连续流动注射法快速测定食品接触材料及制品中游离酚的含量

陈彩霞 梁霞 姚皓程 刘斌 李丹

（广州海关技术中心 广东广州 510070）

0 引言

游离酚指在反应过程中未反应的或是反应终了时仍残留的一类酚类化合物[1]。 在一些塑料如酚醛树脂的合成生产中，可根据产品中游离酚的数量判断反应程度或树脂固化程度[2]。 在酚类化合物中，苯酚对人体的毒性最大，可经皮肤、粘膜的接触，呼吸道吸入和经口进入消化道等多种途径进入体内，与细胞原浆中蛋白质交生化学区应，进而导致全身中毒症状[3-6]。

目前，我国现行的GB 4806.6—2016《食品安全国家标准食品接触用塑料树脂》 和GB 4806.10—2016 《食品安全国家标准食品接触用涂料及涂层》分别对游离酚和游离酚（以苯酚计）的迁移量给出了限量要求；德国《食品与日用品法》（LFGB）对于含涂层或电镀层金属食品接触材料要求苯酚的迁移量不高于0.05 mg/dm2； 日本厚生劳动省第370 号公告《食品、食品添加剂等的规范标准》中规定，含有树脂涂层的金属制品和玻璃陶瓷制品中苯酚的迁移限量为5.0 mg/L。虽然在配套检测方法方面，我国的GB 31604.46—2016[7]已经给出了游离酚迁移量检测的比色法， 但实际上很多食品接触用塑料和涂料生产企业出于自身产品的质控需求， 往往还需要测试塑料和涂料中游离酚含量， 因此GB 31604.46—2016中给出了滴定法作为游离酚含量测试方法， 但该方法灵敏度较低，检出限和定量限分别为0.02 g/100 g和0.04 g/100 g（相当于200 mg/kg 和400 mg/kg），难以满足企业对产品进行游离酚含量控制的需求。

游离酚的测定方法主要有滴定法、 紫外分光光度法、高效液相色谱法和连续流动注射仪法等[8]。 但滴定法精度不高， 易受溶液中干扰性物质影响而影响检测结果的准确性； 紫外分光光度法与滴定法相比，检测精度更高更准确[9-10]，但手动显色操作步骤繁琐，无法满足日常大批量样品检测；高效液相色谱法能达到很低的检出限且分离效果好， 但仅适用于高沸点的物质检测其检测成本较高， 并未成为主流检测方法[11-14]；而连续流动注射仪法操作简便，无需进行繁琐的显色操作且可以实现自动连续进样测试，能达到很低的检出限，与滴定法相比，检测精度更高更准确[15-16]。 本文针对食品接触材料与制品，开发了使用连续流动注射仪测定游离酚含量的方法，能够实现更高的灵敏度和检测效率， 适用于实验室大批量样品的检测。

1 材料与方法

1.1 试剂、材料

4-氨基安替吡啉（分析纯，成都爱科达化学试剂有限公司）；无水乙醇（分析纯，广州化学试剂厂）；磷酸（分析纯，广州化学试剂厂）；溴水（分析纯，广州化学试剂厂）；铁氰化钾（分析纯，广州化学试剂厂）；硼酸（分析纯，广州化学试剂厂）；氯化钾（分析纯，广州化学试剂厂）；氢氧化钠（分析纯，广州化学试剂厂）；苯酚标准溶液（1 000 mg/L）（上海安谱实验科技股份有限公司）。

食品接触材料与制品样品：共计60 批次，包括各生产食品接触材料工厂送样及市售产品。 种类包括：聚碳酸酯水杯及水瓶、聚碳酸酯类食品加工设备零件；水基改性环氧树脂涂料的食品金属罐与容器；环氧酚醛涂料食品罐及酚醛树脂餐具茶具。

1.2 仪器与设备

FIA6000+全自动流动注射分析仪（北京吉天仪器有限公司）；万分之一分析天平（瑞士梅特勒-托利公司）；纯水机（德国默克尔公司）；福斯凯氏定氮蒸馏装置（丹麦福斯分析仪器）；AS 型超声波清洗仪（天津奥特塞恩斯仪器有限公司）；pH 计（赛多利斯科学仪器有限公司）；GM-0.33A 真空抽滤泵 （天津津腾实验设备有限公司）；直径50 mm，孔径0.45 μm微孔过滤膜（天津津腾实验设备有限公司）；0.45 μm聚醚砜滤膜（北京京腾公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 溶液配制

4-氨基安替吡啉溶液：称取0.64 g 4-氨基安替吡啉溶于适量水中，移入1 000 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，混匀。 此溶液现用现配，使用前用真空泵脱气30 min 或超声除气泡30 min 以上。

30%磷酸溶液：量取35 mL 磷酸，边搅拌边缓缓倒入约75 mL 水中，冷却后使用。

60 g/L 氢氧化钠溶液： 称取30 g 氢氧化钠于1 L烧杯中，加入470 mL 水，搅拌至完全溶解。

铁氰化钾缓冲液：分别称取2.0g 铁氰化钾、3.1 g 硼酸、3.75 g 氯化钾溶于950 mL 水中，溶解后滴加氢氧化钠溶液，调节溶液pH 为10.3，移入1 000 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，混匀。 此溶液现用现配，使用前用真空泵脱气30 min 或者超声除气泡30 min 以上。

载流水：二级水，使用前超声脱气30 min 或者用真空泵抽滤脱气。

苯酚标准储备液：量取1mL 标准溶液于1000 mL玻璃容量瓶，用水定容至刻度。

苯酚标准工作液： 使用二级水逐级稀释标准储备液成标准中间液， 由中间液逐个稀释获得标准工作液：0、5、10、20、50、100 和200 μg/L。

1.3.2 样品前处理

1.3.2.1 采样和试样制备

抽取有代表性的样品，称取剪碎的样品1 g（精确至0.1 mg）于蒸馏瓶中。

1.3.2.2 蒸馏收集

向蒸馏瓶内加入20 mL 无水乙醇溶解（对于水溶性树脂，则加入20 mL 水溶解），再加入50 mL 水，按照表1 程序进行蒸馏， 当收集馏出溶液在300～400 mL，蒸馏程序完成。 此后，再次开启蒸馏装置，取新蒸出液样，添加1～2 滴溴水，此时蒸出液无白色沉淀产生，证明游离酚已经蒸馏完成，停止蒸馏。

表1 福斯凯氏定氮蒸馏装置仪器条件Table 1 Instrument parameters of FOSS Kjeldahl nitrogen distillation apparatus

1.3.3 仪器条件

进样针清洗时间：19 s；到达阀时间：290 s；注射时间：30 s；进样时间：140 s；清洗时间：60 s；样品周期时间：200 s；泵速：35；出峰时间：14 s；峰宽：30 s；积分宽度：30 s；积分时间：14 s。

1.3.4 方法验证与样品测定

选用不含游离酚的塑料制品蒸馏试液验证该检测方法，对试液进行11 次试验，用连续流动注射仪检测待测试液中的游离酚含量。

为验证检测方法的重复性和准确性， 选择不含游离酚的样品进行蒸馏， 在蒸馏之前分别进行3 种浓度水平的加标试验。 选择方法的检出限浓度为添加水平1（5 mg/kg），选择标准曲线中间点浓度对应的样品中游离酚浓度为添加水平2（25 mg/kg），选择标准曲线最高点浓度对应的样品中游离酚浓度为添加水平3（100 mg/kg），进行三水平加标回收试验。

1.3.5 数据处理

确定仪器稳定后，对标准工作液和试样溶液依次进样，以游离酚浓度（X，mg/L）为横坐标、吸光度（Y）为纵坐标，通过仪器积分获得游离酚标准工作曲线的线性范围、线性方程和相关系数（R2），根据标准工作曲线获取试液中游离酚浓度。以11 次样品空白试验浓度的标准偏差的3 倍作为游离酚的检出限。 食品接触材料与制品游离酚的含量计算公式见式（1）。

式中，X—试样的游离酚含量（mg/kg）；C—连续流动注射仪检测试液（mg/L）；C0—空白试液的游离酚浓度仪器读数（mg/L）；V—蒸出液的定容体积（L）；f—稀释倍数；m—试样的称量质量（g）。

根据式（1），由仪器的检出限计算得到相应的方法检出限。

2 结果和分析

2.1 蒸馏装置选择

凯氏定氮蒸馏装置比传统的全玻璃蒸馏装置更加高效，18 min 内就能完成整个蒸馏过程，而全玻璃蒸馏装置则需要40～50 min 才能完成蒸馏。对2 种蒸馏方法进行加标回收试验， 添加浓度为0.2 mg/L，结果如图1 所示，可见使用凯氏定氮蒸馏装置进行游离酚蒸馏，其回收率整体比全玻璃蒸馏装置的回收率更高。

图1 蒸馏方式对游离酚回收率的影响Fig.1 Effect of distillation method on free phenol recovery

2.2 蒸馏时间和蒸汽量优化

考察了不同蒸馏时间和蒸汽量对蒸馏效果的影响，检测结果见表2。 由表2 可知，产生的蒸汽量越大，蒸馏时间越短，但是蒸汽量过大时，也会导致蒸馏后的回收率变小。 因此，选择蒸馏时间为18 min、蒸汽量为60%作为最佳蒸馏条件，此时的蒸出液体积为340 mL，游离酚回收率为94%。

表2 不同蒸馏时间和蒸汽量对蒸馏效果的影响Table 2 Influence of different distillation duration and steam power on distillation performance

2.3 仪器出峰时间优化

考察了不同出峰时间（1～18 s）对游离酚吸光度峰面积的影响（图2）。由图2 可知，在1～13 s 时间段内，游离酚的吸光度随着出峰时间越长，峰面积越大；在14～18 s 时间段内， 游离酚吸光度峰面积开始逐渐变小。 由此可见，在13 s 时游离酚的峰面积达到最大峰值，表明此时灵敏度高、响应最好，可满足更低的检出限需求，故选择13 s 作为本方法的出峰时间。

图2 出峰时间对游离酚吸光度峰面积的影响Fig.2 Influence of retention time on the peak area of free phenol absorbance

2.4 线性关系及定量限

以标准工作溶液的浓度为横坐标， 以各浓度所对应的吸光度为纵坐标，进行线性回归拟合，得到游离酚的标准工作曲线线性方程为Y=77.385 7X+1.410 9，相关系数R2为0.999 2，表明使用连续流动注射仪法测定游离酚在0.005～0.200 mg/L 范围内线性关系良好。 当称样量为1.0 g、蒸出液定容体积为0.5 L 时，仪器检出限为0.01 mg/L，可据此计算出方法检出限为5 mg/kg（表3）。 对空白试样进行3 水平加标试验，每个浓度水平各进行6 次平行试验，得到加标回收率在83%～102%， 相对标准偏差为4.1%～5.6%（表4），结果均满足GB/T 27417—2017《合格评定 化学分析方法确认和验证指南》的要求，说明该方法准确度高、精密度好，能够满足游离酚含量分析测试的要求。

表3 游离酚的线性方程、相关系数、线性范围、检出限Table 3 Linear equation，correlation，ranges of linearity，LOD of free phenol

表4 游离酚3 个加标浓度点的回收率和相对标准偏差（n=6）Table 4 Recoveries and relative standard deviation of free phenol at three spiked concentration points（n=6）

2.5 与其他检测方法的比较

选取8 个应用GB 31604.46—2016 中滴定法鉴定为阳性的样品，按1.3.2 对样品进行蒸馏，分别用滴定法、 紫外分光光度法和连续流动注射仪法测定馏出液中的游离酚含量，再按式（1）计算得到样品中游离酚的含量，测试结果见表5。由表5 可知，滴定法的结果比紫外分光光度法和连续流动注射仪法的结果略为偏大， 这可能是因为滴定法容易受到溶液中其他干扰物影响而导致结果偏高， 而紫外分光光度法和连续流动注射仪法的结果基本吻合， 这说明这2 种方法的检测结果更具可比性。 与紫外分光光度法相比，连续流动注射仪法操作更加简便，无需进行繁琐的人工显色操作， 可连续自动进样实现批量测试，更适用于日常大批量样品的高效自动化检测。

表5 3 种测试方法测得游离酚含量Table 5 Free phenol content results determined by three test methods

2.6 实际样品测定

采用该方法对聚碳酸酯、 水基改性环氧树脂涂料和环氧酚醛涂料3 种类型共60 批次实际样品进行游离酚含量测定。检测结果显示，聚碳酸酯类产品的检出率最高，检出率为36%，水基改性环氧树脂涂料和环氧酚醛涂料产品的游离酚检出率相对较低，检出率为分别为4%和8%，游离酚含量范围在14～460 mg/kg 之间。聚碳酸酯类产品检出率高，可能是因为该类产品的基材为聚碳酸酯， 如果生产过程中工艺不完善、合成反应不完全，容易导致残留的游离酚较多[17-19]。 水基改性环氧树脂涂料和环氧酚醛涂料类产品，其基材多为金属板或金属罐[20-21]，若涂料的使用量占比较低， 则其游离酚检出率也相应较低，若其固化时间不够，则残留在涂料上的游离酚也会增多[22]。

3 结论与讨论

本文采用连续流动注射仪法建立了测定食品接触材料与制品中游离酚含量的方法。 该方法通过流动注射仪自动进样直接显色，灵敏度高，解决了传统方法操作繁琐、效率低、耗时长、难以实现大批量样品快速测试的问题， 适用于食品接触材料与制品中游离酚含量的快速检测。