气相色谱-串联质谱法测定外卖餐盒中的16种多环芳烃及不同样品前处理技术研究

周 政，李晨曦，张新中，彭 涛，王雪梅*

(1.西北师范大学化学化工学院，甘肃兰州 730070；2.兰州市食品药品检验检测研究院，甘肃兰州 730050)

多环芳烃(PAHs)具有毒性、突变性和致癌性[1-2].美国环境保护署(US-EPA)将16种PAHs列为优先有机污染物[3].PAHs的毒性具有潜伏性和隐匿性，很容易被忽视，人类主要通过吸入和饮食2种方式摄入[4-5].近年来，随着餐饮行业的发展，外卖的订购者和订单数逐年攀升.餐饮外卖在给人们提供便捷以及巨大的经济效益的同时也带来了食品安全隐患.PAHs普遍存在于木炭、石化产品、染料、塑料和橡胶中，餐盒的主要成分是塑料，PAHs有被带入到食品中的可能性[6-7].因此，建立外卖餐盒中PAHs的快速检测方法具有重要意义.

目前，多环芳烃的主要检测手段有液相色谱-串联质谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱法等，其中气相色谱-质谱法被看作是分析PAHs的重要手段，该方法可以在多组分中快速准确的对PAHs定性定量[8].已有不少学者检测了不同环境介质中的PAHs，但食品接触类材料中PAHs的报道却相对较少.

文中以食品外卖餐盒为研究对象，通过比较分子印迹柱(MIC)、凝胶渗透色谱(GPC)、QuEChERS、液-液萃取(LLE)和固相萃取(SPE)等5种不同样品前处理技术对16种PAHs的萃取结果，建立了分子印迹柱结合气相色谱-串联质谱(MIC-GC-MS/MS)的分析方法，用于测定外卖餐盒中的16种PAHs.采用本方法对本地区餐饮饭店售卖的50份外卖餐盒进行分析测定，发现有8份外卖餐盒检出4种PAHs.本方法适用于食品外卖餐盒中PAHs的检测，对于评价人群中多环芳烃的暴露风险具有重要意义.

1 实验材料及方法

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890B GC-5977AMS气相色谱-串联质谱联用仪,Prep Line凝胶净化系统,Centrifuge 5810R高速离心机,R-12平行溶剂浓缩蒸发仪,Vortex-genie 2涡旋振荡器,KS501 摇床,EVA 08氮吹仪, B-400 均质仪；XSE205DU电子天平,Eppendorf移液枪(10～100 μL, 100～1 000 μL).

Cleanert®FlorisilHLB小柱(500 mg·3 mL-1)、0.22 μm有机滤膜、Cleanert®BAP分子印迹柱,QuEChERS样品前处理试剂盒,GPC凝胶柱(Bio-Beads S-X3填料， 400 mm×25 mm， 0.25 μm),HP-5 MS UI色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm).试验用水为超纯水.

试验材料：采集聚丙烯(PP)餐盒、聚乙烯(PE)餐盒、低密度聚乙烯(LDPE)餐盒、高密度聚乙烯(HDPE)餐盒、聚苯乙烯(BOPS)膜、聚苯乙烯(PS)餐盒等剪成1 cm见方的碎片后，打碎，混匀，最终制得粒径小于0.5 mm的颗粒作为样品.

1.2 标准溶液的配制

16种PAHs标准品各取0.005 g，用正己烷配成200 mg·L-1的单标储备液；混合储备液由单标储备液混合后用正己烷稀释制得.由乙腈稀释混合储备液制得标准工作溶液，并在-18 ℃下保存.

1.3 实验方法

1.3.1 分子印迹柱(MIC) 将1 g餐盒材料加入15 mL等体积混合的正己烷-丙酮溶液中，低温超声提取30 min，得到样品溶液.将处理好的样品溶液添加到预先用30 mL正己烷活化好的分子印迹柱Cleanert®BAP中，弃去滤液.然后进行洗脱，方法为：向柱中加入80 mL正己烷，在重力作用下通过柱子，收集滤液.滤液氮气吹干，用2 mL乙腈复溶，再用有机滤膜过滤，滤液待测.

1.3.2 QuEChERS 将1.5 g餐盒材料加入到10 mL正己烷中，静置15 min，涡旋2 min，加入0.5 g C18粉末，涡旋3 min，离心(5 000 r·min-1)3 min后，用有机滤膜过滤上清液，滤液待测[9].

1.3.3 凝胶渗透色谱(GPC) 称取1 g餐盒材料，添加10 mL等体积混合的正己烷-丙酮溶液，振荡1 min，低温超声30 min后离心，取上清液氮吹至干，加入乙酸乙酯-环己烷(1∶1)定容至10 mL，通过GPC分离，进样量为5 mL，紫外检测波长为254 nm，流动相为乙酸乙酯-环己烷(1∶1)，流速为4.7 mL·min-1，收集11～22 min馏分，并进行旋蒸浓缩，用乙腈定容至2 mL，滤液待测[10].

1.3.4 固相萃取(SPE) 称取1 g餐盒材料，取100 μL 2 mg·L-1的PAHs标准溶液作为内标，加入20 mL环己烷-乙酸乙酯(1∶1)作为溶剂，在20.0 g无水硫酸钠中超声15 min，高速离心3 min，取上清液以40 ℃氮气吹干，加入5 mL6 g·L-1的乙醇为溶剂的KOH溶液复溶，再加入4 mL纯水、5 mL正己烷，漩涡2 min，高速离心2 min，提取上清液,使用固相萃取Cleanert®FlorisilHLB小柱3 mL萃取，流速1.0 mL·min-1，用4 mL正己烷淋洗除杂，用5 mL二氯甲烷-乙酸乙酯(1∶1)洗脱，收集洗脱液，并且氮气吹干，以0.3 mL丙酮-异辛烷溶液(1∶1)复溶，待测[11].

1.3.5 液-液萃取(LLE) 称取1 g样品，加入30 mL正己烷∶乙腈(1∶1)溶液，涡旋1 min，静置分层，12 h后用0.22 μm滤膜将乙腈层过滤，滤液待测.

1.4 实验条件

1.4.1 色谱条件 毛细管色谱柱：HP-5 ms UI(30 m×250 μm×0.25 μm)；进样口温度：250 ℃；载气：氦气(≥99.999%)；载气流速：1.0 mL·min-1；程序升温：初始温度90 ℃，保持1 min，以20 ℃·min-1将温度升至220 ℃，再以5 ℃·min-1将温度升至320 ℃，保持2 min.进样体积：1.0 μL；进样方式：不分流进样.

1.4.2 质谱条件 离子源：电子轰击离子源,电离能量为70 eV,电离温度为250 ℃,溶剂延迟5 min,传输线温度为280 ℃,灯丝电流为100 μA.数据采集模式为离子扫描(SIM)监测模式，Agilent MassHunter工作软件.

2 结果与讨论

2.1 气相色谱-质谱条件优化

16种PAHs经过分离后，以分段扫描监测16种多环芳烃(图1).以分子量大、干扰小和丰度高的碎片作为特征离子，优化结果见图1，总离子流图内的16种多环芳烃特征峰完全分离，证明优化的条件可以有效的分离并检测样品中的多环芳烃.

2.2 前处理技术的确定

开发便捷高效、选择性好的前处理技术对提高分析方法的灵敏度，减小误差起着决定性作用.本研究对GPC，QuEChERS，MIC，SPE和LLE等5种样品前处理技术进行了对比分析.其中GPC耗时长， 且消耗有机溶剂较多[12]；QuEChERS操作简便，但对PAHs提取不充分、样品中杂质未能完全净化；LLE消耗有机溶剂多，对环境危害大，而且在浓缩环节中会有目标物的损失，带来较大的误差；SPE的精密度高、萃取效果好，但对PAHs的选择性不及MIC[13].通过比较5种样品前处理技术对16种PAHs的回收率进行分析，结果见图2，MIC对16种PAHs均获得了最高的回收率，这是因为分子印迹柱具有高的选择性，基质去除良好[14].最终选择以分子印迹柱结合气相色谱-质谱法(MIC-GC-MS/MS)进行后续实验.

图2 5种前处理方法对16种多环芳烃的回收率(n=5)

2.3 分子印迹柱前处理技术的优化

2.3.1 提取溶剂的选择 对比了7种溶剂对多环芳烃的萃取效果.结果表明，单一溶剂的洗脱效果并不理想，均低于90%；混合溶剂中正己烷∶丙酮(1∶1)对16种PAHs的回收率为75.69%～107.24%，丙酮∶二氯甲烷(1∶1)的回收率为68.59%～99.68%，正己烷∶二氯甲烷(1∶1)的回收率为70.59%～101.46%.由此可得，正己烷∶丙酮(1∶1)对PAHs提取效率最高，这是由于正己烷的极性与PAHs单体接近，二者相似相溶，而丙酮的脂溶性有利于中环、高环PAHs单体溶解[15].因此，选用正己烷∶丙酮(1∶1)作为PAHs的提取溶剂.

2.3.2 提取溶剂体积的选择 分别准确加入10,12,15,20 mL提取液对样品进行洗脱，结果表明，在样品为1.5 g时， PAHs的提取效果在洗脱液体积为20 mL时与洗脱液体积在15 mL时基本相同(图3)，为减小提取溶剂对环境的污染，本实验最终将萃取溶剂的体积确定为15 mL.

图3 不同提取体积对多环芳烃的提取效果

2.3.3 提取时间的选择 研究了提取时间在10,20,30,40,50 min时MIC对外卖餐盒中16种PAHs的提取效果(回收率)进行比较.结果表明(图4),提取时间小于30 min时，PAHs提取率随时间延长而逐渐升高；当达到30 min时，PAHs的提取率最大；30 min后，PAHs总量变化很小，部分PAHs反而下降.因此，将提取时间设置为30 min.

图4 不同时间对PAHs的提取效果

2.4 方法学参数验证

2.4.1 标准曲线及定量限 采用MIC进行样品前处理，本实验需考虑待测物样品基质的影响.鉴于基质效应,样品基质对目标物的测定产生了影响，因此以基质匹配标准溶液校准法来减小基质效果的影响[14].结果见表1，16种多环芳香烃在0.6～48 μg·kg-1内呈良好的线性关系，相关系数r>0.997,方法的检出限为0.26～0.48 μg·kg-1,定量限为0.81～1.42 μg·kg-1.

表1 16 种多环芳烃的质谱测定参数

2.4.2 精密度及回收率 选取未检出PAHs的餐盒材料进行加标回收实验(n=6)，设置的添加水平分别为高(15 μg·kg-1)、中(10 μg·kg-1)、低(5 μg·kg-1)，每个添加水平做6次平行测定.结果见表2，回收率为85.49%～98.47%，相对标准偏差(RSD)为1.47%～5.21%.

表2 16种多环芳烃的本底值及不同添加水下的回收率、标准偏差(n=6)

2.5 实际样品的测定

通过检测当地餐饮饭店售卖的50份外卖餐盒(表2)，共有8份外卖餐盒检出4种不同类型的PAHs，其中2份检出萘、2份检出芴、3份检出菲、1份检出菲和苯并(a)芘，检出最高含量分别为1.2(萘)、2.1(芴)、1.3(菲)和2.6 μg·kg-1(苯并(a)芘).结果表明，分子印迹柱结合气相色谱-串联质谱法(MIC-GC-MS/MS)是检测食品外卖餐盒中16种PAHs的有效方法.

3 结束语

比较了5种样品前处理技术用于萃取外卖餐盒中的PAHs，通过回收率,得到5种方法的准确度排序为MIC>QuEChERS>GPC>SPE>LLE，并研究了5种方法对PAHs的萃取效率、环境的影响等综合因素，最终选择分子印迹柱萃取结合气相色谱-质谱联用(MIC-GC-MS/MS)作为检测食品外卖餐盒中16种PAHs的分析方法.在最佳的实验条件以15 ml正己烷∶丙酮(1∶1)提取30 min时，该方法的选择性好，检出限为0.26～0.48 μg·kg-1，定量限为0.81～1.42 μg·kg-1，回收率为85.49%～98.47%，相对标准偏差(RSD)为1.47%～5.21%，满足对食品接触材料中PAHs分析测定的需要.本研究对食品安全的监测检验、预警和控制以及PAHs等POPs类的痕量污染物的分析测定具有一定的借鉴意义.