比(S/N)計(jì)算方法的檢出限(3S/N)和測(cè)定下限(10S/N),結(jié)果見表1。

由表1可知:2種目標(biāo)化合物檢出限和測(cè)定下限分別為0.03～0.07 mg·L－1與0.10～0.23 mg·L－1。

表1 線性參數(shù)、檢出限與測(cè)定下限Tab.1 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.8 精密度和回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)PET 樣品進(jìn)行3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)濃度水平平行測(cè)定6次,回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)結(jié)果見表2。

由表2可知:對(duì)苯二甲酸的回收率為92.4%～106%,RSD 為0.19%～4.6%;間苯二甲酸的回收率為92.4%～105%,RSD 為0.17%～5.0%。說明該方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度,可用于食品接觸材料中間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸的日常分析測(cè)定。

表2 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝6)Tab.2 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

2.9 樣品分析

按照試驗(yàn)方法分析了5個(gè)PET 材質(zhì)樣品,均未檢出對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸遷移。

本工作建立了超高效液相色譜法測(cè)定5種食品模擬液中對(duì)苯二甲酸與間苯二甲酸的特定遷移量的方法。該方法精密度和準(zhǔn)確度均較好,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,可為我國相關(guān)部門的監(jiān)管工作提供技術(shù)支持和方法依據(jù)。