超高效液相色譜法測定食品接觸材料中間苯二甲酸和對苯二甲酸特定遷移量

釗,周 叢,萬 富?,譚宇詩,王 莉

(1.湖南省產商品質量監督檢驗研究院,長沙 410007;2.湖南農業大學資源環境學院,長沙 410128)

間苯二甲酸又稱異酞酸、1,3-苯二甲酸,是一種白色結晶粉末或針狀結晶,它易溶于醇和冰乙酸,微溶于沸水,但不溶于冷水。作為一種非常重要的化工中間體原料,間苯二甲酸在醇酸樹脂涂料、聚酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、特種纖維、熱熔黏合劑、印刷油墨、聚酯纖維染色改性以及樹脂增塑等方面具有廣泛的用途[1-2]。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》中允許間苯二甲酸作為添加劑用于制作食品接觸用塑料制品(聚酯、聚酰胺)、涂層涂料、黏合劑、紙和紙板等,但要求其特定遷移總量小于5.0 mg·kg－1。

對苯二甲酸又稱p-苯二甲酸,是產量最大的二元羧酸,它在常溫下為固體,難溶于水,主要用于制造合成聚酯樹脂、合成纖維和增塑劑等,廣泛用于化學纖維、輕工、電子、建筑等領域[3-5]。GB 9685－2016中允許對苯二甲酸作為添加劑用于制作食品接觸用塑料制品[聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)]、黏合劑、紙和紙板等,但要求其特定遷移總量小于7.5 mg·kg－1。GB 4806.6－2016《食品接觸用塑料樹脂》中明確規定需要測定聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯樹脂中間苯二甲酸和對苯二甲酸的特定遷移量。因此,建立食品接觸材料及制品中對苯二甲酸和間苯二甲酸的特定遷移量的測定方法具有現實意義。

目前,對苯二甲酸和間苯二甲酸的主要測定方法有返滴定法[6]、分光光度法[7]、高效液相色譜法[8-9]、離子色譜法[10]、液相色譜-串聯質譜聯用法[11-12]、氣相色譜法[13]。其中,在采用高效液相色譜法測定對苯二甲酸和間苯二甲酸含量時,不需要進行液液萃取分離,前處理操作比較簡單;同時兩種目標化合物均含有不飽和雙鍵,在紫外光區有吸收,可以直接采用常規的二極管陣列檢測器測定[14]。由于GB 31604.21－2016《食品接觸材料及制品對苯二甲酸遷移量的測定》和GB 4806.6－2016中均沒有間苯二甲酸的測定方法。因此,本工作建立了超高效液相色譜法(UHPLC)測定PET 材料中對苯二甲酸和間苯二甲酸的特定遷移量,以期為食品接觸材料中對苯二甲酸和間苯二甲酸遷移量的監控提供技術參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

LC-30AD 型超高效液相色譜儀,配SPD-M20A光電二極管陣列檢測器;MS-105DV 型電子天平;Talboys型渦旋振蕩器;SHB-ⅢS型循環水式多用真空泵;雷磁p HS-3E 型pH 計;ZJ-20型超純水制備儀;C18固相萃取柱,柱容量為200 mg/3 mL;WondaPipet型可調式移液槍,規格為0.5～10μL,10～100μL,100～1 000μL;0.45μm 有機針筒過濾器。

7.5mmo L·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0):稱取1.426 g磷酸二氫鉀于燒杯中,加水950 mL,用10%磷酸溶液將其pH 調至3.0,定容至1.0 L,真空抽濾。

對苯二甲酸、間苯二甲酸混合標準儲備溶液:500 mg·L－1,稱取對苯二甲酸和間苯二甲酸標準品各50.0 mg,加入90 mL 甲醇,在50 ℃下加熱1 h,使其充分溶解,冷卻后,轉移至100 mL 容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,于4 ℃冷藏保存,有效期為6個月。

鄰苯二甲酸內標儲備溶液:1 000 mg·L－1,稱取0.1 g(精確至0.1 mg)鄰苯二甲酸標準品,用10 mL異丙醇溶解,然后將溶液轉移至100 mL 容量瓶中,用異丙醇稀釋至刻度,于4 ℃冷藏保存,有效期為6個月。

醇類食品模擬液為10%,20%,50%(均為體積分數,下同)乙醇溶液,酸性食品模擬液為4%(體積分數,下同)乙酸溶液。

酸性、醇類食品模擬液匹配混合標準溶液系列:分別移取0,10,20,100,200,300μL對苯二甲酸、間苯二甲酸混合標準儲備溶液于6個10 mL 容量瓶中,分別加入75μL鄰苯二甲酸內標儲備溶液,用酸性食品模擬液稀釋至刻度,配制成對苯二甲酸和間苯二甲酸的質量濃度分別為0,0.5,1.0,5.0,10.0,15.0 mg·L－1,內標質量濃度均為7.5 mg·L－1的混合標準溶液系列。以同樣的方法制備另外3種醇類食品模擬液匹配混合標準溶液系列。

橄欖油食品模擬液匹配混合標準溶液:分別稱取橄欖油5.0 g于6個10 mL 比色管中,分別加入0,5,10,50,100,150μL對苯二甲酸、間苯二甲酸混合標準儲備溶液,混合均勻后,加入5.0 mL 異辛烷,混勻。再加入1.0 g·L－1碳酸氫鈉溶液2.0 mL,振蕩1 min,靜置15 min,使其分層。用塑料滴管收集下層水相,以上萃取步驟重復一次。合并兩次萃取所得的水相,過固相萃取小柱,將流出液收集于5.0 mL 容量瓶中,加入50%(體積分數)乙酸溶液1.0 mL,用水稀釋至刻度,配制成對苯二甲酸和間苯二甲酸的質量濃度分別為0,0.5,1.0,5.0,10.0,15.0 mg·L－1,內標質量濃度均為7.5 mg·L－1的混合標準溶液系列。使用時,分取1.0～2.0 mL,用0.22μm 濾膜過濾。

鄰苯二甲酸標準品的純度為99.6%;對苯二甲酸標準品的純度為99.8%;間苯二甲酸標準品的純度為99.2%;乙醇、甲醇、異辛烷均為色譜純;磷酸二氫鉀為分析純;冰乙酸、磷酸均為優級純;橄欖油為化學純。

1.2 儀器工作條件

ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm),柱溫35 ℃;流量0.5 mL·min－1;檢測波長230 nm;進樣體積10μL;流動相為體積比為60∶40的7.5 mmo L·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0)和甲醇的混合溶液;等度洗脫。

1.3 試驗方法

按照GB 5009.156－2016《食品接觸材料及制品遷移試驗預處理方法通則》、GB/T 23296.1－2009《塑料中物質向食品及食品模擬物特定遷移試驗和含量測定方法以及食品模擬物暴露條件選擇的指南》,以4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液、50%乙醇溶液和橄欖油作為測定特定遷移量的食品模擬液進行遷移試驗,遷移溫度為70 ℃,遷移時間為2 h。遷移試驗完成后,取1.0～2.0 mL 溶液,用0.22μm 濾膜過濾后,按照儀器工作條件測定。

2 結果與討論

2.1 檢測波長的選擇

在190～800 nm 內對對苯二甲酸、間苯二甲酸和鄰苯二甲酸進行光譜掃描。結果發現,對苯二甲酸、間苯二甲酸和鄰苯二甲酸的最大吸收波長分別在240,230,230 nm 處。結合文獻[8],試驗選用的檢測波長為230 nm。

2.2 色譜柱的選擇

試驗比較了Diamonsil C18(250 mm×4.6 mm,5μm)、Inertsil C30(250 mm×4.6 mm,3μm)、ShimSen-VD C30(250 mm×4.6 mm,5μm)等3種色譜柱對鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸的分離效果。結果發現:采用Diamonsil C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)得到的目標化合物的拖尾現象比較嚴重,這與文獻[8]報道的結果一致;采用Inertsil C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,5μm)和ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm)時,3種物質都達到基線分離,但前者得到的目標化合物的色譜峰峰形不如后者的,試驗選擇ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm)進行后續分析。

2.3 流動相體積比的選擇

通常采用緩沖溶液-甲醇體系作為流動相分離苯二甲酸的同分異構體[8-9,11],試驗選擇甲醇和7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液的混合溶液(pH 3.0)作為流動相。

為使目標化合物達到基線分離,試驗考察了7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0,記作流動相A)和甲醇(記作流動相B)的體積比分別為70∶30、60∶40、50∶50、40∶60時對3種苯二甲酸同分異構體分離效果的影響,所得的色譜分離結果見圖1。

圖1 不同流動相體積比下的色譜圖Fig.1 Chromatograms at the different volume ratios of the mobile phases A and B

由圖1可知:甲醇的體積分數越大,3種苯二甲酸同分異構體的保留時間越短;當甲醇的體積分數高于50%時,這3種化合物的分離度開始變差;當甲醇的質量分數達到60%時,三者不能實現基線分離;當甲醇體積分數為40%時,目標化合物的峰形及保留時間均明顯好于其他體積分數下的,因此,試驗選擇體積比為60∶40的7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液(pH 3.0)和甲醇的混合溶液進行等度洗脫。

2.4 流動相流量的選擇

試驗還考察了流動相的流量分別為0.2,0.3,0.4,0.5 mL·min－1時對3種苯二甲酸同分異構體分離效果的影響,結果見圖2。

由圖2可知:隨著流動相流量的增加,目標化合物保留時間逐漸縮短,峰形也變得更加尖銳,但3種目標化合物均可實現基線分離。考慮到流動相流量高于0.5 mL·min－1時柱壓偏大,故試驗選擇流動相流量為0.5 mL·min－1。

圖2 不同流量下的色譜圖Fig.2 Chromatograms at the different flow rates

2.5 流動相酸度的選擇

由于目標化合物均為弱酸性有機物,流動相酸度對其色譜分離度和保留時間均有較大影響,因此,試驗考察了7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液的pH 分別為2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0 時對3種苯二甲酸同分異構體分離效果的影響,結果見圖3。

由圖3可知:隨著pH 增大,3種苯二甲酸同分異構體的保留時間逐漸縮短,其中間苯二甲酸的縮短幅度最大;當pH 大于3.5時,這3種化合物的出峰順序發生了變化,三者之間分離度變差。考慮到ShimSen-VD C30色譜柱(250 mm×4.6 mm,3μm)的酸度適用范圍(pH 2.0～8.0)和使用壽命,試驗選擇7.5 mmol·L－1磷酸二氫鉀-磷酸緩沖溶液的p H為3.0。

圖3 不同酸度下的色譜圖Fig.3 Chromatograms at different acidities

2.6 緩沖溶液中磷酸二氫鉀濃度的選擇

試驗考察了緩沖溶液中磷酸二氫鉀濃度分別為1.0,2.5,5.0,7.5,10.0 mmo L·L－1時對鄰苯二甲酸、對苯二甲酸和間苯二甲酸分離效果的影響,結果見圖4。

由圖4可知:隨著磷酸二氫鉀濃度的增加,3種苯二甲酸同分異構體的保留時間逐漸縮短,其中鄰苯二甲酸縮短幅度最大;但磷酸二氫鉀濃度越低,鄰苯二甲酸的色譜峰拖尾現象越明顯;當磷酸二氫鉀的濃度不低于7.5 mmo L·L－1時,這3種化合物的峰形、分離度和保留時間均較為理想。考慮到過高的鹽濃度會增加色譜儀管路堵塞的風險和降低色譜柱使用壽命,試驗選擇緩沖溶液中磷酸二氫鉀的濃度為7.5 mmo L·L－1。

圖4 不同磷酸二氫鉀濃度下的色譜圖Fig.4 Chromatograms at different concentrations of KH2PO4

2.7 標準曲線、檢出限與測定下限

按照儀器工作條件對酸性、醇類和橄欖油食品模擬液匹配混合標準溶液系列進行測定,以間苯二甲酸、對苯二甲酸與鄰苯二甲酸的質量濃度之比為橫坐標,其對應的響應值之比為縱坐標繪制標準曲線,這2種化合物的標準曲線的線性范圍均為0.5～15.0 mg·L－1,其他線性參數見表1。

以3倍、10倍信噪比(S/N)計算方法的檢出限(3S/N)和測定下限(10S/N),結果見表1。

由表1可知:2種目標化合物檢出限和測定下限分別為0.03～0.07 mg·L－1與0.10～0.23 mg·L－1。

表1 線性參數、檢出限與測定下限Tab.1 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.8 精密度和回收試驗

按照試驗方法對PET 樣品進行3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定6次,回收率及相對標準偏差(RSD)結果見表2。

由表2可知:對苯二甲酸的回收率為92.4%～106%,RSD 為0.19%～4.6%;間苯二甲酸的回收率為92.4%～105%,RSD 為0.17%～5.0%。說明該方法具有良好的準確度和精密度,可用于食品接觸材料中間苯二甲酸、對苯二甲酸的日常分析測定。

表2 精密度和回收試驗結果(n＝6)Tab.2 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

2.9 樣品分析

按照試驗方法分析了5個PET 材質樣品,均未檢出對苯二甲酸和間苯二甲酸遷移。

本工作建立了超高效液相色譜法測定5種食品模擬液中對苯二甲酸與間苯二甲酸的特定遷移量的方法。該方法精密度和準確度均較好,具有一定的實際應用價值,可為我國相關部門的監管工作提供技術支持和方法依據。