食品接觸材料及制品中Cr(Ⅵ)遷移量的測定

張寧，孫曉飛，蘇明明，王秋艷

(大連海關(guān)技術(shù)中心，遼寧 大連 116001)

鉻元素在自然界通常以三價鉻[Cr(Ⅲ)]和六價鉻[Cr(Ⅵ)]兩種形態(tài)存在。Cr(Ⅲ)主要生理功能是作為葡萄糖耐受因子的組成成分，可以激活胰島素、促進(jìn)膽固醇和脂肪酸的形成[1]；Cr(Ⅵ)不僅會造成DNA、RNA的損傷[2]，且具有致癌性[3-7]，是國際上公認(rèn)的一種強(qiáng)致癌物[8]。歐洲各國家對食品包裝材料的 Cr(Ⅵ)含量均有明確要求[9-10]。我國的GB/T 10004—2008中規(guī)定食品用包裝塑料和塑料復(fù)合膜、袋中Pb、Cd、Hg和Cr(Ⅵ)的總量<80 mg/kg[11]；GB 4806.10—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用涂料及涂層》對聚四氟乙烯類涂料涂層的Cr(Ⅵ)特定遷移量限量為0.01 mg/kg[12]。但目前為止，國內(nèi)尚未有針對食品接觸材料及制品Cr(Ⅵ)的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

1 實(shí)驗部分

1.1 材料與儀器

硝酸、氨水均為優(yōu)級純；乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na·2H2O)，分析純；Cr(Ⅵ) 單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液 1 000 mg/L、Cr(Ⅲ)單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 mg/L均由國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供；除非另有說明，實(shí)驗用水為一級水，由德國賽多利斯comfort Ⅱ超純水系統(tǒng)制備。

1260 InfinityⅡ 高效液相色譜儀；7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；PHS-3C pH計。

1.2 儀器操作條件

1.2.1 液相色譜分離條件 色譜柱為安捷倫Bio-Wax陰離子交換柱(50 mm×4.6 mm×5 μm)，流動相0.07 mol/L硝酸，用氨水將pH調(diào)至7.2，流速 0.6 mL/min，柱溫為常溫，進(jìn)樣量100 μL。

1.2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀條件 載氣為氬氣(Ar)，純度≥99.99%或液氬，碰撞氣為氦氣(He)，純度≥99.995%，積分時間0.8 s，射頻功率 1 550 W，霧化器為同心霧化器，載氣流速1.06 L/min，碰撞氣流速4.3 mL/min，采樣深度10.0 mm。

1.3 實(shí)驗方法

試樣在遷移實(shí)驗預(yù)處理過程前，用去離子水清洗2～3次，自然晾干。炊飲具用涂層制品的遷移模擬條件為“蒸餾水，煮沸0.5 h，再室溫放置24 h”；其他涂層制品、紙制品、塑料制品的遷移模擬條件為“蒸餾水，60 ℃，2 h”。

稱取10 g(精確至0.01 g)遷移實(shí)驗得到的食品模擬物，加入10 mL 0.1 mol/L EDTA-2Na溶液，用氨水(1+4)將pH調(diào)至7.2，50 ℃水浴中加熱 60 min 后，移入100 mL容量瓶中，用水定容至刻度。過 0.45 μm 濾膜后上機(jī)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 食品模擬物的選擇

為了簡化遷移實(shí)驗的模擬條件，國際上通常將模擬物劃分為非酸性、酸性、含酒精和油性四類[13]。由于Cr(Ⅵ)的水溶性良好，適合用水溶液提取[14]。本研究分別以蒸餾水和4%(體積分?jǐn)?shù))乙酸作為食品模擬物，按照確定的兩種處理方式，進(jìn)行6個水平的加標(biāo)實(shí)驗，考察Cr(Ⅵ)在不同食品模擬物中的遷移回收率，結(jié)果見圖1。

圖1 不同模擬條件下Cr(Ⅵ)的回收率

由圖1可知，在蒸餾水條件下，Cr(Ⅵ)的回收率為82.9%～103.5%，而在4%(體積分?jǐn)?shù))乙酸條件下，Cr(Ⅵ)的回收率僅為47.1%～68.8%。這是因為在酸性條件下，Cr(Ⅵ)易被還原成Cr(Ⅲ)[15]，導(dǎo)致回收率偏低。因此，確定食品模擬物為蒸餾水。

2.2 絡(luò)合條件的確定

實(shí)際檢測樣品中，Cr(Ⅲ)是Cr(Ⅵ)測定過程中最主要的干擾物，因此通過Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察EDTA濃度、絡(luò)合溫度、絡(luò)合時間對二者色譜峰分離度的影響，正交實(shí)驗結(jié)果見表1。

表1 正交實(shí)驗結(jié)果

由表1可知，各因素對分離度的影響從大到小依次為EDTA濃度>絡(luò)合溫度>絡(luò)合時間；最佳絡(luò)合條件為A3B3C2，即EDTA濃度10 mmol/L，絡(luò)合溫度 50 ℃，絡(luò)合時間60 min。

2.3 pH條件的確定

Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)在一定的pH條件下可以相互轉(zhuǎn)化。酸性條件下，Cr(Ⅵ)易被還原為Cr(Ⅲ)，導(dǎo)致回收率降低；堿性條件下，Cr(Ⅲ)易水解產(chǎn)生沉淀[16-17]。Cr(Ⅵ)保留時間隨著pH的升高而減小，會降低 Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和Cr(Ⅵ)的分離度。pH在 6～8 之間時，Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)相對穩(wěn)定。分別考察了pH為 6.5，7.2和7.9時，Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和 Cr(Ⅵ)的保留時間和分離情況，見表2。

表2 Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和Cr(Ⅵ)在不同pH條件下的保留時間和峰面積

綜合上述情況，確定處理液和流動相的pH 為7.2。

2.4 流動相濃度的確定

本研究配制了 0.05，0.07，0.09，0.12，0.15 mol/L 不同濃度硝酸銨的流動相，pH均調(diào)整為7.2，考察Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和Cr(Ⅵ)的色譜峰分離度，結(jié)果見表3。

表3 Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和Cr(Ⅵ)在不同流動相濃度條件下的色譜峰分離度

由表3可知，不同濃度的流動相對Cr(Ⅵ)峰面積影響很小，但隨著濃度增大，Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和 Cr(Ⅵ)分離度逐漸縮小，峰寬逐漸減小。因為在測定Cr(Ⅵ)過程中，Cr(Ⅲ)是主要的干擾物，有時 Cr(Ⅲ)濃度會大大高于Cr(Ⅵ)。為保證二者有足夠的分離度，且峰形良好，確定流動相的濃度為 0.07 mol/L。Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和Cr(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖見圖2。

圖2 Cr(Ⅲ)絡(luò)合物和Cr(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

2.5 線性范圍與檢出限

按上述方法，在優(yōu)化條件下采用本方法分別對0.5，2.0，5.0，10.0，20.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，以質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo)，峰面積(y)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖3。

圖3 Cr(Ⅵ)線性相關(guān)曲線

由圖3可知，在0 ～ 20.0 μg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。以色譜峰信噪比(S/N)為3時，對應(yīng)的濃度計算檢出限(LOD)為0.3 μg/kg，S/N為10時對應(yīng)的濃度計算定量限(LOQ)為 1.0 μg/kg。根據(jù)我國GB 4806.10—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用涂料及涂層》對聚四氟乙烯類不粘涂層的Cr(Ⅵ)遷移量要求不高于 0.01 mg/kg，本方法完全能夠滿足檢測需求。

2.6 加標(biāo)回收率與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

在5個空白樣品中，分別添加1，5，10，100 μg/kg 的Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照本方法進(jìn)行測定。每個樣品重復(fù)測定9次，結(jié)果見表4。

表4 添加回收實(shí)驗結(jié)果(n=9)

由表4可知，4個加標(biāo)水平下Cr(Ⅵ)回收率為75.3%～113.1%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%～9.8%。

2.7 實(shí)際樣品檢測

按照上述方法對涂層類、塑料、紙質(zhì)的15批次實(shí)際樣品進(jìn)行測定，結(jié)果見表5。

表5 樣品中Cr(Ⅵ)遷移量檢測結(jié)果

由表5可知，其中7批次樣品Cr(Ⅵ)遷移量檢出，含量為6.5 ～ 178.6 μg/kg。

2.8 驗證實(shí)驗

為驗證方法的準(zhǔn)確性，向8個驗證實(shí)驗室發(fā)送 5種陽性樣品，每種驗證樣品依照本方法進(jìn)行6次平行測試，根據(jù)GB/T 6379.2[18]對測試結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性和再現(xiàn)性分析，結(jié)果見表6。

表6 驗證實(shí)驗結(jié)果及統(tǒng)計分析

由表6可知，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差(sr)為1.47～ 6.31 μg/kg，變異系數(shù)(CVr)為2.7%～5.3%；再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差(sR)為1.62～7.75 μg/kg，變異系數(shù)(CVR)為4.4%～6.8%，表明該方法具有較好的精密度。

3 結(jié)論

采用高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用技術(shù)，以塑料、紙、涂料涂層食品接觸材料為研究對象，進(jìn)行食品模擬物遷移實(shí)驗。通過對食品模擬物種類、試樣絡(luò)合條件、色譜分離條件的優(yōu)化，建立了食品接觸材料及制品中可遷移的檢測方法。該方法的回收率和精密度可靠，檢出限滿足國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)需求，在食品接觸材料及制品的檢測和監(jiān)管領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。