色谱  2014, Vol. 32 Issue (8): 827-831   PDF (788 KB)    
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张旭龙
刘银
巩治国
王鹏举
王吉德
封顺
超高效液相色谱-串联质谱法同时测定聚合物食品包装材料中8种添加剂
张旭龙1,3, 刘银2, 巩治国3, 王鹏举2, 王吉德1, 封顺1     
1. 新疆大学化学化工学院, 石油天然气精细化工教育部&自治区重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046;
2. 库尔勒出入境检验检疫局, 新疆 库尔勒 841000;
3. 新疆出入境检验检疫局技术中心, 新疆 乌鲁木齐 830063
收稿日期：2014-5-29
基金项目：国家自然科学基金项目（201147005）；国家质检总局项目（2014IK073）.
通讯作者：封顺，E-mail：fengshun@xju.edu.cn
摘要：建立了同时测定聚合物食品包装材料中8种常用添加剂Irgafos 168、Irganox 1010、Irganox 1076、丁基羟基茴香醚（BHA）、没食子酸丙酯（PG）、没食子酸十二酯（DG）、叔丁基对苯二酚（TBHQ）和苯三唑甲酚（UV-326）的超高效液相色谱-串联质谱方法。试样以二氯甲烷为溶剂进行超声提取；采用Waters BEH-C18柱（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）分离，以0.05%甲酸水溶液和甲醇为流动相进行梯度洗脱；采用电喷雾离子源正、负离子切换模式和多反应监测模式进行检测。8种添加剂在相应的质量浓度范围内定量离子的峰面积与质量浓度均呈良好线性关系（相关系数R2均大于0.993），回收率为63.9%~127.0%，相对标准偏差（RSD，n=6）≤15.8%，检出限（S/N=3）为0.13~5.50 μg/L，定量限（S/N=10）为0.45~17.50 μg/L。该方法简便快捷、灵敏度高，适合食品包装材料中常用添加剂的分析测定。
关键词： 超高效液相色谱-串联质谱     添加剂     食品包装材料     聚合物    
Simultaneous determination of eight additives in polymer food packaging materials by ultra-performance liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry
ZHANG Xulong1,3, LIU Yin2, GONG Zhiguo3, WANG Pengju2, WANG Jide1, FENG Shun1     
1. Key Laboratory of Oil & Gas Fine Chemicals, Ministry of Education & Xinjiang Uyghur Autonomous Region, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830046, China;
2. Korla Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Korla 841000, China;
3. Technique Center of Xinjiang Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Urumqi 830063, China
Received: 2014-5-29
Abstract: An ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) method was proposed for the simultaneous determination of eight additives (Irgafos 168 (tri(2.4-di-tert-butylphenyl)phosphite), Irganox 1076 (octadecyl-β-(4-hydroxy-3,5-di-tert-butyl- phenyl)propionate), Irganox 1010 (pentaerythritol tetrakys 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), BHA (butyl hydroxy anisole), TBHQ (tertiary butylhydroquinone), PG (propyl gallate), DG(dodecyl gallate), UV-326 (2-(2'-hydroxyl-3'-tert-butyl-5'-methylphenyl)-5-chlorobenzotriazole) in food packaging materials. After extracted by chloromethane through ultrasonic extraction, the samples were analyzed by UPLC-MS/MS. The chromatographic conditions were optimized, and the best separation was obtained on a Waters BEH-C18 column (50 mm×2.1 mm, 1.7 μm) with gradient elution of 0.05% acetic acid solution and methanol. The analysis was performed by UPLC-MS/MS with electrospray ionization (ESI) source in switching between the positive and negative ion modes in one run for multiple reaction monitoring. The eight additives showed good linear relationships in the ranges with all the correlation coefficients (R2) more than 0.993. The limits of detection (LODs, S/N=3) and limits of quantitation (LOQs, S/N=10) of this method were 0.13-5.50 μg/L and 0.45-17.50 μg/L, respectively. The recoveries were in the range of 63.9%-127.0% with all the RSDs≤15.8% (n=6). This method is simple, accurate and effective for the analysis of the eight additives in food packaging materials.
Key words: ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS)     additives     food packaging materials     polymer    

近年来,基于聚合物材料的包装材料在食品包装领域得到了越来越广泛的应用,但聚合物材料在热、光、氧化等外界因素的作用下会发生降解而失去其原有的优良性能;为了保证其稳定性,需要在材料中添加抗氧剂、热稳定剂等多种不同类型的添加剂。这些添加剂的相对分子质量相对较小,在与食品接触的过程中,可以通过渗透、迁移等途径进入食品中,从而影响食品的品质,甚至造成食品安全问题。美国食品与药品管理局对食品包装材料的类型,特别是添加剂的种类及其迁移量均做出了严格的规定。我国也对这类材料添加剂的含量和迁移量制定了相应的标准[1]。因此,建立快速测定聚合物食品包装材料中添加剂的方法,对提高食品安全保障有着非常重要的现实意义。

目前针对聚合物食品包装材料中添加剂测定的研究主要集中在以下两个方面:1.添加剂的提取等样品前处理方法,包括超声萃取[2]、微波辅助萃取[3]和固相萃取[4, 5]等;2.分离检测技术,包括高效液相色谱法[2, 6]、气相色谱法[7, 8]、毛细管电泳法[9, 10]、气相色谱-质谱联用技术[11, 12]和液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)[4, 13]。其中LC-MS因具有高灵敏度和高选择性而成为聚合物材料中添加剂定性、定量的有效方法。目前常用的添加剂主要有丁基羟基茴香醚(BHA,C11H16O2,Mr=180.25)、没食子酸丙酯(PG,C10H12O5,Mr=212.21)、没食子酸十二酯(DG,C19H30O5,Mr=338.44)、叔丁基对苯二酚(TBHQ,C10H12O3,Mr=180.20)和苯三唑甲酚(UV-326,C17H18ClN3O3,Mr=315.80)、 Irgafos 168(tri(2，4-di-tert-butylphenyl)phosphite,C42H63O3P,Mr=646.92)、Irganox 1076(octadecyl- β -(4-hydroxy-3,5-di-tert-butyl-phenyl)propionate,C35H62O3,Mr=530.87)、Irganox 1010 (pentaerythritol tetrakys 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate,C73H108O12,Mr=1177.65)等,在食品包装材料中会同时加入多种添加剂以增加其性能。现有研究往往仅限于少数几种添加剂的同时检测[14, 15, 16],因此需要发展同时检测多种添加剂的分析技术。

本文建立了一种同时检测聚合物包装膜中的8种常用添加剂的超高效液相色谱-串联质谱方法(UPLC-MS/MS)。该方法采用电喷雾离子源(ESI),通过正、负离子切换模式双通道同时进行定性,多离子反应监测(MRM)模式进行定量。利用该方法对6种聚合物包装膜中的添加剂进行了测定,结果表明,该方法前处理简单、操作方便、快速、灵敏度高、基体干扰少,能够满足实际样品中添加剂的分析要求。

1 实验部分
1.1 仪器与试剂

Acquity UPLC-Quattro Premier XE超高效液相色谱-串联质谱仪,配电喷雾离子源(美国Waters公司); N-EVAP-12氮吹仪(美国Organomation公司); Coulter Allegra Centrifuge-AllegraX-22R高速冷冻离心机(美国Beckman Coulter公司)。

标准对照品:Irgafos 168、Irganox 1076和Irganox 1010(美国Strem Chemicals公司); BHA和TBHQ(美国Acros Organics公司); PG、DG(美国J&K Chemicals公司); UV-326(上海梯希爱公司)。二氯甲烷、乙腈、甲醇(色谱纯,德国CNW Technologies公司);水为Milli-Q超纯水;其他均为国产分析纯试剂。

1.2 标准溶液的配制

标准储备液:准确称取8种添加剂标准品,用甲醇分别配制质量浓度为100 mg/L 的标准储备液,于4 ℃下避光保存。

混合标准储备液:取上述标准储备液用甲醇配制成质量浓度为1 mg/L 的混合标准储备液,于4 ℃下避光保存。

1.3 样品制备

将聚合物包装材料样品剪碎成3 mm×3 mm小块后,准确称取0.5 g于25 mL具塞试管中,加入10 mL二氯甲烷进行超声萃取30 min。移取8 mL溶液于25 mL离心管中,氮吹近干。加入5 mL甲醇,涡旋混匀后静置60 min。以 4000 r/min 离心20 min,过0.22 μ m滤膜后进行UPLC-MS/MS分析。

1.4 UPLC-MS/MS条件
1.4.1 UPLC条件

色谱柱:Waters Acquity UPLC BEH-C18柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μ m;美国Waters公司);流动相A:甲醇;流动相B: 0.05%甲酸水溶液。洗脱梯度:0～3.0 min,15%A～95%A; 3.0～4.5 min,95%A～100%A; 4.5～16.0 min,100%A; 16.0～16.3 min,100%A～15%A; 16.3～19.0 min,15%A。流速:0.2 mL/min;柱温:35 ℃;进样体积:5.0 μ L。

1.4.2 MS/MS条件

离子源：ESI；扫描方式:正、负离子切换模式;采集方式:多反应监测模式;离子源温度:115 ℃;毛细管电压:负离子模式为3.5 kV,正离子模式为-2.5 kV;干燥气温度:380 ℃;干燥气流速:650 L/h;辅助气流速:50 L/h;监测离子对、锥孔电压和碰撞能量等参数见表1。

表1 多反应监测模式下8种添加剂的串联质谱参数及保留时间 Table 1 MS/MS parameters in multiple reaction monitoring (MRM) mode for the eight additives and their retention times
2 结果与讨论
2.1 色谱柱的选择

近年来亲水色谱(HILIC)柱被广泛应用于复杂体系的分离与分析,并表现出良好的分离效果。实验中对Waters BEH-HILIC柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μ m)和Waters BEH-C18柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μ m)进行了考察,发现Irgafos 168、Irganox 1076和Irganox 1010在HILIC柱上无保留或保留较弱而无法检测,而8种添加剂在Waters BEH-C18柱上均表现出较好的保留行为,因此选择Waters BEH-C18柱作为分离柱。实验中采用正、负离子切换模式检测。8种添加剂的典型总离子流(TIC)图如图1所示。

图1 ESI(a)正、(b)负离子模式下8种目标化合物在BEH-C18柱上的总离子流图 Fig.1 Total ion chromatograms of the eight additives on BEH-C18 column in (a) ESI positive and (b) ESI negative scan modes Peaks: 1+2. Irganox 1010 and UV-326; 3. Irganox 1076; 4. Irgafos 168; 5. PG; 6. TBHQ; 7. BHA; 8. DG.
2.2 流动相的选择

分别考察了HPLC中最常用的水-甲醇和水-乙腈体系下8种添加剂的分离效果。结果表明，水-甲醇体系的分离效果优于水-乙腈体系,但Irgafos 168、Irganox 1076和Irganox 1010等相对分子质量较大的组分的峰形较宽。为了进一步改善峰形,提高定性和定量的准确性,分别在流动相中添加0.05%甲酸和5 mmol/L 醋酸铵,发现添加0.05%甲酸后各个组分峰形得到明显改善,因此选择甲醇-0.05%甲酸水溶液体系作为流动相。

2.3 质谱条件的优化

首先在正、负离子扫描模式下分别对8种添加剂的单标标准溶液以流动注射的方式进行质谱条件的优化,结果表明8种添加剂在不同离子扫描模式下响应并不相同,其中BHA、TBHQ、PG和DG在负离子模式下有较强的响应,而Irgafos 168、Irganox 1076、Irganox 1010和UV-326在正离子模式下有较强的响应。为了实现8种目标化合物的同时检测,选择正、负离子切换模式,采用双通道同时进行扫描。然后对毛细管和干燥气温度、毛细管电压、干燥气和辅助气流速以及每种添加剂的碰撞电压等参数进行了优化,最佳质谱条件列于表1和1.4节中。

2.4 线性关系、检出限和定量限

配制不同浓度的混合标准工作液,在优化的实验条件下进行测定。以目标物在MRM模式下定量离子的响应面积对相应目标物的浓度进行线性回 归,得到的8种添加剂的线性范围及线性相关系数(R2)见表2,可见8种添加剂的R2均大于0.993。

向空白样品中添加8种添加剂的混合标准溶液,考察方法的检出限(LOD,S/N=3)和定量限(LOQ,S/N=10)。由表2可见8种添加剂的检出限为0.13～5.50 μ g/L,定量限为0.45～17.50 μ g/L。

表 2 8种添加剂的线性相关系数、线性范围、检出限与定量限 Table 2 Correlation coefficients,linear ranges, limits of detection and limits of quantification of the eight additives
2.5 方法的精密度和回收率

为验证方法的可靠性,在空白样品中分别添加低、中、高3个水平的混合标准溶液,在优化条件下进行方法的精密度和回收率测定。结果表明8种目标化合物的回收率在63.9% ～127.0%之间,相对标准偏差(RSD)≤15.8% (n=6) (见表3),能够满足实际分析的要求。

表 3 8种添加剂的添加回收率与相对标准偏差(n=6) Table 3 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of the eight additives (n=6)
2.6 实际样品的测定

采用该方法对市场上6种不同材质的食品包装材料中8种添加剂的含量进行测定,BHA、TB、HQ、PG、DG和UV-326这5种添加剂在6种包装材料中均未检出;而Irganox 1010、Irganox 1076和Irgafos 168除在PA材料中未被检出外,在其他5种包装材料中至少有一种被检出,而在PVDC2和BOPA/CPP这2种包装材料中,3种添加剂均被检出(见表4)。

表 4 不同聚合物食品包装材料中8种添加剂的含量 Table 4 Contents of the eight additives in different polymer food packaging materials
3 结论

本文建立了测定聚合物食品包装材料中8种常用添加剂的UPLC-ESI-MS/MS分析方法。通过采用电喷雾离子源正、负离子切换模式实现了对8种添加剂的同时检测。本方法检测速度快,灵敏度高,选择性好,回收率较高,完全能够满足国家标准中对这8种添加剂使用量不大于0.1% ～0.5% 、特定迁移量不超过1～30.0 mg/kg 的检测要求。

参考文献
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