索氏提取-红外光谱在定性分析乳制品塑料包装中添加剂的应用

王 兴，邓玉明，宋利君，张雅君，陈 琛

（内蒙古伊利实业集团股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010110）

红外光谱检测技术广泛应用在石油工业、地质学、农业、生物学、医学、法庭科学、环境科学、染织工业和材料科学、食品分析等各个学科的研究中[1-5]。

当物质分子中某基团的振动或转动频率恰好等于通过该物质的红外光频率时，分子能够吸收红外能量产生振（转）动能级的跃迁，此波长处的红外光就被物质吸收，使对应于这些波长处的透射光强度减弱，记录下物质对红外辐射的吸收情况与波数或波长的曲线，就得到物质的红外光谱图[6]。

相比其他分析手段，傅里叶变换红外光谱仪的优点如下：①需要的样品量极少，一般为毫克量级，尤其适合痕量物质的分析；②操作方便、分析速度快，采集一个样品只需几分钟时间，能够对样品进行有效、快速的识别；③对样品的形态没有要求，无论是固、液、气态样品都能采集红外谱图[7]。

在对食品包装材料的分析中，多用红外光谱鉴定包装材料的主要成分，张庆飞等人[8]利用红外光谱法鉴别聚乙烯包装膜中是否含有再生料。张磊等人[9]采用红外光谱法快速鉴别了食品用塑料包装袋材料。如果直接对添加剂进行测试，则可能因为添加剂的含量较少，不能明显测试出结果。而索氏提取法具有连续回流提取、节省溶剂、提取效率高等优点[10]，可以将塑料中的添加剂尽可能地提取出来，浓缩后可以大大提高添加剂的浓度，便于分析测试。

试验主要采用索氏提取方法对3种不同材质的乳品包装材料进行前处理，之后采用傅里叶变换红外光谱仪对索氏提取液中的添加剂成分进行了测试，结果表明，该方法可以初步定性乳制品塑料包装中的添加剂，可以对不同供应商供应的包装和不同批次样品进行鉴别和监控。

1 材料与仪器

样品：不同厂家HDPE，PS，PET 3种材质的容器。

材料与仪器：Nicolet IS10型和IS5型傅立叶红外光谱仪，Thermo Scientific公司产品；JA2603B型天平（精确至0.001 g），上海精科天美科学仪器有限公司产品；油浴锅（四孔），上海晶坛仪器设备有限公司产品；DB-3型不锈钢电热板，天竟实验仪器厂产品；透明螺纹口自动样品瓶（32 mm×11.6 mm），安捷伦科技有限公司产品；滴管（11cm长度，0.5cm直径），华东玻璃仪器网产品；索氏提取器（上口径38/40，下口径24/29）、平底烧瓶（24/29口径，250 mL）、回流冷凝管（蛇形，38/40）、烧杯（100 mL），上海禾汽玻璃仪器有限公司产品；氯仿（纯度＞99.0%）、丙酮（纯度＞99.5%）、乙醇（纯度＞99.7%）、甲醇（纯度＞99.5%），国药集团股份有限公司产品。

2 试验方法

2.1 试验条件及仪器参数

红外光谱分析试验条件及仪器参数见表1。

表1 红外光谱分析试验条件及仪器参数

2.2 索氏提取

将样品用干净的剪刀剪成2 mm×（2～3）mm×3 mm大小，准确称取2 g的样品，用烘干后的滤纸包好，放入索氏提取器中，选用适宜的溶液适量加入，索氏提取时间为8 h。索氏提取结束后将索氏提取液蒸发浓缩，然后定容至10 mL容量瓶中，待测。

2.3 溶解沉淀及测试

由于索氏提取液中可能存在低分子量树脂，故进行溶解沉淀操作，具体操作如下：取约0.3 mL样品索氏提取浓缩液于安捷伦样品瓶中，加入约1.2 mL甲醇溶液，静置一段时间后观察是否有沉淀析出，如有沉淀析出，进行过滤分离，将可溶物部分浓缩烘干后进行红外测试，以实现助剂与小分子树脂的有效分离。

用干净的玻璃吸管吸取1 mL澄清液体，滴在安捷伦样品瓶中，将小瓶放在加热板上进行低温浓缩，如样品为蜡状物，则测试方法为KBr压片法；如样品为膏状物，则测试方法为涂抹法，之后进行红外测试。

3 结果与分析

3.1 样品1和样品2结果分析

样品1和样品2是不同厂家的HDPE瓶，取样品1与样品2各2.0 g，选用氯仿为索氏提取试剂，提取时间为8 h，索氏提取结束将索氏提取液蒸发浓缩后定容至10 mL容量瓶中，然后取1 mL索提浓缩液烘干后进行红外测试。由于样品为蜡状物，故测试方法为KBr压片法。

样品1氯仿8 h索氏提取液烘干样的红外谱图见图1。

图1 样品1氯仿8h索氏提取液烘干样的红外谱图

从图1中可以看到，波数1 712 cm-1和1 463 cm-1主要为氧化聚乙烯物质的出峰（也可能为低分子量聚乙烯的氧化物）；波数1 738 cm-1和1 363 cm-1为抗氧剂1076特征出峰；波数1 212 cm-1和852 cm-1为抗氧剂626特征出峰。

样品1索氏提取液红外光谱波数归属见表2。

表2 样品1索氏提取液红外光谱波数归属

样品2氯仿8 h索氏提取液烘干样的红外谱图见图2。

图2 样品2氯仿8h索氏提取液烘干样的红外谱图

由图2可看到，波数1 712 cm-1和1 463 cm-1主要为氧化聚乙烯类物质的出峰（也可能为低分子量聚乙烯的氧化物）；波数3 651 cm-1和1 738 cm-1为抗氧剂1076特征出峰。

样品2索氏提取液红外光谱波数归属见表3。

表3 样品2索氏提取液红外光谱波数归属

综上，从提取物的红外光谱可以看到样品1与样品2中添加剂的主要差别是抗氧剂种类不同，都含有抗氧剂1076，但样品1中含有亚磷酸酯类抗氧剂，样品2中无亚磷酸酯类抗氧剂。

3.2 样品3和样品4结果分析

样品3与样品4是不同厂家的PS杯，取样品3与样品4各2.0 g，选用乙醇为索氏提取试剂，提取时间为8 h，索氏提取结束将索氏提取液蒸发浓缩后定容至10 mL容量瓶中，然后取1 mL索提浓缩液烘干后进行红外测试。由于样品为膏状物，故测试方法为涂抹法。

样品3乙醇8 h索氏提取液烘干样的红外谱图见图3。

图3 样品3乙醇8 h索氏提取液烘干样的红外谱图

从图3可看到，波数3 061，3 025，759，699 cm-1等为小分子聚苯乙烯链段的出峰；波数3 299 cm-1和1 636 cm-1为EBS蜡的出峰；波数1 736 cm-1可能为抗氧剂1076中酯键的出峰；波数1 464 cm-1和720 cm-1为长链烷烃的出峰，其中波数1 577 cm-1和1 540 cm-1可能为脂肪酸和碳酸钙的反应产物的出峰。

样品3红外光谱波数归属见表4。

表4 样品3红外光谱波数归属

样品4乙醇8 h索氏提取液烘干样的红外谱图见图4。

图4 样品4乙醇8 h索氏提取液烘干样的红外谱图

从图4可看到，波数3 061，3 026，1 601，759，699 cm-1等为小分子聚苯乙烯链段的出峰；波数1 463 cm-1和719 cm-1为长链烷烃的出峰；波数1 736 cm-1可能为抗氧剂1076中酯键的出峰。

样品4红外光谱波数归属见表5。

表5 样品4红外光谱波数归属

综上所述，从提取物的红外光谱可以看到样品3与样品4添加剂的主要差别：润滑剂的种类不同，即样品3中为EBS蜡及长链烷烃，样品4中只含有长链烷烃类物质。

3.3 样品5和样品6结果分析

样品5和样品6是不同厂家的PET瓶，取样品5与样品6各2.0 g，选用丙酮为索提试剂，提取时间为8 h，提取结束将索氏提取液蒸发浓缩后定容至10 mL容量瓶中，然后取1 mL索提浓缩液烘干后进行红外测试。由于样品为蜡状物，故测试方法为KBr压片法。

样品5与样品6氯仿8 h索氏提取液烘干样的红外谱图见图5，样品5和样品6索氏提取液红外光谱波数归属见表6。

图5 样品5与样品6氯仿8 h索氏提取液烘干样的红外谱图

表6 样品5和样品6索提液红外光谱波数归属

由图5可看出，二者出峰基本一致，波数1724，1578，1 504，727 cm-1均为PET特征出峰信息，并未检测出其他添加剂信息。

4 结论

对HDPE，PS，PET 3种材质的乳制品塑料包装进行研究根据相似相溶原理，采用适宜的索氏提取液进行索氏提取，将塑料包装中的添加剂尽可能地提取出来，然后经过沉淀、溶解处理制样上机测试。结果显示，采用该方法可以对乳制品塑料包装中的添加剂定性进行分析，鉴别不同厂家生产的材料。但红外光谱检测技术也有不足之处，对于具有相似官能团同一类高分子，由于它们的红外谱图差别很小，仅凭该技术难以进行鉴别分析[7]。因此，后期需协同其他分析方法，对乳制品塑料包装中的添加剂进行进一步研究。

参考文献：

[1]王明智.傅立叶红外光谱仪（FTIR）的基本原理及其应用 [J].科技风，2014（6）：112-113.

[2]廖勇.近现代红外光谱技术的应用与发展 [J].现代食品，2017（15）：18-19.

[3]葛俊苗，宋益善，李燕.傅里叶变换红外光谱仪及其在食品中的应用 [J].广东化工，2017，44（2）：54-55.

[4]金樱华，顾中怡，强音.傅里叶变换显微红外光谱法鉴定多层复合薄膜成分 [J].理化检验-化学分册，2016，52 （2）：219-221.

[5]陈向标，罗永文.傅立叶红外光谱技术在纤维成分检验中的应用 [J].中国纤检，2016（12）：80-82.

[6]魏晓晓，张梅，刘立伟.显微红外光谱技术在高分子体系研究中的应用 [J].食品安全质量检测学报，2016（11）：4 364-4 369.

[7]潘能婷.傅里叶变换红外光谱仪在塑料定性分析中的应用 [J].中国化工贸易，2015（19）：169-172.

[8]张庆飞，张胜军，李学颖，等.红外光谱法对PE食品包装膜中再生料的快速鉴别 [J].现代食品，2016（10）：119-122.

[9]张磊，殷刚，邢家新.红外光谱法快速鉴别食品用塑料包装袋材料 [J].包装与食品机械，2016，34（6）：65-67.

[10]彭志远.索氏提取装置的改进 [J].中国教育技术装备，2017 （6）：35-36.◇