靜態頂空-氣相色譜-質譜法同時測定香精香料中14 種有毒揮發性有機溶劑殘留

沈 珺，車文軍，王燕芹，王小丹，浦 婕，戎筱卿

靜態頂空-氣相色譜-質譜法同時測定香精香料中14 種有毒揮發性有機溶劑殘留

沈 珺1，車文軍2，王燕芹3，王小丹2，浦 婕2，戎筱卿1

（1.蘇州衛生職業技術學院藥學院，江蘇 蘇州 215009；2.信譜檢測（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215123；3.南京林業大學理學院，江蘇 南京 210037）

建立同時測定香精香料中14 種常用揮發性有機溶劑殘留（二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、苯、四氯化碳、三氯乙烯、甲苯、四氯乙烯、氯苯、乙苯、間二甲苯、對二甲苯、鄰二甲苯、異丙苯）的靜態頂空-氣相色譜-質譜分析方法。研究平衡溫度和平衡時間等頂空條件，并對色譜參數和質譜條件進行優化。樣品經80 ℃頂空溫度提取30 min后，采用HP-1毛細管色譜柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）分離，選擇離子模式掃描測定。結果表明：14 種揮發性有機物在0.5～50 μg/L范圍內線性關系良好，相關系數均大于0.998，平均加標回收率在71.7%～101.0%之間，相對標準偏差在1.71%～9.29%之間，方法檢出限在1.0～10.0 ng/g之間。

揮發性有機溶劑；靜態頂空；氣相色譜-質譜；香精香料

香精香料是從帶香物質中提取或以人工合成方法得到的致香物質的總稱[1]，具有調味、增香、保潤等作用[2]，隨著人們對生活品質的追求，香精香料在社會經濟和日常生活中越來越重要[3-4]，香精香料已廣泛應用于食品、日化、醫藥、香煙、紡織品等行業[5-6]。隨著食品工業的發展，越來越多的香精香料參與人們的生活，直接或間接地影響著人們的身體健康[7-10]，近年來，其致癌性和基因毒性備受關注[11-14]。有機溶劑會危害人體健康，長期接觸和使用會對人體的多系統、臟器造成特殊損害，甚至具有致癌或潛在的致癌作用[15-16]。香精香料中有毒揮發性有機溶劑殘留來源，一方面是香精香料本身成分或原材料帶入，另外是在制備過程中產生的副產物[16]。因此對香精香料中有毒揮發性有機溶劑的檢測，有其重要的意義。

近年來，對產品中揮發性有機溶劑的分析測定已有一些報道，主要集中化妝品[17-18]、涂料[19]、皮革[20]、食品[21-22]、食品包裝[23]等領域。但對香精香料中揮發性有機溶劑殘留的測定研究，目前國內外鮮見文獻報道。靜態頂空-氣相色譜（static headspace gas-chromatography，SHS-GC）是在已達到平衡的密閉容器中液體或固體分析物的頂部空間取氣態（或蒸汽）樣品，并與氣相色譜結合對氣態（或蒸汽）樣品進行分析的一種比較特殊的分析技術。頂空氣態取樣的主要優點是避免了在直接液體或固體取樣時使復雜的樣品基體成分一起被帶入分析儀器系統的可能性，從而消除了由基體成分的帶入而對樣品中可揮發性成分的分析所造成的影響和干擾[24]。SHS-GC的這些優點，使其廣泛應用于飲用水[25]、化妝品[26-27]、食品包裝材料[28]、黏膠[29]中有機揮發溶劑殘留的測定。

本研究建立了香精香料中14 種常見揮發性有機溶劑殘留同時檢測的靜態頂空-氣相色譜-質譜（SHS-GC-mass spectrometry，SHS-GC-MS）分析法，該方法前處理操作簡便，準確度、靈敏度高，穩定性好，雜質干擾少，能夠滿足香精香料中14 種常見揮發性有機溶劑殘留的同時測定，對于提升香精香料安全性指標具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、苯、四氯化碳、三氯乙烯、甲苯、四氯乙烯、氯苯、乙苯、間二甲苯、對二甲苯、鄰二甲苯、異丙苯的14 種有機溶劑混合標準溶液（質量濃度為100 mg/L） 美國O2si Smart Solution公司；甲醇（色譜純）；二次去離子水。

Trace ISQ GC-MS聯用儀（配備Triplus三合一自動進樣系統） 美國Thermo公司；超純水儀 法國密理博公司。

1.2 方法

1.2.1 標準溶液的配制

準確移取1.0 mL混合標準溶液于50 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，此為14 種有機溶劑的混合標準貯備液，質量濃度為2 mg/L。

用移液槍準確移取上述混合標準貯備液1.25 mL置于50 mL容量瓶中，用超純水稀釋至刻度，此為14 種有機溶劑的混合標準使用液，質量濃度為50 μg/L，備用。

分別用移液槍準確吸取上述混合標準使用液10、4、2、1、0.2 mL于20 mL頂空瓶中，用超純水定容至10 mL，立即蓋上瓶蓋，壓緊，手動搖勻。此為混合標準系列工作溶液，質量濃度分別為50、20、10、5、1 μg/L。

1.2.2 樣品處理

準確稱取樣品1 g（精確到0.000 1 g）于20 mL頂空瓶中，用超純水定容至10 mL，立即加蓋密封，手動搖勻，置于樣品盤，完成頂空萃取和進樣操作。

1.2.3 儀器工作參數

1.2.3.1 SHS-GC進樣條件

頂空瓶加熱溫度：80 ℃；樣品平衡時間：30 min；進樣針溫度：120 ℃；進樣體積：1.0 mL。

1.2.3.2 GC條件

HP-1色譜柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；分流模式進樣，分流比50∶1；進樣口溫度：220 ℃；柱溫：采用程序升溫，初始溫度35 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至120 ℃，再以30 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。載氣為氦氣，載氣流量1.0 mL/min。

1.2.3.3 MS條件

電離方式：電子電離；電子能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：250 ℃；掃描方式：質量掃描模式定性和選擇離子檢測模式定量，全掃描范圍m/z 10～500。

2 結果與分析

2.1 頂空分析條件的選擇

2.1.1 平衡溫度的優化

溫度對定量離子峰面積的影響因待測組分而不同，沸點越低，對溫度的影響越明顯。一般而言，加熱溫度越高，待測物從基體中釋放到頂空瓶的量也越多，氣化完全，定量結果比較準確。將50 μg/L的14 種有機溶劑混合標準溶液分別在50、60、70、80、90 ℃的條件下平衡30 min后自動進樣測定，對各被測物質信號值進行分析（圖1）。結果表明，同質量濃度的標樣在相同的平衡時間條件下，溫度在40～80 ℃時，大部分有機溶劑定量離子的峰面積隨著溫度的升高而增大，表明分析靈敏度隨之升高；溫度在80～90 ℃時，大部分有機溶劑定量離子的峰面積隨著溫度的升高而下降。如果頂空瓶溫度太低對沸點高的物質氣化可能不完全，定量結果就不準確；溫度太高引入雜質多而干擾峰形，也容易造成大量水氣進入色譜柱而影響到色譜柱的壽命，并且過高的溫度也會造成頂空瓶過大的承受壓力，因此選擇80 ℃作為本實驗的平衡溫度。

圖1 平衡溫度對被測物質的影響Fig. 1 Effect of equilibrium temperature on peak areas of analytes

2.1.2 平衡時間的優化

圖2 平衡時間對被測物質的影響Fig. 2 Effect of equilibrium time on peak areas of analytes

頂空瓶中待測物氣液兩相達到平衡的時間主要與待測物的揮發性和加熱溫度有關[30]，通常待測物的揮發性越強，加熱溫度越高，達到平衡的時間就越短。采用平衡溫度80 ℃，分別測定平衡時間為20、30、40 min時，質量濃度為50 μg/L的14 種有機溶劑混合標準溶液，得到各被測物質信號值與平衡時間的關系（圖2）。結果表明，在20～30 min之間，定量離子峰面積隨著平衡時間的延長而增加，說明此時待測組分還未氣化完全，氣液相還未平衡；而在30～40 min之間，峰面積隨著平衡時間延長而顯著下降，可能是由于長時間的高溫，部分待測組分發生分解、氧化或長時間平衡后頂空瓶氣密性變差所致；平衡時間為30 min時，汽化完全，氣液兩相基本達到平衡，各待測物質信號最強，結果最可靠。所以本實驗取30 min作為頂空平衡時間。

2.2 色譜分析條件的選擇

2.2.1 色譜柱的選擇

色譜柱對混合物的分離主要取決于色譜柱中固定相的選擇性和極性，為實現14 種有機溶劑的完全分離，分別考察HP-1（30 m×0.32 mm，0.25 μm）、DB-5（30 m×0.32 mm，0.25 μm）和FFAP（30 m×0.32 mm，0.25 μm）不同極性的毛細管氣相色譜柱的分離效果[31]。結果表明：14 種有機溶劑在HP-1和DB-5兩種毛細管柱上均有較高響應值。而在FFAP柱上，部分溶劑不能實現基線分離的要求。

使用HP-1時，各組分分離效果最好，僅有間二甲苯和對二甲苯無法完全分離，考慮到現行相關衛生標準將鄰、間、對二甲苯合并為二甲苯進行定量，所以，定量時可以看成一種物質加和定量。最終實驗選擇非極性且熱穩定性和惰性好的HP-1色譜柱，采集參數及色譜分離效果圖見表1、圖3。

表1 保留時間、特征離子、定量離子、線性方程、相關系數及線性范圍Table 1 Retention times, characteristic ions, quantitative ions, linear ranges, correlation coefficients and calibration curve equations

圖3 混合標準溶液的選擇離子色譜圖Fig. 3 SIM chromatogram of mixed standard solution

2.2.2 進樣方式與分流比的選擇

進樣方式有分流進樣和不分流進樣，經對比研究，采用分流進樣方式所得的譜圖質量較高，因此選擇采用分流進樣方式。

在其他條件相同的情況下，將質量濃度50 μg/L的14 種有機溶劑混合標準溶液分別在分流比為20∶1和50∶1條件下進行測定，結果如圖4所示。結果表明，樣品分流比在20∶1的時候，有出峰，但由于進樣量過大，峰形不好，頂部峰形成波狀，不成尖銳的峰形。而樣品在50∶1的分流比下，分離完全，且峰形較好。經分析研究，最后取50∶1為最佳分流比，其各組分分離良好，峰形達到實驗室要求。

圖4 分流比為20∶1（A）和50∶1（B）時的混合標準溶液的總離子掃描色譜圖Fig. 4 Total ion scan chromatogram of mixed standard solution at split ratios of 20∶1 and 50∶1

2.3 線性關系、檢出限及定量限

在優化的條件下對一系列標準溶液進行測定，以目標物的定量離子峰面積Y對其質量濃度X（μg/L）繪制標準曲線。14 種有機溶劑的線性方程、相關系數及線性范圍見表1，檢出限和定量限見表2，間二甲苯和對二甲苯因無法分離[32]，合并為一種物質計算。結果表明，14 種有機溶劑在線性范圍內線性關系良好，相關系數均大于0.998。

2.4 回收率與精密度實驗結果

表2 14 種揮發性有機溶劑的加標回收率、精密度、檢出限及定量限Table 2 Recoveries, relative standard deviations (RSDs), limits of detection (LODs) and limits of quantitation (LOQs) for 14 VOCs

續表2

在香精香料中分別添加質量濃度為5、10、25 g/mL的14 種有機溶劑混合標準溶液，每個添加水平在設定的色譜條件下做6 次平行，計算其平均回收率和相對標準偏差。結果表明（表2），加標量為5 g/mL的各組分平均回收率范圍為71.7%～94.5%，相對標準偏差為2.37%～8.50%；加標量為10 g/mL的各組分平均回收率范圍為74.6%～98.8%，相對標準偏差為1.71%～9.29%；加標量為25 g/mL的各組分平均回收率范圍為76.9%～101.0%，相對標準偏差為3.47%～8.58%，方法檢出限在1.0～10.0 ng/g之間，滿足實際檢測要求。

2.5 樣品測定結果

選取國內不同生產企業生產的150 個香精香料作為考察樣品，其中包括浸膏、粉末、液體、固體等不同類型，利用優化后的實驗條件對其進行檢測，樣品檢測結果如表3所示，某陽性樣品選擇離子色譜圖如圖5所示。結果顯示，檢出較多的是液體、浸膏樣品。只有三氯乙烯和氯苯在150 個樣品中未被檢出，其余都有檢出，多數產品都含所測14 種有機溶劑的一種或幾種，總檢出率為80.7%。其中，甲苯、間二甲苯和對二甲苯、乙苯、鄰二甲苯、苯，檢出率比較高，分別為68.7%、36.7%、34.7%、31.3%、27.3%。檢出樣品中甲苯殘留量最高達6 809 μg/kg，苯殘留量最高達5 358 μg/kg，間二甲苯和對二甲苯殘留量最高達675 μg/kg，鄰二甲苯殘留量最高達575 μg/kg，乙苯殘留量最高達436 μg/kg，其危害值得關注，建議盡快制定相關限量標準。

圖5 某陽性樣品的選擇離子色譜圖Fig. 5 SIM chromatogram of a positive sample

表3 150 種香精香料樣品檢測結果Table 3 Summary of analytical results for the determination of 14 toxic VOCs in 150 samples of flavors and fragrances

3 結 論

本實驗建立了同時測定香精香料中14 種常用揮發性有機溶劑的SHS-GC-MS分析方法，并將其應用于我國不同生產企業生產的150 個香精香料樣品的揮發性有機溶劑測定。該方法樣品前處理簡單，方法靈敏度高、重復性好，結果滿意?？捎米飨憔懔现?4 種常用揮發性有機溶劑的日常篩查和確證檢測，具有良好的通用性。

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Simultaneous Determination of 14 Toxic Volatile Organic Solvent Residues in Flavors and Fragrances by Static Headspace-Gas Chromatography-Mass Spectrometry

SHEN Jun1, CHE Wenjun2, WANG Yanqin3, WANG Xiaodan2, PU Jie2, RONG Xiaoqing1
(1. School of Pharmacy, Suzhou Vocational Health College, Suzhou 215009, China; 2. Congraphy Testing (Suzhou) Co. Ltd.,Suzhou 215123, China; 3. College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

A headspace-gas chromatography-mass spectrometry (SHS-GC-MS) method was presented for simultaneous determination of 14 toxic volatile organic solvent residues (dichloromethane, trichloromethane, 1,2-dichloroethane, benzene,carbontetrachloride, trichloroethylene, methylbenzene, tetrachloroethylene, chlorobenzene, ethylbenzene, m-xylene, p-xylene,o-xylene, and isopropylbenzene) in flavors and fragrances. The headspace conditions including equilibrium temperature and time and the instrumental conditions were optimized. Samples were subjected to headspace extraction at 80 ℃ for 30 min and the extract was then separated on an HP-1 capillary column. and detected by GC-MS in the selected ion monitoring(SIM) mode. The results showed that in the range of 0.5-50 μg/L, all of the calibration curves displayed good linearity with correlation coefficients of higher than 0.998. The average recoveries of spiked samples were 71.7%-101.0% with relative standard deviation (RSD) between 1.71% and 9.29%. The limits of detection (LODs) were 1.0-10.0 ng/g.

volatile organic solvent (VOC); static headspace (SHS); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS);flavors and fragrances

DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724049

O657.72；O625.33

A

1002-6630（2017）24-0302-05

沈珺, 車文軍, 王燕芹, 等. 靜態頂空-氣相色譜-質譜法同時測定香精香料中14 種有毒揮發性有機溶劑殘留[J]. 食品科學, 2017, 38(24): 302-306.

10.7506/spkx1002-6630-201724049. http://www.spkx.net.cn

SHEN Jun, CHE Wenjun, WANG Yanqin, et al. Simultaneous determination of 14 toxic volatile organic solvent residues in flavors and fragrances by static headspace-gas chromatography-mass spectrometry[J]. Food Science, 2017, 38(24)∶ 302-306.(in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724049. http∶//www.spkx.net.cn

2017-01-03

沈珺（1981—），女，講師，博士，研究方向為色譜分析、生物材料。E-mail：yvonne8104@126.com