静态顶空-气相色谱-质谱法同时测定香精香料中14 种有毒挥发性有机溶剂残留

沈 珺，车文军，王燕芹，王小丹，浦 婕，戎筱卿

静态顶空-气相色谱-质谱法同时测定香精香料中14 种有毒挥发性有机溶剂残留

沈 珺1，车文军2，王燕芹3，王小丹2，浦 婕2，戎筱卿1

（1.苏州卫生职业技术学院药学院，江苏 苏州 215009；2.信谱检测（苏州）有限公司，江苏 苏州 215123；3.南京林业大学理学院，江苏 南京 210037）

建立同时测定香精香料中14 种常用挥发性有机溶剂残留（二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、苯、四氯化碳、三氯乙烯、甲苯、四氯乙烯、氯苯、乙苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、异丙苯）的静态顶空-气相色谱-质谱分析方法。研究平衡温度和平衡时间等顶空条件，并对色谱参数和质谱条件进行优化。样品经80 ℃顶空温度提取30 min后，采用HP-1毛细管色谱柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）分离，选择离子模式扫描测定。结果表明：14 种挥发性有机物在0.5～50 μg/L范围内线性关系良好，相关系数均大于0.998，平均加标回收率在71.7%～101.0%之间，相对标准偏差在1.71%～9.29%之间，方法检出限在1.0～10.0 ng/g之间。

挥发性有机溶剂；静态顶空；气相色谱-质谱；香精香料

香精香料是从带香物质中提取或以人工合成方法得到的致香物质的总称[1]，具有调味、增香、保润等作用[2]，随着人们对生活品质的追求，香精香料在社会经济和日常生活中越来越重要[3-4]，香精香料已广泛应用于食品、日化、医药、香烟、纺织品等行业[5-6]。随着食品工业的发展，越来越多的香精香料参与人们的生活，直接或间接地影响着人们的身体健康[7-10]，近年来，其致癌性和基因毒性备受关注[11-14]。有机溶剂会危害人体健康，长期接触和使用会对人体的多系统、脏器造成特殊损害，甚至具有致癌或潜在的致癌作用[15-16]。香精香料中有毒挥发性有机溶剂残留来源，一方面是香精香料本身成分或原材料带入，另外是在制备过程中产生的副产物[16]。因此对香精香料中有毒挥发性有机溶剂的检测，有其重要的意义。

近年来，对产品中挥发性有机溶剂的分析测定已有一些报道，主要集中化妆品[17-18]、涂料[19]、皮革[20]、食品[21-22]、食品包装[23]等领域。但对香精香料中挥发性有机溶剂残留的测定研究，目前国内外鲜见文献报道。静态顶空-气相色谱（static headspace gas-chromatography，SHS-GC）是在已达到平衡的密闭容器中液体或固体分析物的顶部空间取气态（或蒸汽）样品，并与气相色谱结合对气态（或蒸汽）样品进行分析的一种比较特殊的分析技术。顶空气态取样的主要优点是避免了在直接液体或固体取样时使复杂的样品基体成分一起被带入分析仪器系统的可能性，从而消除了由基体成分的带入而对样品中可挥发性成分的分析所造成的影响和干扰[24]。SHS-GC的这些优点，使其广泛应用于饮用水[25]、化妆品[26-27]、食品包装材料[28]、黏胶[29]中有机挥发溶剂残留的测定。

本研究建立了香精香料中14 种常见挥发性有机溶剂残留同时检测的静态顶空-气相色谱-质谱（SHS-GC-mass spectrometry，SHS-GC-MS）分析法，该方法前处理操作简便，准确度、灵敏度高，稳定性好，杂质干扰少，能够满足香精香料中14 种常见挥发性有机溶剂残留的同时测定，对于提升香精香料安全性指标具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、苯、四氯化碳、三氯乙烯、甲苯、四氯乙烯、氯苯、乙苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、异丙苯的14 种有机溶剂混合标准溶液（质量浓度为100 mg/L） 美国O2si Smart Solution公司；甲醇（色谱纯）；二次去离子水。

Trace ISQ GC-MS联用仪（配备Triplus三合一自动进样系统） 美国Thermo公司；超纯水仪 法国密理博公司。

1.2 方法

1.2.1 标准溶液的配制

准确移取1.0 mL混合标准溶液于50 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，此为14 种有机溶剂的混合标准贮备液，质量浓度为2 mg/L。

用移液枪准确移取上述混合标准贮备液1.25 mL置于50 mL容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，此为14 种有机溶剂的混合标准使用液，质量浓度为50 μg/L，备用。

分别用移液枪准确吸取上述混合标准使用液10、4、2、1、0.2 mL于20 mL顶空瓶中，用超纯水定容至10 mL，立即盖上瓶盖，压紧，手动摇匀。此为混合标准系列工作溶液，质量浓度分别为50、20、10、5、1 μg/L。

1.2.2 样品处理

准确称取样品1 g（精确到0.000 1 g）于20 mL顶空瓶中，用超纯水定容至10 mL，立即加盖密封，手动摇匀，置于样品盘，完成顶空萃取和进样操作。

1.2.3 仪器工作参数

1.2.3.1 SHS-GC进样条件

顶空瓶加热温度：80 ℃；样品平衡时间：30 min；进样针温度：120 ℃；进样体积：1.0 mL。

1.2.3.2 GC条件

HP-1色谱柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；分流模式进样，分流比50∶1；进样口温度：220 ℃；柱温：采用程序升温，初始温度35 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至120 ℃，再以30 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。载气为氦气，载气流量1.0 mL/min。

1.2.3.3 MS条件

电离方式：电子电离；电子能量：70 eV；离子源温度：230 ℃；传输线温度：250 ℃；扫描方式：质量扫描模式定性和选择离子检测模式定量，全扫描范围m/z 10～500。

2 结果与分析

2.1 顶空分析条件的选择

2.1.1 平衡温度的优化

温度对定量离子峰面积的影响因待测组分而不同，沸点越低，对温度的影响越明显。一般而言，加热温度越高，待测物从基体中释放到顶空瓶的量也越多，气化完全，定量结果比较准确。将50 μg/L的14 种有机溶剂混合标准溶液分别在50、60、70、80、90 ℃的条件下平衡30 min后自动进样测定，对各被测物质信号值进行分析（图1）。结果表明，同质量浓度的标样在相同的平衡时间条件下，温度在40～80 ℃时，大部分有机溶剂定量离子的峰面积随着温度的升高而增大，表明分析灵敏度随之升高；温度在80～90 ℃时，大部分有机溶剂定量离子的峰面积随着温度的升高而下降。如果顶空瓶温度太低对沸点高的物质气化可能不完全，定量结果就不准确；温度太高引入杂质多而干扰峰形，也容易造成大量水气进入色谱柱而影响到色谱柱的寿命，并且过高的温度也会造成顶空瓶过大的承受压力，因此选择80 ℃作为本实验的平衡温度。

图1 平衡温度对被测物质的影响Fig. 1 Effect of equilibrium temperature on peak areas of analytes

2.1.2 平衡时间的优化

图2 平衡时间对被测物质的影响Fig. 2 Effect of equilibrium time on peak areas of analytes

顶空瓶中待测物气液两相达到平衡的时间主要与待测物的挥发性和加热温度有关[30]，通常待测物的挥发性越强，加热温度越高，达到平衡的时间就越短。采用平衡温度80 ℃，分别测定平衡时间为20、30、40 min时，质量浓度为50 μg/L的14 种有机溶剂混合标准溶液，得到各被测物质信号值与平衡时间的关系（图2）。结果表明，在20～30 min之间，定量离子峰面积随着平衡时间的延长而增加，说明此时待测组分还未气化完全，气液相还未平衡；而在30～40 min之间，峰面积随着平衡时间延长而显著下降，可能是由于长时间的高温，部分待测组分发生分解、氧化或长时间平衡后顶空瓶气密性变差所致；平衡时间为30 min时，汽化完全，气液两相基本达到平衡，各待测物质信号最强，结果最可靠。所以本实验取30 min作为顶空平衡时间。

2.2 色谱分析条件的选择

2.2.1 色谱柱的选择

色谱柱对混合物的分离主要取决于色谱柱中固定相的选择性和极性，为实现14 种有机溶剂的完全分离，分别考察HP-1（30 m×0.32 mm，0.25 μm）、DB-5（30 m×0.32 mm，0.25 μm）和FFAP（30 m×0.32 mm，0.25 μm）不同极性的毛细管气相色谱柱的分离效果[31]。结果表明：14 种有机溶剂在HP-1和DB-5两种毛细管柱上均有较高响应值。而在FFAP柱上，部分溶剂不能实现基线分离的要求。

使用HP-1时，各组分分离效果最好，仅有间二甲苯和对二甲苯无法完全分离，考虑到现行相关卫生标准将邻、间、对二甲苯合并为二甲苯进行定量，所以，定量时可以看成一种物质加和定量。最终实验选择非极性且热稳定性和惰性好的HP-1色谱柱，采集参数及色谱分离效果图见表1、图3。

表1 保留时间、特征离子、定量离子、线性方程、相关系数及线性范围Table 1 Retention times, characteristic ions, quantitative ions, linear ranges, correlation coefficients and calibration curve equations

图3 混合标准溶液的选择离子色谱图Fig. 3 SIM chromatogram of mixed standard solution

2.2.2 进样方式与分流比的选择

进样方式有分流进样和不分流进样，经对比研究，采用分流进样方式所得的谱图质量较高，因此选择采用分流进样方式。

在其他条件相同的情况下，将质量浓度50 μg/L的14 种有机溶剂混合标准溶液分别在分流比为20∶1和50∶1条件下进行测定，结果如图4所示。结果表明，样品分流比在20∶1的时候，有出峰，但由于进样量过大，峰形不好，顶部峰形成波状，不成尖锐的峰形。而样品在50∶1的分流比下，分离完全，且峰形较好。经分析研究，最后取50∶1为最佳分流比，其各组分分离良好，峰形达到实验室要求。

图4 分流比为20∶1（A）和50∶1（B）时的混合标准溶液的总离子扫描色谱图Fig. 4 Total ion scan chromatogram of mixed standard solution at split ratios of 20∶1 and 50∶1

2.3 线性关系、检出限及定量限

在优化的条件下对一系列标准溶液进行测定，以目标物的定量离子峰面积Y对其质量浓度X（μg/L）绘制标准曲线。14 种有机溶剂的线性方程、相关系数及线性范围见表1，检出限和定量限见表2，间二甲苯和对二甲苯因无法分离[32]，合并为一种物质计算。结果表明，14 种有机溶剂在线性范围内线性关系良好，相关系数均大于0.998。

2.4 回收率与精密度实验结果

表2 14 种挥发性有机溶剂的加标回收率、精密度、检出限及定量限Table 2 Recoveries, relative standard deviations (RSDs), limits of detection (LODs) and limits of quantitation (LOQs) for 14 VOCs

续表2

在香精香料中分别添加质量浓度为5、10、25 g/mL的14 种有机溶剂混合标准溶液，每个添加水平在设定的色谱条件下做6 次平行，计算其平均回收率和相对标准偏差。结果表明（表2），加标量为5 g/mL的各组分平均回收率范围为71.7%～94.5%，相对标准偏差为2.37%～8.50%；加标量为10 g/mL的各组分平均回收率范围为74.6%～98.8%，相对标准偏差为1.71%～9.29%；加标量为25 g/mL的各组分平均回收率范围为76.9%～101.0%，相对标准偏差为3.47%～8.58%，方法检出限在1.0～10.0 ng/g之间，满足实际检测要求。

2.5 样品测定结果

选取国内不同生产企业生产的150 个香精香料作为考察样品，其中包括浸膏、粉末、液体、固体等不同类型，利用优化后的实验条件对其进行检测，样品检测结果如表3所示，某阳性样品选择离子色谱图如图5所示。结果显示，检出较多的是液体、浸膏样品。只有三氯乙烯和氯苯在150 个样品中未被检出，其余都有检出，多数产品都含所测14 种有机溶剂的一种或几种，总检出率为80.7%。其中，甲苯、间二甲苯和对二甲苯、乙苯、邻二甲苯、苯，检出率比较高，分别为68.7%、36.7%、34.7%、31.3%、27.3%。检出样品中甲苯残留量最高达6 809 μg/kg，苯残留量最高达5 358 μg/kg，间二甲苯和对二甲苯残留量最高达675 μg/kg，邻二甲苯残留量最高达575 μg/kg，乙苯残留量最高达436 μg/kg，其危害值得关注，建议尽快制定相关限量标准。

图5 某阳性样品的选择离子色谱图Fig. 5 SIM chromatogram of a positive sample

表3 150 种香精香料样品检测结果Table 3 Summary of analytical results for the determination of 14 toxic VOCs in 150 samples of flavors and fragrances

3 结 论

本实验建立了同时测定香精香料中14 种常用挥发性有机溶剂的SHS-GC-MS分析方法，并将其应用于我国不同生产企业生产的150 个香精香料样品的挥发性有机溶剂测定。该方法样品前处理简单，方法灵敏度高、重复性好，结果满意。可用作香精香料中14 种常用挥发性有机溶剂的日常筛查和确证检测，具有良好的通用性。

[1] 董风强, 李祖光, 周国俊, 等. 高效液相色谱法测定香精香料中的甜蜜素[J]. 食品科学, 2010, 31(2): 113-116.

[2] 蒋举兴, 夏启东, 段焰青, 等. 卷烟香精香料中23 种加香物质的气相色谱质谱法检测[J]. 食品工业, 2013, 34(9): 221-223.

[3] 孙宝国, 田红玉, 刘玉平, 等. 食品香料香精对食品安全的影响[J]. 现代科学仪器, 2006, 22(1): 49-51. DOI:10.3969/j.issn.1003-8892.2006.01.016.

[4] SMITH R L, COHEN S M, DOULL J, et al. GRAS flavoring substances 21[J]. Food Technology, 2003, 57(5): 46-59.

[5] 陈娟, 尹学琼. 香料香精的安全性及防范措施与评价标准[J]. 日用化学工业, 2014, 44(2): 100-104. DOI:10.13218/j.cnki.csdc.2014.02.023.

[6] 郭玲玲, 樊冬丽. 缓控释技术在香料香精领域的研究进展[J]. 香料香精化妆品, 2013, 5(1): 55-57. DOI:10.3969/j.issn.1000-4475.2013.05.015.

[7] YOUNG K W H, DANIELEWSKA N B, MUNRO I C. An evaluation of the maximized survey-derived daily intake (MSDI) as a practical method to estimate intake of flavouring substances[J]. Food and Chemical Toxicology, 2006, 44(11): 1849-1867. DOI:10.1016/j.fct.2006.06.004.

[8] KARMAUS A L, DAYNE L F, MATTHEW T M, et al. Evaluation of food-relevant chemicals in the ToxCast high-throughput screening program[J]. Food and Chemical Toxicology, 2016, 92(6): 188-196.

[9] WALSH A M, DUNCAN S E, POTTS H, et al. Comparing quality and emotional responses as related to acceptability of light-induced oxidation flavor in milk[J]. Food Research International, 2015, 76(2):293-300. DOI:10.1016/j.foodres.2015.02.027.

[10] THIEL A, ETHEVE S, FABIAN E, et al. Using in vitro/in silico data for consumer safety assessment of feed flavoring additives: a feasibility study using piperine[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology,2015, 73(1): 73-84. DOI:10.1016/j.yrtph.2015.06.006.

[11] HOBBS C A, SEAN V T, CAROL B, et al. Genotoxicity assessment of the flavouring agent, perillaldehyde[J]. Food and Chemical Toxicology,2016, 97(11): 232-242. DOI:10.1016/j.fct.2016.08.029.

[12] LOPEZ P, SISSEREN M V, MARCO S D, et al. A straightforward method to determine flavouring substances in food by GCMS[J]. Food Chemistry, 2015, 174(5): 407-416. DOI:10.1016/j.foodchem.2014.11.011.

[13] MUNRO I C, RENWICK A G, DANIELEWSKA B N. The threshold of toxicological concern (TTC) in risk assessment[J]. Toxicology Letters, 2008, 180(2): 151-156. DOI:10.1677/joe.0.1760193.

[14] HERNANDES L C, AISSA A F, ALMEIDA M R, et al. In vivo assessment of the cytotoxic, genotoxic and antigenotoxic potential of maná-cubiu (Solanum sessiliflorum Dunal) fruit[J]. Food Research International, 2014, 62(8): 121-127. DOI:10.1016/j.foodres.2014.02.036.

[15] 白璐, 廖林川, 颜有仪, 等. 挥发性有机溶剂的危害及滥用[J].法律与医学杂志, 2005, 12(2): 135-136. DOI:10.3969/j.issn.1674-1226.2005.02.018.

[16] 黄雪琳, 刘淑君, 平庆杰, 等. 香精香料安全性研究进展[J]. 粮油食品科技, 2013, 21(3): 90-94. DOI:10.3969/j.issn.1007-7561.2013.03.026.

[17] 周相娟, 聂鲲, 钟丽君, 等. 顶空-气相色谱/质谱法测定化妆品中14种有机溶剂残留[J]. 中国卫生检验杂志, 2014, 24(6): 773-778.

[18] 夏俊鹏, 吴飞, 邵爱梅, 等. 气相色谱-质谱法测定指甲油中17 种挥发性有机溶剂[J]. 理化检验: 化学分册, 2013, 49(11): 1297-1300.

[19] 吕庆, 张庆, 康苏嫒. 顶空气相色谱-质谱法测定涂料中的5 种挥发性有机物[J]. 分析测试学报, 2011, 30(2): 171-175. DOI:10.3969/j.issn.1004-4957.2011.02.010.

[20] 王成云, 张伟亚, 李丽霞, 等. 气相色谱/质谱测定皮革及其制品中乙二醇醚类有机溶剂的残留量[J]. 色谱, 2014, 32(8): 890-896.DOI:10.3724/SP.J.1123.2014.04008.

[21] 刘永明, 葛娜, 王飞, 等. 顶空气相色谱-质谱法同时测定蜂蜜中57 种挥发性有机溶剂残留[J]. 色谱, 2012, 30(8): 782-791.DOI:10.3724/SP.J.1123.2012.03050.

[22] 盘杨桂, 韦英亮. 顶空毛细管柱气质联用法测定饮用水中15 种挥发性有机物[J]. 化学分析计量, 2014, 23(5): 60-63. DOI:10.3969/j.issn.1008-6145.2014.05.021.

[23] 李绚. 顶空-气相色谱/质谱法测定食品包装纸中挥发性有机物的残留[J]. 食品工业, 2015, 36(2): 259-263.

[24] 柴欣生, 付时雨, 莫淑欢, 等. 静态顶空气相色谱技术[J]. 化学进展,2008, 20(5): 762-766.

[25] 王永华. 改变相比/顶空气相色谱法测定饮用水中的氯仿及其分配常数[J]. 分析化学, 2002, 30(1): 53-55. DOI:10.3321/j.issn:0253-3820.2002.01.013.

[26] 许瑛华, 朱炳辉, 钟秀华, 等. 顶空气相色谱法测定化妆品中15 种挥发性有机溶剂残留[J]. 色谱, 2010, 28(1): 73-77. DOI:10.3724/SP.J.1123.2010.00073.

[27] 陈伟东, 陈国雄, 梁志华, 等. 直接顶空气相色谱法测定化妆品中甲醇含量的研究[J]. 中国卫生检验杂志, 2002, 12(5): 542-543.DOI:10.3969/j.issn.1004-8685.2002.05.013.

[28] 李伟, 许华, 常宇, 等. 顶空-气相色谱法同时测定塑料食品包装袋中11 种有机溶剂残留量[J]. 化学试剂, 2007, 29(8): 481-482.DOI:10.3969/j.issn.0258-3283.2007.08.009.

[29] 高立娣, 初红涛, 白俊. 静态顶空气相色谱法测定涂料与胶粘剂中的苯系物[J]. 理化检验: 化学分册, 2009(12): 1432-1434.

[30] PRARASCHIVESCU M C, ALLEY E G, FRENCH W T, et al.Determination of methanol in biodiesed by headspace solid phase micro extraction[J]. Bioresource Technology, 2008, 99(13): 5901-5905. DOI:10.1016/j.biortech.2007.09.088.

[31] 金米聪, 符展明, 王立. 毛细管气相色谱法测定腈纶布料中苯、甲苯和二甲基甲酰胺残留[J]. 色谱, 2000, 18(2): 158-159.DOI:10.3321/j.issn:1000-8713.2000.02.018.

[32] 达晶, 黄湘鹭, 王钢力, 等. 化妆品中挥发性有机溶剂的通用检测方法[J]. 色谱, 2014, 32(11): 1251-1259. DOI:10.3724/SP.J.1123.2014.07020.

Simultaneous Determination of 14 Toxic Volatile Organic Solvent Residues in Flavors and Fragrances by Static Headspace-Gas Chromatography-Mass Spectrometry

SHEN Jun1, CHE Wenjun2, WANG Yanqin3, WANG Xiaodan2, PU Jie2, RONG Xiaoqing1
(1. School of Pharmacy, Suzhou Vocational Health College, Suzhou 215009, China; 2. Congraphy Testing (Suzhou) Co. Ltd.,Suzhou 215123, China; 3. College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

A headspace-gas chromatography-mass spectrometry (SHS-GC-MS) method was presented for simultaneous determination of 14 toxic volatile organic solvent residues (dichloromethane, trichloromethane, 1,2-dichloroethane, benzene,carbontetrachloride, trichloroethylene, methylbenzene, tetrachloroethylene, chlorobenzene, ethylbenzene, m-xylene, p-xylene,o-xylene, and isopropylbenzene) in flavors and fragrances. The headspace conditions including equilibrium temperature and time and the instrumental conditions were optimized. Samples were subjected to headspace extraction at 80 ℃ for 30 min and the extract was then separated on an HP-1 capillary column. and detected by GC-MS in the selected ion monitoring(SIM) mode. The results showed that in the range of 0.5-50 μg/L, all of the calibration curves displayed good linearity with correlation coefficients of higher than 0.998. The average recoveries of spiked samples were 71.7%-101.0% with relative standard deviation (RSD) between 1.71% and 9.29%. The limits of detection (LODs) were 1.0-10.0 ng/g.

volatile organic solvent (VOC); static headspace (SHS); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS);flavors and fragrances

DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724049

O657.72；O625.33

A

1002-6630（2017）24-0302-05

沈珺, 车文军, 王燕芹, 等. 静态顶空-气相色谱-质谱法同时测定香精香料中14 种有毒挥发性有机溶剂残留[J]. 食品科学, 2017, 38(24): 302-306.

10.7506/spkx1002-6630-201724049. http://www.spkx.net.cn

SHEN Jun, CHE Wenjun, WANG Yanqin, et al. Simultaneous determination of 14 toxic volatile organic solvent residues in flavors and fragrances by static headspace-gas chromatography-mass spectrometry[J]. Food Science, 2017, 38(24)∶ 302-306.(in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724049. http∶//www.spkx.net.cn

2017-01-03

沈珺（1981—），女，讲师，博士，研究方向为色谱分析、生物材料。E-mail：yvonne8104@126.com