辐照灭菌后医用口罩溢出异味成分分析和检测

奉艳花 朱 荣 何 虹 陈 瀚 孙 煜 梁秋霞 颜其双 卢日刚

广西壮族自治区食品药品检验所，广西南宁 530000

医用口罩属于第二类医疗器械，我国对其采取了严格的监督管理规范措施，可分为医用防护口罩、医用外科口罩、一次性使用医用口罩、医用面罩等。常规的环氧乙烷灭菌方式因灭菌周期长成为实现短时间内口罩大量供应的桎梏，而辐照灭菌是食品冷加工中常用的灭菌手段，安全和有效性已得到认可[1]，但将辐照应用于口罩灭菌时发现经辐照灭菌的口罩会产生经久不散的异味，影响使用。因此本文拟通过建立适宜的测定方法，分析辐照后口罩中可挥发性物质的种类，通过谱库对比和对照品比对进行确认；建立定量方法，测定可挥发性物质的含量；比较研究辐照灭菌前后和环氧乙烷灭菌后产生的溢出异味成分，为辐照灭菌方式在医用口罩上的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器、试剂与材料

气相色谱仪（安捷伦7890B GC），气相-质谱联用仪（安捷伦7890B GC-7000C GC/MS TQ-7697A Headspace sampler），顶 空 进 样 器（DANI HSS86.5Plus），Mettler XS205DU型电子天平（瑞士Mettler Toledo公司），Milli-Q超纯水净化系统（美国Millipore公司）。

丙酮（GR，MERCK，批号：60002025001730，含量（GC）≥ 99.8%），环氧乙烷（批号：XE0-001，含量99.4%，中检院标准品），异丁醇（AR），纯水，氦气（纯度≥99.999%），样品收集了5个厂家的医用口罩，分别以厂家 A、B、C、D、E，批号以 001、002……表示，样品信息详见表1。

1.2 实验方法

1.2.1 气相色谱条件供试品制备 取样品剪去缝线部分，取中心部分剪碎，混匀，精密称取0.5 g，置10 ml顶空瓶中，加入内标溶液20 μl，密封，顶空进样。

1.2.2 气相-质谱联用色谱条件供试品制备 取样品剪去缝线部分，取中心部分剪碎，混匀，精密称取0.2 g，置10 ml顶空瓶中，密封，顶空进样。

1.2.3 内标溶液的配制 精密称取异丁醇0.02 g，置500 ml量瓶中，用纯化水稀释至刻度，摇匀，作为内标溶液。

1.2.4 对照品溶液配制 精密称取环氧乙烷对照品溶液（经标定环氧乙烷浓度为0.7907 mg/g）10 g、丙酮0.1 g，分别置15、100 ml量瓶中，用纯化水稀释至刻度，摇匀，分别作为环氧乙烷、丙酮对照品储备液，再精密量取环氧乙烷对照品储备液2、2、2、4、3 ml和丙酮对照品储备液 1、1、1、1.5、1ml，分别置 50、20、10、10、5ml量瓶中，用纯化水稀释至刻度，摇匀，作为环氧乙烷和丙酮系列混合对照品溶液。分别精密量取系列混合对照品溶液20 μl，置10 ml顶空瓶中，各加入内标溶液20 μl，密封，顶空进样。

1.3 分析条件

1.3.1 气相色谱条件 色谱柱：HP-1（30 m×0.32 mm×3.00 μm）；进样口温度：150℃；检测器温度：250℃；柱温：起始温度40℃，维持4 min，以每分钟15℃的速率升温至250℃，维持5 min；顶空程序：顶空瓶平衡温度为50℃，平衡时间为30 min；检测器：FID；进样体积1 ml；分流比为10∶1；载气：氦气。

1.3.2 气相-质谱联用色谱条件 色谱柱：HP-1（30 m×0.32 mm×1.00 μm）；进样口温度：150℃；柱温：起始温度为40℃，维持4 min，以每分钟15℃的速率升温至250℃，维持5 min；顶空程序：平衡温度为80℃，平衡时间为10 min；分流比为10∶1；进样体积：1 ml；检测器：MS；电离方式：EI；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；传输线温度：280℃；采样模式：SCAN；载气：He。

2 结果

2.1 医用口罩异味成分分析

通过人体嗅觉直接感知，经辐照灭菌的医用口罩普遍存在明显刺激性气味，且味道浓烈、刺激和持久，长时间佩戴极易使人产生不适，而未灭菌和经环氧乙烷灭菌的医用口罩几乎无气味。采用气相色谱比较了辐照灭菌前后和环氧乙烷灭菌后医用口罩的挥发性气体成分差异，如图1，结果显示，辐照灭菌后医用口罩产生了较多挥发性成分，而灭菌前和环氧乙烷灭菌后几乎不产生。通过气相色谱-质谱分析了辐照灭菌医用口罩挥发性气体的成分组成，结果显示，主要有酮类、酸类、芳香烃类、硅氧烷结构类等，其中酮类主要为丙酮，酸类主要为乙酸。

图1 不同灭菌方式医用口罩气相色谱图

2.2 方法学考察

2.2.1 线性范围和检出限 取“1.2.4”项下配制的系列混合对照品溶液，按“1.3.1”项下色谱条件测定，分别顶空进样，考察丙酮和环氧乙烷的线性关系。结果丙酮在0.8～8 μg/g的范围内呈良好线性关系（r=0.9975），环氧乙烷在 0.8～ 12 μg/g的范围内呈良好线性关系（r=0.9996），检出限分别为0.2 μg/g 和 0.1 μg/g。

2.2.2 精密度试验 取混合对照品溶液（丙酮和环氧乙烷浓度分别为2.7 μg/g和4.2 μg/g），分别平行测定6份，结果丙酮和环氧乙烷峰面积的RSD分别为5.3%和3.0%，表明该方法精密度良好。

2.2.3 加样回收率试验 精密称取B-004号样品9份，平均分成三组，按3个添加水平（丙酮1.6 μg/g、2.0 μg/g、2.7 μg/g；环氧乙烷 2.0 μg/g、4.0 μg/g、8.0 μg/g）进行加标回收率试验。结果显示，在3个加标水平下，丙酮的回收率为82.1%～98.3%，平均回收率为92.0%，RSD为6.8%；环氧乙烷的回收率为90.7%～96.8%，平均回收率为93.8%，RSD为2.5%，表明该方法准确度良好。

2.3 医用口罩主要异味成分测定

按“1.3.1”项下色谱条件对所收集的医用口罩中可能产生的酮类、酸类、芳香烃类等挥发性成分进行检测，测定了其中丙酮、环氧乙烷和其他挥发性成分（包括其他酮类、酸类、芳香烃类等）的含量。结果显示，A厂家3批口罩均检出丙酮和其他挥发性成分，最大检出量为0.979 μg/g和3.84 μg/g，检出率为100%，均采用辐照灭菌方式；B厂家10批经辐射灭菌的口罩均检出丙酮和其他挥发性成分，最大检出量为0.875 μg/g和4.60 μg/g，检出率为100%，1批未经灭菌的口罩未检出挥发性成分；C厂家有4批口罩检出挥发性成分，其中1批检出丙酮和其他挥发性成分，3批只检出其他挥发性成分，最大检出量为0.777 μg/g，检出率为 50%；D厂家有2批口罩检出挥发性成分，其中1批检出丙酮和其他挥发性成分，1批只检出其他挥发性成分，检出率为40%；E厂家2批经环氧乙烷灭菌的医用口罩，均未检出挥发性成分；所有厂家的口罩均未检出环氧乙烷，结果见表1，对照品、供试品典型图谱如图2。

图2 Ⅰ.对照品典型色谱图 Ⅱ.供试品典型色谱图

表1 各厂家医用口罩丙酮、环氧乙烷和其他挥发性成分测定结果

3 结论

3.1 辐照灭菌后医用口罩产生溢出异味原因分析

根据以上结果可知，医用口罩经辐照灭菌后，主要产生酮类、酸类、芳香烃类等刺激性物质，此类物质多具有毒性，长时间使用会使人产生不适，甚至威胁使用者的身体健康。同时还产生硅氧烷结构的物质，包括链式硅氧烷和环状硅氧烷。医用口罩的主要原料为热塑性聚合物制成的熔喷布和纺黏布，常用基础材料为聚丙烯或聚丙烯复合物[2]，辐照对某些聚丙烯材料具有一定程度的损害，能使其变性[3-5]，进而产生一些对人体有潜在危害的物质。因此，辐照有可能使医用口罩原材料性能改变，导致其聚合物结构的断裂，同时释放一些酮类、酸类、芳香烃类等物质，从而导致辐照灭菌后的医用口罩溢出刺激性异味。

3.2 医用口罩挥发性物质测定结果分析

根据收集的医用口罩中挥发性成分的测定结果可知，不同厂家生产的医用口罩经辐照灭菌后均不同程度的检出丙酮和其他挥发性成分，而未灭菌或采用环氧乙烷灭菌的口罩均未检出，说明经辐照灭菌的医用口罩易产生挥发性物质，导致异味产生。而相同厂家不同批次有的检出，有的未检出，且不同厂家或相同厂家不同批次间检出挥发性成分含量相差较大，可能与各厂家所使用的医用口罩材料、辐照剂量和辐照时间以及存放时间差异有关。

3.3 医用口罩挥发性物质定量方法研究

气相色谱法是能够快速准确的将气体分离并进行定性定量的分析方法，而气相-质谱联用则可以实现对未知气体的定性和定量分析[12-13]，气相色谱法被广泛应用于食品、药品、化工、空气等产品中挥发性成分的检测[14-17]，因此我们采用气相色谱和气相-质谱联用对医用口罩挥发性成分进行检测。根据以上测定结果可知，建立的气相色谱法测定丙酮和环氧乙烷含量方法线性范围广，准确度高，重现性好，可用于医用口罩中挥发性成分的分析和检测，但医用口罩中其他未知挥发性物质的结构确定和含量测定还有待进一步研究。

3.4 辐照灭菌的应用

国内医用口罩常用的灭菌方式主要是采用环氧乙烷灭菌法[6]，环氧乙烷本身剧毒，能对人体产生极大伤害，因此各国都通过制定法规和标准对环氧乙烷残留量进行限量控制[7-8]。近年来，为避免环氧乙烷对人体以及环境的危害，辐照灭菌方式凭借其无残留、操作安全等优势在医疗器械行业发展迅速，已成为美国、日本等发达国家的主要灭菌方式[9]。目前国内也在积极尝试辐照灭菌方式，特别是在食品方面被广泛应用，其安全和有效性已得到认可，因此，在医疗器械和药品包装等方面也在逐渐推广。但辐照方式灭菌对材料、辐照剂量和时间的控制有严格的审核制度和使用规范[10-11]，因此，医用口罩采用辐照方式灭菌时，在材料选择、辐照剂量、灭菌时间、灭菌后须放置时间以及辐照灭菌后样品检测等方面还有待深入研究。