液相色谱-三重四极杆质谱同时测定食品接触材料中双酚A、双酚F与双酚S的迁移量

梁锡镇，隋海霞，李 丹，钟怀宁

(1.广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，广东 广州 510623；2.国家食品安全风险评估中心，北京 100022)

双酚A(BPA)是聚碳酸酯塑料和环氧涂层的原材料，在食品接触材料中被广泛应用[1]。研究表明双酚A具有一定的内分泌干扰作用，对婴幼儿影响尤其明显[2]，因此欧盟、日本、中国、美国对双酚A在食品接触材料中的使用进行了严格限制[3]。目前，人们常用结构和性能与双酚A较为类似的双酚F(BPF)或双酚S(BPS)代替双酚A。但有研究表明，双酚F和双酚S也同样具有一定程度的人体健康危害性[4-6]。国家标准GB 9685-2016对双酚S在涂层中的使用进行了限制，要求其特定迁移量不得超过0.05 mg/kg[7]，欧盟的相关标准中也要求其在塑料中的特定迁移量不得超过0.05 mg/kg[8]。

目前，国内外关于双酚A的检测方法主要有电化学分析法[9-10]、高效液相色谱法[11-13]、分光光度法[14]、气相色谱-质谱法[15-16]和液相色谱串联质谱法[17-18]等。但同时测定食品接触材料中双酚A、双酚F和双酚S特定迁移量的方法尚未见报道。由于双酚类物质在食品接触材料中的广泛使用，亟需建立一种灵敏度高、基质干扰小的多组分分析方法。本研究采用液相色谱-三重四极杆质谱法对食品接触材料中的双酚类化合物BPA、BPF和BPS进行研究，建立的方法快速灵敏、选择性好，且无需样品衍生化处理，有较好的实用性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1200-6460液相色谱-三重四极杆质谱仪(美国安捷伦公司)，带Chemstation和MassHunter软件数据处理系统；ZORBAX Eclipse XDB-C18液相色谱柱(柱长150 mm，内径4.6 mm，粒度3.5 μm)；100、1 000 μL可调移液器，购自Sartorius公司；10 μL微量注射器；0.22 μm滤膜(尼龙66)购自津腾公司。

标准物质：双酚A(BPA，98.5%)、双酚F(BPF，99.9%)均购自Dr.E公司；双酚S(BPS，99.9%)购自CMW公司；双酚A同位素内标(BPA-3,3’,5,5’-d4，99.6%)购自C/D/N ISOTOPES公司；双酚F同位素内标(BPF-d10，98.0%)购自Toronto Research Chemocals公司；双酚S同位素内标(BPS-13C12，98.0%)购自CIL公司。乙酸、乙醇、异辛烷、甲醇、氨水均为HPLC级，购自Fisher公司。

1.2 标准溶液的配制

1.2.1标准储备溶液与标准中间溶液分别量取BPA、BPF和BPS及其同位素内标标准物质，用甲醇配制成6种质量浓度为1 000 mg/L的单标储备溶液。再用甲醇稀释成质量浓度为10 mg/L的BPA、BPF和BPS混合标准中间溶液以及质量浓度为10 mg/L的BPA、BPF和BPS同位素内标混合标准中间溶液。

1.2.2水基、酸性食品、酒精类食品模拟物标准工作溶液准确吸取50 μL BPA、BPF和BPS同位素内标混合标准中间溶液于7个50 mL容量瓶中，分别加入0、5、10、25、50、100、250 μL BPA、BPF和BPS混合标准中间溶液，用水定容，得到BPA、BPF和BPS质量浓度均为0、1、2、5、10、20、50 μg/L的标准工作溶液，BPA、BPF和BPS同位素内标浓度为10 μg/L。采用同样方式，分别用对应水基、酸性食品、酒精类食品模拟物配制相同质量浓度系列的BPA、BPF和BPS标准工作溶液。

1.2.3油基食品模拟物标准工作溶液分别称取50 g(精确至0.01 g)油基食品模拟物至7个具塞试管中，准确吸取50 μL BPA、BPF和BPS同位素内标混合标准中间溶液于7个50 mL容量瓶中，再分别移取0、5、10、25、50、100、250 μL BPA、BPF和BPS混合标准中间溶液于试管中，得到BPA、BPF和BPS质量浓度均为0、1、2、5、10、20、50 μg/L的标准工作溶液，BPA、BPF和BPS同位素内标质量浓度为10 μg/L。称量2 g各浓度标准工作溶液于试管中，分别在每个试管中再加入3 mL正己烷，混匀，加入2 mL甲醇-水混合液(体积比1∶1)，涡旋振荡2 min,静置分层。用玻璃注射器吸取下层水溶液,过0.22 μm滤膜后供测定用。

1.3 迁移试验

在国标的相关标准中，指出了食品接触材料及制品迁移试验的基本规则，包括测试方法、试验对象、试验条件、模拟液等。其中，水溶液食品采用蒸馏水，酸性食品采用乙酸水溶液，乙醇类食品采用乙醇水溶液，而对油性食品各标准规定的食品模拟液有所不同，如异辛烷、橄榄油等[13]。本实验根据样品实际接触食品类型选用以下食品模拟液：4%(体积分数，下同)乙酸、10%乙醇、20%乙醇、95%乙醇和油基食品模拟物异辛烷。

1.4 浸泡液的处理

1.4.1水基、酸性食品、酒精类食品模拟物准确量取迁移试验中得到的水基、酸性食品、酒精类食品模拟物约1 mL，过0.2 μm滤膜后供测定用，平行制样2份。

1.4.2油基食品模拟物准确称取迁移试验中得到的油基食品模拟物(2±0.01) g于试管中，加入3 mL正己烷,混匀，加入2 mL甲醇-水(体积比1∶1)，涡旋振荡2 min，静置分层。用注射器吸取下层水溶液，过0.22 μm滤膜后待测。平行制样2份。

1.5 液相色谱-三重四极杆质谱条件

1.5.1液相色谱条件ZORBAX Eclipse XDB-C18色谱柱(柱长150 mm，内径4.6 mm，粒度3.5 μm)；柱温：35 ℃；流速：0.6 mL/min；进样量：10 μL，流动相：甲醇-0.1%氨水(75∶25)。

1.5.2质谱条件电喷雾离子源(ESI)，负离子模式(-)，多反应监测(MRM)。雾化气压力：40 psi，喷雾电压：500 V，毛细管电压：4 000 V，气流速度：10 L/min，气流温度：350 ℃，鞘气(N2)流速:11 L/min，鞘温度:300 ℃。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择

实验考察了甲醇-水和乙腈-水流动相体系对BPA、BPF和BPS离子化程度的影响。结果表明，甲醇-水的仪器响应值高于乙腈-水。进一步比较了在甲醇-水中分别加入0.1%氨水、5 mmol/L甲酸铵、5 mmol/L乙酸铵等挥发性添加剂的影响。结果表明，以甲醇-0.1%氨水溶液作为流动相可获得最优的色谱分离效果和质谱信号响应。由于BPA、BPF和BPS带有羟基，在负离子电离模式下溶液中能够电离出1个H+。当流动相中加入适量碱性物质(如氨水)时，将促进目标化合物的电离，从而提高其离子化效率。考察了氨水添加量(0.05%～0.5%)的影响，发现氨水最佳添加量为0.1%。最终选择甲醇-0.1%氨水溶液(75∶25)等度洗脱，BPA、BPF和BPS可在5 min内分析完毕。

2.2 质谱条件的优化

图1 BPA、BPF、BPS及其同位素内标的多反应监测色谱图Fig.1 MRM chromatogram of BPA,BPF,BPS and their isotope internal standards1:BPS,2:the isotope internal standard of BPS,3:BPF,4:the isotope internal standard of BPF,5:BPA,6:the isotope internal standard of BPA

根据酚类环境雌激素具有酚羟基的化学电离性质，选用ESI-作为离子化模式，采用流动注射泵连续进样方式进行质谱条件的优化，实验结果表明，BPA、BPF和BPS在离子源ESI-电离方式下，可获得较高丰度的[M-H]-母离子。采用子离子扫描方式进行二级质谱分析，对子离子进行了优化选择，确定定量离子和辅助定性离子，通过优化毛细管电压、碎裂电压、碰撞池加速电压、碰撞能量、质谱分辨率等质谱参数，使BPA、BPF和BPS的准分子离子与特征碎片离子产生的离子对强度达到最大，将高效液相色谱和三重四极杆质谱仪联用，对气流温度、鞘气温度及流量、锥孔气流量进行优化，使样液中待测物质的离子化效率达到最佳。

应用液相色谱-串联质谱具有灵敏度高、选择性好和抗干扰等特点的选择离子方式进行测定。实验首先通过全扫描方式(SCAN)作出总离子流图(TIC)，然后根据其质谱图中的碎片离子选择丰度相对较高、分子质量较大的碎片离子针对测试样品进行产物离子扫描，最后选择质谱多反应监测(MRM)对BPA、BPF和BPS进行准确分析。最终确定BPA、BPF和BPS质谱参数见表1，BPA、BPF、BPS及其同位素内标的总离子流色谱图见图1。

表1 BPA、BPF、BPS及其同位素内标优化后的保留时间、定量、定性离子对及碰撞能量Table 1 Optimized parameters of retention times, quantitative ions，qualitative ions and collision energies for BPA,BPF,BPS and their isotope internal standards

2.3 线性范围与定量下限

对BPA、BPF和BPS的混合工作溶液进行测试，以各物质的质量浓度(X，μg/L)为横坐标，对应峰面积(Y)为纵坐标绘制标准曲线，BPA、BPF和BPS在1～100 μg/L质量浓度范围内线性良好，相关系数为0.996～0.999。以3倍信噪比(S/N=3)作为检出限(LOD)，以10倍信噪比(S/N=10)作为定量下限(LOQ)，得BPA、BPF和BPS在不同食品模拟物的方法LOD和LOQ，结果见表2～4。 BPA、BPF和BPS的色谱分离效果良好，BPA和BPF在1～50 μg/L质量浓度范围内与峰面积均呈线性关系，BPS在0.1～50 μg/L质量浓度范围内与峰面积呈线性关系。BPA和BPF的最低检出限为0.3 μg/L，BPS的最低检出限为0.05 μg/L。

表2 BPA、BPF和BPS在4%乙酸食品模拟物中的线性回归方程、相关系数、检出限和定量下限Table 2 Regression equations,correlation coefficients(r),limits of detection(LOD)and limits of quantitation(LOQ)of BPA,BPF and BPS in 4%acetic acid food simulant

表3 BPA、BPF和BPS在10%乙醇食品模拟物中的线性回归方程、相关系数、检出限和定量下限Table 3 Regression equations,correlation coefficients(r),limits of detection(LOD)and limits of quantitation(LOQ)of BPA,BPF and BPS in 10%ethanol food simulant

表4 BPA、BPF和BPS在异辛烷食品模拟物中的线性回归方程、相关系数、检出限和定量下限Table 4 Regression equations,correlation coefficients(r),limits of detection(LOD)and limits of quantitation(LOQ)of BPA,BPF and BPS in isooctane food simulant

2.4 回收率与精密度

在样品的迁移试验中，分别添加3种不同的食品模拟液(4%乙酸、10%的乙醇和异辛烷)，再加入一定量的BPA、BPF和BPS混合标准溶液和BPA、BPF和BPS同位素内标混合标准溶液，使得BPA、BPF和BPS在溶液中的加标质量浓度分别为2、10 μg/L，BPA、BPF和BPS同位素内标溶液中的质量浓度为10 μg/L，待样品前处理完成后，每个添加水平平行测试6次。结果表明，BPA、BPF和BPS的回收率为83.6%～102.6%，相对标准偏差(RSD)为3.5%～8.9%。方法的精密度和准确度能够满足定量分析要求。

图2 某矿泉水桶样品的色谱图Fig.2 Chromatogram of a mineral water bucket sample1.the isotope internal standard of BPS,2.the isotope internal standard of BPF, 3.the isotope internal standard of BPA, 4.a mineral water bucket sample(1.BPS同位素内标，2.BPF同位素内标，3.BPA同位素内标，4.某矿泉水桶样品)

2.5 实际样品的测试

对10款市售聚碳酸酯水杯、矿泉水桶等样品和10款环氧涂层样品进行了测试。结果表明，BPA的迁移量在0.4～34.2 μg/kg之间，BPF的迁移量在0.4～3.2 μg/kg之间，BPS的迁移量在0.08～4.3 μg/kg之间。

此外，针对4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇、异辛烷的食品模拟物分别进行迁移试验，结果表明，BPA、BPF和BPS在乙醇溶液类食品模拟物中迁移量较高，且乙醇浓度越高迁移量越大，在异辛烷中的迁移量较低。这可能是因为带羟基的BPA、BPF和BPS分子更易溶于乙醇溶液中，但不易溶于异辛烷。

3 结 论

本文采用液相色谱-三重四极杆质谱建立了食品接触材料中双酚类化合物BPA、BPF和BPS的分析方法。3种化合物在1～50 μg/L浓度范围内线性关系良好，BPA和BPF的最低检出限为0.3 μg/L，BPS的最低检出限为0.05 μg/L。添加水平为2 μg/L和10 μg/L时，3种化合物的回收率为83.6%～102.6%，RSD为3.5%～8.9%。该方法具有操作简便、灵敏度和准确度高、抗干扰能力强的特点，能够满足食品接触材料中BPA、BPF和BPS的检测需求。

[1] Hu X W,Zhang W D,Liu Y Q.FoodSci.(胡向蔚，张文德，刘炎桥.食品科学)，2006,(4):264-266.

[2] Guo Y M.PlasticsAdditives(郭永梅.塑料助剂)，2012,(3):1-3.

[3] Guo L M.PlasticsAdditives(郭丽敏.塑料助剂)，2011,(2):7-9.

[4] Ví Lchez J L,Zafra A,González-Casado A,Hontoria E,Olmo M E.Anal.Chim.Acta,2001,431(1):31-40.

[5] Ji K,Hong S,Kho Y,Choi K.Environ.Sci.Technol.,2013,47(15):8793.

[6] René V,Watson C S.Environ.HealthPerspect.,2013,121(3):352-358.

[7] GB 9685-2016.Standard for the Use of Additives for Food Contact Materials and Articles.National Standards of the People′s Republic of China(食品接触材料及制品用添加剂使用标准.中华人民共和国国家标准).

[8] Commission Regulation(EU)No10/2011 of 14 January 2011 on Plastic Materials and Articles Intended to Come into Contact with Food.

[9] Wang Y C,Liu Z R,Gong Q J.FoodSci.(王玉春,刘赵荣,弓巧娟.食品科学)，2010,31(20):303-306.

[10] Zhang W D,Ma Z D,Guo Z.Chin.J.Anal.Chem.(张文德，马志东，郭忠.分析化学)，2003,31(2):249.

[11] Zhang W W,He M Y,Chen Q.ChemicalEngineer(张文雯，何明阳，陈群.化学工程师)，2005,19(12):27-28.

[12] Wu Z Y,Luo S P,Zhu Y,Liu H J,Wang X.Textile.Dye.Finish.J.(吴泽颖，罗世鹏，朱烨，柳海军，王昕.染整技术)，2015,(3):48-50.

[13] Miao J Z,Xue M,Zhang H.Chin.J.Anal.Chem.(缪佳铮，薛鸣，张虹.分析化学)，2009,37(6):911-914.

[14] Shi M,Chen C Y,Ma M H.Chin.J.Spectrosc.Lab.(施梅，陈昌云，马美华.光谱实验室)，2009,26(6):1672-1675.

[15] Perrin F X,Nguyen T M H,Tran T M L,Vernet J L.Polym.Test.,2006,25(7):912-922.

[16] Wei B W,Miao J W,Yu W J.Chin.J.Anal.Lab.(卫碧文，缪俊文，于文佳.分析试验室)，2009,28(1):107-109.

[17] Ma Q,Bai H,Wang C,Zhang Q,Zhou X,Dong H,Wang B L.Chin.J.Anal.Chem.(马强，白桦，王超，张庆，周新，董辉，王宝麟.分析化学)，2010,38(2):197-201.

[18] Jiang H,Shang G Q,Zhao M,Chen M,Wang W Y.FoodRes.Dev.(姜欢，商贵芹，赵敏，陈明，王文烨.食品研究与开发)，2014,(21):86-88.