顶空-气相色谱法测定食品接触用塑料制品中丙烯腈方法的比较
2021-10-26陶强吴雄杰丁耀进朱东波程劲松
陶强 吴雄杰 丁耀进 朱东波 程劲松
安徽省包装印刷产品质量监督检验中心（安徽桐城 231400）
丙烯腈是化工、橡胶、化纤等合成工业的重要原料之一，也是一种高毒性化学品。由丙烯腈合成的丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等共聚塑料制品常被用于制作水杯、酒瓶盖、冰箱内胆、豆浆机、榨汁机等生活产品[1-6]。在使用过程中，这些塑料制品中残留的丙烯腈单体通过皮肤或者迁移进入人体后可引起急性中毒或者慢性中毒。有文献[7-9]报道，丙烯腈中毒后可引起神经系统性损害，如感觉性周围神经病脊髓前角细胞损害导致肌肉萎缩和肌震颤等。因此，对食品接触用塑料制品的安全卫生性能进行检测非常有必要。
2017年4 月19 日实施的GB 31604.17—2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品 丙烯腈的测定和迁移量的测定》规定采用内标法测定丙烯腈迁移量，但SN/T 2197—2008《食品接触 材料 高分子材料 食品和食品模拟物中丙烯腈的测定 气相色谱法》提到内标法测定丙烯腈可能会对实验结果产生干扰。为了探究内标法与外标法的差异性，设计了一种直接进样外标法，参照文献[10-17]对实验参数进行一系列优化，并将此方法与GB 31604.17—2016规定的内标法进行比较，以便得到更为准确的检测结果。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
1.1.1 仪器与设备
7820A 气相色谱仪［配氮磷检测器及GC solution 工作站］、Agilent DB-WAXETR毛细管色谱柱（30 m×0.320 mm×0.25 μm），安捷伦科技有限公司；Uni Bloc AuY220 电子天平（0.000 1 g），岛津公司；10～1 000 μL 移液枪，德国艾本德（Eppendorf）公司；250 μL 微量进样针，上海高鸽工贸有限公司。
1.1.2 试剂与样品
试剂：N,N-二甲基甲酰胺（DMF），色谱纯，天津赛孚瑞科技有限公司；丙烯腈（C3H3N）标准物质，ρ=1 000 mg/L，北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司)；丙腈（C2H5CN）标准物质，ρ=1 000 mg/L，上海安谱实验科技股份有限公司；实验用水为艾科浦超纯水机制备的一级水。
样品：AS 和ABS 类食品接触材料及制品。
1.2 实验方法
1.2.1 标准溶液的配制
丙腈内标溶液：吸取丙腈标准物质0.5 mL 置于10 mL 容量瓶中，加入DMF 稀释至刻度线，混匀，得到质量浓度为50 mg/L 的丙腈内标溶液。
丙烯腈标准稀释液：吸取丙烯腈标准物质1 mL移入10 mL 容量瓶中，用DMF 稀释至刻度线，稀释后的质量浓度为100 mg/L。
丙烯腈内标溶液：吸取丙烯腈标准稀释液25，50，100，200，400 μL，分别移入10 mL 容量瓶中，各加入DMF 稀释至刻度线，混匀配制稀释液（1 mL溶液含丙烯腈0.25，0.50，1.00，2.00，4.00 μg）；取5支顶空瓶准确加入5 mLDMF，分别移入200 μL 丙腈内标溶液，再依次加入200 μL 上述10 mL 容量瓶中的丙烯腈稀释液，此时5 支顶空瓶中的丙烯腈含量分别为0.05，0.10，0.20，0.40，0.80 μg，配制成校正曲线各质量浓度梯度溶液（现用现配）。
丙烯腈外标溶液：取5 支新的顶空瓶准确加入5 mLDMF，分别移入200 μL 上述10 mL 容量瓶中的丙烯腈稀释液（1 mL 溶液含丙烯腈0.25，0.50，1.00，2.00，4.00 μg），此时5 支顶空瓶中的丙烯腈含量分别为0.05，0.10，0.20，0.40，0.80 μg，配制成校正曲线各质量浓度梯度溶液（现用现配）。
1.2.2 顶空进样器条件
平衡时间为30 min，炉温为80 ℃，取样针温度为82 ℃，传输线温度为90 ℃，加压时间为1 min，进样体积为1 mL。
1.2.3 气相色谱条件
程序升温：70 ℃保持8 min，以30 ℃/min 的速率升温至220 ℃，保持3 min；进样口温度为220 ℃，压力为37.9 kPa；氮磷检测器温度为250 ℃；分流比为5∶1；柱流速为1.0 mL/min，氢气流速为3.0 mL/min，空气流速为60.0 mL/min。
1.2.4 测定步骤
直接进样内标法：准确称取0.500 0 g（精确至0.000 1 g）样品于顶空瓶中，加入5.0 mL DMF，立即加盖密封，用微量进样针在顶空瓶中加入200 μL 丙腈内标溶液，充分混匀，使样品完全溶解或充分分散，移至顶空进样器中待测。
直接进样外标法：准确称取0.500 0 g（精确至0.000 1 g）样品于顶空瓶中，加入5.0 mL DMF，立即加盖密封，充分混匀，使样品完全溶解或充分分散，移至顶空进样器中待测。同时做空白试验。
1.2.5 计算公式
试样中丙烯腈质量分数按式（1）计算：
式中：X为试样中丙烯腈的残留量，mg/kg；c为由标准曲线求得的丙烯腈的含量，μg；1 000 为换算系数；m为试样的称样量，g。
1.2.6 数据统计方法
利用统计学函数t 检验对2 组数据结果进行显著性检验。若P<0.01，表明2 组数据存在极显著性差异；若0.01
2 结果与分析
2.1 色谱条件优化
为了探究内标法与外标法的差异性，设计了一种直接进样外标法。查阅相关文献，全面比较内标法与外标法的差异性，并对进样口温度、柱温箱温度及程序升温、检测器温度、柱流速、顶空平衡时间、取样针温度、传输线温度、进样量等实验参数进行了一系列优化，经过多次实验结合仪器状态得到了最优色谱条件（见1.2.3）。
顶空-气相色谱直接进样内标法采用1.2.3 中色谱条件测定丙烯腈溶液内标及试样中丙烯腈，发现丙烯腈、丙腈峰型较好，响应值较高，能达到标准规定的0.1 mg/kg 检出限的要求。图1 所示为丙烯腈内标溶液色谱图，图2 所示为样品色谱图。
在实验室用该顶空-气相色谱条件测定各类AS 和ABS 类制品300多组，包括组合式防伪瓶盖、倒酒器、榨汁机、树脂、橡胶等，丙腈内标峰面积稳定，丙烯腈峰分离较好，能够得到较为准确的结果，实验室内的人员比对误差小于10%。内标法测定丙烯腈的残留量时必须维护好气相色谱仪，在多次进样后需要加入一个空白，以防止内标峰面积波动太大，影响实验结果。
图1 丙烯腈内标溶液顶空-气相色谱
图2 样品顶空-气相色谱图
2.2 内标法与外标法的比较
与内标法相比，外标法简单便捷。因此，采用同样的色谱条件利用外标法对丙烯腈的残留量进行测定，分别对检出限、定量限、精密度、加标回收率及多组试样测定结果进行统计学比较。
2.2.1 线性范围、检出限及定量限
用内标法与外标法测定相同系列的标准物质曲线，线性范围均为0.05～0.80 μg。图3 所示是内标法曲线，线性相关系数为0.999 4；图4 所示是外标法曲线，线性相关系数为0.998 5。根据GB 31604.17—2016 给出的检出限及定量限，经多次加标测试得出2种方法的检出限均为0.1 mg/kg，定量限均为0.2 mg/kg。
图3 内标法标准曲线
图4 外标法标准曲线
2.2.2 精密度
选择2种质量浓度，分别用2种方法测定6 次，结果如表1 所示。从表1 可以看出，内标法的相对标准偏差与外标法的相对标准偏差均小于2%，精密度均能达到GB/T 35655—2017《化学分析方法验证确认和内部质量控制实施指南 色谱分析》的技术要求，说明内标法与外标法的精密度均比较好。
2.2.3 加标回收率
选择0.50，2.00，4.00 mg/L3 个质量浓度（即1 倍定量限、4 倍定量限、8 倍定量限）对不含丙烯腈的AS 试样进行加标回收实验，内标法加标回收率为60%～110%，外标法加标回收率为60%～94%，结果见表2。从表2 可以看出，内标法的加标回收率波动较大，外标法波动较小，2种方法都出现了回收率较低的情况，表明内标法与外标法在检测样品时都会出现检测结果偏离的情况。所以，在平时实验时，为了获得准确的实验结果应采用2种方法相互校正。
表1 精密度结果
表2 2 个AS 样品3 水平加标回收率结果 %
2.2.4 内标法与外标法测定多组样品实验结果比较
内标法：一种间接的校准方法，在测定目标物质含量时，加入一种内标物质以减小前处理过程中的误差对实验结果的影响，其目的是提高结果的准确度。采用内标法时，需将一定量的内标物质加入到样品中，它能被色谱柱分离，也不受其他组分峰的干扰；试样中加入的内标物质含量与标准物质中的内标物质含量尽可能一致，否则可能引起结果偏差。
外标法：用目标物质的纯品作对照物求得试样中目标物质含量的一种方法。该法可分为工作曲线法、外标一点法等，最为常见的是工作曲线法。外标法需要仪器具备良好的重复性，所以必须定期进行标准曲线校正。该方法操作简单，计算方便，不需要校正因子，常用于自动分析。
如表3 所示，分别采用内标法与外标法对7种不同试样的丙烯腈含量进行测定，结果表明2种方法计算出来的每种试样中的丙烯腈含量基本相同。经t 检验分析，P=0.93>0.05，表明2种方法测定7种食品接触用塑料制品中丙烯腈含量的结果没有显著性差异。
表3 7种食品接触用塑料样品丙烯腈残留量测定结果 mg/kg
3 结语
设计了一种外标法测定食品接触用塑料制品中丙烯腈残留量，采用顶空-气相色谱内标法、外标法分别从条件优化到方法学验证进行深入探究，结果表明2种方法各项指标都能满足实验室要求。同时测定7种不同试样的丙烯腈残留量，t 检验结果表明内标法与外标法实验结果无显著性差异。外标法无前处理过程，精密度高、简单便捷；内标法抗外界干扰能力强，测定结果更精确。2种方法各有优点，可灵活应用于食品接触用塑料制品中丙烯腈残留量的测定。
