食品塑料接觸材料中熒光增白劑檢測方法研究進展

鄒孝 *，張麗妮 ，唐加利，高亞凱，馬艷 ，牟瓊

1. 重慶市計量質量檢測研究院（重慶 401123）；2. 重慶市食品安全工程技術研究中心（重慶 401123）；3. 重慶大學化學化工學院（重慶 400030）

熒光增白劑（Fluorescent brightener）是一種熒光染料，或稱為白色染料，是一種復雜的有機化合物。它的特性是能吸收350 nm左右波長的紫外光，再發射出人肉眼可見的450 nm左右波長的藍光或藍紫色熒光，該熒光與基質上的黃光互補，使所染物質獲得類似螢石的閃閃發光的效應，使肉眼看到的物質很白，從而使得物質具有增白的效果。

目前，熒光增白劑被廣泛應用于洗滌、引燃、造紙、紡織等工業。全球在產的熒光增白劑有1 000余種，年總產量達15萬 t以上[1]。

1 熒光增白劑的結構及分類

熒光增白劑根據其水溶性可分為溶和不溶兩大類，水溶性熒光增白劑可用于紙張、涂料、洗衣粉、棉織物的增白；不溶性增白劑可用于化纖、塑料等物質的增白。

按用途和功能可分為紡織品、造紙、洗滌劑、塑料、合成材料用熒光劑。

作為熒光增白劑，其分子都具有π電子形成的平面共軛體系，結構為—C=C—C=C—C=C—或—N=C—C=N—C=C—，這2類結構的化合物吸收紫外線后，電子從基態激發到活潑態，在極短時間內又回到基態，可放出波長420～450 nm的熒光。有一定實用價值的FWA按照化學結構可分為二苯乙烯型、香豆素型、吡唑啉型、苯并惡唑型、萘酰亞胺型五大類。

（1）二苯乙烯型。二苯乙烯型是目前工業生產最常用的，產量占全部增白劑產量的80%以上[2]。大多數該類熒光增白劑用于棉纖維及某些合成纖維、造紙、制皂等工業的增白，具有藍色熒光。二苯乙烯型熒光增白劑品種很多，其中的三嗪二苯乙烯類熒光增白劑由于物美價廉，被廣泛應用于常見的日用品相關行業[3]。

（2）香豆素型。香豆素型是最早發現和使用的一類熒光增白劑，其主要品種數目僅次于二苯乙烯類增白劑。香豆型增白劑的核心結構香豆素，又稱小苯并吡喃酮，具有較強的藍色熒光。只要在香豆環的3位和7位上引入各種取代基團，可構成性能不同和用途各異的熒光增白劑。在香豆環的3位上引入雜環芳香基或吸電子取代基的化合物，對光的穩定性極好，在香豆素的7位上引入不同基團，其吸收波長向長波方向移動。它主要用于毛質物如兔毛、蛋白纖維、醋酸纖維、尼龍、聚丙烯酸及各種塑料的增白，還可用于某些食品的增白，以及激光染料、熒光顏料和太陽能電池等方面。

（3）吡唑啉型。吡唑啉型是熒光增白劑中較為重要的一種類型，其種類居各類熒光增白劑中的第3位。這類熒光增白劑增白效果好，具有綠色熒光。陽離子型產品用于腈綸的增白；陰離子型產品用于羊毛、錦綸和黏膠纖維的增白；非離子型產品用于腈綸、錦綸和醋酯纖維的增白。

圖1 各類熒光增白劑代表物結構式

（4）苯并惡唑型。具有紅色熒光。由于該類分子中不具備磺酸基等親水基團，所以這類增白劑不溶于水，但其具有良好的耐熱、耐曬、耐遷移性能。主要用于腈綸等纖維及聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料的增白增艷。

（5）萘酰亞胺型。一類重要的熒光增白劑，具有藍色熒光。由于其高熔點、高穩定性、光學穩定性及較強的熒光等特性而被重視。主要用于滌綸、腈綸、錦綸的增白。

2 熒光增白劑的提取方法

對于熒光增白劑的檢測，首先要找到一個有效的提取方式。只有保證高效且快速地從樣品中提取到熒光增白劑，才能使后續的檢測更加合理且準確。

目前對于熒光增白劑的提取方法主要有超聲振蕩提取法、超聲輔助提取法、加速溶劑提取法、熱水提取法、索氏提取法等。

2.1 超聲振蕩提取法

超聲提取法是利用超聲波的空化作用、機械效應和熱效應等加速胞內有效物質的釋放、擴散和溶解，顯著提高提取效率的提取方法。超聲提取的主要理論依據是超聲的空化效應、熱效應和機械作用。

2.2 超聲輔助提取法

超聲波輔助提取技術主要是依據物質中有效成分的存在狀態、極性、溶解性等在超聲波作用下快速地進入溶劑中，得到多成分混合的提取液，將提取液以適當方法分開、精制、純化處理，得到所需單體化學成分的一項新技術。

2.3 加速溶劑提取法

加速溶劑萃取或加壓液體萃取是在較高的溫度（50～200 ℃）和壓力（1 000～3 000 PSI）下用有機溶劑萃取固體或半固體的自動化方法。隨著溫度升高，分子間的作用力、氫鍵、靜電吸引力、偶極矩產生的相互作用力等會逐漸減弱。由于液體的溶解能力遠大于氣體的溶解能力，在壓力增加的條件下，可提高物質的沸點，使其仍處于液體狀態，提高溶解能力。該方法的優點是有機溶劑用量少、快速、基質影響小、回收率高和重現性好。

2.4 熱水提取法

熱水提取是溶劑選擇不同溫度的熱水同時選擇不同提取時間的一種提取方法。歐盟在關于食品包裝紙標準中提到用80 ℃熱水對包裝紙的一些物質進行提取[4]。

2.5 索氏提取法

索氏提取法又名連續提取法、索氏抽提法，是從固體物質中萃取化合物的一種方法。被萃取的樣品應先細細研磨，以增大液體浸溶的面積。將固體物質放在濾紙套內，放置于萃取室中。溶劑加熱沸騰后，蒸汽通過導氣管上升，被冷凝為液體滴入提取器中。液面超過虹吸管最高處時，即發生虹吸現象，溶液回流入燒瓶，因此可萃取出溶于溶劑的部分物質。就這樣利用溶劑回流和虹吸作用，使固體中的可溶物富集到燒瓶內。利用溶劑回流和虹吸原理，使固體物質每次都能為純的溶劑所萃取，所以萃取效率較高。

3 熒光增白劑提取溶劑選擇

對于熒光增白劑的提取，常用的溶劑有水、NaOH、氯仿、甲醇、乙醇、乙腈、N, N二甲基甲酰胺（DMF）、N, N-二甲基乙酰胺（DMA）。

塑料行業所用的熒光增白劑占全世界生產的熒光增白劑總量的10%。塑料中添加的熒光增白劑種類與紙張、紡織品中的相差不大，在塑料制品中添加熒光增白劑是為了改善塑料制品原來的顏色，同時賦予塑料包裝更加奪目的色彩，并且增加它的亮度。由于食品接觸材料基本屬于塑料制品，隨著對健康關注度的提升，當前關于塑料制品中熒光增白劑的研究逐漸增多。

Guo等[5]采用超高效液相色譜-串聯質譜法定量測定聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）塑料中7種熒光增白劑。將PS和PVC混合物與緩慢添加的溶劑甲醇（10 mL）共同旋轉，用甲醇稀釋至25 mL。超聲10 min，以3 000 r/min離心5 min，取上清液轉移到小瓶中進行分析。這種快速準確的方式對于7種熒光增白劑在0.1～50 μg/L范圍內線性關系良好，線性相關性大于0.995，檢出限為0.7～9 μg/kg，定量限為2.5～30 μg/kg，加標回收率在81.4%～116.0%之間。Jiang等[6]建立離子對高效液相色譜法同時測定紙張中11種常見二苯乙烯型熒光增白劑的方法。并對多組分二苯乙烯型熒光增白劑樣品的制備、提取及色譜分離進行優化。用乙腈-水-三乙胺（40:60:1，體積比）超聲提取制備的樣品中的熒光增白劑，用含有四丁基溴化銨的流動相在C18柱上分離，用熒光檢測器檢測。檢測限為0.12～0.24 mg/kg，在8.0～100 ng/mL范圍內，校準曲線呈線性相關，為0.999 4。樣品中平均回收率和相對標準偏差分別為81%～106%和2%～9%。湯娟等[7]建立同時測定紡織品中18種熒光增白劑的超高效液相色譜-熒光檢測（UPLC-FLR）法。試樣由三氯甲烷-乙醇體積比為6:4超聲提取，流動相為5 mmol/L乙酸銨水溶液和甲醇，同時采用外標法定量。18種FWAs在各自范圍內呈良好的線性關系，相關系數均大于0.999 2；方法的定量限為0.002～0.1 mg/L。樣品的平均加標回收率為88.3%～104.5%，相對標準偏差為2.0%～5.5%（n=6）。吳鐘玲等[8]比較DMF、DMA、甲醇、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氫呋喃作提取劑時對熒光增白劑的提取效果，結果表明，三氯甲烷對于FWA 52，135，184，199，367，368，373和393具有較好溶解性；杜志峰等[9]比較苯、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯對于發泡塑料餐具中的熒光增白劑的提取效果，結果表明采用三氯甲烷提取有著較好的回收率。同時，焦艷娜等[10]考察DMF、甲醇、三氯甲烷、四氫呋喃對熒光增白劑184，199，367和378的提取效果，發現DMF和三氯甲烷提取效果最好，但DMF作提取劑時，峰形沒有三氯甲烷好。有報道稱提取二苯乙烯型熒光增白劑的適宜pH在7.5～9.0之間[11]。

4 熒光增白劑的檢測方法

最早檢測熒光增白劑的方法是薄層色譜法，后續發展出白度法、紫外光照射法、分光光度法、高效液相色譜法、液質法、共振光散射法和毛細管電泳法等。其中，白度法和紫外燈照射法不能用來定量，分光光度法、高效液相色譜法、高效液相色譜-質譜法都能定量，對于不同的方式，所要求的樣品提取方式也各不相同。

4.1 薄層色譜法

薄層色譜法是一種吸附薄層色譜分離法，它利用各成分對同一吸附劑吸附能力不同，使在流動相（溶劑）流過固定相（吸附劑）的過程中，連續地產生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附，從而達到各成分的互相分離的目的。對于熒光增白劑的檢測而言，使用TBA有機溶劑為提取劑，基于各種熒光增白劑在吸附劑與溶劑之間吸附與解析的性質差異而得以將各種熒光增白劑相互分離。用這種方法檢測熒光增白劑方便，并能有效將各組分區分開。二十世紀七八十年代，利用薄層色譜法檢測熒光蛋白劑相當普遍。

4.2 白度法

白度是用來度量物質表面白色程度的標準，以白色含有量的百分率表示。白度對于熒光增白劑而言是一項反映增白效果、質量優劣的重要指標。采用白度計檢測熒光物質是否存在的方法稱為白度法，該法只能用來定性。

4.3 紫外光照射法

紫外光可被熒光增白劑強烈吸收，被檢物中的熒光增白劑吸收紫外光后發射出紫色或藍色的可見光線，通過目測被檢樣品上熒光發射的面積或者亮度，可定性檢測熒光增白劑的含量，通過不同樣品前處理方法和制備標準熒光增白劑為參考，也可對熒光增白劑進行定性和半定量測定。中國兩個食品包裝用原紙衛生標準分析方法均為此法，可作為一種簡單的快速判斷方法，但是采用紫外燈照射、肉眼目測，人為因素很大，而且紫外線對眼睛有刺激，不能準確檢測出具體的熒光增白劑的品種和含量。

4.4 分光光度法

分光光度法包括紫外分光光度法和熒光分光光度法。

4.4.1 紫外分光光度法

將樣品和已知熒光濃度的標準品置于同一條件下配制成適宜濃度的溶液，利用紫外分光光度計測量二者在350 nm下的紫外吸光度，通過樣品與標準品吸光度的比值得到相應試樣中熒光增白劑含量；同時也可用標準品配制一系列濃度梯度的熒光增白劑標準溶液，繪制標準曲線，之后測量樣品中的紫外吸光度，得到樣品中熒光增白劑含量。紫外分光光度法只能測定熒光增白劑總量，并且在測量過程中可能會將其他在350 nm下有較大吸光度的熒光物質計入所測熒光增白劑中，導致測試結果偏大，同時，操作過程中所涉及的試劑毒性較大，對人體的影響比較大。

4.4.2 熒光分光光度法

熒光分光光度法采用的檢測儀器是熒光分光光度計。不同物質由于分子結構的不同，其激發態能級的分布具有各自不同特征，這種特征反映在熒光上表現為各種物質都有其特征熒光激發和發射光譜，因此可用熒光激發和發射光譜的不同來定性地進行物質的鑒定。但不同種類的熒光增白劑的激發波長都在350 nm左右，發射波長都在430 nm附近，對于不同熒光增白劑而言，激發波長和發射波長非常接近，熒光分光光度計不能用來定性識別熒光增白劑的種類，該方法同紫外分光光度法一樣，只能測定熒光物質總量。

同時，在測定紙中熒光增白劑成分時，由于紙中常含有苯并芘、多氯聯苯等具有強熒光性的物質，在使用分光光度法檢測該類物質時，容易將這些所含的強熒光物質誤檢為熒光增白劑，使得檢測結果偏大，另外分光光度法受到試劑的影響非常大。

4.5 高效液相色譜法

液相色譜法是一種很好的分離方式，可較好地將熒光增白劑的不同物質分離開，從而可用于檢測熒光增白劑的各類單體，是分析熒光增白劑的較好方法。測定熒光增白劑的檢測器可以是熒光檢測器或者紫外檢測器，據文獻報道，熒光檢測器的靈敏度比紫外檢測器的靈敏度高20倍。同時，根據色譜柱的不同，測量熒光增白劑的液相色譜法包括反相液相色譜法和反相離子對液相色譜法。

反相液相色譜法是一種以表面非極性載體為固定相，以強于固定相極性的溶劑作為流動相的一種液相色譜分離模式。在熒光增白劑的檢測過程中，由于磺酸根基團的極性很強，造成化合物與C18反相色譜柱的鍵和效果較弱，分離多組分的熒光增白劑時有一定困難，只能出分析少數幾種。

反相離子對色譜法是一種將離子對試劑加入到含水流動相中，被分析組分離子在流動相中與離子對試劑的反離子或對離子生成中性離子對，增加溶質與非極性固定相間的疏水性締合作用，從而起到改善分離效果的方法。利用反相離子對色譜，熒光增白劑與離子對試劑結合成疏水性離子對，與C18柱的結合能力増強，從而達到良好的分離效果，取得較好的檢測結果。

4.6 高效液相色譜串聯質譜法

對于像熒光增白劑這種復雜混合物的定量定性分析，可采用液相色譜與質譜串聯（液質聯用法），該法將色譜的分離能力和質譜的定性能力結合，簡化樣品前處理，并且豐富分析化合物的種類，樣品分析更加簡便可靠。液質聯用分辨率高、靈敏度高、掃描速度快，但液質聯用存在一些問題，如離子對試劑的應用容易污染儀器、電離規律不易把握、母離子尋找困難、進樣后交叉污染等，因此還需要進一步研究。

4.7 共振光散射法

共振光散射光譜法檢測樣品中熒光增白劑是基于熒光共振實現的。

4.8 毛細管電泳法

由于熒光增白劑具有很強的離子性，并且帶有連續的共軛體系，從理論上來說該類化合物應該適合于毛細管電泳法。但由于毛細管電泳法不易普及，所以目前該類方法尚未得到有效開發。

5 結語與展望

熒光增白劑的種類很多，從染料索引中搜索到的熒光增白劑將近400種，產品牌號差不多2 500個。其中，熒光增白劑的毒理學及其潛在的安全性問題的結論還沒有完全統一，但出于對保護人體健康安全考慮，中國與主要發達國家已明確建立相關法律條規，要求限制塑料食品接觸材料使用熒光增白劑。GB 9685—2016《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品用添加劑使用標準》[12]將有限量要求的添加劑從958種擴大到1 294種，但國家標準并無配套的檢測方法。因此，熒光增白劑的快速高效檢測方法應盡快建立，并且形成國家標準，為進一步加強食品安全監管提供新思路。