气相色谱内标法测定食品添加剂乙酸正丁酯中14种杂质

陈 烨 王红松 刘君峰 陈智栋 吴 珂 李 婷

（1.常州大学石油化工学院 江苏常州 213164；2.常州出入境检验检疫局；3.常州进出口工业及消费品安全检测中心）

1 前言

乙酸正丁酯是一种具有水果香味的无色透明液体[1]，是目前食品工业中广泛使用的一种羧酸酯类合成香料，也是我国GB 2760-2011《食品添加剂使用标准》[2]允许使用的食品添加剂之一[2]。工业合成乙酸正丁酯主要采用乙酸和正丁醇在浓硫酸催化下直接酯化生成，该方法具有转化率高、成本投入小、工艺流程简单等优点[3]，但是两种反应原料在浓硫酸的作用下，不可避免会发生氧化、磺化、脱水和异构化等一系列副反应[4]，从而生成乙酸异丁酯、正丁醚等副产物，影响最终产品的品质和食用安全性，为此我国GB 28325-2012《食品添加剂乙酸丁酯》[5]明确规定食品添加剂乙酸正丁酯的纯度不得小于98%。近年来，虽然有固体酸、杂多酸等更加温和的催化剂替代硫酸的研究报道[6-8]，但是由于价格和成本投入的原因，这些催化剂尚未广泛应用于实际工业生产。

气相色谱法作为一种高效、简单、快捷的检测手段，近年来被广泛应用于食品安全的分析中[9-13]。孙伟[14]等人将乙酸正丁酯配制成乙醇溶液，利用气相色谱内标法直接确定其纯度，该方法由于无法对乙酸正丁酯中的杂质进行准确定量，导致所获得的乙酸正丁酯纯度不准确；国标GB/T 12717-2007《工业用乙酸酯类试验方法》[15]利用气相色谱面积归一化法对乙酸正丁酯中的正丁醇、正丁醚以及甲酸丁酯等7种杂质进行了测定，但是对产品中出现的其他杂质无法定性和定量，而且所采用的定量方法准确性不高。因此本研究通过优化气相色谱分离条件，采用气相色谱内标法同时测定乙酸正丁酯中14种常见杂质，样品直接进样，无需任何前处理，实现了对食品添加剂乙酸正丁酯含量的准确定量。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 样品

乙酸正丁酯样品为市场购买样品。

2.1.2 仪器

6890N 气相色谱仪：美国Aglient，配有FID检测器。

2.1.3 试剂

乙酸正丁酯、乙酸乙酯、甲酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸丁酯：色谱纯；乙酸叔丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸正丙酯、仲丁醇、二异丁烯、1-辛烯：纯度均≥99 %；环己酮、异丁醇、正丁醇、正丁醚：分析纯。

2.2 方法

2.2.1 内标液和标准溶液配制

2.2.1.1 内标溶液（2000 mg/L）

准确移取22.4 μL乙酸乙酯于10mL容量瓶中，用乙酸正丁酯定容，配制成2000 mg/L的内标溶液。

2.2.1.2 混合标准储备液（2000 mg/L）

分别称取100mg甲酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸丁酯、乙酸叔丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸正丙酯、仲丁醇、二异丁烯、1-辛烯、环己酮、异丁醇、正丁醇和正丁醚于50mL容量瓶中，用乙酸正丁酯定容，配制成2000 mg/L混合标准储备溶液。该溶液在4℃密闭避光保存。

2.2.1.3 混合标准工作液

分别移取混合标准储备液0.25mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL于7个10mL容量瓶中，再各加入1mL内标溶液，用乙酸正丁酯定容至刻度，混合标准工作液浓度分别为50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L。该溶液在4℃密闭避光保存。

2.2.2 气相色谱条件

色谱柱：HP-INNOWAX（30 m×0.32 mm×0.5 μm）毛细管柱；程序升温：初始温度40℃保持16 min，以10℃/min升温至70℃保持4 min，以20℃/min升温至170℃；进样口温度：200℃；检测器温度：250℃；载气：N2（纯度＞99.999 %）；柱流量：1.0mL/min，恒流模式；燃烧气：高纯氢流速30mL/min，空气流速300mL/min；进样量：1 μL；进样方式：分流进样；分流比：50:1。

2.2.3 样品测定步骤

准确移取22.4 μL乙酸乙酯于100mL容量瓶里，用乙酸正丁酯样品定容至刻度，摇匀后取适量溶液直接进气相色谱仪检测，内标法定量。

3 结果与讨论

3.1 内标物的选择

实验考察乙醇、甲醇、丙二醇、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯和乙酸异丙酯7种内标物的实际检测效果。结果发现甲醇、丙二醇、丙酸甲酯、丙酸乙酯和乙酸异丙酯的色谱峰无法与14种目标物分离，直接影响定性和定量分析，不适宜做内标物；乙醇和乙酸乙酯可以与14种目标物实现有效分离，但由于乙酸乙酯与大部分杂质的理化性质更加接近，而且实际样品中不存在干扰，因此本方法最终选择乙酸乙酯作为内标物。

3.2 色谱柱的选择

实验分别考察了HP-5（非极性）、DB-17MS（中等极性）和HP-INNOWAX（强极性）3种不同极性色谱柱对乙酸正丁酯中14种杂质和内标物的色谱分离性能，结果见图1。

图1 乙酸正丁酯中14种杂质和内标物在不同色谱柱上的分离效果

图1显示，内标物和14种目标物在HP-5和DB-17MS两种色谱柱上都有明显的拖尾现象，色谱分离度差；而在HP-INNOWAX色谱柱上具有较好的色谱分离效果和较高的灵敏度，因此本方法选择HP-INNOWAX柱作为分析色谱柱。

3.3 柱温条件的选择

分别考察了在不同恒温和程序升温条件下，14种目标物在HP-INNOWAX色谱上的分离效果。结果发现，在40℃恒温下，14种目标物基本能够实现色谱分离，但总的分析时间过长（超过1h）；提高柱温在缩短分析时间的同时，目标物色谱分离效果变差，不能满足定性和定量分析。在对程序升温条件的起始温度和升温速率不断优化后，最终选择2.2.2中的程序升温条件，在此条件下每种杂质的色谱峰都能够实现很好分离，而且分析时间短，检测效率高。

3.4 工作曲线和检出限

将配制好的混合标准工作液依次进气相色谱仪，按照2.2.2的实验条件进行检测，以杂质与内标物的峰面积比（y）对相应浓度（x）绘制标准曲线。14种杂质的线性方程、相关系数和仪器检测限（S/N=3）见表1。

表1 14种目标物的线性方程、相关系数与检出限

3.5 回收率和精密度实验

以色谱级的乙酸正丁酯为样品，选择实际样品中杂质的常见检出浓度，进行50 mg/L、400 mg/L和1000 mg/L 3个不同水平的加标回收实验，每个浓度水平平行测定6次，计算平均回收率和相对标准偏差。结果（见表2）显示，14种目标物在3个添加水平下的平均回收率为91.4-115.2 %，相对标准偏差为0.4-3.9 %。

表2 回收率和精密度实验（n=6）

（续表）

3.6 实际样品的测定

采用本方法，对来自不同生产厂家的3个乙酸正丁酯样品进行测定，结果（见表3）显示，3个样品中主要含有正丁醚、乙酸异丁酯、甲酸丁酯、丙酸丁酯、正丁醇及丁酸丁酯。经计算3种样品纯度均大于99.7 %（扣除样品中检出的杂质含量即为样品的纯度），符合我国GB 28325的要求。

表3 实际样品检测

4 结论

通过对内标物、气相色谱柱、程序升温等条件的优化，建立了气相色谱内标法测定食品添加剂乙酸正丁酯中14种杂质的分析方法。本方法具有快速、便捷、高效的特点。样品的高、中、低3个加标水平回收率实验结果显示：本方法具有良好的重复性，完全可以满足测食品添加剂乙酸正丁酯中相关杂质的快速定性和定量检测。

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