色谱  2019, Vol. 37 Issue (9): 990-995     DOI: 10.3724/SP.J.1123.2019.03026   PDF    
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邱月
李根容
龙梅
李沿飞
夏之宁
超高效合相色谱法快速检测塑料食品接触材料中13种紫外吸收剂
邱月1,2, 李根容1, 龙梅1, 李沿飞1, 夏之宁2     
1. 重庆市计量质量检测研究院, 重庆 401123;
2. 重庆大学化学化工学院, 重庆 400030
收稿日期：2018-03-21
基金项目：重庆市科研院所绩效激励引导专项（cstc2018jxj10007）
通讯联系人：邱月, Tel:(023)89136322, Email:qiuyuecqu@163.com
摘要：建立了一种同时检测塑料食品接触材料中13种紫外吸收剂的超高效合相色谱法。以甲醇为溶剂对塑料食品接触材料样品进行超声提取，经C18固相萃取柱净化，过0.22 μm有机滤膜，采用超高效合相色谱仪分析。选择ACQUTY UPC2 HSS C18 SB色谱柱（150 mm×3.0 mm，1.8 μm），以超临界二氧化碳为流动相，异丙醇为改性剂进行梯度洗脱，在最优色谱条件下，13种紫外吸收剂能够在4 min内实现有效分离。结果表明，在各自线性范围内，13种紫外吸收剂的线性关系良好，标准曲线相关系数不低于0.9985，检出限（S/N=3）为0.05~0.15 mg/kg，加标回收率为86.8%~115.7%，相对标准偏差为0.73%~5.61%。该方法快速简便，准确可靠，同时大大减少了有机溶剂的消耗，可用于塑料食品接触材料中13种紫外吸收剂的快速检测。
关键词：超高效合相色谱    超声提取    紫外吸收剂    塑料食品接触材料    
Rapid determination of 13 ultraviolet absorbents in plastic food contact materials by ultra-performance convergence chromatography
QIU Yue1,2, LI Genrong1, LONG Mei1, LI Yanfei1, XIA Zhining2     
1. Chongqing Academy of Metrology and Quality Inspection, Chongqing 401123, China;
2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China
Foundation item: Chongqing Scientific Research Institute Performance Incentive and Guidance Special Project (No.cstc2018jxj100007)
Abstract: A rapid method based on ultra-performance convergence chromatography (UPC2) was developed for the analysis of 13 ultraviolet (UV) absorbents in plastic food contact materials. The UV absorbents were extracted from plastic food contact materials by supersonic extraction with methanol, purified by C18 solid phase extraction column, and analyzed via UPC2 before filtration with an organic filtration membrane (0.22 μm). An ACQUTY UPC2 HSS C18 SB chromatographic column (150 mm×3.0 mm, 1.8 μm) was used for the detection of the UV absorbents. An effective separation was achieved within 4 min under the optimized conditions. The mobile phases were supercritical carbon dioxide and isopropanol as a modifier. The results showed that the 13 UV absorbents exhibited good linear relationships in the respective linear ranges with the correlation coefficients no less than 0.9985. The limits of detection (S/N=3) were in the range of 0.05-0.15 mg/kg. The recoveries were from 86.8% to 115.7%, and the relative standard deviations were between 0.73% and 5.61%. This method is rapid, convenient, accurate and reliable, and can be used for the rapid determination of the 13 UV absorbents in plastic food contact materials.
Key words: ultra-performance convergence chromatography (UPC2)     ultrasonic extraction     ultraviolet absorbents     plastic food contact materials    

紫外吸收剂能有效吸收280~400 nm范围的紫外线, 以降低或抑制由于光氧化作用引起的聚合物降解, 延长使用寿命, 因此被广泛应用于塑料食品接触材料中[1, 2]。紫外吸收剂主要分为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等[3]。大量研究证明, 紫外吸收剂虽多为低毒类物质, 但具有一定的生理毒性和生物蓄积性, 可导致皮肤病的产生，以及甲状腺系统和脂肪酸代谢失衡[4-6]。塑料食品接触材料中的紫外吸收剂可迁移到食品中, 危害人体健康。近年来, 欧盟、美国及中国等均对塑料食品接触材料中部分紫外吸收剂的使用量进行了限定, 而紫外吸收剂的检测新方法也成为研究者们关注的重点。

目前, 检测食品接触材料中紫外吸收剂的主要方法有液相色谱法(LC)[7, 8]、液相色谱-质谱法(LC-MS)[9, 10]和气相色谱-质谱法(GC-MS)[11, 12]。由于紫外吸收剂种类繁多, 且部分紫外吸收剂的结构性质非常相似, 在现有检测方法上仍然存在挑战，如分离的紫外吸收剂种类较少[13, 14]，以及分析时间通常在20 min以上, 检测成本较高[15, 16]。

超高效合相色谱法(UPC2)是一种新型分离技术。与传统的液相色谱法相比, UPC2技术有如下优点:(1)以超临界CO2和少量有机溶剂为流动相, 黏度低, 能加快目标物的扩散和传质效率[17]; (2)以无毒的CO2为主要流动相, 大大降低了有机溶剂的消耗, 减少了环境污染, 是一种低毒害、低成本的绿色分析方法[18]; (3)采用亚2 μm超高效色谱柱, 灵敏度更高, 对目标物的选择范围更大, 溶剂使用量更小[19]。近年来, UPC2已被成功用于多类物质的分析, 如联苯菊酯[20]、邻苯二甲酸酯[21, 22]、维生素[23]、甜菜碱[24]、霉菌毒素[25]等。大量研究发现, UPC2技术能够同时分析极性和非极性物质, 尤其在结构类似物的分离检测上具有明显优势[26]。但迄今为止, 基于UPC2检测紫外吸收剂的研究尚未见报道。

本文建立了一种以甲醇为提取溶剂, 超声萃取为提取条件, 基于UPC2检测塑料食品接触材料中紫外吸收剂的方法, 实现了13种紫外吸收剂的快速有效分离。该方法分析速度快, 灵敏度高, 选择性好, 绿色环保, 为塑料食品接触材料中紫外吸收剂的检测提供了新的技术方法。

1 实验部分
1.1 仪器与试剂

ACQUITY UPC2型超高效合相色谱仪(美国Waters公司), 配二极管阵列(PDA)检测器; N-EVAP-112型氮吹仪(美国Organomation公司); BILON-2000CT超声波清洗器(上海比朗仪器有限公司)。

紫外吸收剂标准物质:水杨酸-4-叔丁基苯酯(TBS)、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9)、2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑(UV-71)、2-(2-羟基-3′, 5′-二枯基苯基)苯并三唑(UV-234)、2′-(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯苯并三唑(UV-326)、2-(2′-羟基-3′, 5′-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑(UV-327)、2-(2′-羟基-5′-(1, 1, 3, 3-四甲基丁基)苯基)苯并三唑(UV-329)、N-(乙氧基羰基苯基)-N′-乙基-N′-苯基甲脒(UV-2)、2, 2′-二羟基-4-甲氧基苯甲酮(UV-24)、2, 2′-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)(UV-360)、2-(4, 6-二苯基-1, 3, 5-三嗪-2-基)-5-(甲氧基)苯酚(UV-1579)、2-(4, 6-二苯基-1, 3, 5-三嗪-2-基)-5-己基氧基-苯酚(UV-1577)、季戊四醇四(2-氰基-3, 3-二苯丙烯酸酯)(UV-3030)均购于德国Dr. Ehrenstorfer公司。甲醇、乙腈、异丙醇、正己烷、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷和四氢呋喃均为色谱纯(德国Merck公司)。二氧化碳为食品级(99.99%, 重庆同辉气体有限公司)。

1.2 标准溶液配制

标准储备液:分别准确称取13种紫外吸收剂标准物质2.50 mg(精确至0.01 mg), 置于25 mL容量瓶中, 其中TBS、UV-9、UV-2、UV-12和UV-24用甲醇溶解, 其余8种紫外吸收剂用正己烷溶解, 并配制成质量浓度为100 mg/L的单标准储备液。分别用移液管移取适量单标准储备液, 用正己烷逐级稀释并准确定容, 分别配制成0.1、0.2、0.3、1.0、2.0、5.0和10.0 mg/L的混合标准工作液, 置于4 ℃冰箱冷藏, 待用。

1.3 样品前处理

将塑料食品接触材料的样品切割成小碎片(质量≤0.02 g), 准确称取0.50 g(精确至0.0001 g)待测样品, 置于50 mL具塞锥形瓶中, 加入30 mL甲醇, 在超声条件下提取30 min, 将提取液于40 ℃氮吹浓缩至近干, 用5 mL二氯甲烷溶解残渣。C18固相萃取柱依次用5 mL甲醇、5 mL水和5 mL二氯甲烷活化, 然后将残渣溶液加于已活化平衡后的C18柱上, 待液体全部流出, 用5 mL丙酮淋洗, 并弃去流出液, 再用5 mL甲醇洗脱, 收集全部洗脱液并于40 ℃下氮吹浓缩至近干, 用甲醇准确定容至1.0 mL, 超声混匀, 用0.22 μm有机滤膜过滤, 供UPC2分析。

1.4 色谱条件

色谱柱为美国Waters公司的ACQUITY UPC2 HSS C18 SB色谱柱(150 mm×30 mm, 1.8 μm)；柱温为35 ℃; 流动相A为超临界CO2, 流动相B为异丙醇; 流速为1.1 mL/min。流动相洗脱梯度程序设为0~1.0 min, 8%B~8.5%B; 1.0~1.8 min, 8.5%B~9%B; 1.8~2.0 min, 9%B~25%B; 2.0~4.0 min, 25%B; 4.0~4.5 min, 25%B~8%B。系统背压维持12.41 MPa; 进样体积为3 μL; 检测波长为220 nm。

2 结果与讨论
2.1 分离条件的优化

本文首先考察了ACQUITY UPC2 HSS C18 SB(150 mm×30 mm, 1.8 μm)、ACQUITY UPC2 CSH Fluoro-Phenyl(150 mm×30 mm, 1.7 μm)、ACQUITY UPC2 BEH 2-EP(150 mm×30 mm, 1.7 μm)和ACQUITY UPC2 BEH(150 mm×30 mm, 1.7 μm)4种色谱柱对13种紫外吸收剂分离效果的影响。实验结果表明, HSS C18 SB色谱柱对目标物的保留能力相对最好, 13种紫外吸收剂均能实现较好的基线分离, 峰形尖锐且对称性良好。因此, 本实验选择HSS C18 SB色谱柱进行紫外吸收剂的分离。

为了获得更好的分离效果, 实验对比了不同极性强度的改性剂即流动相B(甲醇、异丙醇和乙腈)对紫外吸收剂的分离效果。实验发现, 由于紫外吸收剂的极性差异较大, 极性较强的甲醇和极性较弱的乙腈均不能实现对目标物的较好保留, 色谱峰出现重叠、拖尾现象, 而极性适中的异丙醇能够将13种目标物完全分离, 且峰形良好。

在UPC2系统中, 超临界流体密度是影响分离效果的主要原因之一, 而色谱柱温度和系统背压是影响流体密度的重要因素。因此, 实验考察了色谱柱温度对紫外吸收剂分离效果的影响。通过对比25~55 ℃下13种目标物的分离情况, 发现随着柱温升高, 对目标物的洗脱能力随之减弱, 保留能力增强。这是由于温度升高, 超临界二氧化碳的密度减小, 黏度降低, 从而引起洗脱强度降低[18]。在35 ℃下, 13个目标峰能够完全实现基线分离。随后，实验比较了不同系统背压下13种目标物的分离情况, 发现在11.72~14.48 MPa范围内, 随着压力升高, 二氧化碳流动相密度增大, 洗脱能力增强, 目标物保留时间减少。在12.41 MPa下, 所有目标物的分离效果最佳, 峰形最好。

在上述优化条件下, 13种紫外吸收剂获得了最佳的分离度和保留时间, 在4 min内实现了有效分离, 其色谱图见图 1。计算相邻色谱峰的分离度, 其值均大于1.5, 说明目标物均能实现良好的基线分离。

图 1 13种紫外吸收剂混合标准溶液(5 mg/L)的色谱图 Fig. 1 Chromatogram of the 13 UV absorbents in the mixed standard solution (5 mg/L) 1. 4-t-butylphenyl salicylate (TBS); 2. UV-9; 3. UV-24; 4. UV-71; 5. UV-329; 6. UV-327; 7. UV-326; 8. UV-234; 9. UV-2; 10. UV-3030; 11. UV-1579; 12. UV-1577; 13. UV-360.
2.2 提取条件的优化

本文采用常用且高效的超声提取法对紫外吸收剂进行提取。由于紫外吸收剂在多种有机溶剂中均具有一定的溶解度, 选取聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等空白塑料食品接触材料进行加标试验, 分别探究甲醇、乙腈、正己烷、乙酸乙酯、二氯甲烷、四氢呋喃、甲醇-二氯甲烷(1:1, v/v)和甲醇-四氢呋喃(1:1, v/v)作为提取溶剂时13种紫外吸收剂的提取效果, 结果见图 2。实验发现, 在0.5 mg/kg的加标水平下, 采用乙腈提取时目标物的回收率相对最低, 采用甲醇、乙酸乙酯和甲醇-二氯甲烷(1:1, v/v)时目标物的回收率均能达到80%以上。综合考虑13种紫外吸收剂的回收率, 发现甲醇作为提取溶剂时, 能获得最高的平均回收率。因此, 本实验选择甲醇作为最佳提取溶剂。

图 2 提取溶剂对13种紫外吸收剂回收率的影响 Fig. 2 Effect of extraction solvents on the recoveries of the 13 UV absorbents

为保证目标物得到充分提取, 实验进一步考察了提取时间(10、20、30、40和50 min)对提取效率的影响(见图 3)。实验结果表明:13种紫外吸收剂达到提取平衡的时间不完全相同, 但回收率均在30 min后趋于稳定, 故确定最佳提取时间为30 min。

图 3 超声时间对13种紫外吸收剂回收率的影响 Fig. 3 Effect of extraction time on the recoveries of the 13 UV absorbents
2.3 净化条件的优化

实验对比了C18、HLB和Florisil柱(美国Waters公司)对塑料食品接触材料中紫外吸收剂回收率的影响(见图 4)。结果表明, 采用HLB柱净化时, 紫外吸收剂在淋洗过程中部分流失, 造成洗脱液中剩余目标物含量较少, 回收率较低。3类萃取柱中, C18柱的净化效果最好, 13种紫外吸收剂的回收率均可达80%以上, 可有效排除实际样品中杂峰对目标峰的干扰。因此, 实验最终选择C18柱进行固相萃取净化。

图 4 固相萃取柱对13种紫外吸收剂回收率的影响 Fig. 4 Effect of solid phase extraction columns on the recoveries of the 13 UV absorbents
2.4 线性范围、检出限和定量限

配制不同浓度的13种紫外吸收剂系列混合标准工作溶液, 在上述最优色谱条件下进行测试。以各目标化合物的响应峰面积为纵坐标(Y), 质量浓度为横坐标(X, mg/L)绘制标准曲线。结果表明:13种紫外吸收剂在各自的范围内线性关系良好, 相关系数(R2)均不低于0.9985(见表 1)。采用3倍信噪比的方法, 计算得到紫外吸收剂的检出限(S/N=3)为0.05~0.15 mg/kg, 定量限(S/N=10)为0.2~0.5 mg/kg。

表 1 13种紫外吸收剂的线性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量限 Table 1 Linear ranges, linear equations, correlation coefficients (R2), LODs and LOQs of the 13 UV absorbents
2.5 加标回收率和精密度

选取空白塑料食品接触材料样品, 分别加入高、中、低3组不同水平的紫外吸收剂混合标准溶液进行回收率和精密度测试。实验选取在0.5、5.0和10.0 mg/kg水平下进行加标试验, 每个水平平行测定7次, 计算得到13种紫外吸收剂的加标回收率为86.8%~115.7%, 相对标准偏差为0.73%~5.61%(见表 2), 表明该方法具有良好的回收率和精密度, 能够满足实际检测要求。

表 2 13种紫外吸收剂的加标回收率和相对标准偏差(n=7) Table 2 Spiked recoveries and RSDs of the 13 UV adsorbents (n=7)
2.6 实际样品的测定

选取不同材质(PE、PS、PET等)的塑料食品接触材料样品, 采用本文方法对20个实际样品中的紫外吸收剂进行检测。分析结果表明, 在2个样品中检测到紫外吸收剂残留, 色谱图见图 5。样品1中检出UV-326和UV-360, 其含量分别为2.38 mg/kg和0.87 mg/kg。样品2中检出UV-234, 含量为1.66 mg/kg。

图 5 实际塑料食品接触材料样品中紫外吸收剂的色谱图 Fig. 5 Chromatograms of the UV absorbents in actual plastic food contact material samples
3 结论

本文建立了一种同时检测塑料食品接触材料中13种紫外吸收剂的超高效合相色谱法。通过考察色谱条件及提取条件对检测结果的影响, 在最优条件下, 13种紫外吸收剂能够在4 min内实现快速有效分离, 检出限、回收率及精密度等技术指标均能满足实际检测需求。该方法分析速度快, 选择性和可靠性高, 有机溶剂消耗少, 检测成本低, 环境友好, 能够为塑料食品接触材料中紫外吸收剂的分析提供有效的技术参考。

参考文献
[1]
Derya B, Abidin B, Tobias S, et al. Synthetic Met, 2012, 162(23): 2047. doi :10.1016/j.synthmet.2012.09.017
[2]
Kemei P, Zhihua C, Weiguo C. J Mol Struct, 2013, 1032(30): 100.
[3]
Guo Z Y, Wang H M, Ding Z M. Gansu Petroleum and Chemical Industry, 2007, 3: 14.
郭振宇, 王红梅, 丁著明. 甘肃石油和化工, 2007, 3: 14.
[4]
Joon-Woo K, Tomohiko I, Babu R R. Chemosphere, 2011, 85: 751. doi :10.1016/j.chemosphere.2011.06.054
[5]
Fent K, Chew G, Li J, et al. Sci Total Environ, 2014, 482/483: 125. doi :10.1016/j.scitotenv.2014.02.109
[6]
Ou W H, Tang C M, Wang C W, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2015, 43(5): 734.
欧玮辉, 唐才明, 王春维, 等. 分析化学, 2015, 43(5): 734.
[7]
Lin R, Lai Y, Lin W J, et al. Journal of Analytical Testing, 2015, 34(1): 20.
林睿, 赖莺, 林伟靖, 等. 分析测试学报, 2015, 34(1): 20. doi :10.3969/j.issn.1004-4957.2015.01.003
[8]
Wang X M, Wang J, Du T T, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2018, 36(3): 190.
王雪梅, 王娟, 杜彤彤, 等. 色谱, 2018, 36(3): 190.
[9]
Negreira N, Rodríguez I, Ramil M. Anal Chim Acta, 2009, 654(2): 162. doi :10.1016/j.aca.2009.09.033
[10]
Peng X Z, Jin J B, Wang C W. J Chromatogr A, 2015, 1384: 97. doi :10.1016/j.chroma.2015.01.051
[11]
Carpinteiro I, Abuín B, Rodríguez I. J Chromatogr A, 2010, 1217: 3729. doi :10.1016/j.chroma.2010.04.022
[12]
Liu Y S, Ying G G, Shareef A, et al. J Chromatogr A, 2011, 1218: 5328. doi :10.1016/j.chroma.2011.05.100
[13]
Gou X L, Huang W W, Zhao X Y, et al. Analytical Instrument, 2017, 5: 31.
勾新磊, 黄雯雯, 赵新颖, 等. 分析仪器, 2017, 5: 31. doi :10.3969/j.issn.1001-232x.2017.05.006
[14]
Yan Y, Zhu-Ge H T, Wen C, et al. Journal of Food Safety and Quality Inspection, 2018, 2: 434.
晏嫣, 诸葛海涛, 闻诚, 等. 食品安全质量检测学报, 2018, 2: 434. doi :10.3969/j.issn.2095-0381.2018.02.035
[15]
Zhang Q, Liu Y, Gu H, et al. Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2017, 36(3): 357.
张强, 刘艳, 顾华, 等. 分析试验室, 2017, 36(3): 357.
[16]
Li C F, Li Y, Chen Z N, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2014, 32(6): 616.
李成发, 李英, 陈枝楠, 等. 色谱, 2014, 32(6): 616.
[17]
Zhang Y, Du Z X, Yu W L. Chinese Journal of Chromatography, 2014, 32(1): 52.
张云, 杜振霞, 于文莲. 色谱, 2014, 32(1): 52.
[18]
Zhou Q, Gao B, Zhang X, et al. Food Chem, 2014, 143: 199. doi :10.1016/j.foodchem.2013.07.114
[19]
Gong X, Qi N, Wang X, et al. Food Chem, 2014, 162: 172. doi :10.1016/j.foodchem.2014.04.063
[20]
Wang L T, Wang B, Zhou W, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2015, 43(7): 1047.
王丽婷, 王波, 周围, 等. 分析化学, 2015, 43(7): 1047.
[21]
Fan Y L, Ma M, Cui H Z, et al. J Sep Sci, 2018, 41: 2993. doi :10.1002/jssc.201800094
[22]
Li W L, Li X M, Li G R, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2016, 34(8): 795.
李武林, 李雪敏, 李根容, 等. 色谱, 2016, 34(8): 795.
[23]
Gee P T, Liew C Y, Thong M C, et al. Food Chem, 2016, 196: 367. doi :10.1016/j.foodchem.2015.09.073
[24]
Zhang X F, Yang J L, Chen J, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2018, 36(5): 417.
张弦飞, 杨军丽, 陈娟, 等. 色谱, 2018, 36(5): 417.
[25]
Zhang L X, Sun J Y, Wang Y H, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2018, 36(6): 566.
章璐幸, 孙洁胤, 王延辉, 等. 色谱, 2018, 36(6): 566.
[26]
Kaori T, Eiichiro F, Takeshi B. J Chromatogr A, 2013, 1299: 103. doi :10.1016/j.chroma.2013.05.043