頂空-氣相色譜質譜法檢測飲料和醬油中9種苯系物

余文琴 ，顏李秀，童蘭艷 ，阮燕

1.重慶市計量質量檢測研究院（重慶 401123）；2.國家農副加工產品及調味品質量監督檢驗中心（重慶 401123）

苯系物指苯及其衍生物的總稱。苯系物作為重要的化工原料，被廣泛應用于塑料、油漆、有機化工等行業。多數苯系物具有神經毒性和遺傳毒性，根據2017年世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單，苯在1類致癌物清單中，乙苯和苯乙烯在2B類致癌物清單中，甲苯、二甲苯在3類致癌物清單中[1]。飲料中苯系物殘留一直以來受到關注甚少，有研究表明食品中常用添加劑苯甲酸和抗壞血酸之間能脫羧反應生成致癌物苯[2]，此外包裝材料也被認為是苯系物的污染源之一[3-4]。中國生活飲用水衛生標準規定飲用水中苯、苯乙烯、氯苯、乙苯、二甲苯（總量）和甲苯的限量分別為0.01，0.02，0.3，0.3，0.5和0.7 mg/L，美國規定苯、乙苯、甲苯和二甲苯在水中的最大污染限量分別定為0.005，0.7，1和10 mg/L，歐盟將水中苯的限量值定為0.001 mg/L[5]。由于食品中苯系物會完全被人體吸收，為保障消費者身體健康，亟須建立食品中微量苯系物的檢測方法，為市場監管提供有效的技術支撐。

苯系物的檢測研究多集中在空氣監測、水質監測、化工材料方面，針對食品中的研究比較少見。苯系物常見的檢測方法為氣相色譜法和氣相色譜質譜聯用法，氣相色譜質譜聯用法具有干擾小、選擇性高的優點。前處理方法主要有頂空[6-8]、固相微萃取[9-12]、液液萃取[13-14]、吹掃捕集[15]等。作為最傳統的提取方式，液液萃取使用大量有機溶劑；吹掃捕集裝置昂貴，不利于普及使用；固相微萃取的萃取頭十分脆弱，使用壽命短；頂空裝置操作簡單、綠色環保，是一種環境友好的前處理方式。試驗采用頂空進樣結合氣質聯用法測定飲料和醬油中苯系物，具有檢出限低、綠色環保、操作簡單的特點，能滿足飲料和醬油中9種苯系物殘留檢測的需要。

1 試驗與方法

1.1 儀器與試劑

SHIMADZU QP2020氣相色譜-質譜聯用儀（配備有EI離子源和HS-20型自動頂空進樣器，日本島津公司）；SQP QUINTIX224-1CN型電子分析天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司）；QT-2A渦旋混勻器（上海琪特分析儀器有限公司）；ELGA超純水機（威立雅水務公司）；5E-MF6000智能馬弗爐（長沙開元儀器股份有點公司）；SD202-2DB電熱干燥箱（重慶四達試驗設備有限公司）；IKA KS4000i控溫搖床[艾卡（廣州）儀器設備有限公司]。

甲醇（色譜純，Fisher公司）；8種苯系物混標（苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、苯乙烯、異丙苯，質量濃度100 mg/L，溶于甲醇），氯苯（質量濃度1000 mg/L，溶于甲醇，上海安譜實驗科技股份有限公司）；氯化鈉、碳酸鈉（均為分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，經馬弗爐500 ℃灼燒4 h后置于干燥器備用）。

1.2 標準溶液配制

吸取1.00 mL 1000 mg/L氯苯標準溶液于10.0 mL容量瓶中，甲醇定容至刻度，得質量濃度為100.0 mg/L氯苯標準中間液，分別吸取1.00 mL 100.0 mg/L氯苯標準中間液和100.0 mg/L的苯系物混合標準溶液于10.0 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，得質量濃度為10.00 mg/L的混合標準工作液，吸取1.0 mL 10.00 mg/L的混合標準工作液，用甲醇定容至刻度，得質量濃度為1.0 mg/L的混合標準工作液，分別吸取10，50和100 μL 1.0 mg/L混合標準工作液及20，50和100 μL 10.00 mg/L的混合標準工作液，配制成苯系物質量濃度分別為1.0，5.0，10.0，20.0，50.0和100.0 μg/L的系列混合標準工作溶液，現用現配。

1.3 樣品前處理

取120 ℃烘干并冷卻的20 mL頂空瓶，加入3.0 g氯化鈉，若為含氣飲料類樣品，則同時加入適量碳酸鈉，以中和飲料中二氧化碳，用移液管準確吸取10.00 mL搖勻的試樣于裝有氯化鈉的頂空瓶中，迅速加蓋密封，渦旋1 min充分混勻，置于振蕩器振蕩30 min后待測。

1.4 色譜與質譜條件

1.4.1 頂空條件

恒溫爐溫度70 ℃；樣品流路溫度150 ℃；傳輸線溫度150 ℃；樣品瓶加壓用氣壓80 kPa；平衡時間30 min。

1.4.2 色譜條件

Agilent J &WDB-Heavywax聚乙二醇（PEG）毛細管色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm，0～290 ℃）；程序升溫，初始溫度40 ℃，保持6 min，以5 ℃/min升至110 ℃，保持0 min，以20 ℃/min升至200 ℃，保持2 min；載氣彩采用高純He；載氣流量1.0 mL/min；進樣方式采用分流進樣；分流比5∶1；進樣時間1.00 min。

1.4.3 質譜條件

電子轟擊（EI）離子源；離子源溫度230 ℃；接口溫度250 ℃；溶劑延遲2 min；選擇離子監測（SIM）模式。9種苯系物的保留時間、定量和定性離子見表1。

表1 各苯系物色譜及質譜分析參數

2 結果與討論

2.1 氯化鈉加入量

在水中加入氯化鈉可以提高溶液的離子強度，增加水相極性，降低有機物在水相的溶解度，使其更容易進入上層氣相，提高方法靈敏度。取10 mL空白樣品，添加質量濃度為20 μg/L苯系物，對比氯化鈉加入量分別為1.0，2.0，3.0和4.0 g時各組分峰面積與氯化鈉含量的關系。各組分峰面積隨著氯化鈉加入量增加而增加，氯化鈉加入量3.0 g后變化不明顯，因此選擇氯化鈉加入量3.0 g。

圖1 氯化鈉加入量對苯系物響應值的影響

2.2 頂空平衡溫度的優化

頂空平衡溫度直接影響待測物在氣液兩相中的分配系數，提高頂空平衡溫度可以增大苯系物在氣相中分配系數，提高檢測靈敏度。試驗固定平衡時間30 min、添加苯系物標準濃度20 μg/L，考察平衡溫度分別為40，50，60，70和80 ℃時各組分的峰面積。結果表明，隨著平衡溫度升高，各組分峰面積先增大后趨于平緩，由于過高的溫度會導致水蒸氣進入儀器，對儀器造成損害，因此選擇頂空平衡溫度70 ℃。

2.3 頂空平衡時間的優化

在一定溫度下，待測物從樣品基質中揮發出來，在頂空瓶中達到氣液平衡，整個過程需要一定的時間。試驗固定頂空平衡溫度70 ℃、添加苯系物標準溶液濃度20 μg/L，考察平衡時間分別為10，20，30，40和50 min時各組分的峰面積。結果表明，苯系物峰面積隨著頂空平衡時間的增加峰面積增大，但是頂空平衡時間大于30 min以后，各苯系物峰面積幾乎不再增加，說明頂空平衡時間30 min左右待測樣品基本達到氣液平衡。

圖2 頂空平衡溫度對苯系物響應值的影響

圖3 頂空平衡時間對苯系物響應值的影響

2.4 色譜柱的選擇

色譜柱的極性影響化合物的分離，對比弱極性毛細管柱HP-5和強極性毛細管柱DB-Heavywax對苯系物的分離效果。結果表明，采用HP-5毛細管色譜柱進行分離，間二甲苯和對二甲苯無法分離。在DB-Heavywax上9種苯系物均能實現有效分離，且峰型對稱。因此采用DB-Heavywax作為分析飲料和醬油中9種苯系物殘留的色譜柱。9種苯系物色譜圖如圖4所示。

圖4 苯系物GC-MS色譜圖

2.5 方法確認

2.5.1 線性范圍、檢出限、定量限

取10.00 mL煮沸后的超純水于20 mL頂空瓶中，加入3.0 g氯化鈉，加入適量苯系物混合標準工作液得到苯系物質量濃度分別為1，5，10，20，50和100 μg/L的標準系列，立即加蓋密封。以苯系物含量為橫坐標，定量離子對峰面積為縱坐標進行線性回歸計算，9種苯系物按照1.3小節中處理后，按照1.4小節中色譜條件進行分析。苯系物在1.00～100 μg/L的質量范圍內呈良好的線性關系，所得的相關系數均大于0.997，以3倍信噪比（S/N=3）和10倍信噪比（S/N=10）分別確定其方法的檢出限（LOD）和定量下限（LOQ），具體見表2。

表2 苯系物的線性方程、相關系數、檢出限和定量限

2.5.2 方法回收率和精密度

為了驗證方法的準確度，分別選取不含苯系物的醬油、含氣飲料和果蔬汁飲料幾種基質進行加標回收試驗，分別對每種基質添加5，20和100 μg/L這3個不同水平的9種苯系物混標，按照1.3小節處理后，按照1.4小節色譜條件進行分析。每一水平平均測定6次，計算平均回收率和相對標準偏差，平均回收率為76.05%～113.78%，相對標準偏差小于8.01%，具體見表3。

表3 苯系物在不同樣品基質中的精密度和回收率（n=3）

3 實際樣品的檢測分析

采用優化后的方法，對重慶市場中127批次醬油和飲料類產品的苯系物進行檢測，其中醬油58批次、飲料69批次（包括瓶裝飲用水21批次）。結果表明，21批次瓶裝飲用水中9種苯系物質量濃度均低于1 μg/L。醬油和除包裝飲用水外的飲料檢測結果如表4所示。除可樂型飲料外，其他飲料和所有的醬油均有不同程度的檢出，苯、甲苯、乙苯和苯乙烯檢出率較高。由于世界范圍并沒有食品中苯系物的相關限量標準，因此參考生活飲用水衛生標準，飲用水中苯、苯乙烯、氯苯、乙苯、二甲苯（總量）和甲苯的限量分別為0.01，0.02，0.3，0.3，0.5和0.7 mg/L。甲苯、乙苯、氯苯和二甲苯均在安全限值內，異丙苯檢出率僅為1.72%。醬油中44.83%檢出苯，質量濃度大于歐盟水質指令中限值1 μg/L，24.14%大于我國生活飲用水中限量值10 μg/L，最高值為63.31 μg/L；在除包裝飲用水外的其他飲料中，39.59%苯的質量濃度大于歐盟水質指令中限值1 μg/L，16.67%大于生活飲用水中限量值10 μg/L，最高值為69.45 μg/L。苯乙烯在醬油中檢出最高值，為103.25 μg/L，苯乙烯在除包裝飲用水外的飲料中檢出最高值，為40.72 μg/L。

表4 醬油和飲料中苯系物檢出率分段統計結果 單位：%

4 結論

建立醬油和飲料中9種苯系物的頂空氣相色譜串聯質譜分析方法，并對重慶市場共127批次的飲料和醬油進行檢測。醬油和飲料中苯和苯乙烯均不同程度超出中國生活飲用水中限值，由于食品中苯系物污染會100%被人體吸收，苯又是一級致癌物，因此應對苯和苯乙烯檢出率較高的食品種類進行監測并進一步分析其可能來源，嚴格控制食品中苯和苯乙烯的含量，保障公眾飲食安全。