食品接觸材料中9種有機錫的檢測

錢 沖，張 梅,2，勾新磊，白 云，劉偉麗,2，高 峽,2，胡光輝,2，*

(1.北京市理化分析測試中心 有機材料檢測技術與質量評價北京市重點實驗室,北京 100089;2.北京市科學技術研究院 分析測試技術重點實驗室,北京 100089)

有機錫是一類廣泛應用于工業和農業的有機金屬化合物，含有一個碳錫共價鍵，通式為RnSnX4-n(n=1～4)，R為烷基或芳香基，X為無機或有機酸根、鹵素等[1]。有機錫作為聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)材料的熱穩定劑和光穩定劑，在提供優異的加工穩定性、耐候性的同時，賦予產品極高的透明性，盡管價格較高，仍然從眾多穩定劑中脫穎而出，得到廣泛應用。小分子加工助劑的遷移是食品接觸材料安全的風險點，從成本、環保和安全方面考慮，未來有機錫穩定劑產品的開發可向高分子量和多成分復合的方向發展[2]。隨著新型復合材料、合金塑料、合金橡膠等產品的開發，在包裝盒、盛放容器、輸送管等食品接觸材料方面有很大的應用空間，這增加了有機錫穩定劑成分在除PVC以外的材料中與食品接觸的可能性。

有機錫屬于內分泌干擾物，長期接觸或攝入一定量后，會對哺乳動物的代謝系統、神經系統、免疫系統、呼吸系統和生殖系統造成損害，對肝臟、腎臟、肺、脂肪等器官和組織造成損傷[3-5]，其毒性大小與形態有關，如三丁基錫、三苯基錫的毒性要大于相應的一烴基錫和二烴基錫。20世紀80年代以來人們逐漸意識到了有機錫的毒性和危害，對此，各國也相繼出臺了相應的法律法規和標準來限制其使用[6]。目前，關于有機錫的分析檢測主要集中在紡織品、皮革制品、環境樣品、食品和塑料制品等領域。在塑料制品方面，關于食品包裝材料中有機錫的測定多集中在聚氯乙烯中[7]。

目前，國內外關于有機錫的檢測方法主要有氣相色譜法(gas chromatography,GC)[8]、氣相色譜-質譜法(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)[9]、高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)[10]、液相色譜-質譜法(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)[11]、電感耦合等離子體質譜法(inductively coupled plasma-mass spectrometry,ICP-MS)[12]和液相色譜-電感耦合等離子體質譜法(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry,HPLC-ICP-MS)[13]等。上述方法中GC、HPLC的靈敏度低，基質干擾大；ICP-MS只能測定有機錫總量，不能對有機錫形態進行分析；LC-MS和HPLC-ICP-MS對有機錫的分離效果不佳，且儀器昂貴，運行成本高；GC-MS因具有靈敏度高，基質干擾小，分析速度快和運行成本低等優點，而被廣泛應用于有機錫的分析檢測。我國2014年發布的SN/T 3938—2014《食品接觸材料 高分子材料 有機錫的測定 氣相色譜-質譜法》中規定了4種有機錫的測定方法，已遠不能滿足產品檢驗檢測的需要，必須建立涵蓋當前大多數有機錫穩定劑成分的標準測定方法。本研究探索了不同用途食品接觸材料中有機錫的測定氣相色譜-質譜聯用分析方法，對衍生化條件和檢測條件進行了優化，同時還增加了有機錫的檢測種類，在原標準4種：二丁基二氯化錫(dibutyltin dichloride,DBT)、三丁基氯化錫(tributyltin chloride,TBT)、二辛基二氯化錫(dioctyltin dichloride,DOT)、三苯基氯化錫(triphenyltin chloride,TPhT)的基礎上增加至9種，新增：單丁基三氯化錫(monobutyltin trichloride,MBT)、三丁基氧化錫(tributyltin oxide,TBTO)、乙辛基三氯化錫(mono-n-octyltin trichloride,MOT)、四丁基錫(tetrabutyltin,TeBT)、三環己基氯化錫(tricyclohexyltin chloride,TCyT)，增加了方法的通用性，希望能為食品接觸材料中有機錫的檢測提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

GCMS-TQ8040型氣相色譜-質譜聯用儀，日本島津公司；離心機，日本日立公司；XPE105電子天平，瑞士梅特勒公司；F-72pH計，日本堀場公司。

MBT、DBT、TBTO、TBT、MOT、TeBT、DOT、TPhT、TCyT，標準品，均購自德國 Dr.Ehrenstorfer公司。

四氫呋喃、甲醇、正己烷，色譜純，美國賽默飛世爾公司；冰乙酸，色譜純，美國阿拉丁公司；無水硫酸鈉、三水合乙酸鈉，分析純，國藥試劑公司；四乙基硼化鈉，分析純，美國Strem Chemicals公司。

實測食品接觸材料的保鮮膜(PVC)、保溫袋內膜(polyvinyl chloride/ethylene vinyl acetate copolymer,PVC/EVA)、餐墊(PVC)、餃子冰箱收納盒(PVC)均購自超市。

1.2 檢測條件

1.2.1氣相色譜條件

DB-5MS型毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度280 ℃；進樣方式為不分流進樣；進樣量為1.0 μL。柱箱升溫程序：初始溫度50 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至200 ℃，再以20 ℃/min升至250 ℃，保持5 min，再以20 ℃/min升至300 ℃，保持4 min。載氣為高純He；柱流量為1.0 mL/min，恒線速度控制。

1.2.2質譜條件

離子源為電子轟擊源(electron impact ion source,EI)，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；質譜接口溫度300 ℃。溶劑延遲時間6 min；掃描方式為全掃描(SCAN)模式(m/z50～800)和分段選擇離子監測(selective ion monitoring,SIM)模式，SIM模式條件參數見表1。

表1 9種有機錫質譜檢測時SIM條件參數Tab.1 SIM parameters of MS detection of 9 kinds of organotins

1.3 溶液配制

1.3.1標準儲備溶液配制

分別準確稱取9種有機錫標準品適量，用甲醇配制成質量濃度為1 g/L的單組分標準溶液。取上述單組分標準溶液各1 mL至同一10 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，配制成質量濃度為100 mg/L的混合標準儲備溶液。

1.3.2標準工作溶液配制

取混合標準儲備溶液適量，用甲醇逐級稀釋至質量濃度分別為10、20、50、100、200、1 000、2 000 μg/L的標準工作溶液。

1.3.3乙酸-乙酸鈉緩沖溶液配制

精確稱取 136.08 g三水合乙酸鈉置于燒杯中，加水至接近1 L，攪拌至完全溶解，用冰乙酸調pH值至4.75，再加水定容至1 L，配制成1 mol/L乙酸-乙酸鈉緩沖溶液。

1.3.4四乙基硼化鈉溶液配制

快速稱取0.2 g的四乙基硼化鈉置于10 mL棕色容量瓶中，加水溶解并定容至刻度，即得質量濃度為0.02 g/mL的衍生化溶液，現用現配。

1.4 前處理方法

1.4.1樣品前處理

將樣品剪成4 mm×4 mm以下的小塊，混合均勻，稱取0.5 g樣品于50 mL離心管中加入5 mL四氫呋喃，超聲處理至樣品充分溶解，緩慢滴入10 mL甲醇使聚合物沉淀，離心，將上清液轉移至25 mL容量瓶中。再分別用2 mL甲醇洗滌沉淀物3次，合并上清液，用甲醇定容并混合均勻。

1.4.2衍生化處理

取5 mL上清液于20 mL頂空瓶中，加入2.5 mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液和2 mL四乙基硼化鈉溶液，混勻后超聲處理30 min，再準確加入1 mL正己烷，渦旋混合后靜置分層，取上層有機相，加入適量無水硫酸鈉脫水，上機待測。

取5 mL標準工作溶液于20 mL頂空瓶中，按照同樣步驟進行衍生化處理。

1.5 方法線性范圍與檢出限和定量限的確定

參照《中華人民共和國藥典》的四部通則中9101分析方法驗證指導原則，以有機錫衍生物的定量離子峰面積為縱坐標，對應的質量濃度為橫坐標建立標準曲線，進行線性回歸計算，以3倍信噪比(S/N=3)確定方法檢出限，10倍信噪比(S/N=10)確定方法定量限。

1.6 方法進樣精密度的確定

采用本方法連續測定濃度為1 000 μg/L有機錫混合標準工作溶液6次，取有機錫衍生物定量離子峰面積的RSD值考察方法進樣精密度。

1.7 方法中間精密度的確定

按1.4.1節處理保鮮膜樣品，在樣品前處理過程中加入有機錫混合標準溶液，配制成濃度為100 μg/L的保鮮膜加標樣品，采用不同時間、不同實驗人員12次檢測結果的RSD值來考察方法中間精密度。

1.8 方法耐用性的確定

考察實驗條件的波動對檢測結果的影響，參照1.7節配制濃度為1 000 μg/L的保鮮膜加標樣品，分別在初始條件、初始柱溫±5 ℃、升溫速率±2 ℃/min、柱流量±0.1 mL/min的條件下進行檢測，采用各條件下有機錫檢測結果的RSD值考察方法耐用性。

1.9 實際樣品的檢測與方法加標回收率和重復性的確定

采用本方法對4種市售不同用途的食品接觸材料進行檢測，這些樣品為PVC材質或含有PVC的塑料，如保鮮膜、保溫袋內膜、餐墊、餃子冰箱收納盒等。參照1.7節配制質量濃度為100、1 000、2 000 μg/L低、中、高濃度的保鮮膜加標樣品，每個加標濃度平行配制6份來考察方法加標回收率，采用加標回收率檢測結果的RSD值考察方法重復性。

2 結果與分析

2.1 衍生化條件優化

由于有機錫不易揮發，需進行衍生化將其轉化為易揮發的衍生產物后再進行GC-MS分析。目前，關于有機錫衍生化的方法主要有氫化衍生法、格林試劑烷基化衍生法和四乙基硼化鈉烷基化衍生法。氫化衍生化法是在酸性條件下，利用氫化反應將有機錫轉變為相應的氫化衍生產物，其缺點在于衍生產物穩定性差；格林試劑衍生法對反應條件要求苛刻，需在嚴格無水與不帶活潑氫離子的非極性溶劑中進行，操作過程煩瑣，會產生有害氣體，而且還需分解過量的衍生化試劑后，才能進行目標物提取操作；相比之下，四乙基硼化鈉衍生法衍生產物穩定，可在水溶液中直接進行，反應過程容易控制，無需分解過量的衍生試劑。因此，本方法選擇四乙基硼化鈉作為衍生化試劑，通過四乙基硼化鈉上的乙基取代有機錫上的氯原子，生成相應的烷基錫來改善目標物的揮發性，實現GC-MS對有機錫的定性、定量分析。

2.2 檢測條件優化

2.2.1采集掃描方式

本方法采取恒線速度控制模式，采用SCAN模式對有機錫衍生物進行定性分析，確定其保留時間和主要碎片離子。為了降低基質效應，減小各有機錫衍生物間的相互干擾，提高檢測靈敏度，本方法根據SCAN譜圖中目標成分色譜峰的特征碎片離子，設計了分段SIM采集模式，將采集時間共分成了6段，減少同一時間段內采集的離子數量，圖1為9種有機錫衍生物在分段SIM模式下的總離子流圖。

圖1 9種有機錫衍生物SIM模式總離子流Fig.1 Total ion chromatogram of 9 kinds of organotins derivatives of SIM mode

因為TBTO和TBT的四乙基硼化鈉衍生物均為三丁基乙基錫，從TBTO和TBT衍生物的SCAN譜圖來看，二者的保留時間和質譜圖完全相同，不能被分離開，因此該方法不能單獨測定TBTO和TBT的含量。TBTO和TBT衍生物的質譜圖見圖2、圖3。

圖2 TBTO的四乙基硼化鈉衍生物質譜Fig.2 Mass spectrogram of TBTO derivative by sodium tetraethyl boride

圖3 TBT的四乙基硼化鈉衍生物質譜Fig.3 Mass spectrogram of TBT derivative by sodium tetraethyl boride

2.2.2定性和定量離子的選擇

根據各有機錫衍生物質譜圖主要碎片離子的分布，選擇質荷比大、豐度高、干擾小的特征碎片離子作為定性、定量離子，各有機錫衍生物的定性、定量離子、豐度比及保留時間見表2。

表2 9種有機錫檢測方法的保留時間和定性、定量離子及豐度比Tab.2 Retention time,qualitative ions,quantitative ions and ions abundance ratios of 9 kinds of organotins determination method

采用設定的分段SIM模式對標準工作溶液進行分析，結果表明，各有機錫衍生物選擇離子流圖峰形和響應信號強度均良好。

2.3 方法線性范圍與檢出限和定量限分析

以有機錫衍生物的定量離子峰面積為縱坐標，對應的質量濃度為橫坐標建立標準曲線，進行線性回歸計算，以3倍信噪比(S/N=3)確定方法檢出限，10倍信噪比(S/N=10)確定方法定量限。結果見表3，有機錫在質量濃度10～2 000 μg/L范圍內，線性關系均良好，線性相關系數為0.999 3～0.999 5，方法檢出限與定量限測定結果為5～20 μg/kg和15～71 μg/kg。

表3 9種有機錫檢測方法的線性方程、線性相關系數、檢出限和定量限Tab.3 Linear equations,correlation coefficients,limits of detection and quantification of 9 kinds of organotins determination method

2.4 方法進樣精密度分析

采用本方法連續測定濃度為1 000 μg/L有機錫混合標準工作溶液6次，取有機錫衍生物定量離子峰面積的RSD值考察方法進樣精密度，結果見表4，各有機錫衍生物的RSD值為1.07%～1.82%，表明本方法進樣精密度良好。

表4 9種有機錫檢測方法的進樣精密度檢測結果Tab.4 Results of injection precisions of 9 kinds of organotins determination method

2.5 方法中間精密度分析

按1.4.1節處理保鮮膜樣品，在樣品前處理過程中加入有機錫混合標準溶液，配制成濃度為100 μg/L的保鮮膜加標樣品來考察方法中間精密度。不同時間、不同實驗人員12次測定結果見表5，各有機錫含量檢測結果的RSD值為1.52%～2.65%，表明本方法中間精密度良好。

表5 9種有機錫檢測方法的中間精密度檢測結果Tab.5 Results of intermediate precisions of 9 kinds of organotins determination method μg/L

2.6 方法耐用性分析

考察實驗條件的波動對檢測結果的影響，參照1.7節配制質量濃度為1 000 μg/L的保鮮膜加標樣品，分別在初始條件、初始柱溫±5℃、升溫速率±2 ℃/min、柱流量±0.1 mL/min的條件下進行檢測，計算各有機錫的含量。結果見表6，各有機錫檢測結果的RSD值為1.51%～2.22%，表明本方法耐用性良好，實驗條件的適當波動不會對檢測結果造成太大影響。

表6 9種有機錫檢測方法的耐用性檢測結果Tab.6 Results of durability of 9 kinds of organotins determination method μg/L

2.7 實際樣品檢測結果與方法加標回收率和重復性

選擇4種市售不同用途的食品接觸材料，這些樣品為PVC材質或含有PVC的塑料，如保鮮膜、保溫袋內膜、餐墊、餃子冰箱收納盒等作為研究對象，應用該方法進行檢測，檢測結果見表7。檢測結果顯示這4種食品接觸材料中均不含有待測的9種有機錫成分。參照1.7節配制質量濃度為100、1 000、2 000 μg/L低、中、高濃度的保鮮膜加標樣品，每個加標濃度平行配制6份，采用本方法進行檢測，結果見表8。9種有機錫的加標回收率為85.93%～117.39%，對應的RSD值為1.12%～1.97%，本方法加標回收率和重復性良好。

表7 4種市售食品接觸材料中有機錫檢測結果Tab.7 Results of organotins in 4 kinds of commercial food contact materials μg/kg

表8 9種有機錫檢測方法的加標回收率和重復性Tab.8 Recoveries and repeatability of 9 kinds of organotins determination method %

3 結 論

本研究建立了GC-MS同時測定食品接觸材料中9種有機錫的方法，溶解沉降前處理方法使目標成分的提取更加完全，對衍生化條件和檢測條件的優化提高了檢測靈敏度，同時還增加了有機錫的檢測種類，在SN/T 3938—2014《食品接觸材料 高分子材料 有機錫的測定 氣相色譜-質譜法》檢測4種有機錫(DBT、TBT、DOT、TPhT)的基礎上增加至9種(新增：MBT、TBTO、MOT、TeBT、TCyT)，大大增加了方法的通用性。本研究對該方法進行了多項方法學驗證，各驗證項目均取得了滿意的結果；對4種市售不同用途的食品接觸材料(保鮮膜、保溫袋內膜、餐墊、餃子冰箱收納盒)進行了檢測，均未檢出9種有機錫成分。該方法靈敏度高、操作簡便、結果可靠、通用性強，可用于食品接觸材料中9種有機錫的同時檢測，有利于在檢驗檢測實驗室推廣使用。