顶空气相色谱法测定食品添加剂中15种有机溶剂残留量

曹淑瑞，朱 明，高小丽，文 瑶，程妮郦，郗存显，唐柏彬，郑小玲

(1.重庆出入境检验检疫局 检验检疫技术中心，重庆 400020；2.贵州出入境检验检疫局 检验检疫技术中心，贵州 贵阳 550004；3.重庆市化工职业技术学院，重庆 400020；4.重庆医科大学 药学院，重庆 400016)

食品添加剂是一种为了改善食品色、香、味等品质而加入食品中的物质[1]。它不仅可以防止食物的腐败变质，保持食物的营养，而且方便供应和加工，给人们的日常生活带来了极大便利[2]。目前多数食品添加剂为人工合成，在其合成工艺中，选择合适的溶剂可提高产量或决定添加剂的性质，因此有机溶剂是人工合成食品添加剂中必不可少的关键物质[3]。若食品添加剂中的有机溶剂达到一定的残留量，长期食用添加了此类添加剂的食品会引起慢性中毒，对人体或环境产生危害，因此对有机溶剂残留的控制越来越受到人们的关注[4]。

目前对于有机溶剂残留的检测方法主要有顶空气相色谱法、顶空气相色谱-质谱法和顶空固相萃取/气相色谱-质谱法等。这些方法均采用气体进样，可专一性收集易挥发性物质，降低共提物的干扰[5-6]，已广泛用于食品包装材料、药物、涂料、食品添加剂产品中残留溶剂的检测分析[7-16]，其中食品添加剂中残留溶剂的检测应用最多的是气相色谱法。如俞燕君[13]采用顶空气相色谱法测定食品添加剂中乙酸乙酯残留；刘波平等[14]用顶空气相色谱法测定茶多酚中4种有机溶剂残留；吕志华等[15]用顶空气相色谱法测定几丁糖酯中有机溶剂残留；张艳纹等[16]用顶空气相色谱法测定叶黄素中有机溶剂残留。这些方法多是对一类食品添加剂中少数几种残留溶剂进行检测。本研究采用顶空气相色谱法，建立了同时测定多种食品添加剂中甲苯、甲醇等15种有机溶剂残留的分析方法，并对提取溶剂、提取方式等进行了考察，优化后的方法准确，灵敏度高，重现性好，适用于食品添加剂中甲苯、甲醇、正己烷等15种残留溶剂的检测分析。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890气相色谱仪配FID检测器、Agilent 7697顶空进样器(美国Agilent公司)，DB-WAX毛细管柱(30 m×0.53 mm×1.0 μm)，20 mL顶空进样瓶。

15种残留溶剂(详见表1)标准品(纯度≥99%，重庆寻根生物科技有限公司)；N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇(色谱纯，美国Tedia公司)；实验用水为Milli-Q超纯水系统(美国Millipore公司)制备的超纯水。样品：苯甲酸钠、谷氨酸钠、乙基香兰素、糖精钠、黄原胶、瓜尔胶、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(吐温80)、乳酸、聚二甲基硅氧烷、白油均购自当地市场。

1.2 标准溶液的配制

标准储备液：准确称取适量各标准品于50 mL容量瓶中，用DMF定容至刻度，配制成质量浓度为10 000 mg/L的标准储备液，于4 ℃冰箱中保存。

混合标准工作液：分别取适量各标准储备液于50 mL容量瓶中，用DMF配制质量浓度为500 mg/L的混合标准中间液,再用DMF逐级稀释成2、4、10、20、40、100、200 mg/L的混合标准工作液，于4 ℃保存。

1.3 样品前处理

称取2.0 g样品于50 mL具塞塑料离心管中，加入10.0 mL DMF溶液(苯甲酸钠样品中加10.0 mL 98%DMF溶液)振荡溶解2 min，然后以7 000 r/min离心2 min，移取5 mL样液于顶空瓶中密封，置于顶空装置中，供气相色谱仪分析。

1.4 顶空-气相色谱条件

顶空条件：顶空平衡温度：80 ℃；平衡时间：40 min；定量环温度：90 ℃；传输线温度：105 ℃；进样时间：0.5 min；定量环：1 mL。

气相色谱条件：色谱柱：DB-WAX毛细管柱(30 m×0.53 mm×1.0 μm)；进样口温度：220 ℃；检测器温度：240 ℃；程序升温：初温40 ℃，保持5 min，然后以10 ℃/min升至240 ℃，保持5 min；进样方式：分流进样；分流比：10∶1。

图1 不同提取溶剂对15种有机溶剂的回收率Fig.1 The effect of extraction solutions on recoveries of 15 residual organic solvents in lactic acid sample

2 结果与讨论

2.1 溶解介质的选择

甲苯、甲醇等有机溶剂在使用顶空进样法进样时最常用的溶解介质有水、DMF、DMSO等。本研究对水、DMSO、DMF的溶解提取效果进行了比较。结果表明：部分有机溶剂不溶于水或微溶于水，用水作溶解介质，提取效率不高，部分有机溶剂的回收率偏低；DMSO和DMF为极性很大的非质子溶剂，沸点高，热稳定性好。以乳酸为例，DMSO和DMF作为溶剂时的提取回收率见图1，由图可知，用DMSO溶解有机溶剂所检测出的回收率部分偏高或偏低，用DMF作溶解介质时的回收率为92.0%～108.8%。为了能同时检测多种有机溶剂残留，实验选择DMF作为溶解介质。

2.2 提取溶剂加水的考察

将10种食品添加剂分别用DMF溶解，发现苯甲酸钠微溶于DMF，且呈现半固体糊状，不利于样品中有机溶剂的检测，为保证苯甲酸钠残留溶剂的有效检测，比较了不同体积比的DMF和水(H2O∶DMF为100∶0、80∶20、50∶50、20∶80、10∶90)对苯甲酸钠中残留溶剂的提取效率。结果表明：DMF加水的回收率高于不加水的回收率，并且H2O∶DMF=10∶90时各有机溶剂的提取效果较好，回收率为80.2%～105.4%，但正己烷和环己烷的回收率偏低，考虑到这两种溶剂不溶于水的性质，在H2O∶DMF=10∶90的基础上进一步优化加水比例，对H2O∶DMF=10∶90、8∶92、5∶95、2∶98的各溶剂回收率进行比较分析。结果表明：当H2O∶DMF=2∶98时各有机溶剂的提取效果较好，回收率为90.7%～107.5%，这可能是由于加入适当比例的水后使苯甲酸钠更好地溶解，从而有利于苯甲酸钠内残留溶剂的提取。因此，选择H2O∶DMF(2∶98)作为最终的提取溶剂。

2.3 提取方式的选择

图2 混合标准溶液(10 mg/L)在不同流速下的色谱图Fig.2 Chromatograms for mixture standard solution(10 mg/L) at different flow rates the corresponding organic solvents numbers are provided in Table 1

目前应用较为普遍的提取方法有两种：一种是顶空瓶直接称样，加入提取溶剂和标准溶液后密封，振荡置于顶空装置中，供气相色谱分析；另一种是称样于塑料离心管，加入提取溶剂和标准溶液，振荡，离心，取一定量样液于顶空瓶密封，置于顶空装置中，供气相色谱分析。实验考察了以上两种方法对食品添加剂中有机溶剂的提取回收率。结果表明：离心管提取法的回收率为91.0%～106.5%，高于顶空瓶称样法，其原因在于样品在离心管中充分溶解，加入顶空瓶的样液是提取过的，避免了振荡后部分样液粘附于顶空瓶盖，导致提取效率不高的弊端，并且离心管提取法顶空瓶上方的气体体积比顶空瓶称样法大，从而影响瓶内气压，影响回收率，所以实验选择离心管提取法作为提取方法。

2.4 载气(N2)流速选择

载气流速对目标组分的分离度有一定影响。实验考察了载气流速(3.0、4.0、4.5 mL/min)对各有机溶剂的分离效果。结果表明：当载气流速为4.5 mL/min时，各有机溶剂分离效果好，且出峰时间短，所以选择载气流速为4.5 mL/min(图2)。

2.5 柱温程序的优化

根据15种有机溶剂极性和沸点的区别，本实验尝试了不同柱温对色谱分离的影响，结果表明：选择初始温度为40 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min升温至250 ℃，并保持5 min的升温程序，可使15种有机溶剂完全分离。

2.6 顶空条件的优化

顶空平衡温度和平衡时间对各有机溶剂的回收率有一定影响。实验考察了不同平衡温度(60、70、80、90 ℃) 和平衡时间(20、30、40、50 min) 下各有机溶剂的峰面积响应。结果表明：当加热温度超过80 ℃时，各待测组分在顶空气体中的浓度已趋于平衡，不再增加；当平衡时间超过40 min后，各待测组分峰面积基本不再增加，此时各组分已达到平衡，因此选择最佳的平衡温度80 ℃，平衡时间40 min。

2.7 方法学验证

2.7.1线性范围与定量下限取系列混合标准工作液，按优化的条件分别进样，以各有机溶剂的峰面积(y)为纵坐标，对应质量浓度(x,mg/L)为横坐标绘制标准曲线。结果显示，15种有机溶剂在2～200 mg/L(相当于10～1 000 mg/kg) 范围内呈良好的线性关系，相关系数(r)不小于0.999 8。同时根据本实验室内平行测定结果，以基质匹配曲线最低点浓度为定量下限，三氯甲烷和吡啶的定量下限(LOQ)为20.0 mg/kg，其余13种有机溶剂的LOQ均为 10.0 mg/kg。实验结果见表1。

表1 15种有机溶剂的线性方程、相关系数与定量下限Table 1 Calibration curve，correlation coefficient and limit of quantitation of 15 organic solvents

图3 空白乙基香兰素样品添加水平为10 mg/kg的气相色谱图Fig.3 Chromatogram of blank ethyl vanillin sample with spiked level of 10 mg/kg

2.7.2方法回收率与精密度采用加标回收的方法，即通过在食品添加剂样品中分别添加不同水平的有机溶剂混合标准溶液，测定其回收率和精密度。根据有机溶剂残留的限量要求，各样品做4个加标水平(定量下限、2倍定量下限、限量、5/2限量)，每个加标水平做6个平行试验，计算加标回收率和精密度。表2为空白乙基香兰素样品中各有机溶剂的平均回收率与精密度，由表2可知，回收率为90.6%～109.1%，RSD为0.1%～7.2%。该空白样品加标10 mg/kg的气相色谱见图3。

表2 15种有机溶剂的回收率与精密度(n=6)Table 2 The recovery and precision for the determination of 15 organic solvents(n=6)

(续表2)

AnalyteSpiked(mg/kg)Measured(mg/kg)Recovery(%)RSD(%)Trichloroethylene10，20，200，5009 932，20 28，211 4，494 199 3，101 4，105 7，98 82 3，3 5，0 8，1 1Acetonitrile10，20，200，5009 891，18 74，218 2，484 598 9，93 7，109 1，96 92 6，2 4，0 7，2 5Chloroform20，40，200，50019 84，38 36，207 1，510 599 2，95 9，103 5，102 14 8，2 6，2 9，2 6Toluene10，20，200，5009 943，19 46，218 4，505 599 4，97 3，109，101 14 3，6 9，2 2，0 7Butanol10，20，2000，50009 871，19 21，2054，454598 7，96，102 7，90 92 4，3 1，0 2，0 4Pyridine20，40，200，50021 74，36 96，203 2，472 5108 7，92 4，101 5，94 50 4，0 6，1 1，0 4

3 结 论

本文建立了同时检测谷氨酸钠、乙基香兰素、糖精钠等食品添加剂中15种有机溶剂的顶空气相色谱方法。通过对溶解介质、提取方法、N2流速等因素的考察，确定了最优的实验条件。该方法操作简单，结果准确，灵敏度高，可用于食品添加剂中有机溶剂的检测，为今后在食品添加剂中有机溶剂残留检测领域的研究提供了数据。

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