超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱法同时测定食品接触用塑料中50种添加剂的迁移量

2022-06-18黎梓城吴学峰钟怀宁陈燕芬郑建国

分析测试学报 2022年6期

黎梓城，吴学峰，董犇，李丹，钟怀宁，陈燕芬，郑建国

（广州海关技术中心国家食品接触材料检测重点实验室（广东），广东广州 510623）

塑料是单体通过加聚或缩聚反应得到的高分子化合物，通常在聚合过程中添加光引发剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、填料、增塑剂、润滑剂等各种辅料，使塑料的性能更加优良［1-2］。在日常使用过程中，食品接触用塑料中的添加剂可能会迁移至食品中［3-4］。研究表明部分添加剂有毒有害，长期摄入会对人体的神经系统、生殖系统和免疫系统等产生严重影响，如酚类抗氧化剂具有弱雌激素效应，即使在摄入量很低的情况下，也可能会给人体健康带来危害［5］；光引发剂不仅具有一定的接触毒性，对皮肤有刺激作用，而且有生殖毒性、遗传毒性和致癌作用［6］。我国的国家强制性标准GB 9685-2016《食品接触材料及制品用添加剂使用标准》规范了食品接触用塑料的添加剂使用情况［7］，采用肯定列表对允许添加的塑料添加剂进行了迁移量或者残留量的管控。

目前，食品接触用塑料的检测标准仅针对GB 9685-2016 中的部分物质提供了检测方法。已报道的食品接触用塑料添加剂的检测方法主要有气相色谱法［8-10］、液相色谱法［11-14］、气相色谱-质谱联用法［15-18］、液相色谱-质谱联用法［19-22］等。但上述方法比较单一，不能有效、快速地针对一类甚至多类物质进行测定。因此亟需建立一种高效、快速、高通量的鉴定和定量分析塑料添加剂的方法，以监测可能存在的风险，保证相关食品接触材料符合安全要求。

针对塑料中各种添加剂迁移限量低、易相互干扰、高通量筛查非常困难的现状，本研究利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱准确度高、分离效果好、复杂样品分离能力强以及选择性好、检出限低和能够提供分子量及结构信息等特点［23］，建立了同时检测食品接触用塑料中光引发剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂等50种添加剂迁移量的高通量筛查方法。本方法可为生产企业的自检自控或检测机构的检测提供辅助作用，具有良好的应用前景。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1290-6546 超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱仪（美国安捷伦公司）；Eclipse Plus C18RRHD 液相色谱柱（50 mm × 3.0 mm × 1.8 μm，美国安捷伦公司）；涡旋振荡仪（德国海道夫公司）；Milli Q Q-POD纯水机（德国默克公司）；氮气自动浓缩工作台（韩国Goojung公司）。

50 种塑料添加剂标准品（见表1）。甲酸、甲醇、乙醇、乙腈、异辛烷、正己烷为HPLC 级，购自Fisher公司；乙酸和乙酸铵为分析纯，购自广州化学试剂厂。

表1 50种塑料添加剂的质谱参数Table 1 Mass spectrometric parameters of 50 plastic additives

检测样品来自市面采购的塑料制品。

（续表1）

1.2 标准溶液的配制

分别称取50 种塑料添加剂的标准品各10.0 mg，用甲醇分别溶解并定容于10 mL 容量瓶中，得到1 000 mg/L的标准储备溶液，于4 ℃下保存。

将以上各标准储备液使用对应食品模拟物（4%乙酸、10%乙醇）及替代溶剂（95%乙醇、异辛烷）定容，配制成混合标准工作溶液。

标准工作溶液的前处理与样品溶液一致。

1.3 样品溶液的制备

根据样品实际接触的食品类型，按照GB 31604.1-2015［24］选择4%（体积分数，下同）乙酸、10%乙醇、95%乙醇、异辛烷作为食品模拟物，按照GB 5009.156-2016［25］进行迁移实验。

取1 mL乙酸及乙醇类模拟物溶液，过0.22 μm滤膜，供测定；取2 mL异辛烷至试管中，将溶液于40 ℃下氮吹至近干，加2 mL甲醇定容，过0.22 μm滤膜，供测定。

1.4 仪器条件

1.4.1 色谱条件色谱柱：Eclipse Plus C18RRHD（50 mm × 3.0 mm × 1.8 μm）；流动相：A 为0.01%甲酸-5 mmol/L 乙酸铵，B 为甲醇；流速0.4 mL/min；进样体积：10 μL；柱温：40 ℃。洗脱梯度：0～3 min，95% A；3～10 min，95%～60% A；10～20 min，60%～20% A；20～25 min，20%～5% A；25～30 min，5%A；30～31 min，5%～95%A，后运行4 min。

1.4.2 质谱条件电喷雾离子源（ESI）正、负离子模式；扫描模式：Target MS/MS 模式；雾化气：310.3 kPa；喷雾电压：500 V；毛细管电压：4 000 V；气流速度：7 L/min；气流温度：300 ℃；鞘气（N2）流速：11 L/min；鞘气（N2）温度：380 ℃；驻留时间：10 ms，其他质谱参数见表1。

1.4.3 定性分析按照仪器参考条件测定标准工作溶液和试样溶液，如果试样溶液与标准溶液在选定的母离子中，经碰撞池施加碰撞能量后得到相同的二级质谱图，则判断样品中存在相应的待测物质。

1.4.4 定量分析按照仪器参考条件测定标准工作溶液，根据选定的母离子的峰面积，绘制标准曲线。根据标准曲线得到试样溶液中的目标物浓度。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择

通过查阅相关文献，发现对塑料添加剂的检测大多以甲醇体系为主。由于质谱方法需同时采用正、负离子模式进行采集，实验分别考察了0.02%氨水、水与5 mmol/L 乙酸铵溶液3 种水相的分离效果。由于部分物质需要NH4+离子产生［M+NH4+］的离子峰，且氨水体系下，正离子模式的待测物受到了一定干扰，经比较发现5 mmol/L 乙酸铵溶液的效果最佳。考虑到正离子模式的电离，分别在5 mmol/L 乙酸铵溶液中添加0.01%、0.05%、0.1%的甲酸进行对比，发现在0.01%甲酸体系下，正离子模式下物质的响应普遍得到提高，且负离子模式下并未受到影响；而甲酸体积分数大于0.01%时，负离子模式的待测物均受到一定干扰。因此选择0.01%甲酸-5 mmol/L乙酸铵溶液和甲醇作为流动相。

2.2 质谱条件的选择

本研究的塑料添加剂包含酮类、酯类以及酚类等不同结构的物质，会生成不同的准分子离子峰。在ESI 正离子模式下进行全扫描，部分物质可获得理想的准分子离子峰［M+H］+或［M+NH4］+；在ESI负离子模式下进行全扫描，部分物质可获得理想的准分子离子峰［M-H］-。在有标准品的情况下，使用Target MS/MS 模式，以准分子离子峰为母离子，调节适当的碰撞能量，可得到不同的二级离子碎片。选择能产生最具代表性碎片的碰撞能量作为该物质的最优碰撞能量。优化后的质谱条件见“1.4.2”，50种塑料添加剂混合标准溶液（1 mg/L）的色谱图见图1。

图1 50种塑料添加剂的提取离子色谱图Fig.1 Extracted ion chromatograms of 50 plastic additives

2.3 线性范围、检出限与定量下限

将不同食品模拟物（4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇和异辛烷）中的50 种塑料添加剂系列标准溶液，按照已优化的前处理方法和仪器条件进行测定，以母离子峰面积（Y）对50 种塑料添加剂的质量浓度（X，mg/L）绘制标准曲线，得到Y=aX+b的线性方程。结果表明，在上述4 种食品模拟物中，50 种塑料添加剂的线性范围为0.02～5 mg/L，相关系数（r2）均大于0.995，表明本方法线性相关性良好。

选取空白试样进行上述4 种食品模拟物迁移实验，取所得浸泡液进行不同浓度（低于限量）的加标实验，计算目标峰（母离子峰）的信噪比（S/N）。分别依据S/N≥3 和S/N≥10 初步确定检出限和定量下限，然后采用空白基质加标进行验证，确定检出限和定量下限。因此最终得到50种塑料添加剂的检出限为0.01～0.1 mg/kg，定量下限为0.02～0.2 mg/kg。

2.4 加标回收率与相对标准偏差

按本方法对4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇和异辛烷（空白食品模拟物）进行加标回收实验，加标浓度为0.02～5 mg/L，每个物质设置3 个水平，平行测定6 次，计算加标回收率和相对标准偏差（RSD）。各食品模拟物中50 种塑料添加剂的加标回收率为92.6%～104%，RSD 为0.60%～8.4%，表明本方法的准确度和精密度良好。

2.5 实际样品分析

Agilent 1290-6546超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱仪提供了一款PCDL Manager软件，可建立食品接触用塑料中50种塑料添加剂的谱库。再结合Qualitative analysis 软件生成数据处理方法，通过Masshunter 软件采集数据，将采集到的数据自动运行数据处理方法，通过保留时间、精确质量数、同位素分布以及二级离子碎片分布等信息自动识别阳性样品。得到的阳性结果通过母离子的峰面积进行定量分析，按照“2.3”所得线性方程进行浓度计算。

利用本方法对10款塑料片材、5款水杯以及5款薄膜（共20款样品）样品进行分析。样品分别在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇和异辛烷4 种食品模拟物中进行50 种塑料添加剂的迁移实验后上机测试，部分目标物的二级质谱图见图2。结果显示，有2 个样品检出壬基酚，迁移量为0.033～0.071 mg/kg；6 个样品检出抗氧化剂1076 和抗氧化剂168，迁移量为0.12～3.3 mg/kg；4 个样品检出光引发剂369、光引发剂ITX和光引发剂TPO，迁移量为0.054～4.0 mg/kg。结果表明，本方法可用于实际样品中塑料添加剂的高通量筛查。