高效液相色谱法测定聚甲基丙烯酸酯食品材料中甲基丙烯酸酯及甲基丙烯酸向模拟食品液的迁移量

万 富，李阳广，柳阿芳，赵金尧

(1.湖南省产商品质量监督检验研究院，长沙 410000；2.湖南人文科技学院，娄底 417000)

甲基丙烯酸及其羧酸酯类化合物是有机中间体及合成高分子的单体，用于制造有机玻璃、涂料、塑料、黏合剂和树脂等。聚甲基丙烯酸酯材料由于高透光率高、使用性能优异及价格适中等特点，被广泛用于制作餐具、外包装盒等食品接触制品。当此类制品与食品接触时，制品中残留的甲基丙烯酸及其羧酸酯类单体可迁移至食品中，随后进入人体，危害人类健康[1]。

国家标准GB 9685－2016《食品安全国家标准食品接触材料及制品用添加剂使用标准》中规定食品接触用塑料材料及制品、涂料及涂层、橡胶材料及制品中甲基丙烯酸及其羧酸酯的特定迁移总量限量不大于6 mg·kg－1(以甲基丙烯酸计)。标准中附录B特定迁移总量限量[SML(T)]中以甲基丙烯酸计的受限物质包括2-羟基乙基-2-甲基-2-丙烯酸酯、2-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸酐和甲基丙烯酸仲丁酯共13种。

目前，我国针对甲基丙烯酸及羧酸酯的检测标准为GB 31604.29－2016和SN/T 3183－2012。这两项标准仅规定了食品接触材料中甲基丙烯酸甲酯的迁移测定方法，而没有关于其他12种物质的检测方法。

甲基丙烯酸及其羧酸酯的测定方法有气相色谱法[2]、气相色谱-质谱法[3-4]、液相色谱法[5]、顶空-气相色谱法[6-7]、顶空-气相色谱-质谱法[8]、热裂解-气相色谱法[9]和离子迁移谱法[1]等。采用气相色谱法分离13种甲基丙烯酸及其羧酸酯需要先用到有机溶剂萃取分离，然后净化上样，该测定方法操作耗时繁琐，且气相色谱法对于强极性的甲基丙烯酸的测定比较困难[10]。13种甲基丙烯酸及其羧酸酯均含有不饱和双键，在紫外光区有吸收，可以用二极管阵列检测器进行检测。液相色谱法测定食品模拟液中甲基丙烯酸及其羧酸酯不需要液液萃取分离，操作简单，可以提高检测效率[11]，但是13种甲基丙烯酸及其羧酸酯存在多种同分异构体，采用液相色谱法测定时，存在分离困难等问题。

鉴于当前未建立该类物质的国家标准检测方法，也未有文献报道多种食品模拟物中13种甲基丙烯酸酯类单体的测定，本工作建立食品接触材料及制品中甲基丙烯酸及其羧酸酯在食品模拟液中的特定迁移量分析方法具有现实意义。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

LC-30AD 型超高效液相色谱仪，配SPD-M20A型光电二极管阵列检测器；MS-105DV 型电子天平；KNSY 10134 型超纯水制备仪；Talboys型涡旋振荡器；Wonda Pipet型移液枪。

13种甲基丙烯酸及其羧酸酯混合标准储备溶液:1 000 mg·L－1，分别称取甲基丙烯酸及其羧酸酯单体0.010 0 g，用乙腈溶解并定容至10.0 mL，混合均匀，于4 ℃下冷藏保存。

13种甲基丙烯酸及其羧酸酯混合标准溶液系列:分别移 取0，0.01，0.02，0.04，0.06，0.08，0.10，0.15，0.20 mL 甲基丙烯酸及其羧酸酯混合标准储备溶液于10 mL容量瓶中，用乙腈定容，配制0，1，2，4，6，8，10，15，20 mg·L－1的13种甲基丙烯酸及其羧酸酯混合标准溶液系列。

甲基丙烯酸酐标准储备溶液:1 000 mg·L－1，称取甲基丙烯酸酐0.010 0 g，用乙腈溶解并定容至10.0 mL，于4 ℃下冷藏保存。

2-羟基乙基-2-甲基-2-丙烯酸酯(纯度不小于95%)、2-甲基丙烯酸(MAA，纯度不小于99%)、甲基丙烯酸异丙酯(纯度不小于98%)、甲基丙烯酸叔丁酯(纯度不小于98%)、甲基丙烯酸异丁酯(纯度不小于98%)、甲基丙烯酸苄酯(纯度不小于98%)、甲基丙烯酸甲酯(纯度为99.5%)、甲基丙烯酸乙酯(EMA，纯度为99.2%)、甲基丙烯酸丁酯(纯度为99%)、甲基丙烯酸丙酯(纯度为95%)、甲基丙烯酸苯酯(纯度为95%)、甲基丙烯酸酐(MAAY，纯度为94%)和甲基丙烯酸仲丁酯(纯度为99%)等13种标准品；乙醇、甲醇和乙腈均为色谱纯；冰乙酸和磷酸均为优级纯；试验用水为超纯水；自制的食品接触用塑料薄片。

1.2 仪器工作条件

Shim Sen-VD C30色谱柱(250 mm×4.6 mm，3μm)；柱温为35 ℃；流量为0.5 mL·min－1；流动相A 为0.1%(体积分数，下同)磷酸溶液，B 为甲醇；检测波长为210 nm；进样体积为10μL。梯度洗脱程序:0～5 min时，B 为50%；5～20 min时，B由50%升至60%；20～40 min 时，B 由60%降至55%；40～62 min时，B为55%。

1.3 试验方法

国家标准GB 5009.156－2016 和 GB/T 23296.1－2009中规定食品接触材料迁移试验中食品模拟液主要有4%(体积分数)乙酸溶液、10%(体积分数)乙醇溶液、20%(体积分数)乙醇溶液、50%(体积分数)乙醇溶液和油性模拟物(植物油)等5种[12-13]。由于甲基丙烯酸酐与植物油中的酸或酯发生化学反应，不能准确测定甲基丙烯酸酐的含量，按照要求可以采用95%(体积分数)乙醇溶液进行替代试验。常见的迁移试验条件为70 ℃，2 h 和40 ℃，10 d；95%乙醇溶液采用替代试验(60 ℃，2 h)。食品接触用塑料薄片采用全浸泡的方式，测试面积(S)为0.3 dm2，浸泡液体积(V)为50.0 mL，S/V＝6.0 dm2·L－1；浸泡样品后的食品模拟液经0.45μm 有机滤膜过滤后，按照仪器工作条件进行测定。测试溶液中的2-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸乙酯以2-甲基丙烯酸计。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

按照仪器工作条件对20.0 mg·L－1的13种甲基丙烯酸及其羧酸酯混合标准溶液进行测定，色谱图见图1。

2.2 检测波长的选择

采用二极管阵列检测器在190～800 nm 内对13种甲基丙烯酸及其羧酸酯进行光谱扫描。结果发现:13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的最大吸收波长在197～206 nm 之间，当采用206 nm 作为检测波长时，基线不稳且干扰较多；甲醇在205 nm 左右末端有吸收，以甲醇为流动相时，检测波长最低为210 nm。根据文献[5，11]报道的分析方法，试验选择的检测波长为210 nm。

图1 13种甲基丙烯酸及甲基丙烯酸酯混合标准溶液的色谱图Fig.1 Chromatogram of mixed standard solution of the 13 methacrylic acids and methacrylates

2.3 色谱条件的选择

2.3.1 色谱柱

试验比较了C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，5μm)、C30色谱柱(250 mm×4.6 mm，3μm)和C30色谱柱(250 mm×4.6 mm，5μm)等3种色谱柱对13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的分离效果。结果发现:13种甲基丙烯酸及其羧酸酯中存在甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯等同分异构体，C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，5μm)和C30色谱柱(250 mm×4.6 mm，5μm)均不能实现其分离，只有C30色谱柱(250 mm×4.6 mm，3μm)可以实现13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的基线分离。试验选择的色谱柱为C30色谱柱(250 mm×4.6 mm，3μm)。

2.3.2 流动相及其流量

试验考察了分别以乙腈-水、甲醇-水、甲醇-0.1%磷酸溶液作为流动相时对13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的峰形以及分离情况的影响。结果表明:以乙腈-水作为流动相时，乙腈的洗脱能力较强，各甲基丙烯酸及其羧酸酯之间不能完全分离；以甲醇-水为流动相时，通过调节流动相的比例可以使13种甲基丙烯酸及其羧酸酯实现完全分离，但是甲基丙烯酸的峰形较差；以甲醇-0.1%磷酸溶液作为流动相时，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯不仅能实现完全分离且甲基丙烯酸的峰形良好。试验选择的流动相为甲醇-0.1%磷酸溶液。

改变流动相的比例，即改变流动相极性，可以改变各目标物的出峰时间，实现各目标物彻底分离的目的[12]。试验考察了在等度洗脱条件下，改变甲醇所占比例为40%和45%时，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的分析时间较长且不能完全分离；当甲醇所占比例为70%时，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的分析时间明显缩短，色谱图中出现了13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的色谱峰，但仍然无法实现基线分离；当甲醇所占比例为50%，55%，60%时，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的分析时间适中且峰形良好，但是存在部分物质未完全分离的现象，说明采用等度洗脱的方式无法达到试验目的。综合考虑，试验采用的梯度洗脱程序见1.2节。

试验进一步考察了在不同流量(0.4，0.5，0.6 mL·min－1)的流动相条件下，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的分离情况。结果发现:当流动相的流量为0.4 mL·min－1时，甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸丁酯不能形成尖锐的峰形；当流量为0.6 mL·min－1时，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的峰形尖锐，但甲基丙烯酸酐和甲基丙烯酸乙酯未能实现基线分离，且甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸丁酯的分离情况也相对较差；当流动相流量为0.5 mL·min－1时，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯分离情况较好且峰形尖锐。试验选择流动相的流量为0.5 mL·min－1。

2.3.3 柱 温

试验考察了柱温对13种甲基丙烯酸及其羧酸酯分离情况的影响。结果发现:当柱温为30 ℃时，甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸丁酯不能完全分离；当柱温为40℃时，甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸苄酯分离性较差；而当柱温为35 ℃时，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯基本实现完全分离。试验选择的柱温为35 ℃。

2.4 标准曲线、检出限和测定下限

按照仪器工作条件对13种甲基丙烯酸及其羧酸酯混合标准溶液系列进行测定，以13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的质量浓度为横坐标，与其对应的峰面积为纵坐标，采用最小二乘法绘制标准曲线。结果表明:13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的质量浓度均在1～20 mg·L－1内与其对应的峰面积之间呈线性关系，线性回归方程和相关系数见表1。以3倍信噪比计算方法的检出限(3S/N)，以10倍信噪比计算方法的测定下限(10S/N)，结果见表1。

表1 线性参数、检出限和测定下限Tab.1 Linearity parameters，detection limits and lower limits of determination

由表1可知:13种甲基丙烯酸及其羧酸酯标准曲线的相关系数均大于0.999 0，说明标准曲线的线性关系良好；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的检出限(3S/N)为0.015～0.084 mg·L－1，测定下限(10S/N)为0.052～0.280 mg·L－1，满足国家标准GB 9685－2016中规定的食品接触用塑料材料及制品中甲基丙烯酸及其羧酸酯的特定迁移总量限量不大于6 mg·kg－1(以2-甲基丙烯酸计算)的检测要求。

2.5 甲基丙烯酸酐的水解及醇解

甲基丙烯酸酐在水、醇存在的情况下会发生水解、醇解反应，甲基丙烯酸酐水解生成2-甲基丙烯酸，醇解生成甲基丙烯酸乙酯。文献[13-15]在测定酸酐含量时认为，酸酐在有水存在的情况下会完全水解生成相应的酸，可以通过测定样品中酸的含量，得到酸与酸酐的总量。

为了测定食品模拟液中甲基丙烯酸酐的含量，采用常规条件下不与甲基丙烯酸酐反应的乙腈作为溶剂配制标准溶液。由2.4节的测定方法获得的甲基丙烯酸酐的标准曲线(表1)可见，甲基丙烯酸酐在1～20 mg·L－1内线性良好，相关系数为0.999 7，检出限为0.018 mg·L－1，测定下限为0.060 mg·L－1，说明以甲醇-0.1%磷酸水溶液作为流动相时，在本方法试验条件下，甲基丙烯酸酐仍能进行定量分析。

试验考察了添加3种不同质量浓度的混合标准溶液的食品接触材料、不同食品模拟液及不同迁移试验条件下的甲基丙烯酸酐水解及醇解的程度(以甲基丙烯酸计)，结果见表2。

表2结果表明:在70℃、2 h处理后，4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液中甲基丙烯酸酐均无残留；而50%乙醇溶液及95%乙醇溶液中发现有部分甲基丙烯酸酐残留，说明甲基丙烯酸酐并未完全分解，因此采用直接测定甲基丙烯酸含量的方法不能得到甲基丙烯酸酐的准确含量，当采用同时测定2-甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸乙酯的质量浓度，并合并三者质量浓度以2-甲基丙烯酸计，计算得到甲基丙烯酸酐在不同食品模拟液中回收率为91.1～104%，说明该处理方法适合甲基丙烯酸酐含量的测定。在40 ℃、10 d处理后，4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇溶液中甲基丙烯酸酐均无残留。95%乙醇溶液在60 ℃、2 h 处理后，部分有甲基丙烯酸酐残留的测定色谱图见图2。不同食品模拟物中甲基丙烯酸酐浓度(以2-甲基丙烯酸计)回收率为91.1%～104%。

2.6 精密度和回收试验

分别移取一定量的甲基丙烯酸及其羧酸酯混合标准储备溶液至10 mL比色管中，用食品模拟液定容至刻度，按照S/V＝6.0 dm2·L－1加入空白样品，得到质量浓度约为1，5，20 mg·L－1食品模拟液加标溶液。按照试验方法对每个加标样品分别在70 ℃，2.0 h和40℃，10 d及60℃，2.0 h(95%乙醇溶液)条件下平行测定6次，计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD)，甲基丙烯酸酐分解后的产物、甲基丙烯酸乙酯以2-甲基丙烯酸计，结果见表3和表4。

表2 酸酐分解前后溶液中各物质质量浓度及回收率(95%乙醇溶液作为模拟液时为60 ℃，2 h)Tab.2 Results of mass concentration and recovery of various substances in the solution before and after decomposition of the anhydride(60 ℃，2 h for 95%ethanol solution as food simulant)mg·L－1

图2 甲基丙烯酸酐在95%乙醇溶液中以60 ℃浸泡2 h分解后的色谱图Fig.2 Chromatogram of the decomposition of methacrylic anhydride after decomposition by soaking in 95%ethanol solution at 60 ℃，2 h

由表3可知:食品模拟液在70℃，2 h前处理条件下，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在4%乙酸溶液下的回收率为81.6%～105%，RSD 为0.18%～4.8%；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在10%乙醇溶液下的回收率为82.2%～102%，RSD 为0.090%～3.1%；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在20%乙醇溶液下的回收率为82.4%～103%，RSD 为0.53%～4.8%；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在50%乙醇溶液中的回收率为82.8%～103%，RSD 为0.080%～2.1%；95%乙醇溶液模拟中13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在60 ℃，2 h 前处理条件下的回收率为81.4%～105%，RSD 为0.090%～5.4%。

由表4可知:在40 ℃，10 d处理条件下，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在4%乙酸溶液中的回收率为82.0%～105%，RSD 为0.090%～4.9%；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在10%乙醇溶液中的回收率为82.2%～105%，RSD 为0.030%～3.8%；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在20%乙醇溶液中的回收率为81.8%～105%，RSD 为0.070%～3.4%；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在50%乙醇溶液中的回收率为90.3%～106%，RSD 为0.32%～3.9%；13种甲基丙烯酸及其羧酸酯在95%乙醇溶液中的回收率为85.2%～104%，RSD 为0.46%～5.0%。

表3 70 ℃(95%乙醇溶液作为食品液时为60 ℃)，2 h浸泡条件下，5种模拟食品介质中的精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.3 Tests for precision and recovery in 5 food simulants under soaking condition of 70 ℃(60 ℃，95%ethanol solution as food simulant)and 2 h(n＝6)

2-甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸乙酯以2-甲基丙烯酸计，食品模拟液在70 ℃，2 h(95%乙醇模拟物为60 ℃，2 h)前处理条件下，以2-甲基丙烯酸计的回收率为96.2%～104%，RSD 为0.19%～4.4%，在40 ℃，10 d前处理条件下的回收率为96.4%～106%，RSD 为0.24%～4.9%。表明将甲基丙烯酸酐分解后产物与甲基丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸合并后以2-甲基丙烯酸计符合定量分析要求。

由以上分析可知，食品接触材料在经4种食品模拟液在70 ℃，2 h和40 ℃，10 d处理(95%乙醇模拟物为60 ℃，2 h)后，13种甲基丙烯酸及其羧酸酯单体的回收率为81.4%～106%，RSD 为0.030%～5.4%，表明该方法具有良好的准确度和精密度，可用于食品接触材料中13种甲基丙烯酸及其羧酸酯的日常分析检测。

表4 40 ℃、10 h浸泡条件下(95%乙醇溶液作为模拟食品液时为60 ℃，2 h)，5种食品模拟液中的精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.4 Tests for precision and recovery in 5 food simulants under soaking condition of 40 ℃and 10 d(60 ℃，2 h for 95%ethanol solution as food simulant)(n＝6)

本工作建立了高效液相色谱法同时测定食品接触材料及制品中13种甲基丙烯酸及其羧酸酯迁移量的方法，该方法操作简单，无需萃取分离等步骤，稳定性好，适用于各种食品模拟液中甲基丙烯酸及其羧酸酯迁移量的测定。该方法具有一定的实际应用价值，可为相关部门的监管工作提供技术支持和理论依据。