气相色谱-串联质谱在检测塑料包装食用油中PAHs的应用

刘发强，夏培蓓，李玉梅，黄 蕾，吴咏梅

（新疆工程学院 化学与环境工程学院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830091）

多环芳烃（PAHs）是在有机物燃烧过程中形成的一类苯环碳氢化合物，是食品污染的主要成分之一［1］。由于食物在煎炸、烧烤、烟熏加工过程中，容易产生PAHs，因此，对食物中PAHs的成分测定以及迁移规律研究十分必要［2-3］。高温环境下，油脂会发生复杂的氧化、水解、聚合等，同时生成了大量酮类、醛类聚合物，给PAHs的测定带来了较大困难［4-8］。国内检测PAHs主要依据GB/T 24893—2010，采用液液萃取的方法首先从油脂中提取PAHs，利用C18型小柱进行PAHs提取，并通过高效液相色谱-荧光检测［9-11］，该检测方法需要2～3 d，时间较长，且对挥发性较强成分的检测率较低［12-13］。目前，应用广泛的检测方法主要为高效液相色谱法［14-16］，该法能够分离出PAHs中的同分异构体，包括苯并［a］葸苊、苯并［a］荧葸等，具有分析速度快、准确率高的优点，但难以分离二氢苊和芴、苯并［g，h，i］芘和茚并［1,2,3-cd］芘等［17-18］。而采用气相色谱法分析PAHs时，由于对试样净化要求过低，因此，在检测复杂油脂中的PAHs时，检测精确性并不理想［19-21］。本工作利用气相色谱的高分离能力和质谱的高灵敏度能力，建立气相色谱-多重串联质谱实现对食用油中PAHs的检测分析，为精确检测食用油中有害物质提供一种高灵敏度、高鉴定能力的定性检测手段。

1 实验部分

1.1 主要原料与设备

精炼豆油，市售。乙腈，日本Sigma公司。正己烷，石油醚，乙酸乙酯，乙醚，四氢呋喃，分析纯；丙酮，环己烷，工业级：美国Fisher Scientific公司。自制PAHs贮备液，质量浓度为200 μg/mL，置于4 ℃冷冻箱备用。自制PAHs标准工作液，用乙腈稀释至要求浓度。15种PAHs标准试剂为：萘，分子式C10H8；苊，分子式C12H10；芴，分子式C12H10；菲，分子式C14H10；蒽，分子式C14H10；荧蒽，分子式C16H10；芘，分子式C16H10；苯并［a］蒽，分子式C20H12；屈，分子式C18H12；苯并［b］荧蒽，分子式C20H12；苯并［k］荧蒽，分子式C20H12；苯并［a］芘，分子式C20H12；茚并［1,2,3-cd］芘，分子式C22H14；二苯并［a，h］蒽，分子式C22H12；苯并［g，h，i］芘，分子式C22H12：纯度均大于98%，日本TCI公司。

19091 S-416型气相色谱仪，7890B型GC/MSMS配电子轰击源：美国Agilent公司；Qtrap 4500型质谱仪，美国AB公司；WH-101型旋涡混合器，无锡华美仪器公司；SBEQ-CA4854型SPE小柱，美国Millipore公司；SPE2型全自动固相萃取仪，TurboVap Ⅱ型定量浓缩仪：瑞典Biotage公司；

1.2 试样预处理

称取0.5 g精炼豆油置于15 mL离心管，向离心管中加入2 mL石油醚充分混合；用5 mL乙酸乙酯和石油醚活化固相萃取小柱，以1 mL/min的速度将2 mL样液移至小柱，并用2 mL正己烷润洗离心管并加入到小柱；加入5 mL石油醚润洗小柱，除去残留的杂质，并用10 mL乙酸乙酯脱洗，用氮气吹管后加入1 mL乙腈定容，旋涡混合10 s后通过0.22 μm的聚四氟乙烯过滤器过滤，并将试样定容至0.5 mL，供检测用。

1.3 色谱、质谱条件

HP-5MS型气相色谱柱：高纯氦气作为载气，流量1.0 mL/min，进样量1.0 μL，分流比 30∶1，设定初始柱温100 ℃，升温速率25 ℃/min，至150 ℃后，调整升温速率为10 ℃/min，升温到280 ℃，稳定10 min后，以 5 ℃/min升至300 ℃，设定离子源和四级杆温度分别为280，150 ℃。进样口温度290℃，色谱-质谱接口温度280 ℃，碰撞室氦气流量2.25 mL/min，氮气流量1.5 mL/min。离子化电子能量70 eV，全扫描方式检测试样净化效果，采用多反应检测（MRM）模式进行测定。

1.4 温度与时间对PAHs含量的影响

称取5 g精炼豆油放入坩锅内，将坩埚放入预先设定温度（100，150，200，300，350，400，450℃）的马弗炉中，并将350 ℃条件下的精炼豆油分别加热1，2，3，4，6 h，取出冷却至室温，称取冷却后的油脂0.5 g，按1.2中的实验方法进行前处理，定容到0.5 mL，供四级杆-飞行时间质谱（GC/MS/MS）检测。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件优化

在标准气相色谱仪柱箱升温条件下，利用前级离子扫描方式测定各PAHs的保留时间，并确定理想母离子来提高分析的选择度和灵敏度，选定母离子中具备高质荷比及相对丰度的一级离子碎片进行不同碰撞能力下的产物离子扫描，通过信噪比和相对丰度确定PAHs的保留时间、碰撞能量和子离子。从表1可以看出：各PAHs的保留时间存在较大差异，其中，萘的保留时间仅为7.6 min，而苯并［g，h，i］芘的保留时间达到了37.5 min，表明苯并［g，h，i］芘较萘更难扩散。

2.2 线性关系和定量限

将PAHs标准工作液用乙腈分别稀释至2，5，10，20，50，100 μg/L，各取1 mL进行分析。以质量浓度为x轴，色谱峰面积为y轴，得到PAHs标准曲线的回归方程的线性范围和相关系数（R）。从表3可以看出：在回归方程的线性范围内，15种PAHs在精炼豆油中的R大于0.996 65，表现出了较好的响应关系。将上述配制的不同浓度PAHs标准溶液加入到0.5 g精炼豆油中，配制PAHs含量分别为2，10，20 μg/kg，进行重复性实验，以信噪比为3的含量作为检测限（LOD），信噪比为10的含量作为定量限（LOQ），获得PAHs的LOQ和LOD。从表2可以看出：LOD为0.18～0.58 μg/kg，LOQ为0.60～1.93 μg/kg，满足欧盟NO 10/2011法规中要求的全部PAHs的最大含量低于10 mg/kg。

表1 PAHs的MRM参数Tab.1 MRM parameters of PAHs

表2 GC/MS/MS 法测定PAHs的线性关系Tab.2 Linear relationship of PAHs determined by GC/MS/MS

2.3 方法精密度和准确度分析

取精炼豆油0.5 g，按1.2中方法进行预处理，添加适量PAHs混合标准溶液，使PAHs含量分别为2，10，20 μg/kg，根据GC/MS/MS法测定油脂中PAHs回收率。从表3可以看出：对挥发性较强的萘、苊类物质的回收率较低，回收率在70.0%以下，其中，PAHs含量为2，10 μg/kg时并未检验到萘的存在，而其余芳烃类物质的回收率均在71.4%～101.2%，相对标准偏差（RSD，每个试样测试6次）为3.0%～6.4%。

2.4 温度对PAHs含量的影响

从图1可以看出：室温条件下主要以轻质PAHs和含有3～4个苯环的PAHs为主，包括萘、芴、菲蒽、荧蒽，总量为199.70 μg/kg，并未检测到重质PAHs，这是因为油料在生产、运输和加工过程中产生的PHAs以轻质PAHs为主，形成的重质PAHs相对较少。当温度为150～300 ℃时，并未检出任何PAHs，说明在该温度条件下由于受热作用，大部分轻质PAHs均受热挥发。而350 ℃时检测到包括萘、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并［a］蒽、屈和苯并［a］芘在内的10余种PAHs，测定该温度条件下的PAHs总量为91.56 μg/kg。当温度升到450 ℃时，检测到所有15种PAHs，总量达到了6 199.51 μg/kg，相较于初始测得的PAHs总量，增加了近30倍，表明随着温度的升高，初始轻质PAHs挥发，并在随后发生一系列复杂反应，生成了大量重质PAHs，在450 ℃条件下，随温度的升高，PAHs含量迅速增加。

表3 PAHs在精炼豆油中的加标回收率和RSDTab.3 Recovery and RSD of PAHs in refined soybean oil %

2.5 加热时间对PAHs含量的影响

对350 ℃不同时间的精炼豆油进行检测，从图2可以看出：在初始阶段，精炼豆油中含有少量的轻质PAHs，总量为199.70 μg/kg，当加热1 h后，并未检测到轻质PAHs，但此时检测到少量苯并［b］荧蒽、苯并［k］荧蒽重质PAHs，测得的PAHs总量为1.57 μg/kg，这是由于轻质PAHs在高温加热作用下挥发，同时发生了复杂化合反应生成了重质PAHs。当加热到4 h后，检测到大量轻质PAHs以及重质苯并［k］荧蒽，测得的PAHs总量为439.83 μg/kg。加热6 h后，检测到PAHs总量达到了534.00 μg/kg，其中，以含有2～3个苯环的PAHs居多，PAHs总量增加，但并未生成新的重质PAHs。

图2 加热时间对PAHs含量的影响Fig.2 Heating time as a function of content of PAHs

3 结论

a）建立了气相色谱-串联质谱法对精炼豆油中的PAHs进行定性定量测定，LOD为0.60～1.93 μg/kg，LOQ为0.18～0.58 μg/kg，R＞0.996 65，具有较好的相关关系，满足欧盟NO 10/2011法规中的限量要求。

b）GC/MS/MS法对挥发性较强的萘、苊类物质的回收率较低，回收率在70.0%以下，其余芳烃类物质的回收率均在71.4%～101.2%，RSD为3.0%～6.4%。

c）在温度为150～300 ℃条件下，精炼豆油中的轻质PAHs受热挥发或分解，当温度达到350 ℃以上时，发生复杂化合反应生成了重质PAHs，随着加热时间延长，豆油中形成的PAHs总量不断增加。