苯并三唑类化合物(benzotriazoles,BZTs)是一类紫外吸收剂,吸收280～400 nm范围内的紫外光变为激发态,然后以光和热的形式将能量释放出来[1, 2]。该类化合物常作为添加剂用于减少塑料制品的光降解和老化,延长使用寿命。近年来的研究表明,某些BZTs具有一定的毒性。Yamano等[3]认为2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)会导致皮炎和皮肤过敏。Kim等[4]研究表明BZTs具有生物蓄积性,并影响生物体的长度和重量。Fent等[5]认为BZTs对雄性激素有拮抗作用,会导致生物体甲状腺系统和脂肪酸代谢失衡。
近年来,聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚胺(PA)等塑料包装制品广泛应用于食品接触类材料中。由于直接接触食品,塑料包装制品中残留的BZTs很可能会迁移到食品中,造成二次污染[6, 7]。我国国家标准[8]中仅规定了UV-P、2-(2-羟基-3,5-二枯基苯基)苯并三唑(UV-234)、2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑(UV-327)的特定迁移量分别为30、1.5、30 mg/kg,而对允许添加的2-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)苯并三唑(UV-328)、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑(UV-329)、2,2′-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)(UV-360)未限定其最大残留量和特定迁移量。除此之外,我国没有检测食品接触类材料中BZTs的相关标准。
目前报道的紫外吸收剂的检测方法有液相色谱法(LC)[9, 10, 11, 12, 13]、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)[14, 15]、液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)[16, 17]。其中,大多数方法都针对化妆品和环境样本中二苯甲酮类紫外吸收剂,针对食品接触类材料中BZTs的检测方法报道甚少。张居舟等[13, 18]利用LC检测了食品包装中的2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑(UV-326)和UV-327,但方法的检出限低,检测BZTs数量较少。本文建立了同时检测食品接触塑料制品中10种BZTs的固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱(SPE-UPLC-MS/MS)分析方法。方法准确、简便、快速,检出限低,可以用于食品接触塑料制品中BZTs的检测。
Acquity超高效液相色谱仪,XEVO TQ串联质谱仪,Masslynx 4.1工作站(美国Waters公司);超声波清洗器(KQ6000V,昆山超声仪器有限公司); N-EVAP-112氮吹仪(美国Organomation公司); Milli-Q超纯水器(美国Millipore公司)。
UV-P、2-(2-羟基-5-叔丁基苯基)苯并三唑(UV-PS)、UV-234、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329、2-(2-羟基-3-仲丁基-5-叔丁基苯基)苯并三唑(UV-350)(纯度≥97% ,购自上海安谱),2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)苯并三唑(UV-320)(纯度≥99% ,购自德国Dr. Ehrenstorfer公司),UV-360(纯度≥98% ,购自日本TCI公司)标准品结构式见图1; Sep-Pak C18固相萃取柱(500 mg/3 mL,美国Waters公司);甲醇、乙腈、正己烷、乙酸乙酯为色谱纯(美国Fisher公司);二氯甲烷、丙酮为色谱纯(安徽时联特种溶剂股份有限公司);实验用水为经Milli-Q净化系统(0.22 μ m过滤膜)制备的去离子水;其他试剂均为分析纯。样品为矿泉水瓶、面包袋、一次性食品袋等,均购自超市。
分别准确称取适量上述标准物质,用甲醇溶解、定容,制得质量浓度均为 1 000 mg/L 的单标准储备液。准确移取各标准储备液,混合于100 mL容量瓶中,甲醇定容,配制成每种标准物质均为1 mg/L 的混合对照品储备液。所有溶液均在4 ℃下保存。
食品塑料包装用水洗净自然晾干后,剪成面积小于5 mm×5 mm的碎片。准确称取0.2 g,置于100 mL具塞锥形瓶中,用50 mL甲醇-二氯甲烷(1 ∶ 1,v/v)于40 ℃超声提取40 min,将提取液转移至鸡心瓶中,于40 ℃减压浓缩至干,以2 mL丙酮-二氯甲烷(9 ∶ 1,v/v)混合溶剂溶解残渣。
C18固相萃取小柱使用前依次用5 mL甲醇、5 mL水、3 mL丙酮-二氯甲烷(9 ∶ 1,v/v)混合溶剂活化。将溶解残渣的溶液转移至活化好的固相萃取小柱,用1 mL丙酮淋洗,弃去流出液,再用4 mL甲醇洗脱,收集洗脱液于氮吹管中,于40 ℃氮吹至干,用甲醇定容至1 mL,过0.22 μ m有机滤膜,供UPLC-MS/MS测定。
色谱柱:Waters ACQUITY UPLC BEH C18(100 mm×2.1 mm,1.7 μ m);流动相:A为0.1%(v/v)甲酸水溶液,B为甲醇溶液。流速为0.3 mL/min,柱温为35 ℃。梯度洗脱程序:0～6 min,90%B～94%B; 6～7 min,94%B～99%B; 7～12 min,99%B; 12～12.5 min,99%B～90%B; 12.5～14 min,90%B。
质谱条件:电喷雾电离正离子模式(ESI+);多反应监测(MRM)模式;毛细管电压为3.0 kV;萃取电压为5.0 V;离子源温度为150 ℃;脱溶剂气温度为350 ℃;脱溶剂气流速为650 L/h;锥孔气流速为20 L/h。
在ESI模式下,采用蠕动泵以10 μ L/min 的速度分别将10种BZTs的标准溶液单独注入质谱的离子源中,测定其在正、负离子模式下的质谱信号强度。实验结果表明,在ESI+模式下,10种BZTs均可获得较高丰度的[M+H]+准分子离子峰。确定母离子后,采用子离子扫描方式进行二级质谱分析,对子离子进行优化选择,以确定定量离子和定性离子。然后对离子源温度、去溶剂气温度及流量、锥孔气流量进行优化,使目标物质的离子化效率达到最佳。10种BZTs质谱参数如表1所示。
实验采用Waters ACQUITY UPLC BEH C18分离柱,分别比较了甲醇-水、甲醇-0.1%(v/v)甲酸水溶液、乙腈-0.1%(v/v)甲酸水溶液3种流动相体系的分离效果。结果表明,甲醇-0.1%(v/v)甲酸作流动相时的效果最好。相对于乙腈体系,使用甲醇为有机相可以获得更好的分离效果和仪器响应。在流动相中加入0.1%(v/v)甲酸有助于化合物的离子化,使目标物响应增强,灵敏度提高。采用梯度淋洗，可提高苯并三唑类化合物各组分在色谱柱中的分析效率。图2为10种BZTs叠加的总离子流色谱图。
由于BZTs极性相对较弱,其在水中的溶解性差,但能溶于大多数有机溶剂。因此本实验选择PP、PE、PET等空白食品接触塑料制品,添加标准溶液制备加标样品,分别考察了丙酮、正己烷、乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、甲醇、甲醇-二氯甲烷混合溶液作为提取溶剂时各个目标化合物的提取效果。结果表明,在100 μ g/kg 的加标水平下,丙酮的回收率相对较低;乙酸乙酯、二氯甲烷和甲醇都有较好的回收率;使用甲醇-二氯甲烷作为提取溶剂时,10种BZTs的平均回收率最佳(见表2)。
实验进一步考察了提取时间对提取效率的影响。结果如图3所示,超声40 min后目标化合物的回收率并没有明显提高,考虑到提取效率,本方法确定超声时间为40 min。
实验考察了弗罗里硅土柱、石墨化炭黑柱和C18柱的净化效果。结果如图4所示,C18柱的净化效果和回收率较好。上样后用丙酮去除色素、油墨等杂质,用甲醇洗脱,在收集的第5 mL洗脱液中检测不到任何目标物。因此,用4 mL甲醇即可完全洗脱目标物。
以基质匹配的方法绘制标准曲线,以空白样品的甲醇提取液作为标准溶液的稀释溶液,精确配制1.0～100.0 μ g/L 的10种BZTs混合标准工作溶液,在选定的色谱条件和质谱条件下进行测定,依据特征离子色谱峰的S/N≥3确定方法的检出限,S/N≥10确定方法的定量限。结果表明,10种BZTs在1.0～100.0 μ g/L 范围内呈现良好的线性关系,线性相关系数均大于0. 996(见表3),说明本方法适用于食品接触类材料中10种BZTs的定量分析。
以空白食品塑料包装材料为样品,分别添加不同浓度的标准溶液,进行添加回收率和精密度试验。10.0、20.0、100.0 μ g/kg 添加水平下,每个平行测定6次。结果如表4所示,不同水平下各待测物的平均回收率为75.2% ～85.3% ,相对标准偏差为1.0% ～5.7% ,能满足10种BZTs的测定要求。
利用本方法对PE、PET、PS、PA等食品接触塑料制品类材料共10个样品进行检测。结果在一种PE材料食品包装袋中检测出UV-360残留,含量为187.5 μ g/kg(见图5)。
本文建立了固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法同时测定食品接触塑料制品中10种BZTs的分析方法。样品采用甲醇-二氯甲烷混合溶剂提取,SPE柱净化,UPLC-MS/MS检测。该方法操作简便、检出限低、准确度高,能够满足食品接触塑料制品中BZTs的检测要求,为保障食物安全提供了检测技术支持。
2015, Vol. 33 Issue (6): 571-576
PDF (976 KB)
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