硫酸酸化-气相色谱-质谱法测定植物提取物中的4种多环芳烃

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(陕西嘉禾生物科技股份有限公司, 西安 710086)

多环芳烃(PAHs)是一类由两个或两个以上苯环组成的碳氢化合物,其化学结构稳定,难以降解,是一类具有致癌、致畸和致基因突变的持久性有机污染物。环境中的多环芳烃主要来源于煤、石油和木材等含碳有机物的不完全燃烧,其具有半挥发性,能够随大气污染物迁移,容易沉降在植物表面,并在后期加工过程中进入提取物中。目前已发现200多种PAHs,其中苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽和苯并[a]芘是毒性最强的4种[1-5]。2015年欧盟规定,从2016年4月1日起,将对所有出口欧盟的食品、药品和膳食补充剂进行这4种多环芳烃的检测,并规定这4种多环芳烃的总量不能超过50 μg·kg-1,苯并[a]芘单项不能超过10 μg·kg-1[6]。我国国家标准限定粮食和肉制品中苯并[a]芘的残留量应在5 μg·kg-1以下,植物油中苯并[a]芘的限量为10 μg·kg-1[7-8]。

目前,对于多环芳烃的检测,样品前处理的方法主要有皂化法、固相萃取小柱净化法、凝胶色谱法和酶联免疫吸附法等[9-23]。这些样品前处理方法周期长、成本高、操作复杂;且采用气相色谱-质谱法检测时,由于多环芳烃类化合物不易电离,导致响应值非常低,无法满足检测要求。这些问题严重影响了多环芳烃的检测,为产品的质量安全和出口带来了巨大的隐患。本工作建立硫酸酸化-气相色谱-质谱法测定植物提取物中4种多环芳烃,由于硫酸酸化的作用,使得4种多环芳烃在质谱检测时,电离效率明显增强,提高了质谱对多环芳烃检测的灵敏度。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

Agilent 7890A/5975C型气相色谱-质谱仪;KQ-100B型超声波清洗器;Organomation型氮吹仪;Millipore型超纯水机;0.2 μm微孔滤膜;10～1 000 μL移液枪。

标准储备溶液:200 mg·L-1,称取4种PAHs标准品各10 mg,置于50 mL棕色容量瓶中,用环己烷溶解并定容。使用时用环己烷稀释至所需质量浓度。

苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[a]芘标准品纯度不小于97%。

环己烷为色谱纯,硫酸为分析纯,试验用水为超纯水。

1．2 仪器工作条件

1) 色谱条件 HP-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气为氦气(纯度不小于99.999%),流量1.5 mL·min-1;传输线温度280 ℃;进样口温度280 ℃,进样量2.0 μL,进样方式为不分流进样。升温程序:初始温度60 ℃,保持3 min;以25 ℃·min-1速率升温至110 ℃;再以20 ℃·min-1速率升温至200 ℃;以3 ℃·min-1速率升温至230℃;以5 ℃·min-1速率升温至250 ℃;以4 ℃·min-1速率升温至320 ℃,保持5 min。

2) 质谱条件 电子轰击(EI)离子源,电离能70 eV;离子源温度230 ℃;选择离子监测(SIM)模式。

4种PAHs的保留时间及质谱参数见表1。

1．3 试验方法

称取植物提取物5.000 0 g于离心管中,加环己烷25 mL超声提取两次,合并提取液,减压浓缩至干,残渣加环己烷5 mL溶解,加硫酸(80+20)溶液0.5 mL,充分振摇酸化除杂,静置分层后,将上层液用0.2 μm微孔滤膜过滤后,在仪器工作条件下进行测定。

表1 4种PAHs的保留时间及质谱参数Tab. 1 Retention times and MS parameters of 4 PAHs

2 结果与讨论

2．1 硫酸浓度的选择

称取相同的3份阴性植物提取物样品各5.000 0 g,加入多环芳烃标准储备溶液,使4种PAHs的加标量约为10 μg·kg-1,搅拌均匀,再加入环己烷25 mL,超声提取后,将提取液浓缩定容至5 mL,再分别加入硫酸(98+2)溶液、硫酸(80+20)溶液、硫酸(50+50)溶液各0.5 mL进行酸化除杂处理,按仪器工作条件进行测定,并计算多环芳烃的回收率,结果见表2。

表2 采用不同浓度硫酸酸化处理时4种PAHs的回收率Tab. 2 Recovery of 4 PAHs when different concentration of sulfuric acid was used for acidifaction

由表2可知,采用硫酸(80+20)溶液酸化所得回收率最高。因此,试验选择硫酸(80+20)溶液进行样品酸化除杂。

2．2 色谱行为

选取硫酸(80+20)溶液对混合标准溶液进行酸化,分别得到酸化前后的色谱图,见图1。

(a) 酸化前

(b) 酸化后 1-苯并蒽;2-屈;3-苯并[b]荧蒽;4-苯并[a]芘图1 硫酸酸化前后混合标准溶液的色谱图Fig. 1 Chromatograms of the mixed standard solution with and without acidification with sulfuric acid

由图1可知,酸化以后各化合物的响应值明显增大。

2．3 工作曲线与检出限

配制质量浓度分别为0,8.00,16.0,32.0,64.0,80.0 μg·L-1的混合标准溶液系列,各取5 mL于刻度试管中,加入硫酸(80+20)溶液0.5 mL,充分振摇酸化,静置分层后,将上层液用微孔滤膜过滤后,在仪器工作条件下进行测定。用所得的峰面积为纵坐标,相应的质量浓度为横坐标绘制工作曲线。以能检测到3倍于噪声峰高的质量分数作为检出限。4种多环芳烃的线性回归方程、相关系数和检出限见表3。

表3 4种多环芳烃的线性参数和检出限Tab. 3 Linearity parameters and detection limits of the 4 PAHs

由表3可知:4种多环芳烃的线性关系良好,且检出限能满足限量要求的检测。

2．4 精密度与回收试验

根据样品基质的复杂程度,选出具有代表性的4种植物提取物分别在3个添加水平进行加标回收试验,每个添加水平做6次平行试验,结果见表4。

表4 精密度和回收试验结果(n=6)Tab. 4 Results of tests for precision and recovery(n=6)

表4(续)

由表4可知:4种提取物中4种PAHs的加标回收率在84.2%～105%之间,相对标准偏差在1.4%～3.9%之间。

2．5 样品分析

用所建的方法对葛根、越橘、银杏等10种植物提取物样品进行分析,结果见表5。

表5 10种植物提取物样品中4种PAHs的测定结果Tab. 5 Determination results of 4 PAHs in 10 plant extract samples μg·kg-1

由表5可知:10种植物提取物样品中均检出4种PAHs,且4种PAHs的总质量比在19.59～142.69 μg·kg-1内,苯并[a]芘的质量比在2.03～17.58 μg·kg-1内。

本方法将样品用环己烷提取后,采用硫酸(80+20)溶液对样品进行酸化处理,然后进行气相色谱-质谱法测定,其操作简单,所用时间短,样品除杂效果明显,同时增强了4种PAHs的电离效率,提高了其在质谱上的灵敏度。该方法针对植物提取物的复杂基质的处理特地开发,灵敏度高,可以很好地满足植物提取物中4种PAHs的检测。

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