气相色谱-串联质谱法同时测定纸质食品接触材料中多环芳烃

杨左军 王成云 佟常飞 云 鹏 顾浩飞 徐 嵘

(深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心，广东深圳，518067)

纸质食品接触材料是一类绿色环保的包装材料，其主要成分是纸基复合材料和纸。由于在抄造过程中可能会使用部分回收纸，同时纸质包装材料上经常使用油墨进行印刷，从而可能引入有毒有害物质［1-4］。当其与食品接触时，这些有毒有害物质可能会通过介质转移到食品中，造成食品污染。在这些有毒有害物质中，多环芳烃 (PAHs)因其具有致癌、致突变、致畸变等性能而受到特别关注［5］，欧美各国纷纷立法对其进行限制［6-8］，目前禁止使用的PAHs总数已达18种。2008年10月28日，欧洲化学品管理局(ECHA)将蒽列入第一批高关注物质清单。2012年10月31日，欧盟修改REACH法规中的附件17，禁止在消费品中使用PAHs。对于食品接触材料，要求苯并 ［a］芘和 PAHs总量均不得超过0.2 mg/kg。PAHs的测定方法已有大量文献报道，一般采用拉曼光谱法［9］、红外光谱法［10］、荧光光谱法［11］、液相色谱法［12］、气相色谱法［13］、飞行质谱法［14］、气质联用法［15］、气相色谱-串联质谱法［16］、酶联免疫法［17-18］等方法进行测定。对于蜡、塑料、油墨等食品接触材料，也发布了相关检测方法［19-24］，但尚未见关于纸质食品接触材料中PAHs测定的文献报道。纸质食品接触材料是我国的重要出口商品，大量出口欧盟等地，其生产、贸易对我国经济有重大影响。加强对纸质食品接触材料中PAHs的监管，对保障我国纸质食品接触材料顺利出口具有十分重大的意义，因此有必要建立纸质食品接触材料中PAHs的检测方法。

对纸质食品接触材料样品中待测组分的提取，通常可采用超声萃取法、微波萃取法、索氏萃取法等方法，其中超声萃取法操作简便、提取效率高、检测通量大［25］。气相色谱-串联质谱法受基质干扰少、灵敏度高［26］。本课题采用超声萃取技术提取纸质食品接触材料样品中的PAHs，提取液经硅胶固相萃取柱净化后进行气相色谱-串联质谱分析，建立了一个同时快速测定纸质食品接触材料中18种禁用PAHs的方法，并用于市售样品的测定。

1 实验

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890A-7000B三重四极杆气质联用仪，美国Agilent公司;SB 25-12 DTD超声清洗机，宁波新芝生物科技股份有限公司;氮吹仪，北京康林科技有限公司;0.45 μm滤膜，德国Membrane公司;Heidolph 4003旋转蒸发仪，德国Heidolph公司。

荧蒽 (纯度97.2%)、芘 (纯度97.5%)、苯并［j］荧蒽 (纯度 98.0%)、二苯并［a，h］蒽 (纯度99.0%)、苯并［e］芘 (纯度99.0%)、苊烯 (纯度99.2%)、苊 (纯度99.3%)、苯并［k］荧蒽 (纯度99.5%)、菲 (纯度99.5%)、苯并［g，h，i］苝 (纯度99.6%)、蒽 (纯度 99.6%)、茚并［1，2，3-cd］芘(纯度99.6%)、萘 (纯度99.8%)、苯并［a］芘 (纯度99.8%)、芴 (纯度100.0%)、苯并［a］蒽 (纯度100.0%)、艹屈 (纯度 100.0%)、苯并［b］荧蒽 (纯度100.0%)均由AccuStandard Inc.公司提供;二氯甲烷，色谱纯，由Tedia公司提供;正己烷、环己烷、二甲亚砜、甲醇、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、石油醚，分析纯，均由广州化学试剂厂提供。

1.2 标准溶液的配制

准确称取各标准品0.1 g，用二氯甲烷溶解，定容至100 mL，配制成浓度1 mg/mL的标准储备液。移取适量体积的各标准储备液，配制成混标储备液(萘 4.1 μg/mL、苊烯 92.5 μg/mL、苊 3.8 μg/mL、芴 5.0 μg/mL、菲 2.5 μg/mL、蒽 2.4 μg/mL、荧蒽8.8 μg/mL、芘 8.7 μg/mL、苯并［a］蒽 4.8 μg/mL、艹屈4.9 μg/mL、苯并［b］荧蒽 4.4 μg/mL、苯并［k］荧蒽4.0 μg/mL、苯并［j］荧蒽 10.4 μg/mL、苯并［a］芘8.8 μg/mL、苯并［e］芘10.6 μg/mL、茚并［1，2，3-cd］芘 23.5 μg/mL、二苯并［a，h］蒽 22.8 μg/mL、苯并［g，h，i］苝 25.0 μg/mL)。使用时，用二氯甲烷逐级稀释至所需浓度。

1.3 样品前处理

选取有代表性的纸质食品接触材料样品，剪碎，混匀。准确称取1.0 g剪碎后的样品，置于加有25.0 mL萃取溶剂的150 mL磨口锥形瓶中，在40.0℃下超声处理35.0 min，过滤。残渣用25.0 mL萃取溶剂进行第二次超声，合并滤液，旋转蒸发至近干后，用氮气缓慢吹干。用2.0 mL正己烷溶解残留物，转移至用5.0 mL正己烷活化后的硅胶固相萃取柱中，控制液体流速为2滴/s，弃去流出液。用5.0 mL正己烷-二氯甲烷 (3∶2，体积比，下同)淋洗，收集淋洗液，旋转蒸发至近干，再用氮气缓慢吹干，残留物用2.0 mL二氯甲烷溶解，经0.45 μm滤膜过滤后进行气相色谱-串联质谱分析。

1.4 仪器分析条件

分流进样，分流比为50∶1，进样量为1.0 μL，进样口温度为260.0℃，传输线温度为280.0℃。色谱柱为DB-EUPAH(20 m ×0.18 mm ×0.14 μm)，初始温度为50.0℃，保持1.0 min，以25.0℃/min的速度升至 200.0℃，再以 8.0℃/min的速度升至260.0℃，最后以 5.0℃/min的速度升至 320.0℃，保持3.5 min。载气为氦气 (纯度 ＞99.999%)，流速为1.2 mL/min。

离子源温度为300.0℃，四极杆温度为150.0℃，电离方式为电子轰击离子化 (EI)，电离能量为70.0 eV;氮气流量为1.5 mL/min，氦气流量为2.2 mL/min;采用多反应监测 (MRM)模式，MRM条件见表1。

2 结果与讨论

2.1 气相色谱-串联质谱分析条件的选择

不同色谱柱的分离效果相差极大，本实验采用DB-1MS、DB-5MS、DB-17 MS、DB-35MS、DB-225 MS、HP-Innowax、DB-EUPAH等不同极性的色谱柱来进行分离，其中DB-EUPAH是专用于分离PAHs的色谱柱，其余均为通用型色谱柱。改变色谱分离条件，观察各组分的分离效果。实验结果表明，采用DB-EUPAH色谱柱时各组分可以完全分离，而采用其余色谱柱时，均不能实现各组分的完全分离。通过对色谱条件的优化，得到最佳分离条件。

表1 目标化合物的多反应监测 (MRM)条件

在优化色谱条件下进行单级全扫描质谱分析，可得到混标的总离子流图，并确定各组分的保留时间。通过总离子流图，可找出各组分的一级碎片离子。对于每个组分，选择强度较高的一级碎片离子作为母离子，应该离子轰击扫描模式进行电离轰击，得到二级碎片离子。改变碰撞电压，观察二级碎片离子的强度变化。选择强度较高的二级碎片离子作为子离子，而使子离子产生最强响应的碰撞电压就是最终优化碰撞电压。利用两对子离子对进行定性定量分析，其中丰度次高的子离子对用于定性分析，丰度最高的子离子对用于定量分析。表1列出了各组分的MRM条件，图1为此条件下PAHs混标的MRM总离子流图。从图1可以清楚地看出，各质谱峰峰形尖锐，对称性好，各谱峰之间完全分离。

图1 PAHs混标的多反应监测总离子流图

2.2 萃取条件的选择

超声萃取效率取决于萃取溶剂种类、溶剂用量、萃取温度和萃取时间，而萃取溶剂种类是决定性的因素。以正己烷-丙酮 (1∶1)为萃取溶剂，对一个阳性样品中的PAHs进行超声萃取，分别改变萃取溶剂用量、萃取温度或萃取时间，考察萃取量的变化。实验结果表明，当萃取时间和萃取温度不变时，萃取溶剂用量为25.0 mL时萃取量最大;当萃取时间和萃取溶剂用量不变时，萃取温度为35.0℃时萃取量最大;当萃取温度和萃取溶剂用量不变时，萃取时间为35.0 min时萃取量最大。为考察萃取溶剂用量、萃取温度、萃取时间3个因素的综合效果，进行三因素三水平正交实验，萃取溶剂用量水平分别为20.0、25.0、30.0 mL，萃取温度水平分别为30.0、35.0、40.0℃，萃 取 时 间 水 平 分 别 为 30.0、35.0、40.0 min。正交实验结果表明，当萃取溶剂用量为25.0 mL、萃取温度为40.0℃、萃取时间为35.0 min时，萃取量最大。在此条件下，对同一样品连续进行3次超声提取，观察提取量的变化，结果发现，经2次提取后，目标分析物已被提取完全。

不同溶剂吸收超声波的能力不同，且对目标化合物的溶解能力各异，因此不同溶剂对目标化合物的萃取量相差极大。分别选用正己烷-丙酮 (1∶1)、正己烷、二氯甲烷、丙酮-甲醇 (2∶1)、甲醇、正己烷-二氯甲烷 (1∶1)、石油醚、丙酮-二氯甲烷 (1∶1)、丙酮、环己烷、四氢呋喃等11种常见溶剂作为萃取溶剂，超声提取一个阳性样品中的PAHs，考察提取量的变化，结果见表2。由表2可以看出，正己烷-丙酮(1∶1)的提取效果最佳。因此，最终确定的提取条件为:用25.0 mL正己烷-丙酮 (1∶1)40.0℃下超声萃取35.0 min。

表2 不同溶剂的提取效果

2.3 样品的净化

样品前处理时多次进行氮气吹干处理，可能会导致PAHs损失。为考察氮气吹干步骤可能导致的损失，对浓度约为10.0 μg/mL的18种PAHs混标溶液进行氮气吹干处理，测定其回收率，结果表明，萘的回收率为96.4%，其余 PAHs回收率均不低于98.5%。因此，可忽略氮气吹干步骤导致的损失。

纸质食品接触材料的基质比较复杂，其提取物往往需要进一步的净化，通常可采用3种方式进行净化处理:①采用二甲亚砜萃取-环己烷反萃取进行净化。②先进行二甲亚砜萃取-环己烷反萃取，再用固相萃取柱进行净化。③直接采用固相萃取柱进行净化。分别采用这3种净化方式对同一阳性样品进行处理，结果发现，方式②的净化效果最好，但提取量最低;另外两种方法的净化效果接近，谱图中杂质峰均很少，但方式①的提取量稍低。因此，采用方式③固相萃取柱直接进行净化处理。

固相萃取柱对PAHs有一定吸附，经其净化处理后，会导致部分PAHs损失。选取CNM Bond LC-C18柱、Suplco LC-Florisil柱、Supelclean LC-Si硅胶柱、Anpelclean聚酰胺柱、Agilent Bond Elut C18柱、AccuBond中性氧化铝柱、AccuBond Florisil反相柱、Suplco LC-C18柱、Agilent Chem Elut柱、Waters Sep-Pak Vac柱等10种固相萃取柱对浓度约为10.0 μg/mL的18种PAHs混标溶液进行处理，测定其回收率，结果发现，Supelclean LC-Si硅胶柱的损失最少，回收率最高，除苯并［a］蒽回收率为93.0%外，其余PAHs的回收率均高于95.0%。因此选择Supelclean LC-Si硅胶柱进行净化处理。

用5.0 mL正己烷对硅胶柱进行活化后，加入正己烷配制的浓度约为10.0 μg/mL的18种PAHs混标溶液2.0 mL，收集流出液，经检测，该流出液中未检出PAHs，故弃去。分别用5.0 mL二氯甲烷-正己烷 (3∶2)、二氯甲烷-正己烷 (3∶1)、二氯甲烷-正己烷 (1∶1)、二氯甲烷-正己烷 (1∶2)、二氯甲烷-正己烷 (1∶3)、二氯甲烷-正己烷 (2∶1)、二氯甲烷-正己烷 (2∶3)进行淋洗，结果表明，二氯甲烷-正己烷(2∶3)的回收率最高，萘的回收率为92%，其余PAHs回收率均大于95%，且所得色谱峰峰形尖锐，对称性好。改变二氯甲烷-正己烷 (2∶3)的用量，考察回收率的变化。结果发现，随着淋洗液体积的增加，各PAHs的回收率均逐渐增加，当淋洗液体积为5.0 mL时，各PAHs回收率均已达到90.0%以上，继续加大淋洗液体积，PAHs回收率反而稍有下降。因此淋洗液体积选择为5.0 mL。

2.4 方法的线性范围和定量下限

采用空白样品加标进行测定的方法来确定方法的线性关系。以不含目标化合物的白纸的萃取液作为空白样，加入不同浓度 (c)的混标溶液，测定各目标化合物的峰面积 (A)，结果见表3。从表3可以看出，18种PAHs的质量浓度与峰面积在一定质量浓度范围内呈良好的线性关系，各组分的定量下限 (S/N=10)为0.1 ～2.0 μg/kg。

表3 18种PAHs的线性关系及定量下限

表4 方法的回收率和精密度

2.5 方法的回收率和精密度

采用空白样品加标测定的方式来确定方法的精密度，空白样品为不含目标化合物的白纸，分别添加高、中、低3个浓度水平的PAHs混标溶液，每个浓度水平进行9次平行样实验，计算方法的平均回收率及精密度，结果见表4。

2.6 实际样品测试

采用本文建立的方法对20个样品中PAHs含量进行测定，这批样品均为市售纸质食品接触材料，分别为面点王餐垫、肯德基外带全家桶包装纸桶、必胜客比萨包装纸盒、康师傅桶装方便面包装纸桶、麦当劳麦辣鸡腿汉堡红色包装纸盒、统一老坛酸菜牛肉面包装纸盒、肯德基川香双层鸡腿堡包装纸盒、黄色包装纸袋、美赞臣安儿宝全新3袋装包装纸盒 (红色图案、粉红色图案)、五谷道场桶装方便面包装纸桶、东莞绿赏纸杯 (蓝色铃兰图案)、希艺欧绿色环保纸杯 (素色纸杯、红色心形图案、绿色铃兰图案、粉红色心形图案)、再生包装纸袋 (灰色、米黄色、米白色)、涂蜡纸杯，结果在米黄色再生包装纸袋中检出高浓度的菲。图2是米黄色再生包装纸袋样品的气相色谱-串联质谱图，该样品中检出菲的含量为217.6 mg/kg。

图2 米黄色再生包装纸袋样品的气相色谱-串联质谱图

3 结论

建立了一个同时测定纸质食品接触材料中18种禁用多环芳烃 (PAHs)含量的气相色谱-串联质谱方法。该方法以丙酮-正己烷 (1∶1)为萃取溶剂，40.0℃下超声萃取纸质食品接触材料中的PAHs，提取产物经硅胶固相萃取柱净化后进行气相色谱-串联质谱分析。该方法简便快捷、灵敏度高，定量下限低，可完全满足纸质食品接触材料中PAHs检测的需要。

［1］HUANG Chong-xing，WANG Zhi-wei，WANG Shuang-fei.Residual contaminants in paper food packaging materials［J］.Packaging Engineering，2007，28(7):12.

黄崇杏，王志伟，王双飞.纸质食品包装材料中的残留污染物［J］.包装工程，2007，28(7):12.

［2］XU Jie-ling，WANG Bo，XU Si-zhao，et al.Analysis of the harmful substances in paper-made food packaging materials［J］.Modern Food Science and Technology，2009，25(9):1083.

许洁玲，王 勃，许思昭，等.食品纸质包装材料中的有害物质的产生与分析［J］.现代食品科技，2009，25(9):1083.

［3］DONG Xiao-xue.Hygienic survey of paper food containers and packaging materials［J］.China Tropical Medicine，2008，8(4):694.

董晓雪.纸制食品容器和包装材料的卫生学调查［J］.中国热带医学，2008，8(4):694.

［4］YUE Qing-qing.Harmful substance in paper packaging materials and its status of migration study［J］.East China Pulp ＆ Paper Industry，2011，42(4):61.

岳青青.纸质包装材料中可能存在的有害物质及其迁移研究现状［J］.华东纸业，2011，42(4):61.

［5］SHEN Song-mei，CAO Xian-zhong，SONG Yan-hui，et al.The nature and the impacts of PAHs［J］.Guizhou Chemical Industry，2008，33(3):61.

申松梅，曹先仲，宋艳辉，等.多环芳烃的性质及其危害［J］.贵州化工，2008，33(3):61.

［6］Directive 2005/69/EC of the European Parliament and of the Council of 16 November 2005 amending for the 27th time Council Directive 76/769/EEC on the approximation of the laws，regulation and administrative provisions of the Member States relating to restrictions on the marketing and use of certain dangerous substances and preparation(polycyclic aromatic hydrocarbons in extender oils and tyres)［J］.Official Journal of the European Union，2005，L323:51.

［7］Commission Regulation(EC)No.1881/2006 of 19 December 2006 setting maximum levels for certain contaminants in foodstuffs(Text with EEA relevance)［J］.Official Journal of the European Union，2006，L364:1.

［8］Commission Regulation(EC)No.835/2011 of 19 August 2011 amending Regulation(EC)No.1881/2006 as regards maximum levels for polycyclic aromatic hydrocarbons in foodstuffs(Text with EEA releance)［J］.Official Journal of the European Union，2011，L254:4.

［9］XIE Yun-fei，WANG Xu，RUAN Wei-dong，et al.Application of surface-enhanced Raman spectroscopy to detection of polycyclic aromatic hydrocarbons［J］.Spectroscopy and Spectral Analysis，2011，31(9):2319.

谢云飞，王 旭，阮伟东，等.表面增强拉曼光谱技术在多环芳烃检测中的应用［J］.光谱学与光谱分析，2011，31(9):2319.

［10］YIN Xue-feng，LI Xiao-dong，YOU Xiao-fang，et al.Analysis of polycyclic aromatic hydrocarbon in pyrolysis products for combustion of polyethylene by using Fourier infrared spectroscopy［J］.Thermal Power Generation，2005，34(4):20.

尹雪峰，李晓东，尤孝方，等.红外光谱法分析聚乙烯热解和燃烧产物中多环芳烃分布特性［J］.热力发电，2005，34(4):20.

［11］QIU Ru-bin，ZHANG Ru-ping，LIN Shui-dong，et al.Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in edible oils by constantenergy synchronous fluorescene spectrometry［J］.Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory，2011，28(2):777.

邱如斌，章汝平，林水东，等.恒能量同步荧光光谱法测定食用油中多环芳烃［J］.光谱实验室，2011，28(2):777.

［12］FENG Jing-lan，SHEN Jun-hui，ZHAI Meng-xiao，et al.Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in sediment using sonicate extraction-high performance liquid chromatography［J］.Journal of Henan Normal University(Natural Science Edition)，2011，39(6):88.

冯精兰，申君慧，翟梦晓，等.超声萃取-高效液相色谱测定沉积物中的多环芳烃［J］.河南师范大学学报(自然科学版)，2011，39(6):88.

［13］ZHU Ben-qiong，CHEN Hao，LI Sheng-qing.Low-density solventbased solvent demulsification dispersive liquid-liquid microextraction combined with gas chromatography for determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in water samples［J］.Chinese Journal of Chromatography［J］.2012，30(2):201.

祝本琼，陈 浩，李胜清.基于轻质萃取剂的溶剂去乳化分散液-液微萃取-气相色谱法测定水样中多环芳烃［J］.色谱，2012，30(2):201.

［14］ZHANG Xiao-xiang，LI Xiao-dong，HOU Ke-nan，et al.On-line monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbon using time-of-flight mass spectrometer［J］.Chinese Journal of Analytical Chemistry，2010，38(6):859.

张晓翔，李晓东，侯可男，等.飞行时间质谱仪在线检测多环芳烃［J］.分析化学，2010，38(6):859.

［15］ZHENG Lin，CHEN Hai-ting，CHEN Jian-guo，et al.Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in thermoplastic elastomer by gas chromatography-mass spectrometry［J］.Chinese Journal of Chromatography，2011，29(12):1173.

郑 琳，陈海婷，陈建国，等.气相色谱-质谱法测定热塑性弹性体中的多环芳烃［J］.色谱，2011，29(12):1173.

［16］ZENG Hao，TANG Hua，CHEN Da-zhou，et al.Determination of 24 polycyclic aromatic hydrocarbons in fish tissue by isotope dilution GC-MS/MS［J］.Chinese Journal of Analysis Laboroty，2011，30(9):11.

曾 浩，汤 桦，陈大舟，等.同位素稀释三重串联四级杆质谱法测定鱼组织中24种多环芳烃［J］.分析试验室，2011，30(9):11.

［17］Barcelo D，Oubina A，Salau J S，et al.Determination of PAH in river water samples by ELISA［J］.Analytica Chimica Acta，1998，376:49.

［18］Van Emon J M，Gerlach C L.A status report on field-portable immunoassay［J］.Environ.Sci.Technol.，1995，29(7):312.

［19］SN/T 2202—2008.Food contact materials-Wax-Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in food simultants［S］.Beijing:China Standard Press，2008.

SN/T 2202—2008.食品接触材料蜡食品模拟物中多环芳烃的测定［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［20］SN/T 2279—2008.Food contact materials and articles-Determination of PAHs in plastics and plastics items-HPLC method［S］.Beijing:China Standard Press，2008.SN/T 2279—2008.食品接触材料塑料食品模拟物中多环芳烃的测定高效液相色谱法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［21］SN/T 2201—2008.Food contact materials-Auxiliary materials-Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)in ink-Gas chromatography/mass spectrometry［S］.Beijing:China Standard Press，2008.

SN/T 2201—2008.食品接触材料辅助材料 油墨中多环芳烃的测定气相色谱-质谱联用法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［22］ISO 15302—2007.Animal and vegetable fats and oils-Determination of benzo(a)pyrene-Reverse-phase high performance liquid chromatography method［S］.London:British Standards Institution，2007.

［23］GB/T 22509—2008.Animal and vegetable fats and oils-Determination of benzo(a)pyrene-Reverse-phase high performance liquid chromatography method［S］.Beijing:China Standard Press，2008.

GB/T 22509—2008.动植物油脂苯并(a)芘的测定反相高效液相色谱法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［24］SN/T 2203—2008.Food contact materials-Wood materials-Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in food simultants［S］.Beijing:China Standard Press，2008.

SN/T 2203—2008.食品接触材料木制品类食品模拟物中多环芳烃的测定［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［25］WANG Cheng-yun，TANG Li-li，LIN Jun-feng，et al.Simultaneous determination of 21 kinds of phthalate plastics in coated papers by gas chromatography-selected ion monitor technique combined with ultrasonic extraction［J］.Paper Science ＆ Technology，2012，31(6):115.

王成云，唐丽莉，林君峰，等.超声萃取-气相色谱/串联质谱法同时测定皮革制品中21种邻苯二甲酸酯类增塑剂［J］.造纸科学与技术，2012，31(6):115.

［26］WANG Cheng-yun，XU Rong，YANG Zuo-jun，et al.Simultaneous determi-nation of phthalate plasticizers in coated papers by gas chromatography-tandem mass spectroscopy coupled with microwave-assisted extraction［J］.China Pulp ＆ Paper，2013，32(3):24.

王成云，徐 嵘，杨左军，等.气相色谱-串联质谱法测定涂布纸中邻苯二甲酸酯类增塑剂［J］.中国造纸，2013，32(3):24.CPP