高效液相色譜-紫外法快速測定塑料類食品接觸材料及制品中7種對苯二甲酸酯或苯甲酸酯的特定遷移量

肖曉峰, 王建玲, 劉艇飛, 何 軍, 陳 彤, 王 吉

(臺州海關綜合技術服務中心, 浙江 臺州 318000)

增塑劑,又稱塑化劑,由于能增加塑料的可塑性和柔韌性,被廣泛添加到塑料和塑料制品中。增塑劑種類很多,從分子結構上可分為鄰苯二甲酸酯類、肪族二元酸酯類、多元醇芳香酸酯類、對苯二甲酸酯類、苯甲酸酯類、環氧酯類等,其中,使用得最普遍的是鄰苯二甲酸酯類[1-3]。由于鄰苯二甲酸酯類增塑劑具有內分泌干擾作用以及潛在的致畸、致癌和致突變風險[3-9],其他非鄰苯類增塑劑的使用量和使用比例呈逐年上升的趨勢[1,3],隨之而來的塑料制品非鄰苯類增塑劑相關的安全問題也逐年顯現。

與鄰苯二甲酸酯類增塑劑相比,雖然苯二甲酸酯和苯甲酸酯(terephthalate & benzoates, TPBA)類非鄰苯二甲酸酯類化合物毒副作用相對較低,但是添加到塑料類食品接觸包裝材料及制品中的TPBA類化合物發生過量遷移,仍會危害人身健康。歐盟[10]規定,將對苯二甲酸二辛酯(dioctylterephthalate, DOTP)、對苯二甲酸二甲酯(dimethyl-p-phthalate, DMPP)、新戊二醇二苯甲酸酯(neopentylglycol dibenzoate, NGDB)、苯甲酸丁酯(butyl benzoate, BB)、苯甲酸丙酯(propyl benzoate, PB)、苯甲酸乙酯(ethyl benzoate, EB)和苯甲酸甲酯(methyl benzoate, MB)的特定遷移量(SM)或特定遷移總量限定至≤60 mg/kg。我國[11]也將食品接觸材料及制品中DOTP的特定遷移總量限定至≤60 mg/kg。

目前,國內外有關DOTP、DMPP、NGDB、BB、PB、EB和MB 7種TPBAs化合物的研究主要集中在生產制備[12-17]和醫用聚氯乙烯輸液裝置[18]相關領域。郭敏等[18]采用液相色譜-質譜聯用法測定了醫用聚氯乙烯輸液裝置的乙醇-水(3∶7,密度0.937 0 g/mL,下同)提取液中DOTP的溶出量,但所使用的提取液與歐盟EU No 10/2011法規或GB 5009.156所規定的食品模擬物種類(10%(v/v)乙醇、3%(m/v,即3 g/100 mL，下同)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇和植物油)不一致。有關DOTP、DMPP、NGDB、BB、PB、EB和MB遷移量的檢測,無相應的檢測標準或文獻報道。

鑒于塑料類食品接觸包裝材料及制品中TPBA類化合物遷移量超標時常被歐盟食品和飼料快速預警系統(RASFF)通報,以及TPBA類化合物在食品接觸包裝材料及制品中的特定遷移量被中國標準[11]或歐盟法規[10]所限定,卻無相應的檢測標準或文獻報道的現狀,本研究旨在建立一種用于國標和歐盟法規的7種TPBAs特定遷移量同時測定的方法。本方法不僅能提高檢測的效率、節約成本、有助于消除國外技術壁壘,也可為食品接觸包裝材料及制品中TPBAs特定遷移量相關的質量控制以及監管提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 儀器、材料與試劑

1290 Infinity高效液相色譜儀配備G4212A 1290 DAD檢測器和G1316C 1290 TCC柱溫箱,ZORBAX SB-Phenyl色譜柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm)、QuEChERS dSPE EMR-Lipid (QDEL)試劑盒和Captiva EMR-Lipid (CEL)試劑盒(美國Agilent公司); Xbridge C18色譜柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm,美國Waters公司); Synergi Polar-RP色譜柱(250 mm×4.6 mm, 4 μm,美國Phenomenex公司); Elga Purelab flex純水儀(英國Elga公司); AL204-IC萬分之一電子天平(瑞士Mettler Toledo公司); BAS 32025-CW百分之一電子天平(德國Sartorius公司); MMV-1000W振蕩器(日本Tokyo Rikakikai公司); 0.22 μm玻璃纖維針式過濾器(江蘇綠盟科學儀器有限公司); 0.22 μm尼龍和聚四氟乙烯針式過濾器(天津富集科技有限公司)。

MB(純度99.0%)、EB(純度99.0%)、PB(純度99.0%)、DMPP(純度99.0%)、鄰苯二甲酸二甲酯(純度99.5%)、DOTP(純度99.0%)、鄰苯二甲酸二辛酯(純度99.0%)標準品均購于北京百靈威科技有限公司;BB(純度99.0%)、NGDB(純度98.0%)標準品均購于梯希愛(上海)化成工業發展有限公司;橄欖油(化學純)購于國藥集團化學試劑有限公司;甲醇、異丙醇、正己烷和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)均為色譜純(Merck公司);其他試劑均為國產分析純。

1.2 溶液配制

混合標準儲備液的配制:分別準確稱取100 mg DOTP、DMPP、NGDB、BB、PB、EB和MB標準品,用異丙醇溶解并定容至100 mL,混勻,得1 g/L的7種TPBAs混合標準儲備液A。分別準確稱取200 mg DOTP、DMPP、NGDB、BB、PB、EB和MB標準品,用正己烷溶解并定容至100 mL,混勻,得2 g/L的7種TPBAs混合標準儲備液B。

混合標準中間儲備液的配制:分別準確移取0.1、0.5、1、2、4、6和8 mL混合標準儲備液A至7個10 mL容量瓶中,用異丙醇定容,混勻,得到一組質量濃度為10、50、100、200、400、600和800 mg/L的7種TPBAs混合標準中間儲備液C。分別準確移取2 mL混合標準中間儲備液C至7個10 mL容量瓶中,用異丙醇定容,混勻,得到一組質量濃度為2、10、20、40、80、120和160 mg/L的7種TPBAs混合標準中間儲備液D。分別準確移取0.4、1、2、4、6和8 mL混合標準儲備液B至7個10 mL容量瓶中,用正己烷定容,得到一組質量濃度為80、200、400、800、1 200和1 600 mg/L的7種TPBAs混合標準中間儲備液E。

橄欖油混合標準工作溶液的配制:分別稱取10 g橄欖油至6個50 mL玻璃離心管中,每管添加1 mL混合標準儲備液E和5 mL DMF,置于分液漏斗振蕩器上,以300 r/min的速度振蕩5 min,再以2 000 r/min的速度離心5 min,用1 mL注射器吸取下層DMF提取液,過尼龍針式濾膜至2 mL色譜進樣品中,得到一組7種化合物質量濃度均為8、20、40、80、120和160 μg/g的混合標準工作溶液F。

其他混合標準工作溶液的配制:精密吸取混合標準儲備液D,按照體積比為1∶1的比例,分別用食品模擬物(10%(v/v)乙醇、3%(m/v)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇和95%(v/v)乙醇)稀釋至質量濃度分別為1、5、10、20、40、60和80 mg/L的食品模擬物混合標準工作溶液組G。

1.3 遷移試驗

根據產品的預期用途,和擬符合的法規標準[10,19]要求,分別選用10%(v/v)乙醇、3%(m/v)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇、95%(v/v)乙醇和橄欖油食品模擬物進行遷移試驗,遷移時間和遷移溫度采用嚴苛的條件。對于可能較短時間高溫使用的聚丙烯碗、聚丙烯杯、聚丙烯湯勺、密胺碗等采用于100 ℃浸泡2 h的條件;對于可能較短時間中等溫使用的塑料吸管(地攤上購得,材質未知)、聚苯乙烯杯和碗、丙烯腈-苯乙烯口杯等采用于70 ℃浸泡2 h的條件;對于可能較短時間室溫使用的聚對苯二甲酸乙二醇酯碗和杯子等采用于40 ℃浸泡2 h的條件;對于可能長時間室溫使用的聚對苯二甲酸乙二醇酯瓶、聚碳酸酯瓶、聚苯乙烯瓶等采用于40 ℃浸泡10 d的條件。遷移試驗完成后,浸泡液冷卻至室溫,充分混勻后備用。

1.4 樣品前處理

橄欖油食品模擬物浸泡液樣品前處理:稱取10 g橄欖油樣品至50 mL尖底玻璃離心管中,每管準確添加1 mL正己烷和5 mL DMF,置于分液漏斗振蕩器上,以300 r/min的速度振蕩5 min,以2 000 r/min的速度離心5 min,用1 mL注射器吸取下層DMF提取液,過尼龍針式濾膜至2 mL色譜進樣品中,待測。

其他食品模擬物浸泡液樣品前處理:精密吸取浸泡液1 mL,用異丙醇按照體積比為1∶1的比例稀釋混勻,用1 mL注射器吸取稀釋混勻后的樣品,過尼龍針式濾膜至2 mL色譜進樣品中,待測。

1.5 色譜條件

色譜柱為ZORBAX SB-Phenyl色譜柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm),柱溫箱溫度為40 ℃,進樣量為10 μL。流動相A為純水,流動相B為甲醇。梯度洗脫條件:0～15.0 min, 50%B～100%B; 15.0～24.0 min, 100%B; 24.0～24.1 min, 100%B～50%B; 24.1～29.0 min, 50%B。流動相總流速為1 mL/min。檢測波長為237 nm,檢測波長帶寬為4 nm,參比波長為360 nm,參比波長帶寬為100 nm。

圖1 不同類型色譜柱對7種TPBAs的色譜圖

2 結果與討論

2.1 色譜條件的優化

良好的色譜分離有助于準確定量檢測目標化合物和降低目標化合物的定量限。除色譜柱不同外,其他采用1.5節色譜分離條件,比較了ZORBAX SB-Phenyl柱、Xbridge C18柱和Synergi Polar-RP色譜柱3種不同的色譜柱對7種TPBAs的色譜分離效果(見圖1)。使用Polar-RP柱時,EB和DMPP有部分重疊(見圖1a);使用C18柱時,MB和EB的色譜峰形不尖銳,特別是EB的色譜峰還有明顯的伸舌現象(見圖1b);當使用苯基柱時,7種TPBAs在17 min內能達到基線分離,且峰形對稱(見圖1c)。此外,對不同的進樣量和色譜柱溫度也進行了考察。當進樣量從10 μL逐漸增加到20 μL時,MB或EB的色譜峰逐漸變成圓頂的趨勢明顯,故采用了10 μL的進樣量。與室溫相比,采用40 ℃的柱溫箱溫度能大幅降低色譜壓力。在優化好的色譜分離條件(見1.5節)下,7種類食品模擬物中7種TPBAs的典型色譜分離重疊圖如圖2所示,7種TPBAs在7種食品模擬物中均能達到基線分離。

2.2 鄰苯二甲酸酯類化合物干擾考察

考察了廣泛使用的鄰苯二甲酸酯類化合物,特別是鄰苯二甲酸二甲酯和鄰苯二甲酸二辛酯是否會干擾包括DMPP和DOTP在內的7種TPBAs的色譜分離情況。在1.5節色譜條件下,10%(v/v)乙醇食品模擬物中鄰苯二甲酸二甲酯和鄰苯二甲酸二辛酯與7種TPBAs的色譜分離結果如圖3所示,鄰苯二甲酸二甲酯和鄰苯二甲酸二辛酯與7種TPBAs均能達到基線分離,即鄰苯二甲酸二甲酯和鄰苯二甲酸二辛酯不會對7種TPBAs類化合物的色譜分離造成干擾。其他6種食品模擬物中鄰苯二甲酸二甲酯和鄰苯二甲酸二辛酯與7種TPBAs的色譜分離效果也相似。

圖2 7種食品模擬物中60 mg/kg的7種TPBAs的色譜圖

圖3 苯基柱對鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二辛酯以及7種TPBAs的色譜圖

2.3 樣品前處理條件的優化

2.3.1針頭式濾膜的考察

分別用DMF、3%(m/v)乙酸和20%(v/v)乙醇配制40 mg/L的7種TPBAs混合標準溶液組H,分別過聚四氟乙烯、尼龍和玻璃纖維材質的針式濾膜,比較過濾前后7種TPBAs的色譜峰面積,計算過濾回收率,每種濾膜重復6次試驗。結果表明,聚四氟乙烯、尼龍和玻璃纖維材質針式濾膜的回收率范圍分別為99.3%～100.4%、99.6%～100.5%和99.0%～100.3%,相對標準偏差范圍分別為0.015%～0.232%、0.027%～0.206%和0.033%～0.385%。雖然不同化合物在過不同材質的針頭式濾膜時往往存在回收率差異較大[20-22]的情況,但在本次研究中,聚四氟乙烯和尼龍濾膜效果稍好于玻璃纖維濾膜,而聚四氟乙烯和尼龍濾膜之間差異不大,故后續試驗均采用價格稍便宜的尼龍濾膜過濾。

圖4 不同提取凈化方式對7種TPBAs的提取凈化效果圖

2.3.2橄欖油食品模擬物的提取凈化

考察了水、甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈、DMF不同溶劑對橄欖油中7種TPBAs的提取效果,結果見圖4。當使用純水進行提取時,除少量MB和DMPP外,其他5種TPBAs均未見提取至水層中;甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈和DMF均能有效地將橄欖油中7種TPBAs提取出來,但是甲醇和乙腈對DOTP的提取效果,明顯比乙醇、異丙醇和DMF要差很多;乙醇、異丙醇(圖4d)和DMF對7種TPBAs提取效果均較好,但DMF與乙醇或異丙醇相比,僅提取出了較少的油脂中的雜質成分,DMF提取液在21 min之后基本上無雜質峰出現,而乙醇或異丙醇提取液,特別是異丙醇提取液在21 min之后仍然有較多的鼓包狀雜質峰,容易對色譜柱造成污染,干擾下一針的色譜分離分析。故DMF對7種TPBAs整體提取效果最佳,并且干擾較少,這可能是因為DMF與甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈4種有機溶劑相比,具有最低的油水分配系數,在橄欖油中只有較少的雜質被提取到DMF中,同時DMF對多種苯甲酸酯類化合物有極好的溶解性[23]。

雖然DMF對橄欖油中7種TPBAs的提取液直接進樣后干擾較少,但在20 min附近也有一個較大的雜質峰,因此考察了與乙腈提取液兼容性較好的QDEL試劑盒以及與乙腈或DMF等有機溶劑提取液兼容性較好的CEL試劑盒對提取液中油脂類雜質的去除效果。依照兩種試劑盒明書推薦的操作流程進行操作,結果表明,QDEL凈化乙腈提取液后進樣,包括DOTP在內的組分均被去除了(見圖4g), CEL凈化乙腈或DMF提取液后進樣也有類似的現象(見圖4h和圖4i),但是如不涉及檢測DOTP,僅檢測其他6種TPBAs橄欖油食品模擬物中的遷移量,CEL凈化法凈化其他6種TPBAs的乙腈或DMF提取液能獲得比較理想的效果(見圖4h和圖4i)。由于本研究涉及包括DOTP在內的7種TPBAs橄欖油食品模擬物中遷移量的檢測,故采用了橄欖油樣品的DMF提取液體直接上樣的方式,具有整體較好的提取凈化效果。

圖5 不同提取時間對橄欖油食品模擬物中7種TPBAs色譜峰面積的影響

2.3.3橄欖油食品模擬物的振蕩提取時間

如圖5所示,按1.4節中前處理方法進行處理,考察了DMF分別提取1、2.5、5、10、20、40和50 min時,相同濃度的橄欖油食品模擬物浸泡液加標樣品的提取效果。由圖5可知,當提取時間由1 min上升至2.5 min時,7種TPBAs的色譜峰面積增加較明顯,但2.5 min之后,7種TPBAs的色譜峰面積變化不明顯。故選擇振蕩提取時間為5 min。

2.4 方法線性和定量限

將1.2節質量濃度分別為8、20、40、80、120和160 μg/g的橄欖油食品模擬物混合標準工作溶液,以及質量濃度分別為1、5、10、20、40、60和80 mg/L的其他6種食品模擬物(10%(v/v)乙醇、3%(m/v)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇或95% (v/v)乙醇)混合標準工作溶液,按照質量濃度從低到高的順序依次測定,以質量濃度(X, mg/L或mg/kg)為橫坐標、峰面積(Y)為縱坐標做標準曲線,結果見表1。在1～80 μg/L或8～160 mg/kg范圍內,7種TPBAs在7種食品模擬物中的校準曲線線性關系較好(r≥0.999 8),符合定量檢測的要求;以信噪比法(S/N)=10作為定量限(LOQ),結合標準曲線最低點的信噪比,7種TPBAs在橄欖油食品模擬物和其他6種(10%(v/v)乙醇、3%(m/v)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇和95%(v/v)乙醇)食品模擬物中的LOQs分別為1.5～8.1 mg/kg和0.2～0.6 mg/kg,詳見表1。

表1 7種TPBAs的線性范圍、相關系數(r)、線性方程和定量限

表1 (續)

* mg/L; # mg/kg.Y: peak area;X: content, mg/L or mg/kg just for olive oil.

2.5 回收率試驗

按照1.3節遷移試驗方法,取浸泡聚丙烯杯的7種食品模擬物,分別添加7種TPBAs混合標準溶液至2或8、60、80或160 mg/kg,按照1.4節步驟進行前處理,進行回收率試驗。7種TPBAs在10%(v/v)乙醇、3%(m/v)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇、95%(v/v)乙醇和橄欖油7種食品模擬物中的加標回收率如表2所示,7種TPBAs在3個水平的加標回收率為91.7%～106%, 6次重復試驗的相對標準偏差為0.1%～3.1%。影響TPBAs加標回收率主要因素為待過濾樣品溶液的均勻性以及儀器分析的重復性。

表2 7種TPBAs在7種食品模擬物中的加標回收率和相對標準偏差(n=6)

* just for olive oil simulant.Rec: recovery.

2.6 實際樣品檢測

用建立的方法檢測了聚丙烯飯碗、塑料吸管、聚苯乙烯杯和碗、丙烯腈-苯乙烯口杯、密胺碗、聚對苯二甲酸乙二醇酯瓶和碗、聚碳酸酯瓶等比較具有代表性食品接觸材料制品中7種TPBAs的遷移量,共計65批次。結果表明,在聚對苯二甲酸乙二醇印花碗的10%(v/v)乙醇和50%(v/v)乙醇食品模擬物浸泡液中,MB的特定遷移量分別為0.40和4.3 mg/kg;在聚苯乙烯大紅杯的50%(v/v)乙醇食品模擬物浸泡液中,NGDB的特定遷移量為0.55 mg/kg;在聚苯乙烯碗的20%(v/v)乙醇食品模擬物浸泡液中,NGDB的特定遷移量為0.30 mg/kg;一款紅色塑料吸管(材質未知)的50%(v/v)乙醇食品模擬物浸泡液中,DOTP的特定遷移量為0.59 mg/kg。這65批次樣品中,僅有幾批次樣品中有TPBA類物質的陽性檢出,且其特定遷移量也均遠低于法規限量。

2.7 與文獻方法對比

將本方法中的一些關鍵性參數指標和已發表的具有可比性的論文[18]參數進行了比較(見表3),而對于非對苯二甲酸酯和非苯甲酸酯類化合物的檢測,由于研究對象不一致,可比性較差,在此未做一一比較。由表3可知,文獻中的目標化合物是DOTP;本方法研究的目標化合物除DOPT外,還包括了MB、EB、DMPP、PB、BB和NGDB,本方法研究目標化合物種類更多。文獻中研究的是聚氯乙烯(PVC)輸液系統中DOTP的溶出量,檢測的浸泡液是30%的乙醇模擬物;本方法研究的是食品接觸材料及制品遷移至食品模擬物中的7種TPBAs,檢測的浸泡液種類是10%(v/v)乙醇、3%(m/v)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇、95%(v/v)乙醇和橄欖油食品模擬物,嚴格意義上講,兩者也是不同領域的研究,兩者研究的模擬物種類不一致,且本方法中研究的模擬物種類更多,相對更復雜,但兩者也有一定的可比性。文獻中沒進行任何前處理,直接進樣;本方法采用過針式濾膜再進樣,可以有效地避免溶液中的細小顆粒物對HPLC系統的堵塞。本方法的相關系數r≥0.999 8,好于文獻方法的相關系數(r=0.996 8)。文獻方法的定量限相對更低,文獻加標回收率相對更好,這可能與文獻中的樣品基質相對更簡單有關。此外,本HPLC-UV方法與文獻HPLC/MS方法的精密度總體上差異不大。結果表明,本方法樣品前處理簡便合理、色譜分離和線性關系好、回收率和重復性也較好,適用于食品接觸材料及制品中7種TPBAs遷移量的檢測。

表3 本方法與文獻方法比較

PVC: polyvinyl chloride.

3 結論

本文建立了高效液相色譜-紫外(HPLC-UV)法快速測定從塑料類食品接觸材料及制品中遷移至10%(v/v)乙醇、3%(m/v)乙酸、4%(v/v)乙酸、20%(v/v)乙醇、50%(v/v)乙醇、95%(v/v)乙醇和橄欖油7種食品模擬物中DMPP、DOTP、MB、EB、PB、BB、NGDB的特定遷移量。方法具有色譜分離好、定量限滿足法規要求、方法簡便等優點。可廣泛應用于塑料類食品接觸材料制品中DMPP、DOTP、MB、EB、PB、BB、NGDB特定遷移量相關的產品監管和質量控制。該方法已應用于實際樣品的檢測。