食品接触材料及制品中Cr(Ⅵ)迁移量的测定

张宁，孙晓飞，苏明明，王秋艳

(大连海关技术中心，辽宁 大连 116001)

铬元素在自然界通常以三价铬[Cr(Ⅲ)]和六价铬[Cr(Ⅵ)]两种形态存在。Cr(Ⅲ)主要生理功能是作为葡萄糖耐受因子的组成成分，可以激活胰岛素、促进胆固醇和脂肪酸的形成[1]；Cr(Ⅵ)不仅会造成DNA、RNA的损伤[2]，且具有致癌性[3-7]，是国际上公认的一种强致癌物[8]。欧洲各国家对食品包装材料的 Cr(Ⅵ)含量均有明确要求[9-10]。我国的GB/T 10004—2008中规定食品用包装塑料和塑料复合膜、袋中Pb、Cd、Hg和Cr(Ⅵ)的总量<80 mg/kg[11]；GB 4806.10—2016《食品安全国家标准 食品接触用涂料及涂层》对聚四氟乙烯类涂料涂层的Cr(Ⅵ)特定迁移量限量为0.01 mg/kg[12]。但目前为止，国内尚未有针对食品接触材料及制品Cr(Ⅵ)的检测标准。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

硝酸、氨水均为优级纯；乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na·2H2O)，分析纯；Cr(Ⅵ) 单标标准溶液 1 000 mg/L、Cr(Ⅲ)单标标准溶液1 000 mg/L均由国家有色金属及电子材料分析测试中心提供；除非另有说明，实验用水为一级水，由德国赛多利斯comfort Ⅱ超纯水系统制备。

1260 InfinityⅡ 高效液相色谱仪；7900电感耦合等离子体质谱仪；PHS-3C pH计。

1.2 仪器操作条件

1.2.1 液相色谱分离条件 色谱柱为安捷伦Bio-Wax阴离子交换柱(50 mm×4.6 mm×5 μm)，流动相0.07 mol/L硝酸，用氨水将pH调至7.2，流速 0.6 mL/min，柱温为常温，进样量100 μL。

1.2.2 电感耦合等离子体质谱仪条件 载气为氩气(Ar)，纯度≥99.99%或液氩，碰撞气为氦气(He)，纯度≥99.995%，积分时间0.8 s，射频功率 1 550 W，雾化器为同心雾化器，载气流速1.06 L/min，碰撞气流速4.3 mL/min，采样深度10.0 mm。

1.3 实验方法

试样在迁移实验预处理过程前，用去离子水清洗2～3次，自然晾干。炊饮具用涂层制品的迁移模拟条件为“蒸馏水，煮沸0.5 h，再室温放置24 h”；其他涂层制品、纸制品、塑料制品的迁移模拟条件为“蒸馏水，60 ℃，2 h”。

称取10 g(精确至0.01 g)迁移实验得到的食品模拟物，加入10 mL 0.1 mol/L EDTA-2Na溶液，用氨水(1+4)将pH调至7.2，50 ℃水浴中加热 60 min 后，移入100 mL容量瓶中，用水定容至刻度。过 0.45 μm 滤膜后上机测试。

2 结果与讨论

2.1 食品模拟物的选择

为了简化迁移实验的模拟条件，国际上通常将模拟物划分为非酸性、酸性、含酒精和油性四类[13]。由于Cr(Ⅵ)的水溶性良好，适合用水溶液提取[14]。本研究分别以蒸馏水和4%(体积分数)乙酸作为食品模拟物，按照确定的两种处理方式，进行6个水平的加标实验，考察Cr(Ⅵ)在不同食品模拟物中的迁移回收率，结果见图1。

图1 不同模拟条件下Cr(Ⅵ)的回收率

由图1可知，在蒸馏水条件下，Cr(Ⅵ)的回收率为82.9%～103.5%，而在4%(体积分数)乙酸条件下，Cr(Ⅵ)的回收率仅为47.1%～68.8%。这是因为在酸性条件下，Cr(Ⅵ)易被还原成Cr(Ⅲ)[15]，导致回收率偏低。因此，确定食品模拟物为蒸馏水。

2.2 络合条件的确定

实际检测样品中，Cr(Ⅲ)是Cr(Ⅵ)测定过程中最主要的干扰物，因此通过Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)混合标准溶液，考察EDTA浓度、络合温度、络合时间对二者色谱峰分离度的影响，正交实验结果见表1。

表1 正交实验结果

由表1可知，各因素对分离度的影响从大到小依次为EDTA浓度>络合温度>络合时间；最佳络合条件为A3B3C2，即EDTA浓度10 mmol/L，络合温度 50 ℃，络合时间60 min。

2.3 pH条件的确定

Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)在一定的pH条件下可以相互转化。酸性条件下，Cr(Ⅵ)易被还原为Cr(Ⅲ)，导致回收率降低；碱性条件下，Cr(Ⅲ)易水解产生沉淀[16-17]。Cr(Ⅵ)保留时间随着pH的升高而减小，会降低 Cr(Ⅲ)络合物和Cr(Ⅵ)的分离度。pH在 6～8 之间时，Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)相对稳定。分别考察了pH为 6.5，7.2和7.9时，Cr(Ⅲ)络合物和 Cr(Ⅵ)的保留时间和分离情况，见表2。

表2 Cr(Ⅲ)络合物和Cr(Ⅵ)在不同pH条件下的保留时间和峰面积

综合上述情况，确定处理液和流动相的pH 为7.2。

2.4 流动相浓度的确定

本研究配制了 0.05，0.07，0.09，0.12，0.15 mol/L 不同浓度硝酸铵的流动相，pH均调整为7.2，考察Cr(Ⅲ)络合物和Cr(Ⅵ)的色谱峰分离度，结果见表3。

表3 Cr(Ⅲ)络合物和Cr(Ⅵ)在不同流动相浓度条件下的色谱峰分离度

由表3可知，不同浓度的流动相对Cr(Ⅵ)峰面积影响很小，但随着浓度增大，Cr(Ⅲ)络合物和 Cr(Ⅵ)分离度逐渐缩小，峰宽逐渐减小。因为在测定Cr(Ⅵ)过程中，Cr(Ⅲ)是主要的干扰物，有时 Cr(Ⅲ)浓度会大大高于Cr(Ⅵ)。为保证二者有足够的分离度，且峰形良好，确定流动相的浓度为 0.07 mol/L。Cr(Ⅲ)络合物和Cr(Ⅵ)混合标准溶液色谱图见图2。

图2 Cr(Ⅲ)络合物和Cr(Ⅵ)混合标准溶液色谱图

2.5 线性范围与检出限

按上述方法，在优化条件下采用本方法分别对0.5，2.0，5.0，10.0，20.0 μg/L的标准溶液进行测定，以质量浓度(x)为横坐标，峰面积(y)为纵坐标，绘制标准曲线，见图3。

图3 Cr(Ⅵ)线性相关曲线

由图3可知，在0 ～ 20.0 μg/L质量浓度范围内线性关系良好。以色谱峰信噪比(S/N)为3时，对应的浓度计算检出限(LOD)为0.3 μg/kg，S/N为10时对应的浓度计算定量限(LOQ)为 1.0 μg/kg。根据我国GB 4806.10—2016《食品安全国家标准 食品接触用涂料及涂层》对聚四氟乙烯类不粘涂层的Cr(Ⅵ)迁移量要求不高于 0.01 mg/kg，本方法完全能够满足检测需求。

2.6 加标回收率与相对标准偏差

在5个空白样品中，分别添加1，5，10，100 μg/kg 的Cr(Ⅵ)标准溶液，按照本方法进行测定。每个样品重复测定9次，结果见表4。

表4 添加回收实验结果(n=9)

由表4可知，4个加标水平下Cr(Ⅵ)回收率为75.3%～113.1%，相对标准偏差为3.2%～9.8%。

2.7 实际样品检测

按照上述方法对涂层类、塑料、纸质的15批次实际样品进行测定，结果见表5。

表5 样品中Cr(Ⅵ)迁移量检测结果

由表5可知，其中7批次样品Cr(Ⅵ)迁移量检出，含量为6.5 ～ 178.6 μg/kg。

2.8 验证实验

为验证方法的准确性，向8个验证实验室发送 5种阳性样品，每种验证样品依照本方法进行6次平行测试，根据GB/T 6379.2[18]对测试结果进行重复性和再现性分析，结果见表6。

表6 验证实验结果及统计分析

由表6可知，重复性标准差(sr)为1.47～ 6.31 μg/kg，变异系数(CVr)为2.7%～5.3%；再现性标准差(sR)为1.62～7.75 μg/kg，变异系数(CVR)为4.4%～6.8%，表明该方法具有较好的精密度。

3 结论

采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪联用技术，以塑料、纸、涂料涂层食品接触材料为研究对象，进行食品模拟物迁移实验。通过对食品模拟物种类、试样络合条件、色谱分离条件的优化，建立了食品接触材料及制品中可迁移的检测方法。该方法的回收率和精密度可靠，检出限满足国内外相关产品技术指标需求，在食品接触材料及制品的检测和监管领域具有一定的应用前景。