輻照滅菌后醫用口罩溢出異味成分分析和檢測

奉艷花 朱 榮 何 虹 陳 瀚 孫 煜 梁秋霞 顏其雙 盧日剛

廣西壯族自治區食品藥品檢驗所，廣西南寧 530000

醫用口罩屬于第二類醫療器械，我國對其采取了嚴格的監督管理規范措施，可分為醫用防護口罩、醫用外科口罩、一次性使用醫用口罩、醫用面罩等。常規的環氧乙烷滅菌方式因滅菌周期長成為實現短時間內口罩大量供應的桎梏，而輻照滅菌是食品冷加工中常用的滅菌手段，安全和有效性已得到認可[1]，但將輻照應用于口罩滅菌時發現經輻照滅菌的口罩會產生經久不散的異味，影響使用。因此本文擬通過建立適宜的測定方法，分析輻照后口罩中可揮發性物質的種類，通過譜庫對比和對照品比對進行確認；建立定量方法，測定可揮發性物質的含量；比較研究輻照滅菌前后和環氧乙烷滅菌后產生的溢出異味成分，為輻照滅菌方式在醫用口罩上的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

氣相色譜儀（安捷倫7890B GC），氣相-質譜聯用儀（安捷倫7890B GC-7000C GC/MS TQ-7697A Headspace sampler），頂 空 進 樣 器（DANI HSS86.5Plus），Mettler XS205DU型電子天平（瑞士Mettler Toledo公司），Milli-Q超純水凈化系統（美國Millipore公司）。

丙酮（GR，MERCK，批號：60002025001730，含量（GC）≥ 99.8%），環氧乙烷（批號：XE0-001，含量99.4%，中檢院標準品），異丁醇（AR），純水，氦氣（純度≥99.999%），樣品收集了5個廠家的醫用口罩，分別以廠家 A、B、C、D、E，批號以 001、002……表示，樣品信息詳見表1。

1.2 實驗方法

1.2.1 氣相色譜條件供試品制備 取樣品剪去縫線部分，取中心部分剪碎，混勻，精密稱取0.5 g，置10 ml頂空瓶中，加入內標溶液20 μl，密封，頂空進樣。

1.2.2 氣相-質譜聯用色譜條件供試品制備 取樣品剪去縫線部分，取中心部分剪碎，混勻，精密稱取0.2 g，置10 ml頂空瓶中，密封，頂空進樣。

1.2.3 內標溶液的配制 精密稱取異丁醇0.02 g，置500 ml量瓶中，用純化水稀釋至刻度，搖勻，作為內標溶液。

1.2.4 對照品溶液配制 精密稱取環氧乙烷對照品溶液（經標定環氧乙烷濃度為0.7907 mg/g）10 g、丙酮0.1 g，分別置15、100 ml量瓶中，用純化水稀釋至刻度，搖勻，分別作為環氧乙烷、丙酮對照品儲備液，再精密量取環氧乙烷對照品儲備液2、2、2、4、3 ml和丙酮對照品儲備液 1、1、1、1.5、1ml，分別置 50、20、10、10、5ml量瓶中，用純化水稀釋至刻度，搖勻，作為環氧乙烷和丙酮系列混合對照品溶液。分別精密量取系列混合對照品溶液20 μl，置10 ml頂空瓶中，各加入內標溶液20 μl，密封，頂空進樣。

1.3 分析條件

1.3.1 氣相色譜條件 色譜柱：HP-1（30 m×0.32 mm×3.00 μm）；進樣口溫度：150℃；檢測器溫度：250℃；柱溫：起始溫度40℃，維持4 min，以每分鐘15℃的速率升溫至250℃，維持5 min；頂空程序：頂空瓶平衡溫度為50℃，平衡時間為30 min；檢測器：FID；進樣體積1 ml；分流比為10∶1；載氣：氦氣。

1.3.2 氣相-質譜聯用色譜條件 色譜柱：HP-1（30 m×0.32 mm×1.00 μm）；進樣口溫度：150℃；柱溫：起始溫度為40℃，維持4 min，以每分鐘15℃的速率升溫至250℃，維持5 min；頂空程序：平衡溫度為80℃，平衡時間為10 min；分流比為10∶1；進樣體積：1 ml；檢測器：MS；電離方式：EI；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；傳輸線溫度：280℃；采樣模式：SCAN；載氣：He。

2 結果

2.1 醫用口罩異味成分分析

通過人體嗅覺直接感知，經輻照滅菌的醫用口罩普遍存在明顯刺激性氣味，且味道濃烈、刺激和持久，長時間佩戴極易使人產生不適，而未滅菌和經環氧乙烷滅菌的醫用口罩幾乎無氣味。采用氣相色譜比較了輻照滅菌前后和環氧乙烷滅菌后醫用口罩的揮發性氣體成分差異，如圖1，結果顯示，輻照滅菌后醫用口罩產生了較多揮發性成分，而滅菌前和環氧乙烷滅菌后幾乎不產生。通過氣相色譜-質譜分析了輻照滅菌醫用口罩揮發性氣體的成分組成，結果顯示，主要有酮類、酸類、芳香烴類、硅氧烷結構類等，其中酮類主要為丙酮，酸類主要為乙酸。

圖1 不同滅菌方式醫用口罩氣相色譜圖

2.2 方法學考察

2.2.1 線性范圍和檢出限 取“1.2.4”項下配制的系列混合對照品溶液，按“1.3.1”項下色譜條件測定，分別頂空進樣，考察丙酮和環氧乙烷的線性關系。結果丙酮在0.8～8 μg/g的范圍內呈良好線性關系（r=0.9975），環氧乙烷在 0.8～ 12 μg/g的范圍內呈良好線性關系（r=0.9996），檢出限分別為0.2 μg/g 和 0.1 μg/g。

2.2.2 精密度試驗 取混合對照品溶液（丙酮和環氧乙烷濃度分別為2.7 μg/g和4.2 μg/g），分別平行測定6份，結果丙酮和環氧乙烷峰面積的RSD分別為5.3%和3.0%，表明該方法精密度良好。

2.2.3 加樣回收率試驗 精密稱取B-004號樣品9份，平均分成三組，按3個添加水平（丙酮1.6 μg/g、2.0 μg/g、2.7 μg/g；環氧乙烷 2.0 μg/g、4.0 μg/g、8.0 μg/g）進行加標回收率試驗。結果顯示，在3個加標水平下，丙酮的回收率為82.1%～98.3%，平均回收率為92.0%，RSD為6.8%；環氧乙烷的回收率為90.7%～96.8%，平均回收率為93.8%，RSD為2.5%，表明該方法準確度良好。

2.3 醫用口罩主要異味成分測定

按“1.3.1”項下色譜條件對所收集的醫用口罩中可能產生的酮類、酸類、芳香烴類等揮發性成分進行檢測，測定了其中丙酮、環氧乙烷和其他揮發性成分（包括其他酮類、酸類、芳香烴類等）的含量。結果顯示，A廠家3批口罩均檢出丙酮和其他揮發性成分，最大檢出量為0.979 μg/g和3.84 μg/g，檢出率為100%，均采用輻照滅菌方式；B廠家10批經輻射滅菌的口罩均檢出丙酮和其他揮發性成分，最大檢出量為0.875 μg/g和4.60 μg/g，檢出率為100%，1批未經滅菌的口罩未檢出揮發性成分；C廠家有4批口罩檢出揮發性成分，其中1批檢出丙酮和其他揮發性成分，3批只檢出其他揮發性成分，最大檢出量為0.777 μg/g，檢出率為 50%；D廠家有2批口罩檢出揮發性成分，其中1批檢出丙酮和其他揮發性成分，1批只檢出其他揮發性成分，檢出率為40%；E廠家2批經環氧乙烷滅菌的醫用口罩，均未檢出揮發性成分；所有廠家的口罩均未檢出環氧乙烷，結果見表1，對照品、供試品典型圖譜如圖2。

圖2 Ⅰ.對照品典型色譜圖 Ⅱ.供試品典型色譜圖

表1 各廠家醫用口罩丙酮、環氧乙烷和其他揮發性成分測定結果

3 結論

3.1 輻照滅菌后醫用口罩產生溢出異味原因分析

根據以上結果可知，醫用口罩經輻照滅菌后，主要產生酮類、酸類、芳香烴類等刺激性物質，此類物質多具有毒性，長時間使用會使人產生不適，甚至威脅使用者的身體健康。同時還產生硅氧烷結構的物質，包括鏈式硅氧烷和環狀硅氧烷。醫用口罩的主要原料為熱塑性聚合物制成的熔噴布和紡黏布，常用基礎材料為聚丙烯或聚丙烯復合物[2]，輻照對某些聚丙烯材料具有一定程度的損害，能使其變性[3-5]，進而產生一些對人體有潛在危害的物質。因此，輻照有可能使醫用口罩原材料性能改變，導致其聚合物結構的斷裂，同時釋放一些酮類、酸類、芳香烴類等物質，從而導致輻照滅菌后的醫用口罩溢出刺激性異味。

3.2 醫用口罩揮發性物質測定結果分析

根據收集的醫用口罩中揮發性成分的測定結果可知，不同廠家生產的醫用口罩經輻照滅菌后均不同程度的檢出丙酮和其他揮發性成分，而未滅菌或采用環氧乙烷滅菌的口罩均未檢出，說明經輻照滅菌的醫用口罩易產生揮發性物質，導致異味產生。而相同廠家不同批次有的檢出，有的未檢出，且不同廠家或相同廠家不同批次間檢出揮發性成分含量相差較大，可能與各廠家所使用的醫用口罩材料、輻照劑量和輻照時間以及存放時間差異有關。

3.3 醫用口罩揮發性物質定量方法研究

氣相色譜法是能夠快速準確的將氣體分離并進行定性定量的分析方法，而氣相-質譜聯用則可以實現對未知氣體的定性和定量分析[12-13]，氣相色譜法被廣泛應用于食品、藥品、化工、空氣等產品中揮發性成分的檢測[14-17]，因此我們采用氣相色譜和氣相-質譜聯用對醫用口罩揮發性成分進行檢測。根據以上測定結果可知，建立的氣相色譜法測定丙酮和環氧乙烷含量方法線性范圍廣，準確度高，重現性好，可用于醫用口罩中揮發性成分的分析和檢測，但醫用口罩中其他未知揮發性物質的結構確定和含量測定還有待進一步研究。

3.4 輻照滅菌的應用

國內醫用口罩常用的滅菌方式主要是采用環氧乙烷滅菌法[6]，環氧乙烷本身劇毒，能對人體產生極大傷害，因此各國都通過制定法規和標準對環氧乙烷殘留量進行限量控制[7-8]。近年來，為避免環氧乙烷對人體以及環境的危害，輻照滅菌方式憑借其無殘留、操作安全等優勢在醫療器械行業發展迅速，已成為美國、日本等發達國家的主要滅菌方式[9]。目前國內也在積極嘗試輻照滅菌方式，特別是在食品方面被廣泛應用，其安全和有效性已得到認可，因此，在醫療器械和藥品包裝等方面也在逐漸推廣。但輻照方式滅菌對材料、輻照劑量和時間的控制有嚴格的審核制度和使用規范[10-11]，因此，醫用口罩采用輻照方式滅菌時，在材料選擇、輻照劑量、滅菌時間、滅菌后須放置時間以及輻照滅菌后樣品檢測等方面還有待深入研究。