气相色谱法测定食品接触材料中的12种丙烯酸酯类单体在水性食品模拟物中的迁移量

赵金尧,柳阿芳,万 富,文 明,刘 梁

(湖南省产商品质量监督检验研究院,长沙 410007)

丙烯酸酯类化合物是丙烯酸及其同系物酯类的总称,可用于生产制造纺织品、塑料包装材料、胶黏剂、皮革等,是一种重要的化工原料。丙烯酸酯类化合物一般都易挥发,具有刺鼻的特殊性气味,对眼睛、呼吸道及皮肤等具有强烈的刺激性和腐蚀性,有些丙烯酸酯类化合物还具有一定的致癌性,如丙烯酸甲酯属于全身性毒物,具有一定的生殖毒性,可致胚胎中毒[1]。丙烯酸酯类制品由于具有易于塑性变形、富于弹性等优点而广泛用于食品接触材料,但其残留的丙烯酸酯类单体会迁移到食品中,进而对人体造成伤害。因此,欧盟法规(EU)No.10/2011 对多种丙烯酸酯残留量做出了明确规定[2]。我国国家标准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》也对丙烯酸酯类化合物的迁移量做出了限制[3],规定包括丙烯酸甲酯在内的12种丙烯酸酯类化合物、聚丙烯酸盐及2-丙烯酸-2-乙基己基-2-丙烯酸酯的聚合物共14种丙烯酸酯类物质的迁移量总量[SML(T)分组编号22]不得超过6 mg·kg-1。

丙烯酸酯类化合物含量的测定主要集中在大气、胶黏剂、水、食品接触材料等领域,分析方法主要有气相色谱法[4-6]、气相色谱-质谱法[7-9]和液相色谱法[10-11]。近几年,国内开始关注食品接触材料中丙烯酸酯迁移量的测定。有文献报道建立了顶空气相色谱-质谱法[12]和气相色谱法[13]测定食品模拟物中的丙烯酸酯类化合物含量的方法。文献[14]报道建立了丙烯酸树脂塑料食品接触材料中单体迁移量的测定方法,其中包括4 种丙烯酸酯类单体。文献[15]报道建立了高效液相色谱法测定食品接触材料中的丙烯酸酯类单体的迁移量的方法。上述方法中均仅检测了最多6种丙烯酸酯类单体的迁移量,无法满足我国国家标准GB 9685-2016[3]对丙烯酸酯类迁移量总量的检测要求。本工作建立了气相色谱法测定10%(体积分数,下同)乙醇溶液、4%(体积分数,下同)乙酸溶液、20%(体积分数,下同)乙醇溶液、50%(体积分数,下同)乙醇溶液等4种水性食品模拟物中丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸-2-羟乙基酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸苯甲酯、2-丙烯酸辛酯等12种丙烯酸酯类单体的迁移量,该方法满足国家标准GB 9685-2016[SML(T)分组编号22]对丙烯酸酯单体的检测要求。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890B型气相色谱仪,配火焰离子化检测器(FID);Talboys基本型漩涡混合器。

混合标准储备溶液:1 000 mg·L-1,分别称取12种丙烯酸酯类单体各0.025 g,用二氯甲烷溶解并定容至25 mL,得到1 000 mg·L-1的混合标准储备溶液,于4 ℃冷藏保存。

混合标准溶液系列:取适量混合标准储备溶液,用二氯甲烷逐级稀释成2.5,5.0,10,25,50 mg·L-1混合标准溶液系列,现用现配。

丙烯酸甲酯的纯度为99.9%,丙烯酸的纯度大于99.7%,丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯的纯度均为99.5%,丙烯酸异丁酯的纯度大于99%,丙烯酸叔丁酯、丙烯酸苯甲酯和2-丙烯酸辛酯的纯度均大于98%,丙烯酸-2-羟乙基酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丙酯和丙烯酸仲丁酯的纯度均大于95%;二氯甲烷为色谱纯;无水乙醇、乙酸和橄榄油均为分析纯;试验用水为一级水。

1.2 仪器工作条件

HP-VOC 毛细管色谱柱(60 m×0.32 mm,1.8μm);载气为高纯氮气,流量1.2 mL·min-1;分流进样,分流比2∶1;进样口温度230 ℃;检测器温度250 ℃。柱升温程序:初始温度50 ℃,保持1 min;以5 ℃·min-1速率升温至120 ℃;再以10 ℃·min-1速率升温至250 ℃,保持5 min。

1.3 试验方法

1.3.1 水性食品模拟物的配制及样品食品模拟液的制备

按照GB 5009.156-2016《食品安全国家标准食品接触材料及制品迁移试验预处理方法通则》的要求,配制水性食品模拟物:A 为10%乙醇溶液;B为4%乙酸溶液;C为20%乙醇溶液;D 为50%乙醇溶液。

按照GB 31604.1-2015《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验通则》和 GB 5009.156-2016 的要求,对样品进行迁移试验,得到样品食品模拟液。

1.3.2 样品测定

移取样品食品模拟液5.0 mL于15 mL具塞离心管中,在水性食品模拟物A、B、C 中加入氯化钠1.2 g和二氯甲烷2.0 mL,加塞后于旋涡振荡器上振荡提取3 min;在水性食品模拟物D 中加入饱和硫酸钠溶液0.5 mL 和二氯甲烷2.0 mL,加塞后于旋涡振荡器上振荡提取3 min。静置15 min后,取下清液过0.45μm 滤膜,按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

在不同水性食品模拟物中,12种丙烯酸酯类单体混合标准溶液的气相色谱图见图1。

图1 在不同水性食品模拟物中12种丙烯酸酯类单体混合标准溶液的气相色谱图Fig.1 Gas chromatograms of the mixed standard solution of 12 acrylate monomers in the different aqueous food simulants

2.2 检测方式的选择

试验比较了顶空气相色谱-质谱法、气相色谱-质谱法、顶空气相色谱法、气相色谱法对12种丙烯酸酯类单体迁移量的测定效果。结果表明:在质谱中丙烯酸响应极小,低含量时不出峰,无法满足检测需要;使用顶空法测定时,由于丙烯酸-2-羟乙基酯极性较大,在各水性食品模拟物中均无法出峰。因此,选择气相色谱直接进样方式对12种丙烯酸酯迁移量进行测定。

2.3 色谱柱的选择

试验比较DB-WAX(60 m ×0.25 mm,0.25μm)、SH-Rtx-624(60 m×0.32 mm,1.8μm)及HP-VOC(60 m×0.32 mm,1.8μm)等不同极性的色谱柱对12种待测化合物分离的影响。结果表明:使用HP-VOC 色谱柱时,在4种不同水性食品模拟物中各组分可完全分离;使用DB-WAX 强极性色谱柱时,水性食品模拟物A、C、D 中的溶剂乙醇与丙烯酸甲酯难以分离;使用SH-Rtx-624 色谱柱时,水性食品模拟物B中的溶剂乙酸与丙烯酸较难以实现基线完全分离,且2-丙烯酸辛酯与丙烯酸苯甲酯在35 min后才可实现分离,分离时间较长。因此,试验选择HP-VOC色谱柱作为分析柱。

2.4 前处理条件的选择

2.4.1 提取剂

水性食品模拟物A、B、C、D 中加入一定量的12种丙烯酸酯类单体混合标准溶液,再加入氯化钠(A、B、C)或饱和硫酸钠溶液(D),然后分别以2 mL的乙酸乙酯、乙酸甲酯、叔丁基甲醚、二氯甲烷和正己烷等5种溶剂作为提取剂,在旋涡振荡器中振荡提取3 min,待静置分层后,取有机层清液按仪器工作条件进行测定。结果表明:以正己烷为提取剂时,未能提取出丙烯酸-2-羟乙基酯;以乙酸乙酯为提取剂时,乙酸乙酯与丙烯酸甲酯不能实现基线分离;以乙酸甲酯为提取剂时,提取效率较差;以叔丁基甲醚为提取剂时,提取后进样杂峰较多,对目标物测定造成干扰。因此,试验选择二氯甲烷为提取剂。

2.4.2 盐析条件

在其他条件相同的情况下,试验在水性食品模拟物A、B、C中分别加入0.3,0.5,0.8,1.0,1.2 g(20%乙醇溶液达到饱和)氯化钠,考察了其对提取效果的影响。结果表明:随着氯化钠含量的增加,丙烯酸-2-羟乙基酯的峰面积明显增大,而其他丙烯酸酯类单体的峰面积无明显变化。因此,试验选择在5.0 mL 的水性食品模拟物A、B、C 中加入氯化钠1.2 g。

试验还考察了在水性食品模拟物D 中分别加入氯化钠、饱和硫酸钠溶液,考察了其对提取效果的影响。结果表明:加入饱和硫酸钠溶液后提取各组分的峰面积均较高。因此,试验选择在5.0 mL 的水性食品模拟物D 中加入饱和硫酸钠溶液0.5 mL。

2.4.3 萃取时间

在其他条件相同的情况下,考察了旋涡振荡时间分别为1,2,3,5,8,10 min时对12种丙烯酸酯类单体峰面积的影响。结果表明:随着旋涡振荡时间的延长,4种水性食品模拟物中丙烯酸酯类单体的峰面积先缓慢增大,再在3 min后趋于平缓。因此,试验选择旋涡振荡时间为3 min。

2.5 工作曲线和检出限

移取未浸泡过样品的4种空白水性食品模拟物5.0 mL,各5份,置于15 mL具塞离心管中,水性食品模拟物A、B、C中加入氯化钠1.2 g后,再分别加入2.5,5.0,10,25,50 mg·L-1的混合标准溶液系列1.0 mL,然后加入二氯甲烷1.0 mL;水性食品模拟物D 中加入饱和硫酸钠溶液0.5 mL,再加入上述质量浓度的混合标准溶液系列1.0 mL 及二氯甲烷1.0 mL,按试验方法进行处理,得到12种丙烯酸酯类单体的质量为2.5,5.0,10,25,50μg的混合工作溶液系列。以12种丙烯酸酯类单体的质量为横坐标,其对应的峰面积为纵坐标绘制工作曲线。结果表明:12种丙烯酸酯类单体的质量在2.5～50μg内与其峰面积呈线性关系,相关系数均大于0.999 0。具体的线性回归方程和相关系数见表1。

以3倍信噪比(S/N)计算方法的检出限(3S/N),结果见表1。

表1 12种丙烯酸酯类单体的保留时间、线性参数和检出限Tab.1 Retention times,linearity parameters and detection limits of 12 acrylate monomers

表1 (续)

2.6 精密度和回收试验

分别对空白水性食品模拟物A、B、C、D 进行低、中、高等3个不同浓度水平的加标回收试验,按试验方法测定,每个浓度水平平行测定6次。计算12种丙烯酸酯类单体的回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表2。

表2 精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.2 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

表2 (续)

由表2可知:12种丙烯酸酯类单体的加标回收率为84.0%～115%,测定值的RSD 为1.0%～9.6%。

2.7 样品分析

依据国家标准GB 9685-2016和GB 4806.6-2016,选择有丙烯酸酯类单体迁移量检验要求的材质进行实际样品分析,包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)调料瓶、PMMA 酒杯、PMMA 量杯等5批次聚甲基丙烯酸酯塑料制品,3批次聚偏二氯乙烯(PVDC)保鲜膜,以及纸杯、纸碗、纸袋等5批次食品接触用纸制品。按照试验方法测定各样品在4种水性食品模拟物A、B、C、D 中12种丙烯酸酯类单体的迁移量。结果表明:1批次PMMA 量杯在4种水性食品模拟物中均检出了丙烯酸甲酯单体,迁移量为0.22～0.78 mg·kg-1,且在水性食品模拟物D中丙烯酸甲酯迁移量最大,其余样品均未检出。

本工作建立了气相色谱方法测定12种丙烯酸酯类单体在4种水性食品模拟物中的迁移量。该方法具有前处理简单快速、色谱分离效果好、精密度高等优点,完全符合GB 9685-2016对丙烯酸酯类单体特定迁移量总量检测的要求,可用于食品接触材料及制品中丙烯酸酯类单体迁移量的检测,具有较好的应用价值和前景。