因食品污染时有发生,食品安全问题越来越受到重视。包装材料中油墨引起的食品质量问题即是其中之一[ 1 ]。光引发剂作为紫外光固化(UV)油墨的重要成分被广泛应用于食品纸质和塑料等包装材料中[ 2 ]。光引发剂多为小分子物质,容易通过包装材料向食品中迁移,从而引发食品污染。2005年雀巢婴儿牛奶中异丙基硫杂蒽酮(isopropylthioxanthone, ITX)污染事件[ 3 ]为人们敲响了警钟,光引发剂的检测也由此逐渐受到国内外研究者的广泛关注,并相继建立了高效液相色谱/质谱(HPLC/MS)和气相色谱/质谱(GC/MS)对牛奶、酸奶[ 4 ]和乳制品[ 5 ]中ITX的检测方法,以及HPLC/MS测定食品表面接触材料中的光引发剂[ 6 ]的方法等。虽然测定光引发剂的方法已有报道,但对于基质复杂的实际样品的前处理方法多为液-液分配萃取[ 7, 8 ]、固相萃取[ 4, 9, 10, 11 ]、加速溶剂萃取[ 5, 12, 13],这些方法费时费力,且使用的有机溶剂会对环境造成二次污染,灵敏度也有待提高[ 14 ]。在众多的处理方法中,固相微萃取(SPME)不需要有机溶剂,集富集、萃取、进样于一体,应用前景广阔。Negreira等[ 15 ]曾将SPME应用于牛奶中7种光引发剂的检测,但尚未见其应用于果汁中光引发剂检测的报道。目前果汁饮料中测定的光引发剂多为ITX和对二甲氨基苯甲酸异辛酯(2-ethylhexyl-4-dimethylaminobenzoate, EHDAB),而油墨中光引发剂的种类很多,因此建立同时测定果汁饮料中多种光引发剂的方法对于食品安全检测十分必要。
本实验利用SPME-GC/MS作为分析检测手段,建立了同时测定果汁及茶饮料中10种UV光引发剂系列中的10种常用自由基光引发剂的新方法。通过正交试验筛选对萃取过程影响较大的因素,再通过单因素试验进一步优化,以保证良好的萃取效率和重现性。由于光引发剂向食品中的迁移量很低,多为痕量,一般的分析方法很难检出,因此建立一种高灵敏度的分析方法十分必要,SPME-GC/MS方法操作简单,具有相当高的灵敏度(检出限达到了ng/L水平),为饮料中多种光引发剂的检测提供了一条新思路。
Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦公司)； AB135-S电子分析天平(精确到0.01 mg,美国Mettler-Toledo公司)；固相微萃取装置(美国Corning公司)；萃取头:涂层为100 μ m聚二甲基硅氧烷(PDMS)、65 μ m聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯(PDMS/DVB)、85 μ m聚丙烯酸酯(PA)(美国Supelco公司);PC-420D磁力加热搅拌器(美国Corning公司); 40 mL顶空进样瓶(附带聚四氟乙烯密封垫);长风CF-2000D超纯水器(北京市长风仪器仪表公司)。
标准品:二苯甲酮(benzophenone, BP,纯度99.0% )、4-二甲氨基苯甲酸乙酯(ethyl 4-dimethylaminobenzoate, EDMAB,纯度98.0% )(J＆K公司)、1-羟基环己基苯基甲酮(1-hydroxycyclohexyl-phenylketone, CPK,纯度98.0% )、4-甲基二苯甲酮(4-methylbenzophenone, 4-MBP,纯度95.0% )、EHDAB(纯度98.0% )、4-氯二苯甲酮(4-chlorobenzophenone, p-CBP,纯度95.0% )、2-氯噻吨酮(2-chlorothioxanthone, CTX,纯度98.0% )、2-异丙基硫杂蒽酮(2-isopropylthioxanthone, 2-ITX,纯度98.0% )(TCI公司),安息香双甲醚(2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2,2-DMPA,纯度99.0% )、邻苯甲酰苯甲酸甲酯(methyl 2-benzoylbenzoate, OMBB,纯度98.0% )(Acros Organics公司)。
甲醇为色谱纯(J. T. Baker公司),所用水为超纯水。所有样品从当地不同超市购买,均为纸盒包装,包括13个不同品牌、不同种类的果汁饮料如橙汁、桃汁、葡萄汁、黑加仑、芒果汁、酸枣汁等,3种茶饮料如红茶、绿茶、凉茶。
光引发剂标准储备液:分别称取10种光引发剂标准品各2.5 mg,用甲醇溶解并定容至25 mL容量瓶中,配成100 mg/L 的混合标准储备溶液并于4 ℃下冷藏。
基质加标溶液:在100 mL容量瓶中加入一定量的黑加仑果汁,加入1 mL 100 mg/L 的标准储备液,用果汁定容,配成 1000 μ g/L 的基质加标溶液,然后取此溶液6 mL至100 mL的容量瓶中,用果汁稀释定容,配成60 μ g/L 的标准工作液,然后再用果汁逐级稀释成0.3、1.2、3、6、30 μ g/L 的系列基质加标溶液。
HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μ m);升温程序:初始温度80 ℃,以25 ℃/min 升到170 ℃,保持1 min;以5 ℃/min 升到220 ℃,保持1 min;再以7 ℃/min 升到270 ℃,保持5 min。进样口温度:260 ℃;载气:高纯氦气(纯度≥99.999% ),流量1 mL/min;不分流进样,吹扫流量50 mL/min。
离子源为电子轰击离子(EI)源,能量70 eV,温度230 ℃,四极杆温度150 ℃,辅助通道加热温度280 ℃。扫描方式:分别采用全扫描(SCAN)和选择离子扫描(SIM)模式。10种光引发剂的选择离子流图如图1,其分子结构、保留时间及选择离子见表1。
取5 mL待测样品放入棕色瓶中,加入25 mL超纯水稀释[ 15 ](含有增稠剂的样品加入4 mL无水乙醇,于 5000 r/min 下离心处理20 min后加入21 mL超纯水),于45 ℃下磁力搅拌(1100 r/min)萃取40 min,然后在进样口解吸3 min,然后进行GC/MS测定。
光引发剂多为非极性或弱极性物质,因此本实验比较了PDMS/DVB、PDMS和PA 3种不同极性的萃取纤维头对10种光引发剂的萃取效率。在相同的萃取条件下,用3种不同的纤维头在相同浓度的黑加仑加标溶液中萃取,得到10种光引发剂的响应值如图2所示。
由图2可知,PDMS/DVB萃取头对于前7种光引发剂的萃取效率明显高于PDMS和PA,但对后3种光引发剂的萃取效率略微低于PDMS和PA;在其他基质中所得实验结果也相同。从整体考虑,PDMS/DVB萃取头更适于萃取本文研究的10种光引发剂。
采用4因素3水平正交试验设计表,以分析二苯甲酮的萃取条件为例,通过表2可得到各因素及水平对响应值的影响情况,通过表3的极差分析可得到影响萃取效果的显著因素。表3的极差结果表明萃取温度为最显著因素,加盐量为最不显著因素,二苯甲酮的最佳萃取条件为A2B3C3D1,即在45 ℃下萃取70 min,搅拌速率为 1100 r/min,基质中不加氯化钠。相同方法下得到CPK、2,2-DMPA、OMBB、EHDAB、CTX的最佳萃取条件和BP相同,EDMAB、4-MBP、p-CBP的最佳萃取条件为在45 ℃下萃取40 min,搅拌速率为 1100 r/min,基质中添加1 mmol/L 氯化钠;ITX的最佳萃取条件为在75 ℃下萃取70 min,搅拌速率为 1100 r/min,基质中不加氯化钠。综合考虑其他9种光引发剂的极差分析结果,最终选择最优的萃取条件为在45 ℃下萃取70 min,搅拌速率为 1100 r/min,基质中不加氯化钠。
因萃取温度为最显著的影响因素,所以本实验进一步优化萃取温度。当萃取条件为70 min、1100 r/min 及不加氯化钠时,考察了不同温度对萃取效果的影响。10种光引发剂的响应值见图3,在45 ℃时,不同光引发剂的萃取量均较高;温度偏低时光引发剂的扩散速度较低,使得响应值较低;而温度偏高时萃取头的脱附速度加快,使得响应值下降。考虑到方便操作,选取45 ℃作为萃取温度。
分析正交试验得出的最佳萃取时间为70 min,但萃取40 min的响应值和70 min的数值相差不大,故通过细化萃取时间考察了时间对萃取效率的影响趋势。随着萃取时间的延长,多数光引发剂的萃取量逐渐上升,但在70 min时略有下降,说明有脱附现象发生;对于响应值较低的光引发剂,在40 min时已达到最大值;而对于响应值高的光引发剂,40 min时响应值已经满足测定灵敏度的要求,为节约分析时间,萃取时间选为40 min。
正交试验中显示了搅拌速率对10种光引发剂萃取量的影响,随着搅拌速率的增大,各种光引发剂在基质中的扩散速度提高,使其更易被纤维头萃取,因而萃取量呈逐渐上升趋势。但过高的搅拌速率会造成待测液体飞溅。考虑到实验装置的限定,选取 1100 r/min 作为萃取条件。
文献[ 16 ]报道样品的离子强度会对固相微萃取的萃取效果有一定的影响,故本实验通过正交试验考察了添加不同浓度(0、1、100 mmol/L)的氯化钠对萃取效果的影响。试验结果表明,加盐量的多少对萃取效果的影响不明显,因此本实验在萃取过程中不加盐。
综合上述试验结果,10种光引发剂的最佳萃取条件为萃取温度45 ℃,萃取时间40 min,搅拌速率为 1100 r/min,不加盐。此外,根据文献[ 17 ]确定解吸时间为3 min。为降低基质干扰,并延长针头寿命,对样品进行一定的稀释,稀释因子参考Negreira等的研究结果[ 15 ],确定稀释倍数为6倍。
在实验过程中发现,相比以水作基质,同样浓度的光引发剂在样品基质中的响应值更高一些,因此以样品基质加标做工作曲线,不仅可提高检测的灵敏度,同时可消除基质的干扰。对不同种类、不同品牌的13种果汁饮料和3种茶饮料进行加标测定,加标水平为6 μ g/L,经过对各基质的对比,黑加仑基质中光引发剂的响应值处于所有基质中的中间水平,故选择在黑加仑基质中进行实验,结果见表4。
表4的结果表明,果汁基质对光引发剂的响应值起到了增效的作用,尤其是对CTX、ITX这两种光引发剂的基质增效明显。此外,不同的基质中,基质增效的效果相近,但是对于橙汁样品1、3和芒果汁而言,EHDAB和ITX的响应值很小;经对比发现,这几例样品中均添加了增稠剂,可能是增稠剂干扰了EHDAB和ITX的检出；通过实验发现,在样品处理过程中加入4 mL无水乙醇,于 5000 r/min 下离心处理20 min,回收率会得到明显的改善。
按照1.2节所述方法配制基质加标溶液,每个浓度平行测定3次,取平均值,以峰面积对质量浓度进行线性回归制作标准曲线,线性范围为0.3～60 μ g/L,检出限按3倍信噪比(S/N=3)计算,定量限按10倍信噪比(S/N=10)计算,结果列于表5。
对黑加仑基质分别进行0.3、1.0、6.0、30 μ g/L 4个水平的加标回收测定,每个水平平行测定5次,得到的加标回收率的相对标准偏差均小于14.5% ,加标回收率为66.4% ～122.8% (见表6)。
随机抽取16种纸盒包装的果汁和茶饮料进行检测,结果共检测出6种光引发剂(见表7),其他4种在所有样品中均未检出。
实际样品中均检出含有二苯甲酮,图4是实际样品中检出的二苯甲酮的质谱图和二苯甲酮标准物质的选择离子质谱图的对照图以及典型样品的色谱图,可以看出疑似二苯甲酮的离子碎片峰及其相对丰度和二苯甲酮标准物质的相关参数吻合,保留时间也很接近,由此可以断定检出样品中的物质确为二苯甲酮。同时,实验还做了超纯水空白对照,超纯水中并没有二苯甲酮的检出,可见检出的二苯甲酮的确来自实际样品。
采用PDMS/DVB萃取头,对果汁及茶饮料样品中的10种光引发剂建立了SPME-GC/MS检测方法。该法操作简单、灵敏度高、环境友好,是分析多种PIs的新方法。通过正交试验和单因素试验确定了最佳固相微萃取条件。对16种不同品牌、不同种类的果汁及茶饮料进行测定,所有样品全部检出BP,而EDMAB、p-CBP、2,2-DMPA和OMBB在所有样品中均未检出,其余5种光引发剂在部分样品中被检出。
2013, Vol. 31 Issue (12): 1232-1239
PDF (923KB)
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