超高效液相色谱-串联质谱法测定食品接触用纸和纸制品中乙烯亚胺的迁移量

黎梓城, 张海峰, 梁进欣, 董 犇, 陈燕芬, 曾 莹, 陈 胜, 钟怀宁, 李 丹, 郑建国

（广州海关技术中心, 广东 广州 510623）

乙烯亚胺是一种三元环化合物, 由于三元环的不稳定性, 在适当的催化剂催化下, 可开环聚合生成不同分子量的聚乙烯亚胺[1］。聚乙烯亚胺的应用面广, 可用于采油、医用、水处理、湿部化学、CO2吸附等领域[2-6］, 其中在造纸生产中的应用更为重要。聚乙烯亚胺在纸的生产过程中能作为湿强剂和助留剂[7］。聚乙烯亚胺分子中存在大量的阳离子基团, 可通过静电作用与纤维素的羟基形成次价力交联网络, 从而起到增湿强的作用。此外, 聚乙烯亚胺能形成软絮聚体, 使其脱水性更强；与单组分体系相比, 在由聚乙烯亚胺和阴离子聚丙烯酰胺组成的双组分助留体系中, 聚乙烯亚胺能大大降低聚丙烯酰胺的用量[8-9］, 提高纸制品中填料的z向分布[10-11］。由于聚乙烯亚胺的使用越来越广泛, 其合成过程中残留的、聚合物缓慢降解而成的乙烯亚胺单体也会被引入到生产的食品接触用纸和纸制品中, 进而通过迁移、扩散等途径污染所包装的食品。根据2017年公布的国际癌症研究机构致癌物列表, 乙烯亚胺属于2B类致癌物[12］, 人经口致死剂量为5 mg/kg[12］；《危险化学品目录》也将其列为剧毒物质[13］。同时, 乙烯亚胺也不在我国GB 9685-2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准》的肯定物质列表中[14］, 其特定迁移限量为不得检出（检出限为0. 01 mg/kg）。

随着人们对环境保护意识的逐渐提高, 食品接触用纸及制品因具有可降解、易于回收等优点在食品包装领域的应用越来越广泛[15］。目前, 文献报道的乙烯亚胺的测定方法仅有气相色谱法[16］, 该方法可定量分析反应溶液中的乙烯亚胺浓度。而有关食品接触用纸及制品中乙烯亚胺迁移量的检测方法尚未见报道。食品接触材料的迁移实验需要多步的前处理操作, 实验过程和反应体系有明显差异, 使用已报道的气相色谱法进行测试往往会影响结果的准确性。因此, 亟需建立一种快速、高效、准确测定食品接触用纸及制品中乙烯亚胺迁移量的检测方法, 以监测纸制品中乙烯亚胺的安全风险。

本文利用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）测定食品接触用纸和纸制品中乙烯亚胺的迁移量。该方法简单高效, 应用前景良好, 可为食品接触用纸及制品中乙烯亚胺迁移量的检测、合规以及风险监测提供技术支持。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1290-6495液相色谱-三重四极杆质谱仪（美国安捷伦公司）；Proshell EC-C18（150 mm×3. 0 mm×2. 7μm）液相色谱柱（安捷伦公司）；Reax Top涡旋振荡仪（德国海道夫公司）；Milli-Q QPOD纯水机（德国默克公司）；乙烯亚胺标准品（Chemservice公司）；甲酸、甲醇、乙醇（EtOH）、异辛烷、正己烷（色谱纯, Fisher公司）；橄榄油购于默克林公司；乙酸（AcOH）等其他试剂购于广州化学试剂厂；纸以及纸制品样品于市面采购。

1.2 标准溶液的配制

标准储备溶液（10 mg/L）：准确称量100. 0 mg乙烯亚胺标准品, 用甲醇溶解后转移至10 mL容量瓶中, 用甲醇定容得到10 mg/L的乙烯亚胺标准储备溶液, 保存于4℃冰箱。

标准中间溶液：移取1. 0 mL乙烯亚胺标准储备溶液, 用甲醇定容于10 mL容量瓶中, 得到1 mg/L的乙烯亚胺标准中间溶液, 保存于4℃冰箱。

标准工作溶液：准确吸取乙烯亚胺标准中间溶液0. 03～0. 5 mL于10 mL容量瓶中, 用替代溶剂（95%乙醇、异辛烷）、4%（体积分数, 下同）乙酸、10%乙醇食品模拟物定容, 得到质量浓度分别为0. 003、0. 005、0. 01、0. 03、0. 05 mg/L的乙烯亚胺标准工作溶液。

准确吸取乙烯亚胺标准中间溶液0. 03～0. 5 mL于50 mL试管中, 加入10. 0 g橄榄油, 得到含量分别为0. 003、0. 005、0. 01、0. 03、0. 05 mg/kg的乙烯亚胺标准工作溶液。

标准工作溶液与试样溶液的预处理过程一致。

1.3 样液的制备

根据食品接触用纸样品预期实际接触的食品类型, 按照GB 31604. 1-2015[17］选用4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、橄榄油和异辛烷5种食品模拟物, 按照GB 5009. 156-2016[18］进行食品接触用纸样品的迁移测试。

对于酸性和醇类食品模拟物, 取1 mL模拟物溶液过0. 22μm滤膜后, 待测；对于异辛烷模拟液, 取2 mL至试管中, 加入2 mL 50%甲醇水溶液, 涡旋3 min后, 放置待分层, 取下层清液, 经0. 22μm滤膜过滤于样品瓶中, 待测定；对于橄榄油模拟物, 取2 g至试管中, 加入2 mL 50%甲醇水溶液和3 mL正己烷, 涡旋振荡3 min, 放置待分层后取下层清液, 过0. 22μm滤膜, 待测定。

1.4 仪器条件

1.4.1 色谱条件色谱柱：Proshell EC-C18（150 mm×3. 0 mm×2. 7μm）；流动相：以0. 1%甲酸水为A相, 甲醇为B相；等度洗脱：90% A∶10% B, 洗脱时间为3 min。流速为0. 4 mL/min；进样体积为10μL；柱温为40℃。

1.4.2 质谱条件采用电喷雾（ESI）正离子模式进行检测；雾化气压力为300 kPa；喷雾电压和毛细管电压分别为400 V和4 000 V；载气流速和压力分别为7 L/min和350℃；鞘气（N2）流速和温度分别为11 L/min和380℃；驻留时间为10 ms。乙烯亚胺的质谱参数：母离子为m/z 44. 1；碎片离子分别为m/z 42. 1与m/z 27. 1, 碎裂电压均为40 V, 碰撞能量分别为10、40 V；定量离子为m/z 42. 1。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择

乙烯亚胺在甲醇和乙腈两种溶剂中易溶解。因此, 考察了甲醇-水和乙腈-水2种流动相体系的分离效果。加入适量甲酸可使乙烯亚胺更好地形成[M+H］+分子离子峰, 实验对比了以0. 1%甲酸水-甲醇和0. 1%甲酸水-乙腈为流动相的分离结果。结果表明, 以0. 1%甲酸水-甲醇为流动相时乙烯亚胺具有较好的峰形。因此, 选择0. 1%甲酸水-甲醇体系作为流动相。

2.2 质谱条件的选择

乙烯亚胺属于胺类, 在ESI源条件下较易形成[M+H］+离子峰。理想的分子离子峰[M+H］+可在ESI源正离子全扫描模式下获得。以乙烯亚胺的分子离子峰为母离子, 通过调整合适的碎裂电压, 选取响应高、干扰小的2个碎片离子作为定性、定量离子, 并对其碰撞能量进行优化。最佳的质谱条件如“1. 4. 2”所示, 图1为4%乙酸中0. 001 mg/L乙烯亚胺标准溶液的总离子流色谱图（TIC图）及离子对谱图。

图1 4%乙酸中乙烯亚胺（0. 001 mg/L）的总离子流色谱图（A）与离子对谱图（B）Fig. 1 TIC（A）and ion pair spectrum（B）of ethyleneimine in 4%AcOH

2.3 线性范围、检出限与定量下限

将4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、异辛烷和橄榄油食品模拟物中的乙烯亚胺系列标准溶液, 根据本方法进行测定, 并绘制标准曲线。由表1可知, 乙烯亚胺在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、异辛烷模拟物中的线性范围均为0. 003～0. 05 mg/L, 在橄榄油模拟物中的线性范围为0. 003～0. 05 mg/kg, 相关系数（r2）均大于0. 996。结果表明, 该方法线性良好, 可以满足食品接触用纸及制品中乙烯亚胺迁移量的测试要求。

选取未检出乙烯亚胺的纸样品为空白样品, 在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、异辛烷和橄榄油5种模拟物中进行迁移实验, 取迁移液进行不同浓度（低于限量）的加标实验, 根据乙烯亚胺的信噪比S/N≥3确定检出限, 以S/N≥10确定定量下限。以空白基质加标进行验证, 当质量浓度为1μg/L或1μg/kg时, 对应的S/N≥3；当质量浓度为3μg/L或3μg/kg时, 对应的S/N≥10；计算结果满足检测需求。因此, 本方法中乙烯亚胺在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇与异辛烷模拟液中, 检出限均为1μg/L, 定量下限为3μg/L；在橄榄油模拟液中, 检出限为1μg/kg, 定量下限为3μg/kg（见表1）。

表1 各食品模拟物中乙烯亚胺的线性关系、检出限与定量下限Table 1 Linear relations, LODs and LOQs of ethyleneimine in each food simulant

2.4 加标回收率与相对标准偏差

在待测样品的迁移测试过程中, 采用在实际纸制品样品中加标的方法进行5种食品模拟物（4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、异辛烷和橄榄油）中乙烯亚胺的精密度和准确度实验。分别向不同空白纸制品样品浸泡过的迁移液中添加0. 003、0. 01、0. 05 mg/L的乙烯亚胺标准溶液, 加标样品平行测定6次, 通过实验结果计算方法的回收率和相对标准偏差（RSD）。由表2可知, 各食品模拟物中乙烯亚胺的加标回收率为96. 0%～102%, RSD为1. 6%～5. 9%。结果表明, 本方法具有良好的准确度和精密度, 满足食品接触用纸及制品中乙烯亚胺迁移量的检测要求。

表2 各食品模拟物中乙烯亚胺的加标回收率与相对标准偏差Table 2 Recoveries and relative standard deviations of ethyleneimine in each food simulant

2.5 实际样品分析

利用已建立的方法对5款原纸、5款纸杯、5款纸吸管以及5款防油纸共20款样品在4%乙酸、10%乙醇、95%乙醇、异辛烷和橄榄油中的迁移量进行分析。结果表明, 有2批次原纸样品检出乙烯亚胺, 其在95%乙醇中的迁移量分别为0. 032、0. 006 8 mg/kg, 其余样品均未检出。结果表明, 本方法可准确测定实际样品中乙烯亚胺的迁移量。

3 结 论

本文采用UPLC-MS/MS对食品接触用纸及制品中乙烯亚胺的迁移量进行了测定, 结果表明建立的方法具有准确可靠、操作简便、灵敏度高等特点, 可用于市售食品接触用纸及制品中乙烯亚胺迁移量的检测。本文研究结果对食品包装接触用纸及制品的风险监测具有一定的参考价值, 也可为食品包装用纸的上下游企业提高产品质量提供有力的技术支持。