超高效液相色谱-串联质谱法测定聚酰胺厨具中23种初级芳香胺的迁移量

朱丽娜,姜 鹤

(上海乐朗检测技术有限公司,上海 201210)

初级芳香胺(PAAs)是一种广泛使用的化工原料,部分PAAs具有致癌性和致敏性[1-2]。在加工多层塑料薄膜等食品包装袋过程中会使用聚氨酯黏合剂,该黏合剂由多元醇和二异氰酸酯单体聚合而成,如果聚合不完全,可能产生芳香族异氰酸酯残留,用作包装材料后,残留的芳香族异氰酸酯会被食品中水分解形成PAAs[3-4];食品包装袋、蛋糕纸托、餐厅托盘纸、具色厨房用具、彩色餐巾纸等表面的文字或者图案用偶氮染料制备的油墨印刷时,残留的偶氮染料的降解产物会与水基食物反应,产生PAAs污染的风险。生成的PAAs会迁移到食品中,进而进入人体,引发健康安全问题[5-8]。Regulation(EU)10/2011on Plastic Materials and Articles Intended to Come into Contact with Food(Test with EEA Relevance)明确规定,食品接触材料及其制品中不得检出PAAs;Commission Regulation(EU)2020/1245 Amending and Correcting Regulation(EU)No 10/2011on Plastic Materials and Articles Intended to Come into Contact with Food(Test with EEA Relevance)将PAAs的检出限由0.01 mg·kg－1降为0.002 mg·kg－1。

目前,食品接触材料中PAAs的检测方法主要有气相色谱法(GC)[9]、气相色谱-质谱法(GCMS)[10-11]、气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)[12-13]、液相色谱法(LC)[14]、液相色谱-质谱法(LC-MS)[15]、液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)[16-18]等,GC和LC 易受杂质干扰,检测结果易出现假阳性,且检出限达不到欧盟法规EU 2020/1245规定的要求;GC-MS易受复杂样本干扰,分离效果较差;PAAs稳定性较差,而GC-MS/MS的前处理较繁琐,影响结果的准确度;应用较多的是LCMS和LC-MS/MS,这两种方法的前处理操作简便,色谱分离性能较好,准确度、可靠性和选择性较好。鉴于此,本工作采用超高效液相色谱-串联质谱法(UHPLC-MS/MS)测定食品模拟物中市售聚酰胺厨具中23种PAAs的迁移量,以期为食品接触材料的安全监管提供技术支撑。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Waters ACQUITY/Xevo TQ 型超高效液相色谱-串联质谱仪;AT-24NC 型氮气发生器;101-3BS型电热鼓风恒温干燥箱;XW-80A 型旋涡混合器;PURELAB flex型超纯水仪。

混合标准储备溶液:1 000 mg·L－1。

混合标准中间溶液:10 mg·L－1,取混合标准储备溶液1 mL于100 mL棕色容量瓶中,用甲醇定容,于4 ℃避光保存。

混合标准溶液系列:取适量混合标准中间溶液,用3%(质量分数,下同)乙酸溶液逐级稀释,配制成质量浓度分别为1,2,5,10,15,20μg·L－1的混合标准溶液系列,现配现用。

甲醇和甲酸均为色谱纯;乙酸为分析纯;试验用水为超纯水,电阻率18.25 MΩ·cm。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

CORTECS T3色谱柱(100 mm×2.1 mm,2.7μm);柱温40 ℃;流量0.4 mL·min－1;进样口温度20 ℃;进样体积10μL。流动相A 为含0.1%(体积分数,下同)甲酸的甲醇溶液,B为水。梯度洗脱程 序:0～6.5 min 时,A 由10%升 至55%;6.5～11.5 min时,A由55%升至95%,保持0.5 min;12.0～13.0 min时,A由95%降至10%,保持2.0 min。

1.2.2 质谱条件

电喷雾离子(ESI)源;正离子(ESI＋)扫描模式;离子源温度100 ℃;毛细管电压3.0 kV;脱溶剂气温度350 ℃;脱溶剂气流量650 L·h－1;多反应监测(MRM)模式;多通道选择离子模式。其他质谱参数见表1,其中“∗”为定量离子。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.3 试验方法

参照标准EN 13130-1:2004Materials and Articles in Contact with Foodstuffs－Plastics Substances Subject to Limitation－Part1:Guide to Test Methods for The Specific Migration of Substances from Plastics to Foods and Food Simulants and The Determination of Substances in Plastics and The Selection of Conditions of Exposure to Food Simulants和文献[19-20]进行迁移试验。根据黑色聚酰胺厨具(PA66材料)的产品外形估算其与食品接触部分的表面积(0.6 dm2),将裁剪好的样品浸入100 mL 3%乙酸溶液中,于(100±3)℃浸泡2 h,再重复浸泡两次。收集各浸泡液,分取1 mL,用0.22 μm 针式滤膜过滤,滤液供UHPLC-MS/MS分析。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

10μg·L－1混合标准溶液的色谱图见图1。

图1 混合标准溶液的色谱图Fig.1 Chromatograms of the mixed standard solution

2.2 色谱条件的选择

2.2.1 色谱柱

试验比较了ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱(50 mm×2.1 mm,1.7μm)、ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.7 μm)、ACQUITY UPLC BEH T3 色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.8μm)、CORTECS T3 色谱柱(100 mm×2.1 mm,2.7μm)对23种PAAs的分离效果。结果表明:BEH 系列色谱柱信号响应不佳,其中4,4′-ODA、BNZ、2-M-5-NT 未达到欧盟法规EU 2020/1245 规定的检出限;CORTECS T3(100 mm×2.1 mm,2.7μm)所得23种PAAs峰形较好,且可在10 min内全部实现基线分离。因此,试验选择采用CORTECS T3色谱柱进行后续试验。

2.2.2 流动相

分别采用甲醇-水、乙腈-水体系进行梯度洗脱试验。结果表明:以乙腈-水体系作流动相时,色谱分离效果较差,响应信号较低;以甲醇-水体系作流动相时,23 种PAAs均可实现良好分离,但4-MmPDA和BNZ 的峰形不佳,2-M-5-NT、o-ANT 和3,3′-DMB的响应信号相对较低。

在ESI＋模式下,酸化流动相有助于促进目标物电离和提高检测灵敏度,因此试验分别在甲醇和水中加入适量甲酸,使其体积分数均达到0.1%,并考察了其色谱分离效果。结果表明,酸化水相有助于改变色谱峰峰形,但PAAs的响应信号提升不明显,而酸化有机相所得23种PAAs的峰形较好、响应信号提升显著,因此试验选择的流动相为含0.1%甲酸的甲醇溶液-水体系。

2.3 质谱条件的选择

PAAs是相对分子质量较小的弱碱性化合物,宜选择ESI＋模式电离。以0.1 mL·min－1流量将0.5 mg·L－1混合标准溶液注入串联质谱仪,在ESI＋模式下全扫描,确定23种PAAs的准分子离子[M＋H]＋,同时优化锥孔电压;再采用子离子扫描模式,优化碰撞能量,选择丰度较高且稳定的碎片离子作为定性、定量离子。将超高效液相色谱仪与串联质谱仪联用,进一步优化毛细管电压、脱溶剂气温度、脱溶剂气流量、离子源温度等质谱参数,详细参数见1.2.2节。

2.4 标准曲线和检出限

按照仪器工作条件测定混合标准溶液系列,以各PAAs的质量浓度为横坐标,其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果显示,23种PAAs标准曲线的线性范围均为1～20μg·L－1,其他线性参数见表2。

以3倍信噪比(S/N)计算检出限(3S/N),结果见表2。

表2 线性参数和检出限Tab.2 Linearity parameters and detection limits

2.5 精密度和回收试验

选取不含PAAs的聚酰胺厨具进行3个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平进行6次平行测定,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

由表3可知,23种PAAs的回收率为90.9%～107%,测定值的RSD 为0.40%～7.3%,说明该方法具有良好的准确度和精密度,可用于食品接触材料中23种PAAs迁移量的日常检测。

表3 精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

表3 (续)

2.6 样品分析

按照试验方法分析开槽勺、漏勺、蛋糕切、刷子、粉爪、打蛋器、平底铲、饭勺、薯压、汤勺等10种黑色聚酰胺厨具(PA66材料),结果显示,开槽勺、漏勺、蛋糕切、刷子、粉爪、打蛋器等样品均未检出PAAs,其他阳性样品的分析结果见表4。

由表4可知,在平底铲、饭勺、薯压、汤勺等4款厨具中共检测出3种PAAs,分别为4,4′-MDA、4-Co T 和4-CA,检出量分别为0.4～1.3μg·kg－1、0.5～1.0μg·kg－1和0.4～0.8μg·kg－1;测定结果随浸泡次数的增加逐渐降低,符合EU 2020/1245关于PAAs特定迁移量变化趋势的判断。

表4 部分样品中PAAs迁移结果Tab.4 Migration results of PAAs in some samples μg·kg－1

本工作提出了聚酰胺厨具中23种PAAs迁移量的测定方法(UHPLC-MS/MS),方法操作简单、定量准确、灵敏度高、精密度好,能够满足EU 2020/1245对PAAs特定迁移量检出限的要求,可用于食品接触材料及制品中PAAs的实际检测。