食品接觸材料中9種有機(jī)錫的檢測(cè)

錢 沖，張 梅,2，勾新磊，白 云，劉偉麗,2，高 峽,2，胡光輝,2，*

(1.北京市理化分析測(cè)試中心 有機(jī)材料檢測(cè)技術(shù)與質(zhì)量評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100089;2.北京市科學(xué)技術(shù)研究院 分析測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100089)

有機(jī)錫是一類廣泛應(yīng)用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)的有機(jī)金屬化合物，含有一個(gè)碳錫共價(jià)鍵，通式為RnSnX4-n(n=1～4)，R為烷基或芳香基，X為無機(jī)或有機(jī)酸根、鹵素等[1]。有機(jī)錫作為聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)材料的熱穩(wěn)定劑和光穩(wěn)定劑，在提供優(yōu)異的加工穩(wěn)定性、耐候性的同時(shí)，賦予產(chǎn)品極高的透明性，盡管價(jià)格較高，仍然從眾多穩(wěn)定劑中脫穎而出，得到廣泛應(yīng)用。小分子加工助劑的遷移是食品接觸材料安全的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從成本、環(huán)保和安全方面考慮，未來有機(jī)錫穩(wěn)定劑產(chǎn)品的開發(fā)可向高分子量和多成分復(fù)合的方向發(fā)展[2]。隨著新型復(fù)合材料、合金塑料、合金橡膠等產(chǎn)品的開發(fā)，在包裝盒、盛放容器、輸送管等食品接觸材料方面有很大的應(yīng)用空間，這增加了有機(jī)錫穩(wěn)定劑成分在除PVC以外的材料中與食品接觸的可能性。

有機(jī)錫屬于內(nèi)分泌干擾物，長期接觸或攝入一定量后，會(huì)對(duì)哺乳動(dòng)物的代謝系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)造成損害，對(duì)肝臟、腎臟、肺、脂肪等器官和組織造成損傷[3-5]，其毒性大小與形態(tài)有關(guān)，如三丁基錫、三苯基錫的毒性要大于相應(yīng)的一烴基錫和二烴基錫。20世紀(jì)80年代以來人們逐漸意識(shí)到了有機(jī)錫的毒性和危害，對(duì)此，各國也相繼出臺(tái)了相應(yīng)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)來限制其使用[6]。目前，關(guān)于有機(jī)錫的分析檢測(cè)主要集中在紡織品、皮革制品、環(huán)境樣品、食品和塑料制品等領(lǐng)域。在塑料制品方面，關(guān)于食品包裝材料中有機(jī)錫的測(cè)定多集中在聚氯乙烯中[7]。

目前，國內(nèi)外關(guān)于有機(jī)錫的檢測(cè)方法主要有氣相色譜法(gas chromatography,GC)[8]、氣相色譜-質(zhì)譜法(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)[9]、高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)[10]、液相色譜-質(zhì)譜法(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)[11]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma-mass spectrometry,ICP-MS)[12]和液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry,HPLC-ICP-MS)[13]等。上述方法中GC、HPLC的靈敏度低，基質(zhì)干擾大；ICP-MS只能測(cè)定有機(jī)錫總量，不能對(duì)有機(jī)錫形態(tài)進(jìn)行分析；LC-MS和HPLC-ICP-MS對(duì)有機(jī)錫的分離效果不佳，且儀器昂貴，運(yùn)行成本高；GC-MS因具有靈敏度高，基質(zhì)干擾小，分析速度快和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于有機(jī)錫的分析檢測(cè)。我國2014年發(fā)布的SN/T 3938—2014《食品接觸材料 高分子材料 有機(jī)錫的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》中規(guī)定了4種有機(jī)錫的測(cè)定方法，已遠(yuǎn)不能滿足產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)的需要，必須建立涵蓋當(dāng)前大多數(shù)有機(jī)錫穩(wěn)定劑成分的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法。本研究探索了不同用途食品接觸材料中有機(jī)錫的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析方法，對(duì)衍生化條件和檢測(cè)條件進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)還增加了有機(jī)錫的檢測(cè)種類，在原標(biāo)準(zhǔn)4種：二丁基二氯化錫(dibutyltin dichloride,DBT)、三丁基氯化錫(tributyltin chloride,TBT)、二辛基二氯化錫(dioctyltin dichloride,DOT)、三苯基氯化錫(triphenyltin chloride,TPhT)的基礎(chǔ)上增加至9種，新增：?jiǎn)味』然a(monobutyltin trichloride,MBT)、三丁基氧化錫(tributyltin oxide,TBTO)、乙辛基三氯化錫(mono-n-octyltin trichloride,MOT)、四丁基錫(tetrabutyltin,TeBT)、三環(huán)己基氯化錫(tricyclohexyltin chloride,TCyT)，增加了方法的通用性，希望能為食品接觸材料中有機(jī)錫的檢測(cè)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

GCMS-TQ8040型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津公司；離心機(jī)，日本日立公司；XPE105電子天平，瑞士梅特勒公司；F-72pH計(jì)，日本堀場(chǎng)公司。

MBT、DBT、TBTO、TBT、MOT、TeBT、DOT、TPhT、TCyT，標(biāo)準(zhǔn)品，均購自德國 Dr.Ehrenstorfer公司。

四氫呋喃、甲醇、正己烷，色譜純，美國賽默飛世爾公司；冰乙酸，色譜純，美國阿拉丁公司；無水硫酸鈉、三水合乙酸鈉，分析純，國藥試劑公司；四乙基硼化鈉，分析純，美國Strem Chemicals公司。

實(shí)測(cè)食品接觸材料的保鮮膜(PVC)、保溫袋內(nèi)膜(polyvinyl chloride/ethylene vinyl acetate copolymer,PVC/EVA)、餐墊(PVC)、餃子冰箱收納盒(PVC)均購自超市。

1.2 檢測(cè)條件

1.2.1氣相色譜條件

DB-5MS型毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度280 ℃；進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量為1.0 μL。柱箱升溫程序：初始溫度50 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至200 ℃，再以20 ℃/min升至250 ℃，保持5 min，再以20 ℃/min升至300 ℃，保持4 min。載氣為高純He；柱流量為1.0 mL/min，恒線速度控制。

1.2.2質(zhì)譜條件

離子源為電子轟擊源(electron impact ion source,EI)，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；質(zhì)譜接口溫度300 ℃。溶劑延遲時(shí)間6 min；掃描方式為全掃描(SCAN)模式(m/z50～800)和分段選擇離子監(jiān)測(cè)(selective ion monitoring,SIM)模式，SIM模式條件參數(shù)見表1。

表1 9種有機(jī)錫質(zhì)譜檢測(cè)時(shí)SIM條件參數(shù)Tab.1 SIM parameters of MS detection of 9 kinds of organotins

1.3 溶液配制

1.3.1標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液配制

分別準(zhǔn)確稱取9種有機(jī)錫標(biāo)準(zhǔn)品適量，用甲醇配制成質(zhì)量濃度為1 g/L的單組分標(biāo)準(zhǔn)溶液。取上述單組分標(biāo)準(zhǔn)溶液各1 mL至同一10 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，配制成質(zhì)量濃度為100 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制

取混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液適量，用甲醇逐級(jí)稀釋至質(zhì)量濃度分別為10、20、50、100、200、1 000、2 000 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3.3乙酸-乙酸鈉緩沖溶液配制

精確稱取 136.08 g三水合乙酸鈉置于燒杯中，加水至接近1 L，攪拌至完全溶解，用冰乙酸調(diào)pH值至4.75，再加水定容至1 L，配制成1 mol/L乙酸-乙酸鈉緩沖溶液。

1.3.4四乙基硼化鈉溶液配制

快速稱取0.2 g的四乙基硼化鈉置于10 mL棕色容量瓶中，加水溶解并定容至刻度，即得質(zhì)量濃度為0.02 g/mL的衍生化溶液，現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.4 前處理方法

1.4.1樣品前處理

將樣品剪成4 mm×4 mm以下的小塊，混合均勻，稱取0.5 g樣品于50 mL離心管中加入5 mL四氫呋喃，超聲處理至樣品充分溶解，緩慢滴入10 mL甲醇使聚合物沉淀，離心，將上清液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中。再分別用2 mL甲醇洗滌沉淀物3次，合并上清液，用甲醇定容并混合均勻。

1.4.2衍生化處理

取5 mL上清液于20 mL頂空瓶中，加入2.5 mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液和2 mL四乙基硼化鈉溶液，混勻后超聲處理30 min，再準(zhǔn)確加入1 mL正己烷，渦旋混合后靜置分層，取上層有機(jī)相，加入適量無水硫酸鈉脫水，上機(jī)待測(cè)。

取5 mL標(biāo)準(zhǔn)工作溶液于20 mL頂空瓶中，按照同樣步驟進(jìn)行衍生化處理。

1.5 方法線性范圍與檢出限和定量限的確定

參照《中華人民共和國藥典》的四部通則中9101分析方法驗(yàn)證指導(dǎo)原則，以有機(jī)錫衍生物的定量離子峰面積為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)行線性回歸計(jì)算，以3倍信噪比(S/N=3)確定方法檢出限，10倍信噪比(S/N=10)確定方法定量限。

1.6 方法進(jìn)樣精密度的確定

采用本方法連續(xù)測(cè)定濃度為1 000 μg/L有機(jī)錫混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液6次，取有機(jī)錫衍生物定量離子峰面積的RSD值考察方法進(jìn)樣精密度。

1.7 方法中間精密度的確定

按1.4.1節(jié)處理保鮮膜樣品，在樣品前處理過程中加入有機(jī)錫混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成濃度為100 μg/L的保鮮膜加標(biāo)樣品，采用不同時(shí)間、不同實(shí)驗(yàn)人員12次檢測(cè)結(jié)果的RSD值來考察方法中間精密度。

1.8 方法耐用性的確定

考察實(shí)驗(yàn)條件的波動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，參照1.7節(jié)配制濃度為1 000 μg/L的保鮮膜加標(biāo)樣品，分別在初始條件、初始柱溫±5 ℃、升溫速率±2 ℃/min、柱流量±0.1 mL/min的條件下進(jìn)行檢測(cè)，采用各條件下有機(jī)錫檢測(cè)結(jié)果的RSD值考察方法耐用性。

1.9 實(shí)際樣品的檢測(cè)與方法加標(biāo)回收率和重復(fù)性的確定

采用本方法對(duì)4種市售不同用途的食品接觸材料進(jìn)行檢測(cè)，這些樣品為PVC材質(zhì)或含有PVC的塑料，如保鮮膜、保溫袋內(nèi)膜、餐墊、餃子冰箱收納盒等。參照1.7節(jié)配制質(zhì)量濃度為100、1 000、2 000 μg/L低、中、高濃度的保鮮膜加標(biāo)樣品，每個(gè)加標(biāo)濃度平行配制6份來考察方法加標(biāo)回收率，采用加標(biāo)回收率檢測(cè)結(jié)果的RSD值考察方法重復(fù)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 衍生化條件優(yōu)化

由于有機(jī)錫不易揮發(fā)，需進(jìn)行衍生化將其轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的衍生產(chǎn)物后再進(jìn)行GC-MS分析。目前，關(guān)于有機(jī)錫衍生化的方法主要有氫化衍生法、格林試劑烷基化衍生法和四乙基硼化鈉烷基化衍生法。氫化衍生化法是在酸性條件下，利用氫化反應(yīng)將有機(jī)錫轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氫化衍生產(chǎn)物，其缺點(diǎn)在于衍生產(chǎn)物穩(wěn)定性差；格林試劑衍生法對(duì)反應(yīng)條件要求苛刻，需在嚴(yán)格無水與不帶活潑氫離子的非極性溶劑中進(jìn)行，操作過程煩瑣，會(huì)產(chǎn)生有害氣體，而且還需分解過量的衍生化試劑后，才能進(jìn)行目標(biāo)物提取操作；相比之下，四乙基硼化鈉衍生法衍生產(chǎn)物穩(wěn)定，可在水溶液中直接進(jìn)行，反應(yīng)過程容易控制，無需分解過量的衍生試劑。因此，本方法選擇四乙基硼化鈉作為衍生化試劑，通過四乙基硼化鈉上的乙基取代有機(jī)錫上的氯原子，生成相應(yīng)的烷基錫來改善目標(biāo)物的揮發(fā)性，實(shí)現(xiàn)GC-MS對(duì)有機(jī)錫的定性、定量分析。

2.2 檢測(cè)條件優(yōu)化

2.2.1采集掃描方式

本方法采取恒線速度控制模式，采用SCAN模式對(duì)有機(jī)錫衍生物進(jìn)行定性分析，確定其保留時(shí)間和主要碎片離子。為了降低基質(zhì)效應(yīng)，減小各有機(jī)錫衍生物間的相互干擾，提高檢測(cè)靈敏度，本方法根據(jù)SCAN譜圖中目標(biāo)成分色譜峰的特征碎片離子，設(shè)計(jì)了分段SIM采集模式，將采集時(shí)間共分成了6段，減少同一時(shí)間段內(nèi)采集的離子數(shù)量，圖1為9種有機(jī)錫衍生物在分段SIM模式下的總離子流圖。

圖1 9種有機(jī)錫衍生物SIM模式總離子流Fig.1 Total ion chromatogram of 9 kinds of organotins derivatives of SIM mode

因?yàn)門BTO和TBT的四乙基硼化鈉衍生物均為三丁基乙基錫，從TBTO和TBT衍生物的SCAN譜圖來看，二者的保留時(shí)間和質(zhì)譜圖完全相同，不能被分離開，因此該方法不能單獨(dú)測(cè)定TBTO和TBT的含量。TBTO和TBT衍生物的質(zhì)譜圖見圖2、圖3。

圖2 TBTO的四乙基硼化鈉衍生物質(zhì)譜Fig.2 Mass spectrogram of TBTO derivative by sodium tetraethyl boride

圖3 TBT的四乙基硼化鈉衍生物質(zhì)譜Fig.3 Mass spectrogram of TBT derivative by sodium tetraethyl boride

2.2.2定性和定量離子的選擇

根據(jù)各有機(jī)錫衍生物質(zhì)譜圖主要碎片離子的分布，選擇質(zhì)荷比大、豐度高、干擾小的特征碎片離子作為定性、定量離子，各有機(jī)錫衍生物的定性、定量離子、豐度比及保留時(shí)間見表2。

表2 9種有機(jī)錫檢測(cè)方法的保留時(shí)間和定性、定量離子及豐度比Tab.2 Retention time,qualitative ions,quantitative ions and ions abundance ratios of 9 kinds of organotins determination method

采用設(shè)定的分段SIM模式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行分析，結(jié)果表明，各有機(jī)錫衍生物選擇離子流圖峰形和響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度均良好。

2.3 方法線性范圍與檢出限和定量限分析

以有機(jī)錫衍生物的定量離子峰面積為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)行線性回歸計(jì)算，以3倍信噪比(S/N=3)確定方法檢出限，10倍信噪比(S/N=10)確定方法定量限。結(jié)果見表3，有機(jī)錫在質(zhì)量濃度10～2 000 μg/L范圍內(nèi)，線性關(guān)系均良好，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 3～0.999 5，方法檢出限與定量限測(cè)定結(jié)果為5～20 μg/kg和15～71 μg/kg。

表3 9種有機(jī)錫檢測(cè)方法的線性方程、線性相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限Tab.3 Linear equations,correlation coefficients,limits of detection and quantification of 9 kinds of organotins determination method

2.4 方法進(jìn)樣精密度分析

采用本方法連續(xù)測(cè)定濃度為1 000 μg/L有機(jī)錫混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液6次，取有機(jī)錫衍生物定量離子峰面積的RSD值考察方法進(jìn)樣精密度，結(jié)果見表4，各有機(jī)錫衍生物的RSD值為1.07%～1.82%，表明本方法進(jìn)樣精密度良好。

表4 9種有機(jī)錫檢測(cè)方法的進(jìn)樣精密度檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Results of injection precisions of 9 kinds of organotins determination method

2.5 方法中間精密度分析

按1.4.1節(jié)處理保鮮膜樣品，在樣品前處理過程中加入有機(jī)錫混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成濃度為100 μg/L的保鮮膜加標(biāo)樣品來考察方法中間精密度。不同時(shí)間、不同實(shí)驗(yàn)人員12次測(cè)定結(jié)果見表5，各有機(jī)錫含量檢測(cè)結(jié)果的RSD值為1.52%～2.65%，表明本方法中間精密度良好。

表5 9種有機(jī)錫檢測(cè)方法的中間精密度檢測(cè)結(jié)果Tab.5 Results of intermediate precisions of 9 kinds of organotins determination method μg/L

2.6 方法耐用性分析

考察實(shí)驗(yàn)條件的波動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，參照1.7節(jié)配制質(zhì)量濃度為1 000 μg/L的保鮮膜加標(biāo)樣品，分別在初始條件、初始柱溫±5℃、升溫速率±2 ℃/min、柱流量±0.1 mL/min的條件下進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算各有機(jī)錫的含量。結(jié)果見表6，各有機(jī)錫檢測(cè)結(jié)果的RSD值為1.51%～2.22%，表明本方法耐用性良好，實(shí)驗(yàn)條件的適當(dāng)波動(dòng)不會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成太大影響。

表6 9種有機(jī)錫檢測(cè)方法的耐用性檢測(cè)結(jié)果Tab.6 Results of durability of 9 kinds of organotins determination method μg/L

2.7 實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果與方法加標(biāo)回收率和重復(fù)性

選擇4種市售不同用途的食品接觸材料，這些樣品為PVC材質(zhì)或含有PVC的塑料，如保鮮膜、保溫袋內(nèi)膜、餐墊、餃子冰箱收納盒等作為研究對(duì)象，應(yīng)用該方法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表7。檢測(cè)結(jié)果顯示這4種食品接觸材料中均不含有待測(cè)的9種有機(jī)錫成分。參照1.7節(jié)配制質(zhì)量濃度為100、1 000、2 000 μg/L低、中、高濃度的保鮮膜加標(biāo)樣品，每個(gè)加標(biāo)濃度平行配制6份，采用本方法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表8。9種有機(jī)錫的加標(biāo)回收率為85.93%～117.39%，對(duì)應(yīng)的RSD值為1.12%～1.97%，本方法加標(biāo)回收率和重復(fù)性良好。

表7 4種市售食品接觸材料中有機(jī)錫檢測(cè)結(jié)果Tab.7 Results of organotins in 4 kinds of commercial food contact materials μg/kg

表8 9種有機(jī)錫檢測(cè)方法的加標(biāo)回收率和重復(fù)性Tab.8 Recoveries and repeatability of 9 kinds of organotins determination method %

3 結(jié) 論

本研究建立了GC-MS同時(shí)測(cè)定食品接觸材料中9種有機(jī)錫的方法，溶解沉降前處理方法使目標(biāo)成分的提取更加完全，對(duì)衍生化條件和檢測(cè)條件的優(yōu)化提高了檢測(cè)靈敏度，同時(shí)還增加了有機(jī)錫的檢測(cè)種類，在SN/T 3938—2014《食品接觸材料 高分子材料 有機(jī)錫的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》檢測(cè)4種有機(jī)錫(DBT、TBT、DOT、TPhT)的基礎(chǔ)上增加至9種(新增：MBT、TBTO、MOT、TeBT、TCyT)，大大增加了方法的通用性。本研究對(duì)該方法進(jìn)行了多項(xiàng)方法學(xué)驗(yàn)證，各驗(yàn)證項(xiàng)目均取得了滿意的結(jié)果；對(duì)4種市售不同用途的食品接觸材料(保鮮膜、保溫袋內(nèi)膜、餐墊、餃子冰箱收納盒)進(jìn)行了檢測(cè)，均未檢出9種有機(jī)錫成分。該方法靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、結(jié)果可靠、通用性強(qiáng)，可用于食品接觸材料中9種有機(jī)錫的同時(shí)檢測(cè)，有利于在檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室推廣使用。