頂空/氣相色譜-質(zhì)譜法測定嬰幼兒食品中54種揮發(fā)性有機污染物

侯 靖，許 晴，毛燕妮，王 澍，劉夢婷，盧躍鵬*

（1．武漢食品化妝品檢驗所，湖北 武漢 430012；2．國家市場監(jiān)管重點實驗室（食用油質(zhì)量與安全），湖北 武漢 430012；3．武漢藥品醫(yī)療器械檢驗所，湖北 武漢 430075）

揮發(fā)性有機化合物為常溫下沸點在50 ～ 260 ℃之間的有機化合物，通常分為烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴等。揮發(fā)性有機污染物具有刺激性、致畸性和致癌性，特別是苯系物和鹵代烴，對人體健康會造成很大的傷害。研究表明，苯系物對兒童免疫功能有不良影響［1］，苯系物暴露與兒童急性淋巴細胞白血病的發(fā)生也具有很高的關(guān)聯(lián)性［2］。鹵代烴可通過誘導氧化應(yīng)激產(chǎn)生細胞毒性［3］，并對主要器官及生殖系統(tǒng)具有毒性［4-6］。據(jù)文獻報道，在肉類、乳類、水產(chǎn)、香料和果汁飲料等食品中檢出了多種苯系物和鹵代烴［7-10］。嬰幼兒是一個消化系統(tǒng)發(fā)育不完善、代謝系統(tǒng)不成熟的特殊群體，因此，保障嬰幼兒食品的安全顯得尤為重要。

對于食品中揮發(fā)性有機污染物的測定多采用頂空進樣∕氣相色譜法或頂空進樣∕氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，如飲料等液體食品中苯系物與鹵代烴的檢測［11-14］。對于更低含量的揮發(fā)性有機污染物，則需采用吹掃捕集或頂空固相微萃取技術(shù)［15-16］。對于復雜樣品中的揮發(fā)性有機污染物，有時需采用二維色譜技術(shù)進行分離［17］。上述檢測方法適用的基質(zhì)均不包含嬰幼兒奶粉等嬰幼兒食品，且分析的目標物種類較少。本文采用頂空進樣∕氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，通過對頂空參數(shù)的優(yōu)化，建立了一種同時測定嬰幼兒食品中包含苯系物和鹵代烴在內(nèi)的54種揮發(fā)性有機污染物的檢測方法。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、頂空進樣器、DB-VRX毛細管色譜柱（60 m × 0．25 mm，膜厚1．4 μm，美國Agilent公司）；Milli-Q超純水機（德國Merck公司）。

嬰幼兒配方奶粉（購于國內(nèi)市場）；氯化鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；標準物質(zhì)：54種揮發(fā)性有機污染物混合標準溶液（1 000 mg∕L，購于O2Si公司）。

1.2 樣品制備

嬰幼兒配方奶粉：稱取1 g樣品于20 mL頂空進樣瓶中，加入5 mL氯化鈉飽和溶液，加蓋密封后渦旋，使奶粉完全溶解。

其他食品（谷物粉、米粉、肉松、芝麻醬、果泥及酸奶）：稱取2 g樣品于20 mL頂空進樣瓶中，加入5 mL氯化鈉飽和溶液，加蓋密封后渦旋，使樣品充分分散。

1.3 分析條件

1.3.1 頂空進樣條件平衡溫度：90 ℃；定量環(huán)溫度：110 ℃；傳輸線溫度：130 ℃；平衡時間：30 min；進樣體積：1 mL；進樣時間：0．2 min。

1.3.2 氣相色譜條件進樣口溫度：150 ℃；進樣模式：分流進樣，分流比為10∶1；載氣：氦氣（純度 ≥ 99．999%），流速為1．2 mL∕min；色譜柱：DB-VRX（60 m × 0．25 mm，膜厚1．4 μm）；升溫程序：45 ℃保持3 min，以8 ℃∕min升至80 ℃，保持5 min，再以6 ℃∕min升至200 ℃，保持5 min；質(zhì)譜接口溫度：230 ℃。

1.3.3 質(zhì)譜條件電離方式：電子轟擊電離（EI）；電離能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；檢測模式：全掃描（Scan），掃描范圍m∕z35 ～ 300 。選擇一個響應(yīng)較強的特征離子作為定量離子，選擇若干個離子作為定性離子，54種化合物的保留時間及定量、定性離子見表1。

表1 54種揮發(fā)性有機污染物的保留時間及定量、定性離子Table 1 Retention times，quantitative ions and qualitative ions of 54 volatile organic pollutants

1.3.4 定量方法選擇相近的空白基質(zhì)加標樣品進行定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

比較了實驗室常見的弱極性HP-5色譜柱（30 m × 0．25 mm，0．25 μm）、中等極性DB-225色譜柱（60 m × 0．25 mm，0．25 μm）和揮發(fā)性化合物專用的DB-VRX色譜柱（60 m × 0．25 mm，1．4 μm）對54種揮發(fā)性有機污染物的分離情況。結(jié)果表明，54種目標物在HP-5色譜柱上的保留較差，基本按照化合物的沸點進行分離，沸點相近的化合物難以有效分離，色譜峰嚴重重疊，且峰形較差；中等極性的DB-225色譜柱對不同化合物有不同程度的保留，化合物之間得以分離，但不能很好地分離54種目標物；DB-VRX色譜柱的分離效果最好，除間二甲苯和對二甲苯無法分離外，其余化合物均可完全分離，且色譜峰形尖銳。故最終選擇DB-VRX色譜柱進行分離。

2.2 升溫程序及進樣條件的優(yōu)化

實驗對升溫程序和進樣條件進行了優(yōu)化。通過對升溫階數(shù)和升溫速度的調(diào)整，使各化合物在最短時間實現(xiàn)分離。先嘗試采用不分流進樣，頂空進樣時間為1 min時，發(fā)現(xiàn)出峰時間較早的化合物峰展寬，峰形差，分析原因可能是進樣時間較長導致。將進樣時間縮短為0．2 min，考慮到進樣體積和柱流速，改為分流進樣，分流比設(shè)置為10∶1時，各化合物的峰形良好。優(yōu)化得到的最佳升溫程序和進樣條件如“1．3”所示。該條件下，54種揮發(fā)性有機污染物的總離子流色譜圖見圖1。

圖1 54種揮發(fā)性有機污染物的總離子流色譜圖Fig．1 Total ion chromatogram of 54 volatile organic pollutants

2.3 樣品量的優(yōu)化

頂空進樣的靈敏度取決于頂部空氣中揮發(fā)性化合物的濃度，因此需對樣品量進行優(yōu)化。本實驗通過在樣品中加入5 mL氯化鈉飽和溶液提高樣品的分散程度，促進化合物的揮發(fā)。分別考察了樣品量為1 g和2 g時奶粉、粉狀輔食（谷物粉）和泥狀輔食（果泥）加標樣品的響應(yīng)情況（見圖2A）。結(jié)果顯示，對于奶粉基質(zhì)，樣品量為1 g時54種目標物峰面積的平均值最大；對于粉狀輔食，樣品量為2 g時峰面積的平均值最大；而對于泥狀輔食，各條件下峰面積的平均值變化不大。因此，奶粉基質(zhì)的樣品量選擇為1 g，粉狀輔食、泥狀輔食等其他基質(zhì)的樣品量選擇為2 g。同時發(fā)現(xiàn)不同基質(zhì)條件下54種目標物的峰面積差異較大，因此采用空白基質(zhì)加標方式進行定量，以獲得較為準確的結(jié)果。

2.4 頂空平衡溫度的優(yōu)化

稱取1 g奶粉，加入5 mL氯化鈉飽和溶液和50 μL 2 mg∕L的54種目標物混合標準溶液，比較了不同頂空平衡溫度（60、70、80、90 ℃）下各化合物的響應(yīng)情況（見圖2B）。實驗發(fā)現(xiàn)在90 ℃下54種目標物峰面積的平均值明顯大于其他溫度，可能是由于較高的溫度有助于目標化合物的提取。考慮到水的沸點，為避免較多水分進入色譜和質(zhì)譜系統(tǒng)，選擇頂空平衡溫度為90 ℃。

2.5 頂空平衡時間的優(yōu)化

稱取1 g奶粉，加入5 mL氯化鈉飽和溶液與50 μL 2 mg∕L的54種目標物混合標準溶液，比較了不同平衡時間（20、30、40、60 min）下各化合物的響應(yīng)情況（見圖2C）。結(jié)果表明，各化合物在30 min下峰面積的平均值明顯大于其他平衡時間，說明大多數(shù)化合物在加熱30 min即可達到氣液平衡，實現(xiàn)較充分的提取。實驗選擇頂空平衡時間為30 min。

圖2 樣品量（A）、頂空平衡溫度（B）及頂空平衡時間（C）對54種揮發(fā)性有機污染物峰面積平均值的影響Fig．2 Effects of sample amount（A），headspace temperature（B） and headspace time（C） on average peak areas of 54 volatile organic pollutants

2.6 方法選擇性

本方法通過保留時間及所選離子的豐度比進行定性，對奶粉、谷物粉和果泥的空白加標樣品進行考察，發(fā)現(xiàn)各化合物所選擇的定量與定性離子在保留時間附近均無明顯干擾，表明方法具有較好的選擇性。

2.7 線性關(guān)系與定量下限

按本方法制備奶粉、谷物粉和果泥的空白基質(zhì)標準溶液并進行測定，以化合物的含量為橫坐標（x，mg∕kg），對應(yīng)的峰面積為縱坐標（y）繪制標準曲線，并以10倍信噪比作為定量依據(jù)確定定量下限。結(jié)果表明，奶粉基質(zhì)中各化合物的線性范圍為0．010 ～ 0．100 mg∕kg，相關(guān)系數(shù)（r2）為0．984 1 ～ 0．999 6，定量下限均為0．010 mg∕kg；粉狀輔食基質(zhì)中各化合物的線性范圍為0．010 ～ 0．250 mg∕kg，r2為0．990 7 ～0．999 7，定量下限均為0．010 mg∕kg；泥狀輔食基質(zhì)中各化合物的線性范圍為0．002 ～ 0．250 mg∕kg，r2為0．995 9 ～ 0．999 7，定量下限均為0．002 mg∕kg。

2.8 回收率與相對標準偏差

選擇空白奶粉、谷物粉和果泥樣品，加入2個濃度水平的混合標準溶液，每個濃度水平制備4個空白加標樣品，并按照本方法進行測定。由表2可知，對于奶粉基質(zhì)，在0．020、0．050 mg∕kg加標水平下，各化合物的回收率為85．9% ～ 130%，相對標準偏差（RSD）為0．80% ～ 19%；對于谷物粉基質(zhì)，在0．025、0．10 mg∕kg加標水平下，各化合物的回收率為80．6% ～ 117%，RSD為1．3% ～ 19%；對于果泥基質(zhì)，在0．005、0．025 mg∕kg加標水平下，各化合物的回收率為89．2% ～ 114%，RSD為1．4% ～ 12%。

表2 不同基質(zhì)中54種揮發(fā)性有機污染物的回收率與相對標準偏差（n = 4）Table 2 Recoveries and RSDs of 54 volatile organic pollutants in different matrixes（n = 4）

（續(xù)表2）

2.9 實際樣品檢測

采用本方法檢測了35批次市售嬰幼兒食品，包括6批次嬰幼兒奶粉、2批次嬰幼兒特殊醫(yī)學膳食、3批次米粉、14批次粉狀輔食和10批次泥狀輔食（見表3）。結(jié)果表明，1批次牛油果甜玉米蘋果泥檢出含量為0．040 7 mg∕kg的4-異丙基甲苯，該化合物可能為生產(chǎn)過程中代入的溶劑，也可能為天然存在的成分［17-19］。2批次黑芝麻核桃粉和黑芝麻海苔粉檢出含量約為0．01 mg∕kg的苯乙烯，1批次黑芝麻海苔粉檢出含量為0．066 3 mg∕kg的甲苯，1批次黑芝麻核桃粉檢出含量為0．011 5 mg∕kg的四氯乙烯，此類化合物可能為生產(chǎn)過程中代入的溶劑，參照GB 5749-2022《生活飲用水衛(wèi)生標準》［20］，苯乙烯、甲苯和四氯乙烯的含量均低于生活飲用水中的限量標準，對嬰幼兒產(chǎn)生危害的可能性極小。5批次的含芝麻粉狀輔食檢出含量為0．013 9 ～ 0．120 mg∕kg的1，2-二氯丙烷，該化合物可能為生產(chǎn)過程中代入的溶劑或用于芝麻等原料的熏蒸劑，1，2-二氯丙烷在國內(nèi)外尚無限量要求，但在多個嬰幼兒含芝麻輔食中檢出，需要引起重視。

表3 實際樣品中54種揮發(fā)性有機污染物的含量Table 3 Contents of 54 volatile organic pollutants in actual samples

3 結(jié) 論

本文采用頂空進樣∕氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，建立了嬰幼兒食品中54種揮發(fā)性有機污染物的檢測方法。奶粉、粉狀輔食和泥狀輔食基質(zhì)中各化合物的定量下限為0．002 ～ 0．010 mg∕kg，在不同加標水平下各化合物的回收率為80．6% ～ 130%，RSD不大于19%。對市售35批次嬰幼兒食品進行檢測，9批次樣品中共檢出5種揮發(fā)性污染物。該方法可用于嬰幼兒食品中54種揮發(fā)性有機污染物的快速檢測。