頂空-氣相色譜法測(cè)定食品接觸用塑料制品中丙烯腈方法的比較

陶強(qiáng) 吳雄杰 丁耀進(jìn) 朱東波 程勁松

安徽省包裝印刷產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（安徽桐城 231400）

丙烯腈是化工、橡膠、化纖等合成工業(yè)的重要原料之一，也是一種高毒性化學(xué)品。由丙烯腈合成的丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等共聚塑料制品常被用于制作水杯、酒瓶蓋、冰箱內(nèi)膽、豆?jié){機(jī)、榨汁機(jī)等生活產(chǎn)品[1-6]。在使用過程中，這些塑料制品中殘留的丙烯腈單體通過皮膚或者遷移進(jìn)入人體后可引起急性中毒或者慢性中毒。有文獻(xiàn)[7-9]報(bào)道，丙烯腈中毒后可引起神經(jīng)系統(tǒng)性損害，如感覺性周圍神經(jīng)病脊髓前角細(xì)胞損害導(dǎo)致肌肉萎縮和肌震顫等。因此，對(duì)食品接觸用塑料制品的安全衛(wèi)生性能進(jìn)行檢測(cè)非常有必要。

2017年4 月19 日實(shí)施的GB 31604.17—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品 丙烯腈的測(cè)定和遷移量的測(cè)定》規(guī)定采用內(nèi)標(biāo)法測(cè)定丙烯腈遷移量，但SN/T 2197—2008《食品接觸 材料 高分子材料 食品和食品模擬物中丙烯腈的測(cè)定 氣相色譜法》提到內(nèi)標(biāo)法測(cè)定丙烯腈可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。為了探究?jī)?nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法的差異性，設(shè)計(jì)了一種直接進(jìn)樣外標(biāo)法，參照文獻(xiàn)[10-17]對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行一系列優(yōu)化，并將此方法與GB 31604.17—2016規(guī)定的內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行比較，以便得到更為準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器與設(shè)備

7820A 氣相色譜儀［配氮磷檢測(cè)器及GC solution 工作站］、Agilent DB-WAXETR毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.320 mm×0.25 μm），安捷倫科技有限公司；Uni Bloc AuY220 電子天平（0.000 1 g），島津公司；10～1 000 μL 移液槍，德國艾本德（Eppendorf）公司；250 μL 微量進(jìn)樣針，上海高鴿工貿(mào)有限公司。

1.1.2 試劑與樣品

試劑：N,N-二甲基甲酰胺（DMF），色譜純，天津賽孚瑞科技有限公司；丙烯腈（C3H3N）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，ρ=1 000 mg/L，北京海岸鴻蒙標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)有限責(zé)任公司)；丙腈（C2H5CN）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，ρ=1 000 mg/L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為艾科浦超純水機(jī)制備的一級(jí)水。

樣品：AS 和ABS 類食品接觸材料及制品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

丙腈內(nèi)標(biāo)溶液：吸取丙腈標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)0.5 mL 置于10 mL 容量瓶中，加入DMF 稀釋至刻度線，混勻，得到質(zhì)量濃度為50 mg/L 的丙腈內(nèi)標(biāo)溶液。

丙烯腈標(biāo)準(zhǔn)稀釋液：吸取丙烯腈標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1 mL移入10 mL 容量瓶中，用DMF 稀釋至刻度線，稀釋后的質(zhì)量濃度為100 mg/L。

丙烯腈內(nèi)標(biāo)溶液：吸取丙烯腈標(biāo)準(zhǔn)稀釋液25，50，100，200，400 μL，分別移入10 mL 容量瓶中，各加入DMF 稀釋至刻度線，混勻配制稀釋液（1 mL溶液含丙烯腈0.25，0.50，1.00，2.00，4.00 μg）；取5支頂空瓶準(zhǔn)確加入5 mLDMF，分別移入200 μL 丙腈內(nèi)標(biāo)溶液，再依次加入200 μL 上述10 mL 容量瓶中的丙烯腈稀釋液，此時(shí)5 支頂空瓶中的丙烯腈含量分別為0.05，0.10，0.20，0.40，0.80 μg，配制成校正曲線各質(zhì)量濃度梯度溶液（現(xiàn)用現(xiàn)配）。

丙烯腈外標(biāo)溶液：取5 支新的頂空瓶準(zhǔn)確加入5 mLDMF，分別移入200 μL 上述10 mL 容量瓶中的丙烯腈稀釋液（1 mL 溶液含丙烯腈0.25，0.50，1.00，2.00，4.00 μg），此時(shí)5 支頂空瓶中的丙烯腈含量分別為0.05，0.10，0.20，0.40，0.80 μg，配制成校正曲線各質(zhì)量濃度梯度溶液（現(xiàn)用現(xiàn)配）。

1.2.2 頂空進(jìn)樣器條件

平衡時(shí)間為30 min，爐溫為80 ℃，取樣針溫度為82 ℃，傳輸線溫度為90 ℃，加壓時(shí)間為1 min，進(jìn)樣體積為1 mL。

1.2.3 氣相色譜條件

程序升溫：70 ℃保持8 min，以30 ℃/min 的速率升溫至220 ℃，保持3 min；進(jìn)樣口溫度為220 ℃，壓力為37.9 kPa；氮磷檢測(cè)器溫度為250 ℃；分流比為5∶1；柱流速為1.0 mL/min，氫氣流速為3.0 mL/min，空氣流速為60.0 mL/min。

1.2.4 測(cè)定步驟

直接進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)法：準(zhǔn)確稱取0.500 0 g（精確至0.000 1 g）樣品于頂空瓶中，加入5.0 mL DMF，立即加蓋密封，用微量進(jìn)樣針在頂空瓶中加入200 μL 丙腈內(nèi)標(biāo)溶液，充分混勻，使樣品完全溶解或充分分散，移至頂空進(jìn)樣器中待測(cè)。

直接進(jìn)樣外標(biāo)法：準(zhǔn)確稱取0.500 0 g（精確至0.000 1 g）樣品于頂空瓶中，加入5.0 mL DMF，立即加蓋密封，充分混勻，使樣品完全溶解或充分分散，移至頂空進(jìn)樣器中待測(cè)。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.2.5 計(jì)算公式

試樣中丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式（1）計(jì)算：

式中：X為試樣中丙烯腈的殘留量，mg/kg；c為由標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的丙烯腈的含量，μg；1 000 為換算系數(shù)；m為試樣的稱樣量，g。

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)函數(shù)t 檢驗(yàn)對(duì)2 組數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。若P<0.01，表明2 組數(shù)據(jù)存在極顯著性差異；若0.010.05，則表明2 組數(shù)據(jù)無顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜條件優(yōu)化

為了探究?jī)?nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法的差異性，設(shè)計(jì)了一種直接進(jìn)樣外標(biāo)法。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，全面比較內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法的差異性，并對(duì)進(jìn)樣口溫度、柱溫箱溫度及程序升溫、檢測(cè)器溫度、柱流速、頂空平衡時(shí)間、取樣針溫度、傳輸線溫度、進(jìn)樣量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了一系列優(yōu)化，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)結(jié)合儀器狀態(tài)得到了最優(yōu)色譜條件（見1.2.3）。

頂空-氣相色譜直接進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)法采用1.2.3 中色譜條件測(cè)定丙烯腈溶液內(nèi)標(biāo)及試樣中丙烯腈，發(fā)現(xiàn)丙烯腈、丙腈峰型較好，響應(yīng)值較高，能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.1 mg/kg 檢出限的要求。圖1 所示為丙烯腈內(nèi)標(biāo)溶液色譜圖，圖2 所示為樣品色譜圖。

在實(shí)驗(yàn)室用該頂空-氣相色譜條件測(cè)定各類AS 和ABS 類制品300多組，包括組合式防偽瓶蓋、倒酒器、榨汁機(jī)、樹脂、橡膠等，丙腈內(nèi)標(biāo)峰面積穩(wěn)定，丙烯腈峰分離較好，能夠得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的人員比對(duì)誤差小于10%。內(nèi)標(biāo)法測(cè)定丙烯腈的殘留量時(shí)必須維護(hù)好氣相色譜儀，在多次進(jìn)樣后需要加入一個(gè)空白，以防止內(nèi)標(biāo)峰面積波動(dòng)太大，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1 丙烯腈內(nèi)標(biāo)溶液頂空-氣相色譜

圖2 樣品頂空-氣相色譜圖

2.2 內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法的比較

與內(nèi)標(biāo)法相比，外標(biāo)法簡(jiǎn)單便捷。因此，采用同樣的色譜條件利用外標(biāo)法對(duì)丙烯腈的殘留量進(jìn)行測(cè)定，分別對(duì)檢出限、定量限、精密度、加標(biāo)回收率及多組試樣測(cè)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。

2.2.1 線性范圍、檢出限及定量限

用內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法測(cè)定相同系列的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)曲線，線性范圍均為0.05～0.80 μg。圖3 所示是內(nèi)標(biāo)法曲線，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 4；圖4 所示是外標(biāo)法曲線，線性相關(guān)系數(shù)為0.998 5。根據(jù)GB 31604.17—2016 給出的檢出限及定量限，經(jīng)多次加標(biāo)測(cè)試得出2種方法的檢出限均為0.1 mg/kg，定量限均為0.2 mg/kg。

圖3 內(nèi)標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖4 外標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2.2 精密度

選擇2種質(zhì)量濃度，分別用2種方法測(cè)定6 次，結(jié)果如表1 所示。從表1 可以看出，內(nèi)標(biāo)法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差與外標(biāo)法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%，精密度均能達(dá)到GB/T 35655—2017《化學(xué)分析方法驗(yàn)證確認(rèn)和內(nèi)部質(zhì)量控制實(shí)施指南 色譜分析》的技術(shù)要求，說明內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法的精密度均比較好。

2.2.3 加標(biāo)回收率

選擇0.50，2.00，4.00 mg/L3 個(gè)質(zhì)量濃度（即1 倍定量限、4 倍定量限、8 倍定量限）對(duì)不含丙烯腈的AS 試樣進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，內(nèi)標(biāo)法加標(biāo)回收率為60%～110%，外標(biāo)法加標(biāo)回收率為60%～94%，結(jié)果見表2。從表2 可以看出，內(nèi)標(biāo)法的加標(biāo)回收率波動(dòng)較大，外標(biāo)法波動(dòng)較小，2種方法都出現(xiàn)了回收率較低的情況，表明內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法在檢測(cè)樣品時(shí)都會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果偏離的情況。所以，在平時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)采用2種方法相互校正。

表1 精密度結(jié)果

表2 2 個(gè)AS 樣品3 水平加標(biāo)回收率結(jié)果 %

2.2.4 內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法測(cè)定多組樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

內(nèi)標(biāo)法：一種間接的校準(zhǔn)方法，在測(cè)定目標(biāo)物質(zhì)含量時(shí)，加入一種內(nèi)標(biāo)物質(zhì)以減小前處理過程中的誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，其目的是提高結(jié)果的準(zhǔn)確度。采用內(nèi)標(biāo)法時(shí)，需將一定量的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)加入到樣品中，它能被色譜柱分離，也不受其他組分峰的干擾；試樣中加入的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)含量與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)含量盡可能一致，否則可能引起結(jié)果偏差。

外標(biāo)法：用目標(biāo)物質(zhì)的純品作對(duì)照物求得試樣中目標(biāo)物質(zhì)含量的一種方法。該法可分為工作曲線法、外標(biāo)一點(diǎn)法等，最為常見的是工作曲線法。外標(biāo)法需要儀器具備良好的重復(fù)性，所以必須定期進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線校正。該方法操作簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，不需要校正因子，常用于自動(dòng)分析。

如表3 所示，分別采用內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法對(duì)7種不同試樣的丙烯腈含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明2種方法計(jì)算出來的每種試樣中的丙烯腈含量基本相同。經(jīng)t 檢驗(yàn)分析，P=0.93>0.05，表明2種方法測(cè)定7種食品接觸用塑料制品中丙烯腈含量的結(jié)果沒有顯著性差異。

表3 7種食品接觸用塑料樣品丙烯腈殘留量測(cè)定結(jié)果 mg/kg

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)了一種外標(biāo)法測(cè)定食品接觸用塑料制品中丙烯腈殘留量，采用頂空-氣相色譜內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法分別從條件優(yōu)化到方法學(xué)驗(yàn)證進(jìn)行深入探究，結(jié)果表明2種方法各項(xiàng)指標(biāo)都能滿足實(shí)驗(yàn)室要求。同時(shí)測(cè)定7種不同試樣的丙烯腈殘留量，t 檢驗(yàn)結(jié)果表明內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法實(shí)驗(yàn)結(jié)果無顯著性差異。外標(biāo)法無前處理過程，精密度高、簡(jiǎn)單便捷；內(nèi)標(biāo)法抗外界干擾能力強(qiáng)，測(cè)定結(jié)果更精確。2種方法各有優(yōu)點(diǎn)，可靈活應(yīng)用于食品接觸用塑料制品中丙烯腈殘留量的測(cè)定。