高效液相色谱-串联质谱法测定塑料类食品接触材料中4种苯胺衍生物的特定迁移量

王建玲, 肖晓峰, 何 军, 刘艇飞, 陈 彤, 王 佳, 杨娟娟

(台州出入境检验检疫局, 台州 318000)

高效液相色谱-串联质谱法测定塑料类食品接触材料中4种苯胺衍生物的特定迁移量

王建玲, 肖晓峰*, 何 军, 刘艇飞, 陈 彤, 王 佳, 杨娟娟

(台州出入境检验检疫局, 台州 318000)

采用高效液相色谱-串联质谱法同时测定间苯二甲胺、N-乙酰对氨基苯酚、4,4′-二氨基二苯砜、N,N′-二苯基硫脲在5种食品模拟物中的特定迁移量。水基模拟物样品过聚四氟乙烯(PTFE)过滤器后进样;油性(橄榄油)模拟物样品用20 mmol·L-1磷酸二氢钾溶液-甲醇(1+1)混合液振荡提取10 min,提取液过PTFE过滤器后进样。采用C18柱进行梯度洗脱分离,质谱分析中选择电喷雾离子源正离子及多反应监测模式。4种化合物的质量浓度在一定范围内与峰面积呈线性关系,测定下限(10S/N)在2.0～20 μg·kg-1之间。加标回收率在85.6%～108%之间,测定值的相对标准偏差(n=6)在0.90%～8.8%之间。用该方法检测实际样品,发现有N,N′-二苯基硫脲检出。

高效液相色谱-串联质谱法; 间苯二甲胺;N-乙酰对氨基苯酚; 4,4′-二氨基二苯砜;N,N′-二苯基硫脲; 特定迁移量; 食品接触材料

间苯二甲胺(MXDA)、N-乙酰对氨基苯酚(APAP)、4,4-二氨基二苯砜(DADPS)和N,N′-二苯基硫脲(TCA)这4种苯胺衍生物常作为树脂原料[1]、热稳定剂[2-3]和固化剂类功能助剂[4],广泛应用于聚胺酯[5]、二甲苯尼龙树脂[5]、环氧树脂[6]和聚氯乙烯[7]等塑料的生产。MXDA、APAP、DADPS和TCA为低毒类化合物,能强烈刺激皮肤和黏膜,能致敏[8]。这些被添加至塑料制品中的苯胺衍生物,如发生过量迁移,将会危及人体健康。(EU)NO 10/2011法规[9]规定MXDA、APAP、DADPS和TCA的特定迁移量限定值分别为0.05,0.05,5,3 mg·kg-1。

目前,国内外有关MXDA、APAP、DADPS和TCA的研究主要集中在合成、生产及应用领域[1-7],而有关MXDA、APAP、DADPS和TCA特定迁移量的测定方法,有高效液相色谱法(HPLC)[10]测定MXDA的报道。本工作拟建立测定3%(质量分数,下同)乙酸、10%(体积分数,下同)乙醇、20%乙醇、50%乙醇和橄榄油等5种食品模拟物中MXDA、APAP、DADPS和TCA特定迁移量的高效液相色谱-串联质谱法,对方法的色谱分离、校准曲线情况、准确度和精密度等进行优化和验证。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1290型UPLC系统,配二极管阵列检测器(DAD);AB SCIEX 1290 UPLC-Qtrap 4500 型LC/MS/MS系统;MMV-1000型振荡器;Milli-Q Gradient型纯水仪;Thermo 2-20 po型移液枪;0.45 μm亲水性聚四氟乙烯(PTFE)针式过滤器。

MXDA、APAP、DADPS和TCA纯度不小于99.0%,甲醇为色谱纯,碳酸氢铵纯度不小于99.995%,其他试剂均为分析纯,试验用水为超纯水。

混合标准储备溶液:依次称取APAP 12.5 mg、DADPS 125 mg、TCA 125 mg于100 mL容量瓶中,加入四氢呋喃50 mL,完全溶解后,用移液枪移取1.032 g·mL-1的MXDA 12.1 μL至上述四氢呋喃溶液中,用20 mmol·L-1磷酸二氢钾溶液定容,充分混匀,得MXDA、APAP、DADPS和TCA质量浓度分别为125,125,1 250,1 250 mg·L-1的混合标准储备溶液A。移取2.5 mL混合标准储备溶液A至25 mL容量瓶中,用含50%(体积分数,下同)甲醇的5 mmol·L-1磷酸二氢钾-5 mmol·L-1磷酸氢二钾溶液定容,充分混匀得MXDA、APAP、DADPS和TCA质量浓度分别为12.5,12.5,125,125 mg·L-1的混合标准储备溶液B。分别吸取0.20,0.40,0.80,1.60,3.20,4.80 mL混合标准储备溶液B至6个10 mL容量瓶中,用含50%甲醇的5 mmol·L-1磷酸二氢钾-5 mmol·L-1磷酸氢二钾溶液定容,充分混匀得一组MXDA和APAP质量浓度分别为0.25,0.50,1.0,2.0,4.0,6.0 mg·L-1,DADPS和TCA质量浓度分别2.5,5.0,10,20,40,60 mg·L-1的混合标准储备溶液C。

水基模拟物标准工作溶液:分别移取1.00 mL混合标准储备溶液C到6个10 mL容量瓶中,用3%乙酸溶液定容,混匀,得一组MXDA和APAP质量浓度分别为0.025,0.050,0.10,0.20,0.40,0.60 mg·L-1,DADPS和TCA质量浓度分别0.25,0.50,1.0,2.0,4.0,6.0 mg·L-1的混合标准溶液。采用相同方式,分别用10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇配制相同浓度系列的混合标准工作溶液。

油性(橄榄油)模拟物标准工作溶液:在6个50 mL离心管中,分别加入橄榄油10.0 g,再分别加入标准储备溶液C 1 mL、正庚烷10 mL和含50%甲醇的20 mmol·L-1磷酸二氢钾溶液4.00 mL,旋紧塞子,涡旋混匀后置于振荡器上,以300 r·min-1转速振荡10 min,静置分层后用注射器吸取下层溶液过0.45 μm聚四氟乙烯针式过滤器,得一组MXDA和APAP质量比分别为0.025,0.050,0.10,0.20,0.40,0.60 mg·kg-1,DADPS和TCA质量比分别0.25,0.50,1.0,2.0,4.0,6.0 mg·kg-1的混合标准工作溶液。

1.2 仪器工作条件

1) 色谱条件 Waters Xbridge C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相A为50 mmol·L-1碳酸氢铵溶液,流动相B为甲醇。梯度洗脱程序:0～5 min,B由5%增至40%;5～7 min,B由40%增至62%;7～8 min,B由62%增至95%;8～11 min,B为95%;11～12 min,B由95%减至5%;12～15 min,B为5%。进样量1 μL;流量1 mL·min-1。

2) 质谱条件 电喷雾正离子源(ESI+);多反应监测(MRM)模式;帘气流量40.0 μL·min-1;碰撞气中等;离子源电压5 500 V,温度700 ℃;离子源气体流量70.0 μL·min-1;入口电压-10.0 V。4种苯胺衍生物色谱保留时间和质谱参数见表1。

表1 MXDA、APAP、DADPS和TCA的色谱保留时间以及主要MS/MS参数Tab. 1 Retention time and main MS/MS parameters for MXDA, APAP, DADPS and TCA

1.3 试验方法

1.3.1 迁移试验

试验根据塑料类食品接触材料制品的主要用途以及实际使用条件,依据(EU) NO 10/2011法规[9]和浸泡通则[11]的规定,选择合适的迁移温度、迁移时间和食品模拟物类型。试验所采用的食品模拟物类型和(EU) NO 10/2011法规[9]所规定的食品模拟物类型完全一致,分别为3%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇和橄榄油。对可能较短时间与食品高温接触的聚碳酸酯水壶和尼龙勺样品,在100 ℃浸泡2 h;对可能较短时间与较高温度食品接触的Titan杯、聚对苯二甲酸乙二醇(PET)瓶和丙烯腈-苯乙烯(AS)杯,在70 ℃浸泡2 h;对室温下与食品长时间接触的聚乙烯(PE)保鲜膜、聚丙烯(PP)塑料袋等制品,在40 ℃浸泡10 d。

1.3.2 样品前处理

水基食品模拟物样品:用注射器和PTFE滤膜过滤约1 mL样品溶液至进样瓶中,盖紧盖子,涡旋混匀,按仪器工作条件进行测定。

油性(橄榄油)模拟物样品:称取10 g(精确至0.1 g)橄榄油至50 mL离心管中,依次加入正庚烷10.0 mL和含50%甲醇的20 mmol·L-1磷酸二氢钾溶液4.00 mL,盖紧盖子,涡旋混匀后,置于振荡器上,以300 r·min-1转速振荡10 min,静置分层后用注射器吸取下层水溶液过PTFE过滤器,按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择

考虑到同质谱的兼容性,试验考察了挥发性较好的40 mmol·L-1甲酸铵溶液、40 mmol·L-1乙酸铵溶液、0.1%(质量分数,下同)甲酸溶液、0.1%(质量分数,下同)乙酸溶液、0.1%(质量分数,下同)氨水、40 mmol·L-1碳酸氢铵溶液作流动相中的水相,甲醇作有机相时,对2.000 g·L-1的MXDA、APAP、DADPS和TCA混合标准溶液色谱分离的影响,色谱图见图1。

1-MXDA;2-APAP;3-DADPS;4-TCAA-40 mmol·L-1甲酸铵溶液;B-40 mmol·L-1乙酸铵溶液;C-0.1%甲酸溶液;D-0.1%乙酸溶液;E-0.1%氨水;F-40 mmol·L-1碳酸氢铵溶液图1 不同流动相水相对混合标准溶液的色谱分离的影响Fig. 1 Effect of different aqueous mobile phase on the chromatographic seperation of the mixed standard solution

由图1可知:40 mmol·L-1甲酸铵溶液或40 mmol·L-1乙酸铵溶液作流动相时,MXDA保留较弱,且拖尾严重;0.1%甲酸溶液作流动相时,MXDA无保留,且呈不规的色谱峰形;0.1%乙酸溶液作流动相时,MXDA色谱峰形展宽特别严重;0.1%氨水作流动相时,MXDA保留增强,但色谱峰拖尾和展宽特别严重,APAP保留变弱,且出现伸舌现象;40 mmol·L-1碳酸氢铵溶液作流动相时,MXDA保留较合适,色谱峰形较对称,且APAP、DADPS和TCA分离效果好。因此,试验采用40 mmol·L-1碳酸氢铵溶液作为水相流动相。

不同浓度的流动相缓冲盐对待测物的色谱分离也有较大的影响。试验考察了5,10,20,40,80 mmol·L-1的碳酸氢铵溶液作水相流动相,甲醇做有机相时,对MXDA、APAP、DADPS和TCA混合标准溶液色谱分离的影响,色谱图见图2。

1-MXDA;2-APAP;3-DADPS;4-TCAA～E所对应的碳酸氢铵溶液浓度分别为5,10,20,40,80 mmol·L-1图2 流动相中碳酸氢铵溶液的浓度对混合标准溶液的色谱分离的影响Fig. 2 Effect of the concentration of ammonium hydrogen carbonate in mobile phase on chromatographic separation of the mixed stardard solution

由图2可知:随着碳酸氢铵的浓度从5 mmol·L-1增加至80 mmol·L-1,MXDA的色谱峰对称性越来越好,而APAP、DADPS和TCA的色谱峰形均完全对称;碳酸氢铵的浓度在40 mmol·L-1时,MXDA的色谱峰形已基本对称。考虑到质谱对挥发性缓冲盐的耐受性,试验选择流动相中碳酸氢铵溶液浓度为50 mmol·L-1。

在前期色谱分离条件优化的基础上,进一步优化梯度洗脱条件。在优化条件下,100 μg·kg-1橄榄油食品模拟物标准工作溶液的色谱图见图3,MXDA、APAP、DADPS和TCA在10.5 min内达到完全分离。

1-MXDA;2-APAP;3-DADPS;4-TCA图3 橄榄油食品模拟物中100 μg·kg-1的标准工作溶液色谱图Fig. 3 Chromatogram of 100 μg·kg-1 mixed standard solution in olive oil simulant

2.2 样品前处理

2.2.1 水基模拟物前处理

将水基食品模拟物经过过滤往往可以有效地避免HPLC系统的堵塞。试验考察了常用的PTFE针式过滤器、尼龙针式过滤器和聚醚砜针式过滤器对MXDA、APAP、DADPS和TCA回收率的影响。在20%乙醇食品模拟物中,分别添加MXDA、APAP、DADPS和TCA混合标准溶液至质量比分别为200,200,2 000,2 000 μg·kg-1,对过滤和未过滤的加标样品进样分析。结果表明:在过滤这一步,PTFE针式过滤器、尼龙针式过滤器和聚醚砜针式过滤器对20%乙醇食品模拟物中MXDA、APAP、DADPS和TCA的回收率分别为93.4%～107%,83.4%～109%,57.4～145%,6次试验的测定值的相对标准偏差分别为2.6%～4.5%,3.0%～5.6%,3.0%～27%。PTFE针式过滤器对MXDA、APAP、DADPS和TCA的回收率最高,重复性也最好,故试验采用PTFE过滤器过滤。

2.2.2 油性模拟物提取溶剂的优化

试验比较了20 mmol·L-1磷酸二氢钾溶液、20 mmol·L-1乙酸铵溶液、20 mmol·L-1磷酸二氢钾-甲醇(1+1)混合液、20 mmol·L-1甲酸铵溶液、20 mmol·L-1碳酸氢铵溶液、水、甲醇(1+1)溶液、20 mmol·L-1乙酸铵-甲醇(1+1)混合液作为提取溶剂对同一橄榄油样品中MXDA、APAP、DADPS和TCA的提取效果。结果表明:8种提取溶剂中,20 mmol·L-1磷酸二氢钾-甲醇(1+1)混合液对MXDA、APAP、DADPS和TCA的整体提取效果最好。故试验采用20 mmol·L-1磷酸二氢钾-甲醇(1+1)混合液对橄榄油中MXDA、APAP、DADPS和TCA进行提取。

2.2.3 油性模拟物提取时间的优化

试验考察了20 mmol·L-1磷酸二氢钾-甲醇(1+1)混合液对同浓度的橄榄油加标样品分别在提取2.5,5,10,20,30,40 min时,MXDA、APAP、DADPS和TCA色谱峰面积的影响,结果见图4。

由图4可知:提取时间从2.5 min增加至10 min,MXDA、APAP、DADPS和TCA的峰面积增加较明显,但继续增加提取时间,MXDA、APAP、DADPS和TCA的峰面积均变化不大。故试验选择提取时间为10 min。

2.3 校准曲线及测定下限

配制MXDA和APAP质量浓度(或质量比)分别为0.010,0.020,0.040,0.080,0.16,0.20 mg·L-1(或mg·kg-1),DADPS和TCA质量浓度(或质量比)分别为0.10,0.20,0.40,0.80,1.6,2.0 mg·L-1(或mg·kg-1)的4种物质混合标准工作溶液,按仪器工作条件进行测定,以质量浓度(或质量比)对峰面积作校准曲线,线性拟合结果见表2。

1-MXDA;2-APAP;3-DADPS;4-TCA图4 提取时间对油性模拟物中MXDA、APAP、DADPS和TCA提取效果的影响Fig. 4 Effect of extraction time on the extraction efficiency of MXDA, APAP, DADPS and TCA in oil food simulants

由表2可知:在0.025～0.60或0.25～6.0 mg·L-1(或mg·kg-1)范围内,MXDA、APAP、DADPS和TCA的校准曲线线性关系良好。

以10倍信噪比(10S/N)计算方法的测定下限,结果见表2。MXDA、APAP、DADPS和TCA迁移量检测的测定下限为2.0～20 μg·kg-1。

表2 线性参数和测定下限Tab. 2 Linearity parameters and the lower limits of determination

表2(续)

2.4 精密度和回收试验

采用浸泡液加标回收的方式来验证检测方法的准确性。分别在每种食品模拟物浸泡液中添加4种物质的混合标准溶液,使MXDA和APAP的质量比为0.025,0.10,0.60 mg·kg-1,DADPS和TCA的质量比为0.25,1.0,6.0 mg·kg-1,按试验方法分析,计算加标回收率,结果见表3。MXDA、APAP、DADPS和TCA的加标回收率为85.6%～108%,相对标准偏差在0.90%～8.8%之间,表明该检测方法具有较高的准确度和精密度。

表3 精密度和回收试验结果(n=6)Tab. 3 Results of tests for precision and recovery

2.5 实际样品检测

用本方法分别检测了包括Titan杯、聚对苯二甲酸乙二醇瓶、聚碳酸酯(PC)水壶、聚丙烯塑料袋、尼龙勺、丙烯腈-苯乙烯杯、聚乙烯保鲜膜等具代表性的食品接触材料样品共30余批次,其中在PC水壶的水基食品模拟物和橄榄油食品模拟物浸泡液中均有TCA检出(0.02～1.5 mg·kg-1),但TCA特定迁移量均低于法规限量[6]要求。

本工作采用高效液相色谱-串联质谱法同时测定MXDA、APAP、DADPS和TCA在3%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇和橄榄油模拟物中的特定迁移量。该方法具有样品前处理快速、测定下限较低、检测结果准确可靠等优点。该方法应用于实际样品中MXDA、APAP、DADPS和TCA特定迁移量的测定,在PC水壶的水基食品模拟物和橄榄油食品模拟物浸泡液中发现有TCA检出。本方法可广泛应用于MXDA、APAP、DADPS和TCA特定迁移量相关塑料制品的检测及产品质量控制。

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[9] Commission Regulation (EU) No 10/2011/EC on Plastic Materials and Articles Intended to Come into Contact with Food[S].

[10] DB13/T 1081.12-2009 食品用包装材料及制品 塑料 第12部分:间苯二甲胺特定迁移量的测定[S].

[11] BS EN 13130-1-2004 Materials and Articles in Contact with Foodstruffs-Plastics Substances Subject[S].

HPLC-MS/MS Determination of Specific Migration of 4 Aniline Derivatives in Food Simulants

WANG Jian-ling, XIAO Xiao-feng*, HE Jun, LIU Ting-fei, CHEN Tong, WANG Jia,YANG Juan-juan

(TaizhouEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Taizhou318000,China)

HPLC-MS/MS was applied to the determination of specific migrations ofm-xylenediamine, acetyl-p-aminophenol, 4,4′-diaminodiphenylsulfone and thiocarbanilide in five types of food simulants. The aqueous food simulant samples were pretreated with polytetrafluoroethylene filter. The olive oil simulant samples were extracted by oscillation with a mixture of 20 mmol·L-1potassium dihydrogen phosphate solution and methanol (1+1), and the extract was treated with polytetrafluoroethylene filter. Then the mixture ofm-xylenediamine, acetyl-p-aminophenol, 4,4′-diaminodiphenylsulfone and thiocarbanilide was separated on a C18column by gradient elution. ESI+and MRM were adopted in MS analysis. Linear relationships were found between the peak areas and the mass concentrations of the four compounds in defined ranges, with the lower limits of determination in the range of 2.0-20 μg·kg-1. Recovery rates obtained by standard addition method were in the range of 85.6%-108%, and RSDs (n=6) were in the range of 0.90%-8.8%. Thiocarbanilide was found out in the real samples by this mehod.

HPLC-MS/MS;m-Xylenediamine; Acetyl-p-aminophenol; 4,4′-Diaminodiphenylsulfone; Thiocarbanilide; Specific migration; Food contact material

10.11973/lhjy-hx201703004

2016-03-18

王建玲(1962-),女,浙江台州人,研究方向为食品 安全。

* 通信联系人。E-mail:xiao_xf@126.com

O657.63

A

1001-4020(2017)03-0263-07