超高效合相色譜法快速測定食品接觸材料中9 種丙烯酸酯類化合物

邱 月，譚超蘭，劉小玉，陸嘉莉，余秋玲

（重慶市計量質量檢測研究院，重慶 401123）

丙烯酸酯類化合物是一種用于制造膠黏劑、橡膠、樹脂及塑料的重要聚合單體，因其性能優良被廣泛應用于生產食品包裝材料及容器[1-3]。丙烯酸酯類化合物具有揮發性強、腐蝕性強的特點，對人體具有強烈的刺激和致敏作用，短時間內大量吸入可造成呼吸困難或呼吸停止，長時間接觸可損傷人體器官，并具有致癌性[4-7]。歐盟法規EU No.10/2011[8]和國家標準GB 9685—2016《食品接觸材料及制品用添加劑使用標準》[9]均明確了丙烯酸酯類化合物特定遷移量的限量要求。

目前，水[10]、空氣[11]、土壤[12]、工業產品[13]等的丙烯酸酯類化合物殘留檢測已有較多報道，測定方法以常規氣相色譜、氣相色譜-質譜聯用法、液相色譜及液相色譜-質譜聯用法為主[14-17]。近年來，食品接觸材料中丙烯酸酯類化合物的遷移風險逐漸被人們關注，此類物質的檢測方法也逐漸成為研究熱點。如Xun Zhiqing等[18]采用氣相色譜-質譜聯用技術建立了食品紙包裝材料中丙烯酸酯類化合物的分離方法，7 種目標化合物在20 min內實現定性定量分析。萬富等[19]測定了丙烯酸酯食品材料中甲基丙烯酸酯類化合物的遷移量，13 種目標化合物在60 min內實現完全分離。現有方法存在檢測周期長、分離效率低、分析成本高等不足，因此開發一種丙烯酸酯類化合物的高通量快速檢測方法具有迫切的現實意義。

超高效合相色譜（ultra performance convergence chromatography，UPC2）技術因具有相比于傳統液相色譜更快的分離速度，近年來備受關注。UPC2技術采用的主要流動相為超臨界CO2，其低黏度的特性可允許色譜柱內通過更高流速的流動相，縮短了分析時間[20]；同時，化合物通常在超臨界流體和有機改進劑的混合物中比在純有機溶劑中更容易溶解，增強了擴散和傳質能力，提高了分離效率[21-22]；此外，相比于常規液相色譜，有機廢液的產生量極低，是一種符合可持續發展的綠色分析方法[23-24]。近年來，研究者們發現UPC2技術在結構類似物的分離檢測上具有明顯優勢，并已將其成功應用于多類化合物，如維生素[25-26]、性激素[27-28]、雙酚類化合物[29]、紫外吸收劑[30]等。目前，UPC2技術應用于食品接觸材料中丙烯酸酯類化合物的分析研究尚鮮見報道。

本實驗建立了一種用于分離和檢測塑料食品接觸材料中丙烯酸酯類化合物的UPC2方法。通過優化色譜條件，將所建方法用于實際塑料食品接觸材料樣品檢測和分析。該方法檢測時間短、分離度高、且綠色環保，可為未來塑料食品接觸材料中丙烯酸酯類化合物的分析檢測提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選擇市售30 種塑料食品接觸材料樣品，由重慶市樂緣復合包裝制品有限責任公司、重慶匯森印務有限公司、重慶市浩豐彩印包裝有限公司、重慶富美包裝印務有限公司、重慶鳳慶食品廠提供，具體樣品信息見表1。

表1 本研究中30 種塑料食品接觸材料樣品信息Table 1 Information about 30 kinds of plastic food contact material tested in this study

9 種丙烯酸酯類化合物標準品：甲基丙烯酸異丁酯（isobutylmeth acrylate，IBMA）（純度≥98%）、丙烯酸丁酯（butyl acrylate，BTA）（純度≥98%）、甲基丙烯酸苯甲酯（benzyl methacrylate，BZMA）（純度≥99%）、丙烯酸卞酯（benzyl acrylate，BZA）（純度≥98%）、甲基丙烯酸（methacrylic acid，MAA）（純度≥99%）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（ethylene dimethacrylate，EDMA）（純度≥97%）、甲基丙烯酸羥乙酯（hydroxyethyl methylacrylate，HEMA）（純度≥95%）、丙烯酸羥乙酯（hydroxyethyl acrylate，HEA）（純度≥95%）德國CNW公司；甲基丙烯酸苯酯（phenyl methacrylate，PNMA）（純度≥95%）德國Dr.Ehrenstorfer公司。

甲醇、正己烷、乙腈、乙酸乙酯、異丙醇（均為色譜純）德國Merck公司；食品級CO2（純度＞99.97%）重慶同輝氣體有限公司。

1.2 儀器與設備

ACQUITY UPC2型UPC2儀（配二極管陣列檢測器）美國Waters公司；KH5200DE型超聲波清洗器 昆山禾創超聲儀器有限公司；VORTEX3型旋渦混合器 德國IKA公司；N-EVAP-112型氮吹儀 美國Organomation公司。

1.3 方法

1.3.1 標準溶液的配制

標準儲備液：分別準確稱取9 種丙烯酸酯類化合物標準物質10.0 mg至10 mL容量瓶，用甲醇溶解并定容，配成質量濃度為1000 mg/L的單標儲備液，置于4 ℃冷藏保存。

標準工作液：分別移取適量上述單標儲備液，配制成100 mg/L的混合標準中間液，用甲醇逐級稀釋至刻度，分別配制成適用質量濃度的混合標準工作系列溶液，現配現用。

1.3.2 色譜條件

色譜柱：ACQUITY UPC2HSS SB C18（150 mm×30 mm，1.8 μm）；流動相A：CO2，流動相B：乙腈；柱溫：40 ℃；系統背壓：13.79 MPa；進樣體積：3 μL；流速：1.2 mL/min；檢測波長：210 nm；梯度洗脫程序見表2。

表2 梯度洗脫程序Table 2 Gradient elution procedure

1.3.3 樣品前處理

將塑料食品接觸材料樣品用超純水清洗、晾干并剪成尺寸小于5 mm×5 mm的小碎片，準確稱取1.0 g待測樣品（精確到0.0001 g）置于具塞比色管中，加入10 mL甲醇，超聲提取40 min。隨后將提取液轉移至離心管，在5000 r/min離心5 min，將上清液取出。重復上述提取步驟，合并兩次上清液，在40 ℃氮吹濃縮至近干，隨后用甲醇復溶并準確定容至1.0 mL，過0.22 μm有機濾膜后供UPC2分析，每組樣品平行測定3 次。

1.4 數據處理

實驗結果分別采用Microsoft Office 2010和Origin 9.2進行統計分析和圖像處理。

2 結果與分析

2.1 UPC2條件的選擇

2.1.1 色譜柱的影響

本實驗測定的丙烯酸酯類化合物具有結構相似，極性相近的特點。為使目標化合物在較短時間實現良好分離，實驗首先考察色譜柱對丙烯酸酯類化合物分離效果的影響。圖1表明，ACQUITY UPC2CSH BEH柱（強極性）、ACQUITY UPC2BEH 2-EP和ACQUITY UPC2Fluoro-Phenyl柱（中極性）對目標化合物的分離效果均較差，ACQUITY UPC2HSS C18SB柱（非極性）對目標化合物的保留能力最好，9 種丙烯酸酯類化合物在4 min內可實現基線分離，峰形尖銳且對稱性良好。這是由于丙烯酸酯類化合物為弱極性物質，C18固定相與目標物質基團的相互作用更強。因此，本實驗選擇ACQUITY UPC2HSS C18SB色譜柱進行丙烯酸酯類化合物的測定。

圖1 不同色譜柱對9 種丙烯酸酯類化合物分離效果的影響Fig.1 Effects of different chromatographic columns on the separation efficiency of nine acrylate compounds

2.1.2 流動相中助溶劑的影響

助溶劑的選擇是影響目標物質分離效果的重要因素之一。U P C2采用非極性的超臨界C O2為主要流動相，為調節目標化合物的保留時間和分離度，通常加入少量助溶劑調節流動相極性。本實驗選擇ACQUITY UPC2HSS C18SB色譜柱，在背壓13.79 MPa、柱溫40 ℃條件下，考察9 種丙烯酸酯類化合物分別在甲醇、乙腈和異丙醇3 種不同助溶劑下的分離情況。圖2表明，隨著助溶劑極性的減弱，流動相對目標物質的溶解能力增強。當甲醇作為助溶劑時，僅峰6（EDMA）有檢出；當異丙醇作為助溶劑時，9 種目標物質未能全部出峰，色譜峰分叉且展寬明顯；當乙腈作為助溶劑時，9 種丙烯酸酯類化合物能夠在較短時間內完全分離且峰形良好。因此，本實驗最終選擇乙腈作為助溶劑。

圖2 不同助溶劑對9 種丙烯酸酯類化合物分離效果的影響Fig.2 Effects of different cosolvents on the separation efficiency of nine acrylate compounds

2.1.3 系統背壓的影響

系統背壓是UPC2運行過程中影響分離度和選擇性的重要因素之一。系統背壓主要用于控制以超臨界CO2為主的流動相狀態和性能，從而改善流動相對目標物質的溶解能力和保留能力。本實驗考察了12.41～14.48 MPa范圍內系統背壓對9 種丙烯酸酯類化合物分離效果的影響（圖3）。研究發現，隨著背壓值的增加，超臨界CO2流動相的黏度增加，溶劑化能力增強，洗脫能力減弱，保留時間縮短，而背壓過高易導致系統壓力過高。鑒于色譜峰分離度、保留時間和峰形等因素的綜合考慮，本實驗最終選擇13.79 MPa為最佳系統背壓。

圖3 不同系統背壓對9 種丙烯酸酯類化合物分離效果的影響Fig.3 Effect of different back pressures in the system on the separation efficiency of nine acrylate compounds

2.1.4 色譜柱溫度的影響

UPC2的色譜柱溫度是另一個影響目標物質分離效果的重要因素。本實驗考察30～60 ℃范圍內色譜柱溫度對9 種丙烯酸酯類化合物分離效果的影響。由圖4可知，在30 ℃條件下，MAA（峰7）出現拖尾，隨著色譜柱溫度升高，目標物質的峰形得到改善且分離度良好，但保留時間延長，這是由于CO2超臨界流體的黏度和密度隨溫度升高而減小，對目標物的洗脫能力也隨之減弱，出峰時間延長。因此，本實驗確定最佳色譜柱溫度為40 ℃。

圖4 不同色譜柱溫度對9 種丙烯酸酯類化合物分離效果的影響Fig.4 Effects of different column temperatures on the separation efficiency of nine acrylate compounds

2.2 提取溶劑的選擇

實驗選取甲醇、乙腈、正己烷、乙酸乙酯和二氯甲烷5 種溶劑為提取劑，對5 種不同材質陽性樣品（樣品編號同表1）中丙烯酸酯類化合物的提取效果進行考察。將最優提取溶劑的目標物質峰面積計為100%，以各提取溶劑與最優提取溶劑的峰面積之比為y軸作圖，結果如圖5所示。乙腈、正己烷和乙酸乙酯對各樣品中的目標物質提取效果均不佳。二氯甲烷對樣品7和樣品15中的丙烯酸酯類化合物提取效率最高，但對樣品3和樣品18中的目標物質提取效率較低（峰面積比小于50%）。甲醇對各陽性樣品中的不同丙烯酸酯類化合物均具有較高的提取效率（峰面積比為80%～100%），因此選擇本實驗選擇甲醇為最佳提取溶劑。

圖5 不同溶劑對實際樣品中丙烯酸酯類化合物提取效果的影響Fig.5 Effects of different solvents on the extraction efficiency of acrylate compounds from real samples

2.3 方法評價

2.3.1 基質效應評估

由于塑料食品接觸材料中成分復雜，不同塑料基質可能會影響目標物質的痕量分析，產生基質效應。實驗選用5 種空白塑料食品接觸材料樣品（材質分別為PA/PE、PA/CPP、PET/PE、BOPA/LDPE、BOPP/VMPET/PE）的提取液和溶劑甲醇分別配制9 種丙烯酸酯類化合物的混合標準溶液，通過繪制標準曲線，計算二者的斜率比（K基質/K甲醇）。通常來說，若K基質/K甲醇＜0.9，為基質減弱效應；若0.9≤K基質/K甲醇≤1.1，基質效應可忽略不計；若K基質/K甲醇＞1.1，則為基質增強效應[31]。實驗結果測得，在各自濃度范圍內，9 種丙烯酸酯類化合物在5 種不同樣品中的基質效應為90.4%～108.8%，表明本方法中不同塑料食品接觸材料的基質效應對分析結果的影響可忽略不計。

2.3.2 線性方程、檢出限及定量限

配制9 種丙烯酸酯類化合物的混合標準工作系列溶液，質量濃度分別為0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、6.0、30.0、60.0、100.0 mg/L。繪制峰面積（y）與樣品質量濃度（x，mg/L）標準曲線，建立線性回歸方程，分別以RSN≥3和RSN≥10計算檢出限和定量限。由表3可知，9 種丙烯酸酯類化合物在各自質量濃度范圍內均具有良好的線性關系（R2＞0.9985），檢出限為0.05～0.15 mg/kg，定量限為0.2～0.5 mg/kg。

2.3.3 加標回收率及精密度結果

選取不含有9 種目標物質的空白塑料食品接觸材料樣品進行加標實驗，分別在高、中、低3 個添加水平下進行回收率和精密度實驗，每個加標水平分別重復制備6 個平行樣，在最優色譜條件下進行測定。由表4可知，各目標物質在不同加標水平下的回收率為89.3%～109.7%，相對標準偏差為0.62%～3.86%，完全滿足實際樣品分析要求。

表4 9 種丙烯酸酯類化合物的加標回收率和精密度（n＝6）Table 4 Recoveries and precision of nine acrylate compounds (n =6)

2.4 實際樣品分析

在上述最優條件下，對市場上30 種不同材質或不同廠家的食品接觸材料樣品（樣品信息見表1）進行丙烯酸酯類化合物的檢測，每個樣品分別制備3 個平行樣，測試結果取平均值。實驗發現，在30 個被測樣品中，大部分樣品均未檢出目標物質，有5 個樣品存在丙烯酸酯類化合物殘留，主要集中在BTA、BZMA、MAA和HEA，含量為0.45～8.62 mg/kg。其中，3 個樣品中的丙烯酸酯類化合物殘留量總和超過GB 9685—2016中規定的最大限量值6 mg/kg，說明在實際塑料食品接觸材料樣品中存在丙烯酸酯類化合物殘留風險，需要加強對相關產品的監督抽查和風險評估。

3 結論

本研究建立了一種塑料食品接觸材料中9 種丙烯酸酯類化合物的U P C2快速檢測分析方法。經色譜條件的探索和優化，本方法的最佳條件為：采用甲醇對塑料食品接觸材料樣品進行超聲提取，通過ACQUITY UPC2HSS C18SB色譜柱分離檢測，以超臨界CO2-乙腈為流動相，在柱溫40 ℃、背壓13.79 MPa條件下進行梯度洗脫，最終在4 min內實現9 種丙烯酸酯類化合物的高效分離。本方法分析速度快、回收率好、靈敏度高、有機溶劑消耗量少，同時能滿足國家標準中丙烯酸酯類化合物的限量檢測要求。經方法學驗證，本方法適用于塑料食品接觸材料中丙烯酸酯類化合物的快速檢測和定性定量分析，可為未來塑料食品接觸材料中丙烯酸酯類化合物的分析檢測提供新的技術參考。