气相色谱-质谱同时测定食品包装材料中9种光引发剂

刘 艳， 张 强， 顾 华， 余肖峰， 邵超英*

(1.东华大学化学化工与生物工程学院，上海 201620；2.国土资源部上海资源环境监督检测中心，上海 200072)

食品包装中的风险物质控制是食品安全的重要内容之一。由于溶剂型油墨印刷极易导致挥发性有机化合物的残留，近年来紫外光固化油墨正逐渐取代溶剂油墨广泛应用于食品包装印刷领域[1 - 2]。然而有研究发现，包装材料表面残留的光引发剂(Photoinitiators,PIs)可通过化学迁移或物理接触污染包装内的食品。毒理学研究表明，二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮具有致癌性、皮肤接触毒性和生殖毒性[3 - 4]；2-异丙基硫杂蒽酮可能对人体内分泌激素等产生影响[5]。鉴于PIs对人类健康的危害，2009年欧盟食物链和动物健康常务委员会规定食品接触材料中二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮的迁移限量为0.6 mg/kg[6]。

光聚合技术中常用的PIs包括二苯甲酮及其衍生物、硫杂蒽酮衍生物以及α-羟基芳酮类化合物等，有时还需多种PIs配合使用以提高固化效率[7 - 9]。因此，国家质监总局发布的食品接触材料中二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮残留量的测定标准[10 - 11]显然无法满足对包装材料中PIs的质量监管需要，因此，建立食品包装材料中多种PIs的同时检测技术具有重要意义。

目前，食品包装中PIs残留量的测定方法主要有气相色谱-质谱法[12 - 14]、气相色谱-串联质谱法[15]、超高效液相色谱-串联质谱法[16]等。本实验选择了较具代表性的二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-氯二苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮、对二甲氨基苯甲酸乙酯、对二甲氨基苯甲酸异辛脂、2-氯硫杂蒽酮、2-异丙基硫杂蒽酮和2,4-二乙基硫杂蒽酮9种PIs作为研究对象，建立了食品包装材料中上述9种PIs的超声提取、气相色谱-质谱(GC-MS)分析方法，为食品包装材料中PIs的质量监管提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Trace ISQ单四极杆气相色谱-质谱仪(美国,Thermo-Fisher公司)；DS-2510DTH型超声波清洗机(上海生析超声仪器有限公司)；EYELA N-1001旋转蒸发仪(上海爱朗仪器有限公司)；BSA224S-CW型电子天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司)。

标准品二苯甲酮(BP)、对二甲氨基苯甲酸异辛脂(EHDAB)和2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)为Dr.Ehrenstorfer公司产品；4-甲基二苯甲酮(4-MBP，纯度99%)、1-羟基环己基苯基甲酮(CPK，纯度99%)、对二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB，纯度99%)和2,4-二乙基硫杂蒽酮(DETX，纯度98%)购自Sigma-Aldrich公司；4-氯二苯甲酮(CBP，纯度99%)和2-氯硫杂蒽酮(CTX，纯度99%)分别为Adamas公司和AlfaAesar公司产品。准确称取10.0 mg(精确至0.1 mg)9种PIs标准品，用二氯甲烷溶解并定容至100 mL，配制成质量浓度为100 mg/L的单标准储备溶液。分别移取各单标准储备溶液5.0 mL至50 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容，配制成浓度为10 mg/L的混合标准溶液。根据需要，逐级稀释制成不同质量浓度的系列混合标准工作溶液。上述溶液均于4 ℃冷藏避光保存。二氯甲烷和乙腈为色谱纯，其他试剂均为分析纯。实验用水由Hi-tech KFLOW型超纯水机(上海和泰仪器有限公司)制备。0.45 μm有机相滤膜(上海安谱实验科技股份有限公司)。

纸、纸塑类以及塑料食品包装材料均购自上海市超市。

1.2 样品预处理

取食品包装材料，经洗净、晾干，剪成面积小于3×3 mm 的碎片，备用。准确称取上述食品包装材料0.5 g(精确至0.1 mg)于25 mL具塞比色管中，加入15 mL二氯甲烷，于40 ℃下超声提取20 min。萃取完毕将萃取液于旋转蒸发仪上蒸发至近干，然后用二氯甲烷溶解残渣并定容至5 mL。经0.45 μm微孔滤膜过滤，待GC-MS测定。

1.3 气相色谱-质谱分析条件

色谱条件：色谱柱：TG -5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm,美国)；进样口温度：280 ℃；载气：高纯氦气，流速：1.2 mL/min；进样量：1 μL，不分流进样。柱箱升温程序：初始温度125 ℃，以8 ℃/min的速率升至175 ℃，保持3 min，再以30 ℃/min升温至280 ℃，保持3 min。质谱条件：离子源：电子轰击电离源(EI)，温度为250 ℃；电离能量为70 eV；离子传输线温度：280 ℃；溶剂延迟时间为6 min。扫描方式：全扫描(SCAN)和选择离子扫描(SIM)。上述条件下9种PIs目标化合物的部分参数见表1。

表1 选择离子扫描模式下9种PIs的质谱参数Table 1 MS parameters of 9 PIs in SIM mode

2 结果与讨论

图1 溶剂对样品中PIs提取回收率的影响Fig.1 Effects of solvents on recoveries of the PIs

2.1 样品预处理条件的优化

2.1.1提取溶剂的选择分别考察了正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮及乙腈(极性由弱到强)作为提取溶剂超声提取食品包装材料中9种PIs目标物，图1为不同溶剂对目标分析物提取效率的影响见图1。结果表明，弱极性的二氯甲烷对9种目标物均有较高的提取效率；非极性的正己烷和中等极性的乙酸乙酯的萃取效率次之；而极性较强的乙腈和丙酮的提取效率最低。故实验选择二氯甲烷作为提取溶剂。

2.1.2正交试验法超声萃取条件优化为了优化样品的超声预处理条件，以二氯甲烷作为萃取溶剂，分别选取了萃取剂用量、萃取时间和萃取温度作为食品包装材料中9种PIs超声萃取的三个主要影响因素，设计了L9(34)正交试验。各因素的选取水平及其试验结果列于表2。正交试验指标以食品包装材料中9种PIs的加标回收率与1之差的绝对值总和表示(表2)，数值越小，表明试验条件越佳，并通过极差分析得到影响PIs目标物萃取效率的显著因素。

表2所示的计算结果显示实验3和实验7条件下的测试指标较好；进一步根据极差分析可知，萃取时间是影响萃取效率的最主要因素，其次是萃取剂用量及温度，因此，得出的最优化方案为：以15 mL的二氯甲烷为萃取剂，在40 ℃温度下萃取20 min。

表2 正交试验设计及其结果Table 2 Orthogonal tests and the results

2.2 色谱条件的优化

图2 9种PIs标准溶液的选择离子色谱图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弱极性毛细管柱进行色谱分离。实验表明，低柱温有利于CPK与EDAB的分离；而高柱温可加快EHDAB、CTX、2-ITX和DETX的出峰速度。因此，为使CPK与EDAB获得满意的分离，同时减小EHDAB、CTX、2-ITX和DETX的保留时间，实验中采用了分两个阶次进行升温的升温程序。在优化的色谱和质谱条件下，9种PIs目标物在15 min内均获得了满意的分离，选择离子色谱图见图2。

2.3 标准曲线和检出限

在已确定的实验条件下，对不同质量浓度的9种光引发剂系列混合标准工作溶液进行了GC-MS测定，结果列于表3。以信噪比(S/N)=3所对应的被测化合物的含量作为方法的检出限(LOD)，所得待测物的仪器检出限为0.7840～7.699 μg/L，方法具有较高的灵敏度。

表3 9种PIs GC-MS分析的线性方程、相关系数及检出限(n=6)Table 3 Linear equation,correlation coefficient,limits of detection(LOD) for the 9 PIs (n=6)

(续表3)

2.4 方法的准确度和精密度

取阴性的食品包装材料样品，分别进行低、中、高 3个添加水平的PIs标准添加回收试验，每个水平平行测定6次，标准添加回收率和精密度实验结果见表4。可以看出方法具有较高的准确度和可靠性。

表4 食品包装材料中9种光引发剂的加标回收率和精密度(n=6)Table 4 Recoveries and precisions for the 9 PIs in food packaging materials(n=6)

2.5 实际样品分析

应用本文建立的方法，对市售不同品牌的纸、纸塑复合及塑料材质的13个盒装/袋装食品包装样品进行了分析测定。测定结果显示，有7个样品检出了PIs残留。其中BP在5个食品包装样品中有检出，含量为0.24～0.43 mg/kg；DETX在2个样品中有检出，含量分别为2.08和2.89 mg/kg；另外在1个样品中检出了0.81 mg/kg的EDAB。实验涉及的其他6种光引发剂目标物成分未被检出。典型样品的总离子流色谱图及BP和EDAB的提取离子色谱图见图3。

图3 典型样品的总离子流色谱图(a)及BP(b)、EDAB(c)的提取离子色谱图Fig.3 Total ion current chromatogram of the typical sample(a),and the extracted ion chromatograms for BP(b) and EDAB(c)

3 结论

针对光引发剂种类多、成分复杂的特点，建立了食品包装材料中9种光引发剂残留量的GC-MS分析方法。通过单因素实验和正交试验确定了样品的前处理条件，目标化合物获得了较高的萃取效率并排除了样品基质的干扰。在优化的柱温程序下9种化合物得到满意分离并被质谱检测。方法具有简单、快速、灵敏、准确等优点，能够满足食品包装材料中9种光引发剂目标物的定性和定量测试，可为食品包装材料中光引发剂检测的标准化建设提供科学参考与技术支撑。