劉 艷， 張 強(qiáng)， 顧 華， 余肖峰， 邵超英*

(1.東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620；2.國(guó)土資源部上海資源環(huán)境監(jiān)督檢測(cè)中心，上海 200072)

食品包裝中的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)控制是食品安全的重要內(nèi)容之一。由于溶劑型油墨印刷極易導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機(jī)化合物的殘留，近年來(lái)紫外光固化油墨正逐漸取代溶劑油墨廣泛應(yīng)用于食品包裝印刷領(lǐng)域[1 - 2]。然而有研究發(fā)現(xiàn)，包裝材料表面殘留的光引發(fā)劑(Photoinitiators,PIs)可通過(guò)化學(xué)遷移或物理接觸污染包裝內(nèi)的食品。毒理學(xué)研究表明，二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮具有致癌性、皮膚接觸毒性和生殖毒性[3 - 4]；2-異丙基硫雜蒽酮可能對(duì)人體內(nèi)分泌激素等產(chǎn)生影響[5]。鑒于PIs對(duì)人類健康的危害，2009年歐盟食物鏈和動(dòng)物健康常務(wù)委員會(huì)規(guī)定食品接觸材料中二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮的遷移限量為0.6 mg/kg[6]。

光聚合技術(shù)中常用的PIs包括二苯甲酮及其衍生物、硫雜蒽酮衍生物以及α-羥基芳酮類化合物等，有時(shí)還需多種PIs配合使用以提高固化效率[7 - 9]。因此，國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局發(fā)布的食品接觸材料中二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮?dú)埩袅康臏y(cè)定標(biāo)準(zhǔn)[10 - 11]顯然無(wú)法滿足對(duì)包裝材料中PIs的質(zhì)量監(jiān)管需要，因此，建立食品包裝材料中多種PIs的同時(shí)檢測(cè)技術(shù)具有重要意義。

目前，食品包裝中PIs殘留量的測(cè)定方法主要有氣相色譜-質(zhì)譜法[12 - 14]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[15]、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[16]等。本實(shí)驗(yàn)選擇了較具代表性的二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-氯二苯甲酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、對(duì)二甲氨基苯甲酸乙酯、對(duì)二甲氨基苯甲酸異辛脂、2-氯硫雜蒽酮、2-異丙基硫雜蒽酮和2,4-二乙基硫雜蒽酮9種PIs作為研究對(duì)象，建立了食品包裝材料中上述9種PIs的超聲提取、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析方法，為食品包裝材料中PIs的質(zhì)量監(jiān)管提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Trace ISQ單四極桿氣相色譜-質(zhì)譜儀(美國(guó),Thermo-Fisher公司)；DS-2510DTH型超聲波清洗機(jī)(上海生析超聲儀器有限公司)；EYELA N-1001旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海愛朗儀器有限公司)；BSA224S-CW型電子天平(北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)。

標(biāo)準(zhǔn)品二苯甲酮(BP)、對(duì)二甲氨基苯甲酸異辛脂(EHDAB)和2-異丙基硫雜蒽酮(ITX)為Dr.Ehrenstorfer公司產(chǎn)品；4-甲基二苯甲酮(4-MBP，純度99%)、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(CPK，純度99%)、對(duì)二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB，純度99%)和2,4-二乙基硫雜蒽酮(DETX，純度98%)購(gòu)自Sigma-Aldrich公司；4-氯二苯甲酮(CBP，純度99%)和2-氯硫雜蒽酮(CTX，純度99%)分別為Adamas公司和AlfaAesar公司產(chǎn)品。準(zhǔn)確稱取10.0 mg(精確至0.1 mg)9種PIs標(biāo)準(zhǔn)品，用二氯甲烷溶解并定容至100 mL，配制成質(zhì)量濃度為100 mg/L的單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。分別移取各單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液5.0 mL至50 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成濃度為10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。根據(jù)需要，逐級(jí)稀釋制成不同質(zhì)量濃度的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。上述溶液均于4 ℃冷藏避光保存。二氯甲烷和乙腈為色譜純，其他試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水由Hi-tech KFLOW型超純水機(jī)(上海和泰儀器有限公司)制備。0.45 μm有機(jī)相濾膜(上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司)。

紙、紙塑類以及塑料食品包裝材料均購(gòu)自上海市超市。

1.2 樣品預(yù)處理

取食品包裝材料，經(jīng)洗凈、晾干，剪成面積小于3×3 mm 的碎片，備用。準(zhǔn)確稱取上述食品包裝材料0.5 g(精確至0.1 mg)于25 mL具塞比色管中，加入15 mL二氯甲烷，于40 ℃下超聲提取20 min。萃取完畢將萃取液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸發(fā)至近干，然后用二氯甲烷溶解殘?jiān)⒍ㄈ葜? mL。經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾，待GC-MS測(cè)定。

1.3 氣相色譜-質(zhì)譜分析條件

色譜條件：色譜柱：TG -5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm,美國(guó))；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；載氣：高純氦氣，流速：1.2 mL/min；進(jìn)樣量：1 μL，不分流進(jìn)樣。柱箱升溫程序：初始溫度125 ℃，以8 ℃/min的速率升至175 ℃，保持3 min，再以30 ℃/min升溫至280 ℃，保持3 min。質(zhì)譜條件：離子源：電子轟擊電離源(EI)，溫度為250 ℃；電離能量為70 eV；離子傳輸線溫度：280 ℃；溶劑延遲時(shí)間為6 min。掃描方式：全掃描(SCAN)和選擇離子掃描(SIM)。上述條件下9種PIs目標(biāo)化合物的部分參數(shù)見表1。

表1 選擇離子掃描模式下9種PIs的質(zhì)譜參數(shù)Table 1 MS parameters of 9 PIs in SIM mode

2 結(jié)果與討論

圖1 溶劑對(duì)樣品中PIs提取回收率的影響Fig.1 Effects of solvents on recoveries of the PIs

2.1 樣品預(yù)處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1提取溶劑的選擇分別考察了正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮及乙腈(極性由弱到強(qiáng))作為提取溶劑超聲提取食品包裝材料中9種PIs目標(biāo)物，圖1為不同溶劑對(duì)目標(biāo)分析物提取效率的影響見圖1。結(jié)果表明，弱極性的二氯甲烷對(duì)9種目標(biāo)物均有較高的提取效率；非極性的正己烷和中等極性的乙酸乙酯的萃取效率次之；而極性較強(qiáng)的乙腈和丙酮的提取效率最低。故實(shí)驗(yàn)選擇二氯甲烷作為提取溶劑。

2.1.2正交試驗(yàn)法超聲萃取條件優(yōu)化為了優(yōu)化樣品的超聲預(yù)處理?xiàng)l件，以二氯甲烷作為萃取溶劑，分別選取了萃取劑用量、萃取時(shí)間和萃取溫度作為食品包裝材料中9種PIs超聲萃取的三個(gè)主要影響因素，設(shè)計(jì)了L9(34)正交試驗(yàn)。各因素的選取水平及其試驗(yàn)結(jié)果列于表2。正交試驗(yàn)指標(biāo)以食品包裝材料中9種PIs的加標(biāo)回收率與1之差的絕對(duì)值總和表示(表2)，數(shù)值越小，表明試驗(yàn)條件越佳，并通過(guò)極差分析得到影響PIs目標(biāo)物萃取效率的顯著因素。

表2所示的計(jì)算結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)7條件下的測(cè)試指標(biāo)較好；進(jìn)一步根據(jù)極差分析可知，萃取時(shí)間是影響萃取效率的最主要因素，其次是萃取劑用量及溫度，因此，得出的最優(yōu)化方案為：以15 mL的二氯甲烷為萃取劑，在40 ℃溫度下萃取20 min。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果Table 2 Orthogonal tests and the results

2.2 色譜條件的優(yōu)化

圖2 9種PIs標(biāo)準(zhǔn)溶液的選擇離子色譜圖Fig.2 Selected ion chromatogram of the 9 PIs standards 1:BP;2:CPK;3:EDAB;4:4-MBP;5:CBP;6:EHDAB;7:CTX;8:ITX;9:DETX.

使用TG -5MS弱極性毛細(xì)管柱進(jìn)行色譜分離。實(shí)驗(yàn)表明，低柱溫有利于CPK與EDAB的分離；而高柱溫可加快EHDAB、CTX、2-ITX和DETX的出峰速度。因此，為使CPK與EDAB獲得滿意的分離，同時(shí)減小EHDAB、CTX、2-ITX和DETX的保留時(shí)間，實(shí)驗(yàn)中采用了分兩個(gè)階次進(jìn)行升溫的升溫程序。在優(yōu)化的色譜和質(zhì)譜條件下，9種PIs目標(biāo)物在15 min內(nèi)均獲得了滿意的分離，選擇離子色譜圖見圖2。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

在已確定的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)不同質(zhì)量濃度的9種光引發(fā)劑系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行了GC-MS測(cè)定，結(jié)果列于表3。以信噪比(S/N)=3所對(duì)應(yīng)的被測(cè)化合物的含量作為方法的檢出限(LOD)，所得待測(cè)物的儀器檢出限為0.7840～7.699 μg/L，方法具有較高的靈敏度。

表3 9種PIs GC-MS分析的線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限(n=6)Table 3 Linear equation,correlation coefficient,limits of detection(LOD) for the 9 PIs (n=6)

(續(xù)表3)

2.4 方法的準(zhǔn)確度和精密度

取陰性的食品包裝材料樣品，分別進(jìn)行低、中、高 3個(gè)添加水平的PIs標(biāo)準(zhǔn)添加回收試驗(yàn)，每個(gè)水平平行測(cè)定6次，標(biāo)準(zhǔn)添加回收率和精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4?？梢钥闯龇椒ň哂休^高的準(zhǔn)確度和可靠性。

表4 食品包裝材料中9種光引發(fā)劑的加標(biāo)回收率和精密度(n=6)Table 4 Recoveries and precisions for the 9 PIs in food packaging materials(n=6)

2.5 實(shí)際樣品分析

應(yīng)用本文建立的方法，對(duì)市售不同品牌的紙、紙塑復(fù)合及塑料材質(zhì)的13個(gè)盒裝/袋裝食品包裝樣品進(jìn)行了分析測(cè)定。測(cè)定結(jié)果顯示，有7個(gè)樣品檢出了PIs殘留。其中BP在5個(gè)食品包裝樣品中有檢出，含量為0.24～0.43 mg/kg；DETX在2個(gè)樣品中有檢出，含量分別為2.08和2.89 mg/kg；另外在1個(gè)樣品中檢出了0.81 mg/kg的EDAB。實(shí)驗(yàn)涉及的其他6種光引發(fā)劑目標(biāo)物成分未被檢出。典型樣品的總離子流色譜圖及BP和EDAB的提取離子色譜圖見圖3。

圖3 典型樣品的總離子流色譜圖(a)及BP(b)、EDAB(c)的提取離子色譜圖Fig.3 Total ion current chromatogram of the typical sample(a),and the extracted ion chromatograms for BP(b) and EDAB(c)

3 結(jié)論

針對(duì)光引發(fā)劑種類多、成分復(fù)雜的特點(diǎn)，建立了食品包裝材料中9種光引發(fā)劑殘留量的GC-MS分析方法。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了樣品的前處理?xiàng)l件，目標(biāo)化合物獲得了較高的萃取效率并排除了樣品基質(zhì)的干擾。在優(yōu)化的柱溫程序下9種化合物得到滿意分離并被質(zhì)譜檢測(cè)。方法具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足食品包裝材料中9種光引發(fā)劑目標(biāo)物的定性和定量測(cè)試，可為食品包裝材料中光引發(fā)劑檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)提供科學(xué)參考與技術(shù)支撐。