食品塑料接触材料中荧光增白剂检测方法研究进展

邹孝 *，张丽妮 ，唐加利，高亚凯，马艳 ，牟琼

1. 重庆市计量质量检测研究院（重庆 401123）；2. 重庆市食品安全工程技术研究中心（重庆 401123）；3. 重庆大学化学化工学院（重庆 400030）

荧光增白剂（Fluorescent brightener）是一种荧光染料，或称为白色染料，是一种复杂的有机化合物。它的特性是能吸收350 nm左右波长的紫外光，再发射出人肉眼可见的450 nm左右波长的蓝光或蓝紫色荧光，该荧光与基质上的黄光互补，使所染物质获得类似萤石的闪闪发光的效应，使肉眼看到的物质很白，从而使得物质具有增白的效果。

目前，荧光增白剂被广泛应用于洗涤、引燃、造纸、纺织等工业。全球在产的荧光增白剂有1 000余种，年总产量达15万 t以上[1]。

1 荧光增白剂的结构及分类

荧光增白剂根据其水溶性可分为溶和不溶两大类，水溶性荧光增白剂可用于纸张、涂料、洗衣粉、棉织物的增白；不溶性增白剂可用于化纤、塑料等物质的增白。

按用途和功能可分为纺织品、造纸、洗涤剂、塑料、合成材料用荧光剂。

作为荧光增白剂，其分子都具有π电子形成的平面共轭体系，结构为—C=C—C=C—C=C—或—N=C—C=N—C=C—，这2类结构的化合物吸收紫外线后，电子从基态激发到活泼态，在极短时间内又回到基态，可放出波长420～450 nm的荧光。有一定实用价值的FWA按照化学结构可分为二苯乙烯型、香豆素型、吡唑啉型、苯并恶唑型、萘酰亚胺型五大类。

（1）二苯乙烯型。二苯乙烯型是目前工业生产最常用的，产量占全部增白剂产量的80%以上[2]。大多数该类荧光增白剂用于棉纤维及某些合成纤维、造纸、制皂等工业的增白，具有蓝色荧光。二苯乙烯型荧光增白剂品种很多，其中的三嗪二苯乙烯类荧光增白剂由于物美价廉，被广泛应用于常见的日用品相关行业[3]。

（2）香豆素型。香豆素型是最早发现和使用的一类荧光增白剂，其主要品种数目仅次于二苯乙烯类增白剂。香豆型增白剂的核心结构香豆素，又称小苯并吡喃酮，具有较强的蓝色荧光。只要在香豆环的3位和7位上引入各种取代基团，可构成性能不同和用途各异的荧光增白剂。在香豆环的3位上引入杂环芳香基或吸电子取代基的化合物，对光的稳定性极好，在香豆素的7位上引入不同基团，其吸收波长向长波方向移动。它主要用于毛质物如兔毛、蛋白纤维、醋酸纤维、尼龙、聚丙烯酸及各种塑料的增白，还可用于某些食品的增白，以及激光染料、荧光颜料和太阳能电池等方面。

（3）吡唑啉型。吡唑啉型是荧光增白剂中较为重要的一种类型，其种类居各类荧光增白剂中的第3位。这类荧光增白剂增白效果好，具有绿色荧光。阳离子型产品用于腈纶的增白；阴离子型产品用于羊毛、锦纶和黏胶纤维的增白；非离子型产品用于腈纶、锦纶和醋酯纤维的增白。

图1 各类荧光增白剂代表物结构式

（4）苯并恶唑型。具有红色荧光。由于该类分子中不具备磺酸基等亲水基团，所以这类增白剂不溶于水，但其具有良好的耐热、耐晒、耐迁移性能。主要用于腈纶等纤维及聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料的增白增艳。

（5）萘酰亚胺型。一类重要的荧光增白剂，具有蓝色荧光。由于其高熔点、高稳定性、光学稳定性及较强的荧光等特性而被重视。主要用于涤纶、腈纶、锦纶的增白。

2 荧光增白剂的提取方法

对于荧光增白剂的检测，首先要找到一个有效的提取方式。只有保证高效且快速地从样品中提取到荧光增白剂，才能使后续的检测更加合理且准确。

目前对于荧光增白剂的提取方法主要有超声振荡提取法、超声辅助提取法、加速溶剂提取法、热水提取法、索氏提取法等。

2.1 超声振荡提取法

超声提取法是利用超声波的空化作用、机械效应和热效应等加速胞内有效物质的释放、扩散和溶解，显著提高提取效率的提取方法。超声提取的主要理论依据是超声的空化效应、热效应和机械作用。

2.2 超声辅助提取法

超声波辅助提取技术主要是依据物质中有效成分的存在状态、极性、溶解性等在超声波作用下快速地进入溶剂中，得到多成分混合的提取液，将提取液以适当方法分开、精制、纯化处理，得到所需单体化学成分的一项新技术。

2.3 加速溶剂提取法

加速溶剂萃取或加压液体萃取是在较高的温度（50～200 ℃）和压力（1 000～3 000 PSI）下用有机溶剂萃取固体或半固体的自动化方法。随着温度升高，分子间的作用力、氢键、静电吸引力、偶极矩产生的相互作用力等会逐渐减弱。由于液体的溶解能力远大于气体的溶解能力，在压力增加的条件下，可提高物质的沸点，使其仍处于液体状态，提高溶解能力。该方法的优点是有机溶剂用量少、快速、基质影响小、回收率高和重现性好。

2.4 热水提取法

热水提取是溶剂选择不同温度的热水同时选择不同提取时间的一种提取方法。欧盟在关于食品包装纸标准中提到用80 ℃热水对包装纸的一些物质进行提取[4]。

2.5 索氏提取法

索氏提取法又名连续提取法、索氏抽提法，是从固体物质中萃取化合物的一种方法。被萃取的样品应先细细研磨，以增大液体浸溶的面积。将固体物质放在滤纸套内，放置于萃取室中。溶剂加热沸腾后，蒸汽通过导气管上升，被冷凝为液体滴入提取器中。液面超过虹吸管最高处时，即发生虹吸现象，溶液回流入烧瓶，因此可萃取出溶于溶剂的部分物质。就这样利用溶剂回流和虹吸作用，使固体中的可溶物富集到烧瓶内。利用溶剂回流和虹吸原理，使固体物质每次都能为纯的溶剂所萃取，所以萃取效率较高。

3 荧光增白剂提取溶剂选择

对于荧光增白剂的提取，常用的溶剂有水、NaOH、氯仿、甲醇、乙醇、乙腈、N, N二甲基甲酰胺（DMF）、N, N-二甲基乙酰胺（DMA）。

塑料行业所用的荧光增白剂占全世界生产的荧光增白剂总量的10%。塑料中添加的荧光增白剂种类与纸张、纺织品中的相差不大，在塑料制品中添加荧光增白剂是为了改善塑料制品原来的颜色，同时赋予塑料包装更加夺目的色彩，并且增加它的亮度。由于食品接触材料基本属于塑料制品，随着对健康关注度的提升，当前关于塑料制品中荧光增白剂的研究逐渐增多。

Guo等[5]采用超高效液相色谱-串联质谱法定量测定聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）塑料中7种荧光增白剂。将PS和PVC混合物与缓慢添加的溶剂甲醇（10 mL）共同旋转，用甲醇稀释至25 mL。超声10 min，以3 000 r/min离心5 min，取上清液转移到小瓶中进行分析。这种快速准确的方式对于7种荧光增白剂在0.1～50 μg/L范围内线性关系良好，线性相关性大于0.995，检出限为0.7～9 μg/kg，定量限为2.5～30 μg/kg，加标回收率在81.4%～116.0%之间。Jiang等[6]建立离子对高效液相色谱法同时测定纸张中11种常见二苯乙烯型荧光增白剂的方法。并对多组分二苯乙烯型荧光增白剂样品的制备、提取及色谱分离进行优化。用乙腈-水-三乙胺（40:60:1，体积比）超声提取制备的样品中的荧光增白剂，用含有四丁基溴化铵的流动相在C18柱上分离，用荧光检测器检测。检测限为0.12～0.24 mg/kg，在8.0～100 ng/mL范围内，校准曲线呈线性相关，为0.999 4。样品中平均回收率和相对标准偏差分别为81%～106%和2%～9%。汤娟等[7]建立同时测定纺织品中18种荧光增白剂的超高效液相色谱-荧光检测（UPLC-FLR）法。试样由三氯甲烷-乙醇体积比为6:4超声提取，流动相为5 mmol/L乙酸铵水溶液和甲醇，同时采用外标法定量。18种FWAs在各自范围内呈良好的线性关系，相关系数均大于0.999 2；方法的定量限为0.002～0.1 mg/L。样品的平均加标回收率为88.3%～104.5%，相对标准偏差为2.0%～5.5%（n=6）。吴钟玲等[8]比较DMF、DMA、甲醇、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃作提取剂时对荧光增白剂的提取效果，结果表明，三氯甲烷对于FWA 52，135，184，199，367，368，373和393具有较好溶解性；杜志峰等[9]比较苯、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯对于发泡塑料餐具中的荧光增白剂的提取效果，结果表明采用三氯甲烷提取有着较好的回收率。同时，焦艳娜等[10]考察DMF、甲醇、三氯甲烷、四氢呋喃对荧光增白剂184，199，367和378的提取效果，发现DMF和三氯甲烷提取效果最好，但DMF作提取剂时，峰形没有三氯甲烷好。有报道称提取二苯乙烯型荧光增白剂的适宜pH在7.5～9.0之间[11]。

4 荧光增白剂的检测方法

最早检测荧光增白剂的方法是薄层色谱法，后续发展出白度法、紫外光照射法、分光光度法、高效液相色谱法、液质法、共振光散射法和毛细管电泳法等。其中，白度法和紫外灯照射法不能用来定量，分光光度法、高效液相色谱法、高效液相色谱-质谱法都能定量，对于不同的方式，所要求的样品提取方式也各不相同。

4.1 薄层色谱法

薄层色谱法是一种吸附薄层色谱分离法，它利用各成分对同一吸附剂吸附能力不同，使在流动相（溶剂）流过固定相（吸附剂）的过程中，连续地产生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附，从而达到各成分的互相分离的目的。对于荧光增白剂的检测而言，使用TBA有机溶剂为提取剂，基于各种荧光增白剂在吸附剂与溶剂之间吸附与解析的性质差异而得以将各种荧光增白剂相互分离。用这种方法检测荧光增白剂方便，并能有效将各组分区分开。二十世纪七八十年代，利用薄层色谱法检测荧光蛋白剂相当普遍。

4.2 白度法

白度是用来度量物质表面白色程度的标准，以白色含有量的百分率表示。白度对于荧光增白剂而言是一项反映增白效果、质量优劣的重要指标。采用白度计检测荧光物质是否存在的方法称为白度法，该法只能用来定性。

4.3 紫外光照射法

紫外光可被荧光增白剂强烈吸收，被检物中的荧光增白剂吸收紫外光后发射出紫色或蓝色的可见光线，通过目测被检样品上荧光发射的面积或者亮度，可定性检测荧光增白剂的含量，通过不同样品前处理方法和制备标准荧光增白剂为参考，也可对荧光增白剂进行定性和半定量测定。中国两个食品包装用原纸卫生标准分析方法均为此法，可作为一种简单的快速判断方法，但是采用紫外灯照射、肉眼目测，人为因素很大，而且紫外线对眼睛有刺激，不能准确检测出具体的荧光增白剂的品种和含量。

4.4 分光光度法

分光光度法包括紫外分光光度法和荧光分光光度法。

4.4.1 紫外分光光度法

将样品和已知荧光浓度的标准品置于同一条件下配制成适宜浓度的溶液，利用紫外分光光度计测量二者在350 nm下的紫外吸光度，通过样品与标准品吸光度的比值得到相应试样中荧光增白剂含量；同时也可用标准品配制一系列浓度梯度的荧光增白剂标准溶液，绘制标准曲线，之后测量样品中的紫外吸光度，得到样品中荧光增白剂含量。紫外分光光度法只能测定荧光增白剂总量，并且在测量过程中可能会将其他在350 nm下有较大吸光度的荧光物质计入所测荧光增白剂中，导致测试结果偏大，同时，操作过程中所涉及的试剂毒性较大，对人体的影响比较大。

4.4.2 荧光分光光度法

荧光分光光度法采用的检测仪器是荧光分光光度计。不同物质由于分子结构的不同，其激发态能级的分布具有各自不同特征，这种特征反映在荧光上表现为各种物质都有其特征荧光激发和发射光谱，因此可用荧光激发和发射光谱的不同来定性地进行物质的鉴定。但不同种类的荧光增白剂的激发波长都在350 nm左右，发射波长都在430 nm附近，对于不同荧光增白剂而言，激发波长和发射波长非常接近，荧光分光光度计不能用来定性识别荧光增白剂的种类，该方法同紫外分光光度法一样，只能测定荧光物质总量。

同时，在测定纸中荧光增白剂成分时，由于纸中常含有苯并芘、多氯联苯等具有强荧光性的物质，在使用分光光度法检测该类物质时，容易将这些所含的强荧光物质误检为荧光增白剂，使得检测结果偏大，另外分光光度法受到试剂的影响非常大。

4.5 高效液相色谱法

液相色谱法是一种很好的分离方式，可较好地将荧光增白剂的不同物质分离开，从而可用于检测荧光增白剂的各类单体，是分析荧光增白剂的较好方法。测定荧光增白剂的检测器可以是荧光检测器或者紫外检测器，据文献报道，荧光检测器的灵敏度比紫外检测器的灵敏度高20倍。同时，根据色谱柱的不同，测量荧光增白剂的液相色谱法包括反相液相色谱法和反相离子对液相色谱法。

反相液相色谱法是一种以表面非极性载体为固定相，以强于固定相极性的溶剂作为流动相的一种液相色谱分离模式。在荧光增白剂的检测过程中，由于磺酸根基团的极性很强，造成化合物与C18反相色谱柱的键和效果较弱，分离多组分的荧光增白剂时有一定困难，只能出分析少数几种。

反相离子对色谱法是一种将离子对试剂加入到含水流动相中，被分析组分离子在流动相中与离子对试剂的反离子或对离子生成中性离子对，增加溶质与非极性固定相间的疏水性缔合作用，从而起到改善分离效果的方法。利用反相离子对色谱，荧光增白剂与离子对试剂结合成疏水性离子对，与C18柱的结合能力増强，从而达到良好的分离效果，取得较好的检测结果。

4.6 高效液相色谱串联质谱法

对于像荧光增白剂这种复杂混合物的定量定性分析，可采用液相色谱与质谱串联（液质联用法），该法将色谱的分离能力和质谱的定性能力结合，简化样品前处理，并且丰富分析化合物的种类，样品分析更加简便可靠。液质联用分辨率高、灵敏度高、扫描速度快，但液质联用存在一些问题，如离子对试剂的应用容易污染仪器、电离规律不易把握、母离子寻找困难、进样后交叉污染等，因此还需要进一步研究。

4.7 共振光散射法

共振光散射光谱法检测样品中荧光增白剂是基于荧光共振实现的。

4.8 毛细管电泳法

由于荧光增白剂具有很强的离子性，并且带有连续的共轭体系，从理论上来说该类化合物应该适合于毛细管电泳法。但由于毛细管电泳法不易普及，所以目前该类方法尚未得到有效开发。

5 结语与展望

荧光增白剂的种类很多，从染料索引中搜索到的荧光增白剂将近400种，产品牌号差不多2 500个。其中，荧光增白剂的毒理学及其潜在的安全性问题的结论还没有完全统一，但出于对保护人体健康安全考虑，中国与主要发达国家已明确建立相关法律条规，要求限制塑料食品接触材料使用荧光增白剂。GB 9685—2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准》[12]将有限量要求的添加剂从958种扩大到1 294种，但国家标准并无配套的检测方法。因此，荧光增白剂的快速高效检测方法应尽快建立，并且形成国家标准，为进一步加强食品安全监管提供新思路。