顶空-气相色谱质谱法检测饮料和酱油中9种苯系物

余文琴 ，颜李秀，童兰艳 ，阮燕

1.重庆市计量质量检测研究院（重庆 401123）；2.国家农副加工产品及调味品质量监督检验中心（重庆 401123）

苯系物指苯及其衍生物的总称。苯系物作为重要的化工原料，被广泛应用于塑料、油漆、有机化工等行业。多数苯系物具有神经毒性和遗传毒性，根据2017年世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单，苯在1类致癌物清单中，乙苯和苯乙烯在2B类致癌物清单中，甲苯、二甲苯在3类致癌物清单中[1]。饮料中苯系物残留一直以来受到关注甚少，有研究表明食品中常用添加剂苯甲酸和抗坏血酸之间能脱羧反应生成致癌物苯[2]，此外包装材料也被认为是苯系物的污染源之一[3-4]。中国生活饮用水卫生标准规定饮用水中苯、苯乙烯、氯苯、乙苯、二甲苯（总量）和甲苯的限量分别为0.01，0.02，0.3，0.3，0.5和0.7 mg/L，美国规定苯、乙苯、甲苯和二甲苯在水中的最大污染限量分别定为0.005，0.7，1和10 mg/L，欧盟将水中苯的限量值定为0.001 mg/L[5]。由于食品中苯系物会完全被人体吸收，为保障消费者身体健康，亟须建立食品中微量苯系物的检测方法，为市场监管提供有效的技术支撑。

苯系物的检测研究多集中在空气监测、水质监测、化工材料方面，针对食品中的研究比较少见。苯系物常见的检测方法为气相色谱法和气相色谱质谱联用法，气相色谱质谱联用法具有干扰小、选择性高的优点。前处理方法主要有顶空[6-8]、固相微萃取[9-12]、液液萃取[13-14]、吹扫捕集[15]等。作为最传统的提取方式，液液萃取使用大量有机溶剂；吹扫捕集装置昂贵，不利于普及使用；固相微萃取的萃取头十分脆弱，使用寿命短；顶空装置操作简单、绿色环保，是一种环境友好的前处理方式。试验采用顶空进样结合气质联用法测定饮料和酱油中苯系物，具有检出限低、绿色环保、操作简单的特点，能满足饮料和酱油中9种苯系物残留检测的需要。

1 试验与方法

1.1 仪器与试剂

SHIMADZU QP2020气相色谱-质谱联用仪（配备有EI离子源和HS-20型自动顶空进样器，日本岛津公司）；SQP QUINTIX224-1CN型电子分析天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；QT-2A涡旋混匀器（上海琪特分析仪器有限公司）；ELGA超纯水机（威立雅水务公司）；5E-MF6000智能马弗炉（长沙开元仪器股份有点公司）；SD202-2DB电热干燥箱（重庆四达试验设备有限公司）；IKA KS4000i控温摇床[艾卡（广州）仪器设备有限公司]。

甲醇（色谱纯，Fisher公司）；8种苯系物混标（苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、苯乙烯、异丙苯，质量浓度100 mg/L，溶于甲醇），氯苯（质量浓度1000 mg/L，溶于甲醇，上海安谱实验科技股份有限公司）；氯化钠、碳酸钠（均为分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，经马弗炉500 ℃灼烧4 h后置于干燥器备用）。

1.2 标准溶液配制

吸取1.00 mL 1000 mg/L氯苯标准溶液于10.0 mL容量瓶中，甲醇定容至刻度，得质量浓度为100.0 mg/L氯苯标准中间液，分别吸取1.00 mL 100.0 mg/L氯苯标准中间液和100.0 mg/L的苯系物混合标准溶液于10.0 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，得质量浓度为10.00 mg/L的混合标准工作液，吸取1.0 mL 10.00 mg/L的混合标准工作液，用甲醇定容至刻度，得质量浓度为1.0 mg/L的混合标准工作液，分别吸取10，50和100 μL 1.0 mg/L混合标准工作液及20，50和100 μL 10.00 mg/L的混合标准工作液，配制成苯系物质量浓度分别为1.0，5.0，10.0，20.0，50.0和100.0 μg/L的系列混合标准工作溶液，现用现配。

1.3 样品前处理

取120 ℃烘干并冷却的20 mL顶空瓶，加入3.0 g氯化钠，若为含气饮料类样品，则同时加入适量碳酸钠，以中和饮料中二氧化碳，用移液管准确吸取10.00 mL摇匀的试样于装有氯化钠的顶空瓶中，迅速加盖密封，涡旋1 min充分混匀，置于振荡器振荡30 min后待测。

1.4 色谱与质谱条件

1.4.1 顶空条件

恒温炉温度70 ℃；样品流路温度150 ℃；传输线温度150 ℃；样品瓶加压用气压80 kPa；平衡时间30 min。

1.4.2 色谱条件

Agilent J &WDB-Heavywax聚乙二醇（PEG）毛细管色谱柱（30 m×250 μm×0.25 μm，0～290 ℃）；程序升温，初始温度40 ℃，保持6 min，以5 ℃/min升至110 ℃，保持0 min，以20 ℃/min升至200 ℃，保持2 min；载气彩采用高纯He；载气流量1.0 mL/min；进样方式采用分流进样；分流比5∶1；进样时间1.00 min。

1.4.3 质谱条件

电子轰击（EI）离子源；离子源温度230 ℃；接口温度250 ℃；溶剂延迟2 min；选择离子监测（SIM）模式。9种苯系物的保留时间、定量和定性离子见表1。

表1 各苯系物色谱及质谱分析参数

2 结果与讨论

2.1 氯化钠加入量

在水中加入氯化钠可以提高溶液的离子强度，增加水相极性，降低有机物在水相的溶解度，使其更容易进入上层气相，提高方法灵敏度。取10 mL空白样品，添加质量浓度为20 μg/L苯系物，对比氯化钠加入量分别为1.0，2.0，3.0和4.0 g时各组分峰面积与氯化钠含量的关系。各组分峰面积随着氯化钠加入量增加而增加，氯化钠加入量3.0 g后变化不明显，因此选择氯化钠加入量3.0 g。

图1 氯化钠加入量对苯系物响应值的影响

2.2 顶空平衡温度的优化

顶空平衡温度直接影响待测物在气液两相中的分配系数，提高顶空平衡温度可以增大苯系物在气相中分配系数，提高检测灵敏度。试验固定平衡时间30 min、添加苯系物标准浓度20 μg/L，考察平衡温度分别为40，50，60，70和80 ℃时各组分的峰面积。结果表明，随着平衡温度升高，各组分峰面积先增大后趋于平缓，由于过高的温度会导致水蒸气进入仪器，对仪器造成损害，因此选择顶空平衡温度70 ℃。

2.3 顶空平衡时间的优化

在一定温度下，待测物从样品基质中挥发出来，在顶空瓶中达到气液平衡，整个过程需要一定的时间。试验固定顶空平衡温度70 ℃、添加苯系物标准溶液浓度20 μg/L，考察平衡时间分别为10，20，30，40和50 min时各组分的峰面积。结果表明，苯系物峰面积随着顶空平衡时间的增加峰面积增大，但是顶空平衡时间大于30 min以后，各苯系物峰面积几乎不再增加，说明顶空平衡时间30 min左右待测样品基本达到气液平衡。

图2 顶空平衡温度对苯系物响应值的影响

图3 顶空平衡时间对苯系物响应值的影响

2.4 色谱柱的选择

色谱柱的极性影响化合物的分离，对比弱极性毛细管柱HP-5和强极性毛细管柱DB-Heavywax对苯系物的分离效果。结果表明，采用HP-5毛细管色谱柱进行分离，间二甲苯和对二甲苯无法分离。在DB-Heavywax上9种苯系物均能实现有效分离，且峰型对称。因此采用DB-Heavywax作为分析饮料和酱油中9种苯系物残留的色谱柱。9种苯系物色谱图如图4所示。

图4 苯系物GC-MS色谱图

2.5 方法确认

2.5.1 线性范围、检出限、定量限

取10.00 mL煮沸后的超纯水于20 mL顶空瓶中，加入3.0 g氯化钠，加入适量苯系物混合标准工作液得到苯系物质量浓度分别为1，5，10，20，50和100 μg/L的标准系列，立即加盖密封。以苯系物含量为横坐标，定量离子对峰面积为纵坐标进行线性回归计算，9种苯系物按照1.3小节中处理后，按照1.4小节中色谱条件进行分析。苯系物在1.00～100 μg/L的质量范围内呈良好的线性关系，所得的相关系数均大于0.997，以3倍信噪比（S/N=3）和10倍信噪比（S/N=10）分别确定其方法的检出限（LOD）和定量下限（LOQ），具体见表2。

表2 苯系物的线性方程、相关系数、检出限和定量限

2.5.2 方法回收率和精密度

为了验证方法的准确度，分别选取不含苯系物的酱油、含气饮料和果蔬汁饮料几种基质进行加标回收试验，分别对每种基质添加5，20和100 μg/L这3个不同水平的9种苯系物混标，按照1.3小节处理后，按照1.4小节色谱条件进行分析。每一水平平均测定6次，计算平均回收率和相对标准偏差，平均回收率为76.05%～113.78%，相对标准偏差小于8.01%，具体见表3。

表3 苯系物在不同样品基质中的精密度和回收率（n=3）

3 实际样品的检测分析

采用优化后的方法，对重庆市场中127批次酱油和饮料类产品的苯系物进行检测，其中酱油58批次、饮料69批次（包括瓶装饮用水21批次）。结果表明，21批次瓶装饮用水中9种苯系物质量浓度均低于1 μg/L。酱油和除包装饮用水外的饮料检测结果如表4所示。除可乐型饮料外，其他饮料和所有的酱油均有不同程度的检出，苯、甲苯、乙苯和苯乙烯检出率较高。由于世界范围并没有食品中苯系物的相关限量标准，因此参考生活饮用水卫生标准，饮用水中苯、苯乙烯、氯苯、乙苯、二甲苯（总量）和甲苯的限量分别为0.01，0.02，0.3，0.3，0.5和0.7 mg/L。甲苯、乙苯、氯苯和二甲苯均在安全限值内，异丙苯检出率仅为1.72%。酱油中44.83%检出苯，质量浓度大于欧盟水质指令中限值1 μg/L，24.14%大于我国生活饮用水中限量值10 μg/L，最高值为63.31 μg/L；在除包装饮用水外的其他饮料中，39.59%苯的质量浓度大于欧盟水质指令中限值1 μg/L，16.67%大于生活饮用水中限量值10 μg/L，最高值为69.45 μg/L。苯乙烯在酱油中检出最高值，为103.25 μg/L，苯乙烯在除包装饮用水外的饮料中检出最高值，为40.72 μg/L。

表4 酱油和饮料中苯系物检出率分段统计结果 单位：%

4 结论

建立酱油和饮料中9种苯系物的顶空气相色谱串联质谱分析方法，并对重庆市场共127批次的饮料和酱油进行检测。酱油和饮料中苯和苯乙烯均不同程度超出中国生活饮用水中限值，由于食品中苯系物污染会100%被人体吸收，苯又是一级致癌物，因此应对苯和苯乙烯检出率较高的食品种类进行监测并进一步分析其可能来源，严格控制食品中苯和苯乙烯的含量，保障公众饮食安全。