液相色谱串联质谱法测定食品塑料包装材料中22 种光引发剂及其迁移量

余婧，徐文泱，赵红清，向俊，李灿，汤春甫

（湖南省产商品质量检验研究院，食品安全监测与预警湖南省重点实验室，长沙 410017）

光引发剂是印刷油墨中的常见成分［1］，经过光照后可产生自由基，引发油墨中对光敏感的树脂在活性稀释剂的作用下发生连锁聚合，从而促进印刷用胶黏剂的交联固化反应［2］。光引发剂按种类可分为苯偶姻及衍生物（如安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚），苯偶酰类（如二苯基乙酮、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮），烷基苯酮类（如α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮），酰基磷氧化物（如芳酰基膦氧化物、双苯甲酰基苯基氧化膦)、二苯甲酮类(如二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮)，硫杂蒽酮类(如硫代丙氧基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮)等［3］。2-异丙基硫杂蒽酮作为一种脂溶性化合物，利用与细胞磷脂层之间的强作用力，可以影响细胞膜的移动和硬度，可能影响人体内激素分泌。二苯甲酮和4-甲基二苯甲酮这两种光引发剂也被证明具有致癌作用、皮肤接触毒性和生殖毒性［3］。近几年来，欧洲国家屡次曝出如奶粉、面条中检出光引发剂，欧洲食品安全局由此展开了光引发剂的食品安全风险评估，规定了其在相关产品中的限量值［4-5］。光引发剂的使用安全及光引发剂由包装至食品中的迁移行为受到国内外广泛关注，我国制定了一些检验方法标准以便对光引发剂含量进行监测［6-9］。

目前关于光引发剂的文献报道主要集中在检测方法［10-13］和迁移情况两方面［14-17］。光引发剂的检测方法以气相色谱-质谱联用法和液相色谱-质谱联用法居多，基质包括食品及食品包装材料［18-21］，早期的光引发剂常用气相色谱-质谱联用法检测，随着光引发剂的种类越来越多，部分光引发剂采用气相色谱-质谱法检出限较高，且需要SPE净化，操作步骤较为繁琐，不能实现多种光引发剂的高灵敏度检测［22］，液相色谱-串联质谱法在近几年常用于光引发剂的高通量检测。在迁移方面，主要研究了光引发剂在食品塑料及纸质包装材料中的迁移行为［23-24］，例如食品包装材料中7 种光引发剂向水性模拟液中的迁移测定［25］，气相色谱-质谱联用法测定塑料食品包装材料中9 种光引发剂［26］。液相色谱-串联质谱法测定纸质包装材料中15 种光引发剂向改性聚苯醚模拟物的迁移量［27］，现有的光引发剂在塑料包装中含量检测方法涉及的光引发剂数量较少［26，28］，不能满足食品安全突发事件快速处置工作所要求的高效率和多组分等要求。

笔者所在团队曾建立了食品包装材料中20 种光引发剂的气相色谱-串联质谱检测方法［29］，对市售的10 份普通食品的包装材料进行了分析检测，样品包含糕点包装纸及包装袋、茶叶包装纸及包装袋、辣条包装袋、酸奶包装袋等。测定结果显示，有9 份样品检出光引发剂残留。笔者选取数种在气相色谱-串联质谱方法难检出或因背景噪音较大而检出限较高的光引发剂，拓展塑料包装材料中光引发剂的检测范围，建立食品塑料包装材料中22 种光引发剂含量及迁移量的液相色谱-串联质谱测定方法，选择合适的仪器条件，优化前处理方法，使准确度和精密度满足方法确认的技术要求，多通量检测提高了工作效率，为光引发剂的监管提供技术支持。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

液相色谱-质谱仪：UPLC XEVO TQ-S micro型，美国沃特世公司。

分析天平：CP214 型，感量为0.000 1g，奥豪斯仪器（上海）有限公司。

数显型多管旋涡混合器：945066 型，美国Talboys 公司。

旋转蒸发仪：RE-2000A 型，青岛明博环保科技有限公司。

超纯水发生器：Milli-Q 型，美国密理博公司。甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯：均为色谱纯，上海安谱实验科技股份有限公司。

乙腈、乙酸铵、甲酸、氯化钠：均为分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司。

实验用水为GB／T 6682 规定的一级水。

22 种光引发剂标准物质：质量分数均大于95.0%，具体信息列于表1，德国Dr. Ehrenstorfer 公司。

表1 22 种光引发剂的基本信息

1.2 标准溶液的配制

22 种光引发剂混合标准储备溶液：质量浓度为1 000 mg／mL，分别准确称取22 种光引发剂标准物质各10 mg，用乙腈溶解并准确定容至10 mL，于0～4 ℃冰箱中避光保存。

22 种光引发剂混合标准使用液：质量浓度为10 mg／mL，准确移取混合标准储备溶液l mL 至100 mL 容量瓶中，加入乙腈定容至100 mL，于4 ℃冰箱中避光保存。

22 种光引发剂系列混合标准工作溶液：准确移取适量22 种光引发剂混合标准使用液，用乙腈配制成各组分质量浓度均分别为0.01、0.02、0.04、0.08、0.1、0.2、0.4、1.0 μg／mL 的22 种光引发剂系列混合标准工作溶液，用于光引发剂含量的测定，需现配现用。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 液相色谱工作条件

色谱柱：Hypersil Gold 型C18柱（100 mm×2.1 mm，3.0 μm，美国默克公司）；进样体积：5 μL；柱温：室温；流动相：A 相为0.1%甲酸-5 mmol／L乙酸铵水溶液，B 相为乙腈，流量为0.2 mL／min；梯度洗脱条件列于表2。

表2 梯度洗脱程序

1.3.2 质谱条件

离子源：电喷雾离子源（ESI）；扫描方式：正离子扫描；检测方式：多反应监测（MRM）；去溶剂温度：500 ℃；氮气流量：1 000 L／h；毛细管电压；3 000 V；锥孔电压：30 V。目标化合物的最佳碰撞电压以及相应的定性离子对、定量离子对、保留时间及碰撞能量列于表3。

表3 质谱条件

1.4 光引发剂含量的测定

取5 g 典型食品级塑料包装材料，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE)(不含保鲜膜)，剪碎至面积小于5 mm×5 mm 的碎片，混合均匀，准确称取0.2 g 试样(精确至0.000 1 g)于具塞三角瓶中，加入20 mL 乙腈，超声提取30 min，以滤纸过滤，残渣再用20 mL乙腈重复提取1 次，合并滤液于50 mL 容量瓶中，用乙腈定容至标线，再视试样中22 种光引发剂含量以乙腈为试剂作相应的稀释，或以旋转蒸发仪浓缩，混匀后过0.22 μm 有机相滤膜，进液相色谱-串联质谱仪分析。

1.5 光引发剂迁移量的测定

1.5.1 食品模拟物试液的制备

按照GB 5009.156［31］及GB 31604.1［32］的要求，对样品进行迁移试验，制备5 种食品模拟物试液。

1.5.2 食品模拟物试液的处理

（1）水基食品模拟物试液（包括蒸馏水、4%乙酸、50%乙醇、95%乙醇，分别代表pH ≥5 的非酸性食品、pH ＜5 的酸性食品、乙醇含量为20%～50%的含酒精饮料以及乙醇含量大于50%的酒）。称取迁移试验中得到的水基食品模拟物2 g，加入适量氯化钠后，以乙腈提取有机层，重复1 次后合并上清液，在45 ℃水浴中减压旋转蒸发至近干后以乙腈定容，通过0.22 μm 滤膜过滤后供测定用。

（2）油基食品模拟物（精制玉米油）。准确称取2 g（精确至0.1 g）油基食品模拟物浸泡液，以乙腈提取2 次后合并乙腈层，并在45 ℃水浴中减压旋转蒸发至10 mL，经0.22 μ m滤膜过滤于进样瓶中，待上机测定。样品处理液可根据具体情况进行稀释或浓缩，使其测定值在标准曲线的线性范围内。

1.6 数据分析

采用SPSS23 软件进行数据统计分析，p＜0.05时差异显著。采用Origin 2019.b 软件作图，以3 次平行实验的检测结果平均值表示测定结果。

2 结果与讨论

2.1 提取溶剂的选择

丙酮、乙腈和乙酸乙酯等多种溶剂常用于食品中多组分残留分析。其中，乙腈是最常用的萃取溶剂，能够从各种食品（例如水果、蔬菜和谷物）、动物饲料和环境基质（例如土壤和沉积物）中提取多种极性范围的农药，特别是对含水量高的样品（如水果和蔬菜），可以渗透样品基质的水相部分，加入盐后分离两相较容易，回收率可达到80%～110%，结果令人满意［30］。与其它提取溶剂相比，乙腈对亲脂性化合物、蜡、脂质和色素等化合物的干扰较少。乙腈可从非极性溶剂中分离出来，便于进行后续的液-液萃取净化。

选取丙酮、乙腈、甲醇、正己烷和水为提取试剂进行试验，结果发现，仅乙腈的提取率为100%，当以甲醇为试剂时，四乙基米氏酮溶液变为绿色，大部分的光引发剂均不溶于水；4-苯基二苯酮几乎不溶于丙酮；四乙基米氏酮、2-苯甲酰苯甲酸甲酯、苯甲酰甲酸甲酯、2-苄基-2-二甲基氨基-1-（4-吗啉苯基）丁酮、4-苯基二苯酮、2-氨基苯乙酮、4-羟基二苯甲酮均不溶于正己烷。分别以甲醇和乙腈配制光引发剂标准工作溶液进样，考察其定量离子峰面积的差别。由结果可知，以乙腈配制的22 种光引发剂响应值均高于以甲醇作溶剂，考虑到甲醇的毒性以及方法的灵敏度，选取乙腈为提取溶剂。

2.2 色谱条件的优化

选用气相色谱-质谱联用仪和液相色谱-串联质谱联用仪对光引发剂进行全描及选择性离子扫描，发现采用气相色谱-质谱联用仪采集到的图谱噪音较高，杂峰多，液相色谱-串联质谱图谱背景较干净，且检出限比气相色谱-质谱联用法低一个数量级。由于溶剂选用乙腈，其在气相色谱分析的蒸发过程中有较大的膨胀体积及较低的挥发性，因此更适合液相色谱法。

采用直接进样方式分别将质量浓度为1 000 ng／mL 的22 种光引发剂混合标准溶液分别注入离子源，在正离子检测方式下进行母离子全扫描，得到准分子离子峰。首先优化去簇电压：分别提取（SIM模式）22 种光引发剂的母离子，施加不同能量后选取可以得到最佳响应强度的去簇电压；再分别以22种光引发剂的母离子进行二级子离子质谱扫描，分别施加不同梯度的碰撞能量，得到22 种光引发剂的准分子离子峰碎片离子信息，选择其中丰度比最大为定量离子，丰度比次之离子选择为定性离子。质谱参数见表3。

2.3 流动相的选择

22 种光引发剂的官能团种类众多，结构差异较大，对化合物极性较大的影响，如果采用等度洗脱，峰尖分叉且出现重叠现象，因此选择梯度洗脱。试验分别比较了5 mmol／L 乙酸铵水溶液（含0.1%甲酸）-乙腈、5 mmol／L 乙酸铵水溶液-乙腈、水-乙腈三种体系，发现后两种体系对2-甲基-2-（4-吗啉基）-4＇-（甲硫基）苯丙酮，2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-吗啉基-1-丙酮会出现不同程度的峰形展宽，灵敏性降低。因此选择5 mmol／L 乙酸铵水溶液（含0.1%甲酸）-乙腈作为流动相。

2.4 净化条件的选择

在进行食品塑料包装材料中22 种光引发剂含量及光引发剂在水基模拟物迁移量的测定时发现，仅以乙腈提取2 次并过滤膜后回收率即可达到90%以上，这可能是因为乙腈对亲脂性化合物、蜡、脂质和色素等化合物的干扰较少，且大部分光引发剂不溶于水，无须进行液液萃取，因此在提取后直接上机测试。

氯化钠常用于试剂为乙腈的萃取以促使两相分离，试验考察了氯化钠加入量对测定结果的影响，结果表明，不同的氯化钠加入量（1、2 g）下回收率无明显差异（p＜0.05）。因此，在前处理步骤中加入适量氯化钠，使乙腈和水有效分层即可。

考察了提取次数（1、2 次）对回收率的影响。由试验结果可知，提取1 次时，19 种光引发剂回收率远低于提取2 次的回收率，且对二甲胺基苯甲酸乙酯、2-苯甲酰苯甲酸甲酯、安息香丁醚回收率结果偏差超过50%，这可能是由于提取1 次不能保证提取的充分性而使得结果不稳定。考虑到提取2 次后回收率即可满足要求，试验选取提取2 次为提取次数。

在处理油基模拟物时，部分国标如GB 31604.19-2016［34］《食品安全国家标准 食品接触材料及制品 己内酰胺的测定和迁移量的测定》、GB 31604.13-2016［35］《食品安全国家标准 食品接触材料及制品 11-氨基十一酸迁移量的测定》均使用低碳烷烃如正己烷、异辛烷溶解油脂，稀释并降低油相粘稠性，促使分层，避免乳化现象，提高萃取效率。考虑到异辛烷和正己烷在油脂中溶解度的相似性，参考其在脂肪酸测定作提取试剂时的可替换性，首先试验考察了正己烷的用量对油基模拟物中光引发剂的回收率影响，在比较了加入与不加正己烷的回收率结果后再视情况是否比较正己烷和异辛烷的净化效果。

在玉米油中分别加入2、5 mL 正己烷后再以乙腈提取，旋转蒸发至近干后以10 mL 乙腈定容，并与直接以乙腈提取的回收率结果进行比较。由试验结果可知，正己烷的用量对回收率的影响不大，且以乙腈直接提取的光引发剂回收率基本优于加入正己烷后提取的回收率。因此试验选取直接提取作为油基模拟物中光引发剂的前处理方法。

2.5 线性范围与定量限

配制质量浓度为0.01～1.0 μg／mL 的系列混合标准工作溶液，以前述仪器条件进样，以质量浓度为横坐标，目标组分定量离子峰面积为纵坐标并绘制标准曲线，以10 倍仪器信噪比为仪器定量限。线性方程、相关系数见下表4。结果表明，在质量浓度为0.01～1.0 μg／mL 的范围内，22 种光引发剂标准曲线相关系数均大于0.99。在实际操作中，称取2 g样品进行迁移提取，最终最低定容体积为10 mL，因此光引发剂在塑料包装材料中含量测定方法定量限为0.1 mg／kg，在食品模拟物中迁移量的测定方法定量限为0.2 mg／kg。

表4 22 种光引发剂的线性方程及相关系数

2.6 加标回收与精密度试验

2.6.1 食品包装材料

选取空白聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）4 种食品接触材料，分别加入一定质量浓度的22 种光引发剂混合标准溶液，加标量为0.1 mg／kg，以1.3 中前处理方法进行提取净化后上机，平行测定6 次，试验结果列于表5。由表5 可知，22 种光引发剂的加标回收率为80.0～110.0%，测定结果的相对标准偏差均小于20%（n=6）。说明本方法适用于食品塑料包装材料中光引发剂的测定。

表5 加标回收与精密度试验结果(n=6) %

2.6.2 模拟食品材料

选取蒸馏水、4%乙酸、50%乙醇水溶液、95%乙醇水溶液以及玉米油等食品模拟物为基质进行加标回收试验，分别加入一定质量浓度的22 种光引发剂混合标准溶液，加标浓度为0.05 mg／kg，以1.4中处理方法进行提取净化后上机，平行测定6 次，试验结果列于表6。由表6 可知，样品的加标回收率为65.0%～117.2%，测定结果的相对标准偏差为3.4%～18.9%。说明本方法的技术参数可满足方法确认要求。

表6 光引发剂迁移量的加标回收与精密度试验结果(n=6) %

3 结语

建立了液相色谱-串联质谱法检测食品接触材料中22 种光引发剂含量及迁移量，考察了水基、酒精类和油基食品模拟物前处理方法以及不同色谱柱的分离检测效果。该检测方法对PET、PA、PE、PP 塑料材质中22 种光引发剂的迁移及迁移量的回收率、精密度等计算结果均满足方法验证要求［33］。