气相色谱-串联质谱法测定纸制品中杀菌剂、增塑剂、拟除虫菊酯和有机氯农药残留

2021-08-24陈山丹李柏洪锦清刘萍冯杰

化学分析计量 2021年8期

陈山丹，李柏，洪锦清，刘萍，冯杰

（南京海关轻工产品与儿童用品检测中心，江苏扬州 225009）

纸制品是指使用纸和纸板、手工纸或加工纸生产而成的用品，主要有餐巾纸、面巾纸、卫生纸、食品包装纸、纸杯、纸餐盒、纸盘、纸箱等。由于纸制品加工原材料具有来源广泛、成本低廉、便于回收利用、安全卫生等特点，在人们日常生活中应用十分广泛。我国纸制品市场需求数量庞大，纸制品尤其是生活用纸和食品接触纸制品的卫生安全直接关系到人体健康。

纸制品中的有害物质残留主要来源于两个方面［1］，一是原材料，目前我国造纸原料主要采用植物纤维，包括木材、竹、草类等，以及回收利用的废纸纤维。植物纤维在生长过程中受空气、土壤、水源以及培育方法的影响，常常会吸附环境中的重金属和有机污染物，包括农药、杀菌剂等，而纸制品回收再利用则需要漂白、洗浆等工艺。再生纤维除含有上述有害成分外，还常常含有油墨引入的有害化学物质残留。二是生产过程，在纸制品的加工过程中，常常会人为加入一些助剂（例如增塑剂［2］、杀菌剂、防霉剂等）来保证材料的性能，或为了达到某种使用目的而人为添加紫外吸收剂、荧光增白剂、湿强剂、消泡剂等。这些物质残留在纸制品中，通过与食物或人体的接触而发生迁移。适量杀菌剂具有安全、广谱、内吸性强和预防效果突出等特点，但是超量不合理地使用杀菌剂，会导致水体和土壤污染，对公众健康造成极大威胁［3］。有机氯农药是半挥发性持久有机污染物，化学性质稳定，水溶性差，脂溶性好，半衰期长，不易降解，可通过生物积累或食物链放大，并在食物链中循环，在人体脂肪内蓄积会致人慢性中毒，损害中枢神经系统，危害人体健康，已列入我国优先控制污染物“黑名单”［4］。邻苯二甲酸酯类增塑剂是类雌激素，影响生殖发育，甚至会诱发癌症［5］。食品包装纸和纸巾纸中若含有以上有害物质，有害物质可能会因迁移到食品中［6–8］或直接接触人体而引发安全问题。纸张中常见的增塑剂包括邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)等，主要来自印刷、胶黏剂和涂层等［9］。作为造纸原料，回收纸也是增塑剂来源之一。我国规定食品包装纸不得采用废旧纸和社会回收废纸作原料，也规定不得使用任何回收纸、纸张印刷品、纸制品及其它回收纤维状物质作为原料生产纸巾纸。

一直以来，纸制品被人们认为是一种绿色环保的制品，随着人们安全健康意识的提高，纸制品中的有毒有害物质问题越来越受到重视，因此加强对纸制品中的有毒有害物质残留量的快速分析，有利于保障纸制品安全的控制和管理，保护广大消费者的身体健康。增塑剂、杀菌剂、农药残留常见检测方法有液相色谱法、气相色谱、气相色谱–质谱联用法等［10–18］。王成云等用微波辅助萃取–LC／MS法检测了涂布纸中多种邻苯二甲酸酯类增塑剂的含量［19］；标准SN／T 2899–2011规定了与食品接触的纸和再生纤维材料中37种有机氯农药残留量的气相色谱和气相色谱–质谱联用的测定方法［20］。笔者采用气相色谱–串联质谱技术，以多反应监测（MRM）模式，外标法测定常见纸制品中多种杀菌剂、增塑剂、拟除虫菊酯和有机氯农药残留的含量。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱–串联质谱仪：Agilent 7890B–7000C型，配7693型自动进样器，美国安捷伦科技有限公司。

超声波发生器：Branson B5510E型，美国必能信超声有限公司。

微孔滤膜：规格为13 mm×0.22 µm，南通苏品实验器材有限公司。

离心机：TGL–20型，山东百欧医疗科技有限公司。

旋转蒸发仪：IKA RV8型，艾卡（广州）仪器设备有限公司。

邻苯二甲酸酯类增塑剂标准品：包括邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二丙烯酯（DAP）、邻苯二甲酸二丙酯（DPrP）、邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二（2-甲氧基乙基）酯（DMEP）、邻苯二甲酸二异戊酯（DIPP）、邻苯二甲酸二(4-甲基-2-戊基)酯（BMPP）、邻苯二甲酸戊基异戊酯（DNIPP）、邻苯二甲酸二(2-乙氧基)乙酯（DEEP）、邻苯二甲酸二戊酯（DPP）、邻苯二甲酸二己酯（DnHP）、邻苯二甲酸丁基苄基酯（BBP）、邻苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯（DBEP）、邻苯二甲酸二环己酯（DCHP）、邻苯二甲酸二庚酯（DHP）、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯（DEHP）、邻苯二甲酸二苯酯（DPhP）、邻苯二甲酸二正辛酯（DNOP）、邻苯二甲酸二苯甲酯（DBzP）、邻苯二甲酸二（2-丙基庚基）酯（DPHP）、邻苯二甲酸正辛正癸酯（nDnOP），纯度（质量分数）均大于99.0%，德国Dr. Ehrenstorfer公司。

21种有机氯农药混合标准溶液：含有六氯苯、α-六六六、五氯硝基苯、γ-六六六、β-六六六、七氯化茚、d-六六六、艾试剂、氧化氯丹、环氧七氯、γ-氯丹、α-氯丹、α-硫丹、2-乙基噻吩、狄氏剂、异狄氏剂、2，4’-滴滴涕、4，4’-滴滴滴、β-硫丹、4，4’-滴滴涕、硫丹硫酸酯，溶剂为异辛烷–丙酮（体积比为9∶1），各组分质量浓度均为100 μg／mL，北京迪马科技有限公司。

9种杀菌剂混合标准溶液：含有二苯胺、四氯硝基苯、2，6-二氯-4-硝基苯胺、百菌清、农利灵、苯氟磺胺、三唑酮、三唑醇、腐霉利，溶剂为丙酮，各组分质量浓度均为50 μg／mL，北京迪马科技有限公司。

氟氯氰菊酯标准品：纯度（质量分数）为98.4%，北京曼哈格生物科技有限公司。

氯氰菊酯标准品：纯度（质量分数）为96.5%，德国Dr. Ehrenstorfer公司。

氯菊酯标准品：纯度（质量分数）为99.73%，德国Dr. Ehrenstorfer公司。

溴氰菊酯标准品：纯度（质量分数）为99.5%，德国Dr. Ehrenstorfer公司。

正己烷–丙酮混合溶剂：正己烷与丙酮体积比为1∶1。

二氯甲烷、正己烷、丙酮、乙酸乙酯：均为色谱纯。

实验所用其它试剂均为分析纯。

实验用水为去离子水。

1.2 溶液配制

23种邻苯二甲酸酯类增塑剂混合标准储备液：分别准确称取适量邻苯二甲酸酯类增塑剂标准品，用正己烷溶解，配制成质量浓度均为2 000 μg／mL的单标储备液，再以正己烷–丙酮混合溶剂稀释，配制成质量浓度均为50 μg／mL的混合标准储备液。

4种拟除虫菊酯混合标准储备液：分别准确称取适量氟氯氰菊酯、氯氰菊酯、氯菊酯、溴氰菊酯4种拟除虫菊酯标准品，用丙酮溶解，配制成质量浓度均为500 μg／mL的单标储备液，再以正己烷–丙酮混合溶剂稀释，配制成各组分质量浓度均为100 μg／mL的混合标准储备液。

混合标准溶液：取适量23种邻苯二甲酸酯类增塑剂混合标准储备液、21种有机氯农药混合标准溶液、4种拟除虫菊酯混合标准储备液、9种杀菌剂混合标准溶液，用正己烷–丙酮混合溶剂稀释，配制成各组分质量浓度均为1 μg／mL的混合标准溶液，使用时根据需要逐级稀释至各组分质量浓度均分别为0.5、1.0、2.0、5.0、10、20 μg／L的系列混合标准工作溶液。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 气相色谱

色谱柱：DB–17MS型毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.15 μm，美国安捷伦科技有限公司）；载气：高纯氦气，体积流量为1.0 mL／min；程序升温：初始温度为80 ℃，以15 ℃／min速率升温至180 ℃，再以5 ℃／min速率升温至200 ℃，保持5 min，然后以20 ℃／min速率升温至300 ℃，保持6 min；进样口温度：290 ℃；进样方式：脉冲不分流进样；进样体积：1 μL。

1.3.2 质谱

电子轰击离子源（EI）；多反应监测（MRM）扫描方式；电子能量：70 eV；传输线温度：250 ℃；离子源温度：230 ℃。碰撞气：高纯氮气，体积流量为1.5 mL／min；淬灭气：高纯氦气，体积流量为2.25 mL／min。

1.4 样品处理

将样品剪碎至5 mm×5 mm以下尺寸，准确称取0.2～0.5 g（精确至0.1 mg），置于离心管中，加入10 mL正己烷–丙酮混合溶剂，超声萃取60 min，将萃取液转移至100 mL圆底烧瓶中，再向样品中加入10 mL正己烷–丙酮混合溶剂，重复2次，合并提取液，用旋转蒸发仪浓缩至约2 mL，通氮气吹至近干，用2 mL正己烷–丙酮混合溶剂复溶，溶液经0.22 µm滤膜过滤后待用。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

用于农药残留检测的毛细管柱一般采用中等极性柱［21–22］，检测增塑剂一般选用非极性或中等极性柱。分别考察了Agilent DB–5MS柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）、Agilent DB–17MS柱（30 m×0.25 mm，0.15 μm）、Thermo TG–5MS柱（30 m×0.25 mm，0.50 μm）、Agilent DB–5MS柱（60 m×0.32 mm，0.25 μm）、Agilent HP–5MS柱（15 m×0.25 mm，0.25 μm）对57种化合物的分离效果。试验发现Agilent DB–5MS柱（60 m×0.32 mm，0.25 μm）柱能较好分离各组分，但由于柱较长，往往会出现组分峰疏密不均的现象，且保留时间过长，后出峰的组分拖尾严重，响应值较低；而采用Agilent HP–5MS柱（15 m×0.25 mm，0.25 μm）柱，目标物能在短时间内全部出峰，但重叠峰较多，不能准确定性定量；Agilent DB–5MS柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）和Thermo TG–5MS柱（30 m×0.25 mm，0.50 μm）均不能很好地分离2，4’-滴滴涕与4，4’-滴滴滴、β-六六六与γ-六六六；Agilent DB–17MS柱（30 m×0.25 mm，0.15 μm）虽然有少量峰保留时间接近，但不影响目标物的定性、定量，因此最终选择Agilent DB–17MS柱作为分离柱。

色谱峰面积小受进样口温度、载气流量、升温程序影响，在保持其它因素不变的前提下，只改变单一因素，观察各组分的色谱峰面积以及分离情况，以保证各化合物分离最佳。其它条件不变时，分别设置柱温箱的初始温度分别为60、70、80、90、100℃时对各个目标峰分离度的影响。试验发现，柱温箱初始温度越低，各化合物分离度越高，但分析时间越长；提高初始温度，则保留时间提前，但峰分离度下降，不利于目标物的完全分离。最终确定初始温度为80 ℃，然后以15 ℃／min速率升温至180℃，再以5 ℃／min速率缓慢升温至200 ℃，保持5 min，以保证化合物完全分离，最终以20 ℃／min速率升温至300 ℃。根据57种化合物的分子结构、沸点等性质特点，确定进样口温度为290 ℃。

2.2 样品提取方式选择

固体样品中的增塑剂和农药常用的提取方式有索氏提取、机械振荡、超声波辅助提取等［23］。超声提取和索氏提取两种方式提取效果均较为理想，机械振荡萃取效率最差；索氏萃取比较完全但提取时间长，试剂消耗量大；超声提取设备较为简单，操作更为简便，可同时批量处理样品。考虑到实验室条件，选择正己烷–丙酮混合溶剂溶解超声波提取的方式。在其它条件不变的情况下，对可能影响超声提取效率的超声温度及超声时间进行优化，结果发现，萃取温度对萃取效率基本无影响，而超声时间达到60 min即可保证提取完全。

2.3 提取溶剂的选择

称取0.5 g纸制品阴性样品，添加0.1 mL 0.1 μg／mL的混合标准溶液，在其它条件相同的情况下，分别选用正己烷、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷4种不同提取溶剂对57种目标物进行提取，试验发现二氯甲烷对杀菌剂和农药的提取效率较低，乙酸乙酯对增塑剂的提取效率偏低，正己烷和丙酮的提取效率相当，但对有颜色的样品来说，丙酮提取液的颜色较深。综合考虑，最终选择正己烷–丙酮混合溶剂（体积比为1∶1）作为提取溶剂。

2.4 质谱条件的优化

将混合标准溶液首先通过Q1全扫描方式，确定其中每一种组分的保留时间和母离子，再对母离子进行二级质谱测定，不断更换碰撞能量以选择合适的母离子–子离子对，并确定最佳优化电压，优化后的各待测物的保留时间、扫描离子对、碰撞电压见表1。

表1 57种化合物的质谱参数

2.5 色谱图

取适量的混合标准工作溶液，经0.22 μm有机滤膜过滤后上机测定，在上述气相色谱–质谱条件下，57种化合物的MRM分离图如图1所示。

图1 57种混合标准溶液的MRM分离图

2.6 线性方程和检出限

按1.3仪器工作条件下，对57种化合物在质量浓度0.5～20 µg／L范围内进行测定，以目标物的色谱峰面积对质量浓度进行线性回归分析，得到各待测物的校正曲线线性方程及相关系数。结果显示目标物的质量浓度与色谱峰面积线性关系良好。在空白纸样品中添加不同浓度的上述57种目标物的混合标准溶液，以3倍信噪比所对应的目标物质量浓度作为方法检出限，10倍信噪比所对应的目标物质量浓度作为方法定量限。57种目标物的线性方程、相关系数、检出限、定量限列于表2。由表2可知，57种目标物在0.5～20 µg／L线性范围内的相关系数均大于0.99，检出限为0.004～0.429 μg／L，定量限为0.014～1.429 μg／L。

表2 57种化合物的线性方程、相关系数、检出限和定量限

2.7 加标回收试验

在1.3仪器工作条件下，在空白纸制品样品中分别添加0.02、0.06 mg／kg水平的混合标准溶液，每个添加水平重复测定6次，计算平均回收率和测定值的相对标准偏差。加标回收试验数据及计算结果列于表3。由表3可知，平均加标回收率为73.5%～101.1%，相对标准偏差为1.33%～9.62%，表明该方法精密度和准确度较高。