顶空/气相色谱-质谱法测定婴幼儿食品中54种挥发性有机污染物

侯 靖，许 晴，毛燕妮，王 澍，刘梦婷，卢跃鹏*

（1．武汉食品化妆品检验所，湖北 武汉 430012；2．国家市场监管重点实验室（食用油质量与安全），湖北 武汉 430012；3．武汉药品医疗器械检验所，湖北 武汉 430075）

挥发性有机化合物为常温下沸点在50 ～ 260 ℃之间的有机化合物，通常分为烃类、卤代烃、氧烃和氮烃等。挥发性有机污染物具有刺激性、致畸性和致癌性，特别是苯系物和卤代烃，对人体健康会造成很大的伤害。研究表明，苯系物对儿童免疫功能有不良影响［1］，苯系物暴露与儿童急性淋巴细胞白血病的发生也具有很高的关联性［2］。卤代烃可通过诱导氧化应激产生细胞毒性［3］，并对主要器官及生殖系统具有毒性［4-6］。据文献报道，在肉类、乳类、水产、香料和果汁饮料等食品中检出了多种苯系物和卤代烃［7-10］。婴幼儿是一个消化系统发育不完善、代谢系统不成熟的特殊群体，因此，保障婴幼儿食品的安全显得尤为重要。

对于食品中挥发性有机污染物的测定多采用顶空进样∕气相色谱法或顶空进样∕气相色谱-串联质谱法，如饮料等液体食品中苯系物与卤代烃的检测［11-14］。对于更低含量的挥发性有机污染物，则需采用吹扫捕集或顶空固相微萃取技术［15-16］。对于复杂样品中的挥发性有机污染物，有时需采用二维色谱技术进行分离［17］。上述检测方法适用的基质均不包含婴幼儿奶粉等婴幼儿食品，且分析的目标物种类较少。本文采用顶空进样∕气相色谱-质谱联用技术，通过对顶空参数的优化，建立了一种同时测定婴幼儿食品中包含苯系物和卤代烃在内的54种挥发性有机污染物的检测方法。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

7890B-5977B气相色谱-质谱联用仪、顶空进样器、DB-VRX毛细管色谱柱（60 m × 0．25 mm，膜厚1．4 µm，美国Agilent公司）；Milli-Q超纯水机（德国Merck公司）。

婴幼儿配方奶粉（购于国内市场）；氯化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；标准物质：54种挥发性有机污染物混合标准溶液（1 000 mg∕L，购于O2Si公司）。

1.2 样品制备

婴幼儿配方奶粉：称取1 g样品于20 mL顶空进样瓶中，加入5 mL氯化钠饱和溶液，加盖密封后涡旋，使奶粉完全溶解。

其他食品（谷物粉、米粉、肉松、芝麻酱、果泥及酸奶）：称取2 g样品于20 mL顶空进样瓶中，加入5 mL氯化钠饱和溶液，加盖密封后涡旋，使样品充分分散。

1.3 分析条件

1.3.1 顶空进样条件平衡温度：90 ℃；定量环温度：110 ℃；传输线温度：130 ℃；平衡时间：30 min；进样体积：1 mL；进样时间：0．2 min。

1.3.2 气相色谱条件进样口温度：150 ℃；进样模式：分流进样，分流比为10∶1；载气：氦气（纯度 ≥ 99．999%），流速为1．2 mL∕min；色谱柱：DB-VRX（60 m × 0．25 mm，膜厚1．4 µm）；升温程序：45 ℃保持3 min，以8 ℃∕min升至80 ℃，保持5 min，再以6 ℃∕min升至200 ℃，保持5 min；质谱接口温度：230 ℃。

1.3.3 质谱条件电离方式：电子轰击电离（EI）；电离能量：70 eV；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；检测模式：全扫描（Scan），扫描范围m∕z35 ～ 300 。选择一个响应较强的特征离子作为定量离子，选择若干个离子作为定性离子，54种化合物的保留时间及定量、定性离子见表1。

表1 54种挥发性有机污染物的保留时间及定量、定性离子Table 1 Retention times，quantitative ions and qualitative ions of 54 volatile organic pollutants

1.3.4 定量方法选择相近的空白基质加标样品进行定量。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

比较了实验室常见的弱极性HP-5色谱柱（30 m × 0．25 mm，0．25 µm）、中等极性DB-225色谱柱（60 m × 0．25 mm，0．25 µm）和挥发性化合物专用的DB-VRX色谱柱（60 m × 0．25 mm，1．4 µm）对54种挥发性有机污染物的分离情况。结果表明，54种目标物在HP-5色谱柱上的保留较差，基本按照化合物的沸点进行分离，沸点相近的化合物难以有效分离，色谱峰严重重叠，且峰形较差；中等极性的DB-225色谱柱对不同化合物有不同程度的保留，化合物之间得以分离，但不能很好地分离54种目标物；DB-VRX色谱柱的分离效果最好，除间二甲苯和对二甲苯无法分离外，其余化合物均可完全分离，且色谱峰形尖锐。故最终选择DB-VRX色谱柱进行分离。

2.2 升温程序及进样条件的优化

实验对升温程序和进样条件进行了优化。通过对升温阶数和升温速度的调整，使各化合物在最短时间实现分离。先尝试采用不分流进样，顶空进样时间为1 min时，发现出峰时间较早的化合物峰展宽，峰形差，分析原因可能是进样时间较长导致。将进样时间缩短为0．2 min，考虑到进样体积和柱流速，改为分流进样，分流比设置为10∶1时，各化合物的峰形良好。优化得到的最佳升温程序和进样条件如“1．3”所示。该条件下，54种挥发性有机污染物的总离子流色谱图见图1。

图1 54种挥发性有机污染物的总离子流色谱图Fig．1 Total ion chromatogram of 54 volatile organic pollutants

2.3 样品量的优化

顶空进样的灵敏度取决于顶部空气中挥发性化合物的浓度，因此需对样品量进行优化。本实验通过在样品中加入5 mL氯化钠饱和溶液提高样品的分散程度，促进化合物的挥发。分别考察了样品量为1 g和2 g时奶粉、粉状辅食（谷物粉）和泥状辅食（果泥）加标样品的响应情况（见图2A）。结果显示，对于奶粉基质，样品量为1 g时54种目标物峰面积的平均值最大；对于粉状辅食，样品量为2 g时峰面积的平均值最大；而对于泥状辅食，各条件下峰面积的平均值变化不大。因此，奶粉基质的样品量选择为1 g，粉状辅食、泥状辅食等其他基质的样品量选择为2 g。同时发现不同基质条件下54种目标物的峰面积差异较大，因此采用空白基质加标方式进行定量，以获得较为准确的结果。

2.4 顶空平衡温度的优化

称取1 g奶粉，加入5 mL氯化钠饱和溶液和50 µL 2 mg∕L的54种目标物混合标准溶液，比较了不同顶空平衡温度（60、70、80、90 ℃）下各化合物的响应情况（见图2B）。实验发现在90 ℃下54种目标物峰面积的平均值明显大于其他温度，可能是由于较高的温度有助于目标化合物的提取。考虑到水的沸点，为避免较多水分进入色谱和质谱系统，选择顶空平衡温度为90 ℃。

2.5 顶空平衡时间的优化

称取1 g奶粉，加入5 mL氯化钠饱和溶液与50 µL 2 mg∕L的54种目标物混合标准溶液，比较了不同平衡时间（20、30、40、60 min）下各化合物的响应情况（见图2C）。结果表明，各化合物在30 min下峰面积的平均值明显大于其他平衡时间，说明大多数化合物在加热30 min即可达到气液平衡，实现较充分的提取。实验选择顶空平衡时间为30 min。

图2 样品量（A）、顶空平衡温度（B）及顶空平衡时间（C）对54种挥发性有机污染物峰面积平均值的影响Fig．2 Effects of sample amount（A），headspace temperature（B） and headspace time（C） on average peak areas of 54 volatile organic pollutants

2.6 方法选择性

本方法通过保留时间及所选离子的丰度比进行定性，对奶粉、谷物粉和果泥的空白加标样品进行考察，发现各化合物所选择的定量与定性离子在保留时间附近均无明显干扰，表明方法具有较好的选择性。

2.7 线性关系与定量下限

按本方法制备奶粉、谷物粉和果泥的空白基质标准溶液并进行测定，以化合物的含量为横坐标（x，mg∕kg），对应的峰面积为纵坐标（y）绘制标准曲线，并以10倍信噪比作为定量依据确定定量下限。结果表明，奶粉基质中各化合物的线性范围为0．010 ～ 0．100 mg∕kg，相关系数（r2）为0．984 1 ～ 0．999 6，定量下限均为0．010 mg∕kg；粉状辅食基质中各化合物的线性范围为0．010 ～ 0．250 mg∕kg，r2为0．990 7 ～0．999 7，定量下限均为0．010 mg∕kg；泥状辅食基质中各化合物的线性范围为0．002 ～ 0．250 mg∕kg，r2为0．995 9 ～ 0．999 7，定量下限均为0．002 mg∕kg。

2.8 回收率与相对标准偏差

选择空白奶粉、谷物粉和果泥样品，加入2个浓度水平的混合标准溶液，每个浓度水平制备4个空白加标样品，并按照本方法进行测定。由表2可知，对于奶粉基质，在0．020、0．050 mg∕kg加标水平下，各化合物的回收率为85．9% ～ 130%，相对标准偏差（RSD）为0．80% ～ 19%；对于谷物粉基质，在0．025、0．10 mg∕kg加标水平下，各化合物的回收率为80．6% ～ 117%，RSD为1．3% ～ 19%；对于果泥基质，在0．005、0．025 mg∕kg加标水平下，各化合物的回收率为89．2% ～ 114%，RSD为1．4% ～ 12%。

表2 不同基质中54种挥发性有机污染物的回收率与相对标准偏差（n = 4）Table 2 Recoveries and RSDs of 54 volatile organic pollutants in different matrixes（n = 4）

（续表2）

2.9 实际样品检测

采用本方法检测了35批次市售婴幼儿食品，包括6批次婴幼儿奶粉、2批次婴幼儿特殊医学膳食、3批次米粉、14批次粉状辅食和10批次泥状辅食（见表3）。结果表明，1批次牛油果甜玉米苹果泥检出含量为0．040 7 mg∕kg的4-异丙基甲苯，该化合物可能为生产过程中代入的溶剂，也可能为天然存在的成分［17-19］。2批次黑芝麻核桃粉和黑芝麻海苔粉检出含量约为0．01 mg∕kg的苯乙烯，1批次黑芝麻海苔粉检出含量为0．066 3 mg∕kg的甲苯，1批次黑芝麻核桃粉检出含量为0．011 5 mg∕kg的四氯乙烯，此类化合物可能为生产过程中代入的溶剂，参照GB 5749-2022《生活饮用水卫生标准》［20］，苯乙烯、甲苯和四氯乙烯的含量均低于生活饮用水中的限量标准，对婴幼儿产生危害的可能性极小。5批次的含芝麻粉状辅食检出含量为0．013 9 ～ 0．120 mg∕kg的1，2-二氯丙烷，该化合物可能为生产过程中代入的溶剂或用于芝麻等原料的熏蒸剂，1，2-二氯丙烷在国内外尚无限量要求，但在多个婴幼儿含芝麻辅食中检出，需要引起重视。

表3 实际样品中54种挥发性有机污染物的含量Table 3 Contents of 54 volatile organic pollutants in actual samples

3 结 论

本文采用顶空进样∕气相色谱-质谱联用技术，建立了婴幼儿食品中54种挥发性有机污染物的检测方法。奶粉、粉状辅食和泥状辅食基质中各化合物的定量下限为0．002 ～ 0．010 mg∕kg，在不同加标水平下各化合物的回收率为80．6% ～ 130%，RSD不大于19%。对市售35批次婴幼儿食品进行检测，9批次样品中共检出5种挥发性污染物。该方法可用于婴幼儿食品中54种挥发性有机污染物的快速检测。