GC-MS/MS法測(cè)定食品接觸用硅橡膠制品中6種環(huán)硅氧烷遷移量

葛丹陽(yáng), 劉桂華, 姜 歡, 祝雨筱, 商貴芹, 羅世鵬, 胡長(zhǎng)鷹*

（1. 暨南大學(xué) 食品科學(xué)與工程系, 廣東 廣州 510632；2. 常州工業(yè)及消費(fèi)品檢驗(yàn)有限公司, 江蘇 常州 213000；3. 南京海關(guān)危險(xiǎn)貨物與包裝檢測(cè)中心, 江蘇 常州 213000；4. 江蘇理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 江蘇 常州 213000）

硅橡膠因其良好的物理化學(xué)性能, 已成為一種應(yīng)用廣泛的食品接觸材料。然而, 硅橡膠在聚合過(guò)程中由于不完全硫化產(chǎn)生環(huán)硅氧烷, 其可以遷移到食品中, 進(jìn)而影響食品安全[1］。目前國(guó)內(nèi)外尚未制定環(huán)硅氧烷的遷移限量, 但由于這些物質(zhì)在食品接觸材料領(lǐng)域?qū)儆诜怯幸馓砑游铮∟on intentionally added substances, NIAS）[2］, 有必要對(duì)其遷移風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)或管控。

研究表明, 環(huán)硅氧烷會(huì)影響環(huán)境[3］和生物體[4-5］。揮發(fā)性環(huán)硅氧烷也可釋放到大氣或沼氣池中進(jìn)一步在鳥類[6］和魚類[7］等生物體中富集。長(zhǎng)期暴露于八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）和十甲基環(huán)五硅氧烷（D5）中可損傷大鼠的生殖系統(tǒng), 縮短其衰老周期, 從而加速其衰老[8］。D4、D5和十二甲基環(huán)六硅氧烷（D6）已于2018年6月被歐洲化學(xué)品管理局（ECHA）列入高度關(guān)注物質(zhì)（SVHC）候選名單。劉宜奇等[9］用毒理學(xué)關(guān)注閾值（TTC）法對(duì)環(huán)硅氧烷D4～D6進(jìn)行毒理學(xué)評(píng)估, 發(fā)現(xiàn)它們屬于CramerⅢ類物質(zhì), 表明此類物質(zhì)可能引起的食品安全風(fēng)險(xiǎn)需引起更多關(guān)注。

由于食品基質(zhì)復(fù)雜, 在對(duì)食品接觸材料中的目標(biāo)物進(jìn)行遷移風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí), 通常使用合適的食品模擬物代替食品進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)[10-12］。環(huán)硅氧烷屬于親脂類物質(zhì), 更易向油脂類食品模擬物或其替代溶劑遷移, 其中聚合度較低的環(huán)硅氧烷（如D4～D9）在發(fā)生遷移后, 相比于聚合度較高和分子量較大的環(huán)硅氧烷更容易進(jìn)入人體代謝, 因此開發(fā)環(huán)硅氧烷向油脂類食品模擬物和其替代溶劑中遷移量的檢測(cè)方法對(duì)于保障硅橡膠的食品安全至關(guān)重要。目前對(duì)于環(huán)硅氧烷最常見的檢測(cè)方法包括氣相色譜-質(zhì)譜法（GCMS）[13-16］和氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS）[17］, 其中GC-MS/MS法的分離效果更好、靈敏度更高。因此本研究基于GC-MS/MS建立了一種同時(shí)測(cè)定硅橡膠中6種環(huán)硅氧烷（D4～D9）向油脂類食品模擬物（50%乙醇）和常見的油脂類替代溶劑（95%乙醇和異辛烷）中遷移量的檢測(cè)方法, 以滿足市場(chǎng)上食品接觸用硅橡膠制品中D4～D9遷移量的檢測(cè)需要, 并利用建立的方法測(cè)定市場(chǎng)上用于食品接觸的硅橡膠制品中6種環(huán)硅氧烷在食品模擬物中的遷移情況, 為相關(guān)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與材料

丙酮、正己烷（色譜純, 上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）, 無(wú)水乙醇（常州大恒化工有限公司）。6種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：八甲基環(huán)四硅氧烷（D4, CAS號(hào)：556-67-2, 純度≥99. 9%, 壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司）；十甲基環(huán)五硅氧烷（D5, CAS號(hào)：541-02-6, 純度≥99. 0%, 薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司）；十二甲基環(huán)六硅氧烷（D6, CAS號(hào)：540-97-6, 純度≥97. 0%, 上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）；十四甲基環(huán)庚硅氧烷（D7, CAS號(hào)：107-50-6, 純度≥99. 6%, 壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司）；十六甲基環(huán)八硅氧烷（D8, CAS號(hào)：556-68-3, 純度≥96. 0%, 上海百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司）；十八甲基環(huán)壬硅氧烷（D9, CAS號(hào)：556-71-8, 純度≥98. 0%, 上海百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司）。

5 mL一次性注射器、0. 22μm尼龍針式過(guò)濾器、2 mL玻璃進(jìn)樣瓶（上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）。

38批次的硅橡膠樣品來(lái)源于電商平臺(tái)或線下供應(yīng)商。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 7890B-7000D氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent公司）；Milli-Q超純水純化系統(tǒng)（美國(guó)Millipore公司）；XS 204型電子天平（美國(guó)梅特勒托利多公司）；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海市新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；SIGMA 3-15通用型臺(tái)式高速離心機(jī)（北京博勵(lì)行儀器有限公司）；MVM-2500數(shù)顯型多管式漩渦混合器（上海泰坦科技股份有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 溶液配制標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（100 mg/L）：分別準(zhǔn)確稱取D4～D9的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各10. 0 mg于小燒杯中, 用丙酮溶解后轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶, 將小燒杯用少量丙酮清洗3次, 合并清洗液至容量瓶中, 以丙酮定容至刻度, 得到目標(biāo)物質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的單一標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。準(zhǔn)確移取上述標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各1 mL于10 mL容量瓶中, 用丙酮定容至刻度, 得到質(zhì)量濃度為100 mg/L的D4～D9混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液, 置于冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

50%乙醇標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：用丙酮將100 mg/L的D4～D9混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液進(jìn)行逐級(jí)稀釋, 得到目標(biāo)物質(zhì)量濃度為5、10、20、50、100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取上述各濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液100μL至10 mL容量瓶中, 用50%乙醇定容至刻度, 得到目標(biāo)物質(zhì)量濃度分別為0. 05、0. 10、0. 20、0. 50、1. 00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

95%乙醇和異辛烷標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：取200μL質(zhì)量濃度為100 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于10 mL容量瓶中, 分別用95%乙醇和異辛烷定容, 得到目標(biāo)物質(zhì)量濃度為2. 0 mg/L的95%乙醇和異辛烷基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)中間液, 再分別用95%乙醇和異辛烷進(jìn)行逐級(jí)稀釋, 得到目標(biāo)物質(zhì)量濃度為0. 20、0. 50、0. 80、1. 00、1. 50、2. 00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3.2 遷移實(shí)驗(yàn)按照GB 31604. 1-2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》[18］和GB 5009. 156-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)預(yù)處理方法通則》[19］對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理, 選擇合適的試樣接觸面積與食品模擬物體積比（S/V）, 根據(jù)樣品類型選擇全浸沒(méi)或灌裝法的浸泡方式。每個(gè)樣品重復(fù)浸泡3次, 每次均更換新的模擬物, 將第1次和第3次遷移實(shí)驗(yàn)后得到的50%乙醇、95%乙醇和異辛烷食品模擬物（以下稱為浸泡液）及時(shí)密封, 待后續(xù)處理。每個(gè)樣品均設(shè)置3個(gè)平行樣, 同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照。

表1 樣品信息和遷移實(shí)驗(yàn)條件Table 1 Informations and conditions of test samples

1.3.3 食品模擬物的處理取10 mL遷移實(shí)驗(yàn)所得的50%乙醇浸泡液于25 mL具蓋玻璃離心管中, 加入2 mL正己烷, 旋緊瓶蓋后, 以2 000 r/min渦旋萃取3 min, 再以3 000 r/min離心3 min。取上層正己烷提取液過(guò)濾至2 mL進(jìn)樣瓶, 待測(cè)。

遷移實(shí)驗(yàn)得到的95%乙醇和異辛烷無(wú)需使用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取處理, 浸泡液經(jīng)針式過(guò)濾器過(guò)濾至2 mL進(jìn)樣瓶, 待測(cè)。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的處理將“1. 3. 1”制備的50%乙醇標(biāo)準(zhǔn)工作溶液按“1. 3. 3”方法進(jìn)行處理, 分別得到用于相應(yīng)模擬物定量分析的各目標(biāo)物質(zhì)量濃度為0. 05、0. 10、0. 20、0. 50、1. 00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液。95%乙醇和異辛烷的標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液無(wú)需進(jìn)行前處理。

1.3.5 儀器條件色譜條件：色譜柱為HP-5 MS（30 m×250μm×0. 10μm）；加熱程序如下：初始溫度為35℃, 保持2 min, 以15℃/min升至240℃, 然后以25℃/min升至280℃, 保持2 min；進(jìn)樣口溫度：280℃；注入方式：分流注入, 分流比為3∶1。

質(zhì)譜條件：溶劑延遲4. 5 min, EI離子源, 離子源溫度為280℃, 電子能量為70 eV, 采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式（MRM）。優(yōu)化的MRM檢測(cè)參數(shù)見表2。

表2 D4～D9的MRM檢測(cè)參數(shù)Table 2 MRM detection parameters of D4-D9

1.3.6 遷移結(jié)果計(jì)算每個(gè)樣品中D4～D9的遷移量按下式計(jì)算：X=C×V×F/S。式中：X為D4～D9的遷移量（mg/kg）；C為遷移得到的浸泡液中D4～D9的質(zhì)量濃度（mg/L）；V為遷移實(shí)驗(yàn)中食品或食品模擬物的體積（L）；S為遷移實(shí)驗(yàn)中樣品與食品或食品模擬物的接觸面積（dm2）；F為樣品和食品間的接觸面積（dm2）與食品體積或質(zhì)量（L或kg）的比值。如果樣品有實(shí)際比值, 根據(jù)實(shí)際比值進(jìn)行計(jì)算；如果沒(méi)有實(shí)際比值, 則按6 dm2/L或6 dm2/kg計(jì)算。

1.3.7 數(shù)據(jù)分析用Origin 2018作圖, 用SPSS 19. 0進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

2.1.1 GC條件的選擇環(huán)硅氧烷化合物具有親脂性, 而HP-5 MS是高性能通用的非極性石英毛細(xì)管柱, 具有較低的柱流失特性, 因此選用HP-5 MS色譜柱進(jìn)行分離。采用程序升溫加熱方式, 考察了不同進(jìn)樣口溫度下空白樣品的響應(yīng)值和對(duì)目標(biāo)化合物響應(yīng)的影響, 發(fā)現(xiàn)進(jìn)樣口溫度在200℃和250℃下, 分子量較大的環(huán)硅氧烷（如D8和D9）的響應(yīng)較差, 而進(jìn)樣口溫度在300℃及以上溫度時(shí), 空白樣品的基線較高, 這可能是由于溫度升高而造成了柱流失。因此最終選擇進(jìn)樣口溫度為280℃, 此溫度下既能很好地將目標(biāo)物汽化又能盡量減少柱流失。

2.1.2 MS條件的選擇在全掃描模式下, 確定了6種環(huán)硅氧烷的保留時(shí)間, 并得到各物質(zhì)的一級(jí)質(zhì)譜圖（圖1）。根據(jù)一級(jí)質(zhì)譜圖選擇相對(duì)強(qiáng)度較大且具有特征性的離子作為母離子, 如D4的質(zhì)譜圖（圖1A）, 選擇m/z 281. 0的離子作為母離子；而D5雖相對(duì)強(qiáng)度最大的離子為m/z 267. 0（圖1B）, 但選擇m/z 355. 0的離子更具有特征性。再通過(guò)設(shè)定不同的碰撞能量進(jìn)行優(yōu)化, 得到各子離子對(duì)應(yīng)的最佳碰撞能, 最終參數(shù)如表2所示。

圖1 D4（A）、D5（B）、D6（C）、D7（D）、D8（E）與D9（F）的一級(jí)質(zhì)譜圖Fig. 1 Primary mass spectra of D4（A）, D5（B）, D6（C）, D7（D）, D8（E）and D9（F）

2.1.3 前處理?xiàng)l件的確定由于遷移實(shí)驗(yàn)得到的95%乙醇和異辛烷可直接進(jìn)樣, 因此不進(jìn)行溶劑萃取。而遷移得到的50%乙醇浸泡液中含有高比例的水, 直接進(jìn)樣會(huì)損害儀器, 因此選擇液液萃取方式將待測(cè)物質(zhì)萃取到有機(jī)溶劑后再進(jìn)行檢測(cè)。由于環(huán)硅氧烷為親脂性化合物, 在正己烷和二氯甲烷等有機(jī)溶劑中均有較好的溶解能力, 并能與水相形成明顯的分層, 而使用正己烷進(jìn)行液液萃取和離心后, 有機(jī)相在溶液上層, 易于操作, 因此最終選擇正己烷作為萃取溶劑。預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 加大浸泡液與萃取溶劑的體積比可使D4～D9達(dá)到富集效果, 因此為得到更低的檢出限, 將浸泡液與萃取溶劑（正己烷）的體積比確定為5∶1。

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下, 通過(guò)MRM模式得到D4～D9混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的典型總離子流色譜圖如圖2所示。

2.2 線性關(guān)系、檢出限與定量下限

按照“1. 3. 4”處理標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液, 然后進(jìn)行GC-MS/MS測(cè)定。以峰面積為縱坐標(biāo)（y）, 以相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（x, mg/L）, 繪制各目標(biāo)物的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。以不低于3倍信噪比（S/N≥3）確定各模擬物中D4～D9的檢出限（LOD）, 以S/N≥10確定定量下限（LOQ）, 結(jié)果如表3所示。D4～D9在50%乙醇中的線性范圍為0. 05～1. 00 mg/L, 相關(guān)系數(shù)（r2）不低于0. 996 0；在95%乙醇和異辛烷中的線性范圍為0. 20～5. 00 mg/L, r2不低于0. 996 7。D4～D9的檢出限為0. 02～0. 07 mg/L, 定量下限為0. 05～0. 20 mg/L, 表明所建立的方法能夠滿足定量要求。

表3 D4～D9的相關(guān)系數(shù)、檢出限與定量下限Table 3 Correlation coefficients, detection limits and quantitation limits of D4-D9

2.3 回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

以不接觸樣品的50%乙醇浸泡液為溶劑, 制備D4～D9質(zhì)量濃度分別為0. 05、0. 20、1. 00 mg/L的加標(biāo)溶液；以不接觸樣品的95%乙醇和異辛烷浸泡液為溶劑, 制備D4～D9質(zhì)量濃度分別為0. 20、1. 00、5. 00 mg/L的加標(biāo)溶液。每種濃度制備6個(gè)平行樣品, 按“1. 3. 3”方法進(jìn)行處理并測(cè)定。結(jié)果顯示, D4～D9在50%乙醇中的加標(biāo)回收率為90. 1%～101%, 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0. 60%～13%；在95%乙醇和異辛烷中的加標(biāo)回收率為94. 4%～106%, RSD為1. 0%～10%。該方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

2.4 D4～D9向50%乙醇中的遷移量

以50%乙醇作為食品模擬物對(duì)36個(gè)樣品進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn), 有12個(gè)樣品檢測(cè)到目標(biāo)物, 占待測(cè)樣品數(shù)量的33. 3%, 且D4～D9向50%乙醇中的遷移總量為0. 06～5. 33 mg/kg。表4列出了12個(gè)檢出樣品中D4～D9向50%乙醇中的遷移結(jié)果。

表4 12個(gè)檢出樣品中D4～D9向50%乙醇的遷移量Table 4 Migration amounts of D4-D9 to 50%ethanol found in 12 samples

2.5 D4～D9向95%乙醇和異辛烷中的遷移量

以95%乙醇和異辛烷作為食品模擬物對(duì)10個(gè)樣品進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn), 有8個(gè)樣品檢測(cè)到目標(biāo)物, 檢出率為80%, 遷移結(jié)果如表5所示。除了嬰兒水杯吸管（S-26）和揉面墊樣品（S-34）外, 其他樣品均有不同程度的遷移, 且樣本間的遷移量差異大。D4～D9在95%乙醇和異辛烷中的最大總遷移量分別為277. 03 mg/kg（S-02藍(lán)色折疊杯）和237. 65 mg/kg（S-13門封條）?？梢钥闯? D4～D9向95%乙醇和異辛烷中的遷移風(fēng)險(xiǎn)顯著大于向50%乙醇的遷移風(fēng)險(xiǎn)（P＜0. 05）。

表5 8個(gè)檢出樣品中D4～D9向95%乙醇和異辛烷的遷移量Table 5 Migration amounts of 8 samples D4-D9 to 95%ethanol and isooctane

2.6 遷移次數(shù)對(duì)D4～D9遷移結(jié)果的影響

本研究所有樣本在50%乙醇、95%乙醇和異辛烷中第1次和第3次遷移實(shí)驗(yàn)中D4～D9的檢出率如圖3所示。結(jié)果顯示, 遷移次數(shù)對(duì)D4～D9在50%乙醇中的檢出率無(wú)明顯影響, 而在95%乙醇和異辛烷中, 第1次遷移實(shí)驗(yàn)D4～D9的檢出率顯著大于第3次遷移實(shí)驗(yàn)（P＜0. 05）。這可能是由于95%乙醇和異辛烷對(duì)硅橡膠中環(huán)硅氧烷物質(zhì)的提取能力較強(qiáng), 在第1次遷移中, 較多的目標(biāo)物從硅橡膠樣品中遷移出來(lái), 因此在第3次遷移中D4～D9的檢出率顯著降低。這提醒我們, 在使用全新的硅橡膠產(chǎn)品前, 可以使用高濃度的溶劑（如乙醇）預(yù)先浸泡一段時(shí)間, 從而降低或避免環(huán)硅氧烷物質(zhì)遷移帶來(lái)的食品安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 不同遷移次數(shù)下D4～D9的檢出率（%）Fig. 3 Detection rates of D4-D9 under different migration times（%）

3 結(jié) 論

本研究建立了檢測(cè)食品接觸用硅橡膠中D4～D9向50%乙醇、95%乙醇和異辛烷遷移量的GC-MS/MS方法。結(jié)果表明, 本方法具有良好的可靠性和準(zhǔn)確性, 能夠滿足市面上硅橡膠制品中D4～D9的檢測(cè)需求。該方法用于38批次樣品中D4～D9遷移量的測(cè)定, 發(fā)現(xiàn)D4～D9向50%乙醇中遷移量有檢出的樣品占比為33. 3%, 存在一定的遷移風(fēng)險(xiǎn)；向95%乙醇和異辛烷的檢出率和遷移量最大, 安全風(fēng)險(xiǎn)高。建議消費(fèi)者使用全新的硅橡膠產(chǎn)品時(shí), 使用提取能力較強(qiáng)的溶劑（如乙醇）進(jìn)行一段時(shí)間的浸泡, 以減少或去除環(huán)硅氧烷類物質(zhì)殘留。建議在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí), 設(shè)定環(huán)硅氧烷的遷移限量指標(biāo), 以減少該類物質(zhì)遷移造成的食品安全隱患。