HS-GC测定食品接触制品中5-亚乙基-2-降冰片烯

曾莉，聂绍丽，张涛，钟永红，林黛琴

江西省检验检测认证总院工业产品检验检测院（南昌 330052）

5-亚乙基-2-降冰片烯（别名乙叉降冰片烯，5-ethylidene-2-norbornene，mixt.of endo-and exoisomers，简称EBN，CAS号16219-75-3，分子式C9H12分子量120.19，分子结构式如图1所示）为无色挥发性液体，有强烈的类樟脑气味。有顺、反2种异构体，顺式沸点147.35 ℃，反式沸点148.57 ℃，冰点-80 ℃，闪点38 ℃，有刺激性，易被氧化，属于易燃液体和蒸气。5-亚乙基-2-降冰片烯可通过吸入、皮肤接触等多种方式进入人体，吸入有害，吞咽并进入呼吸道可能致命，皮肤接触会造成皮肤刺激，可能导致皮肤过敏反应。长期或反复接触可能对肝、肺、肾等器官造成伤害。

图1 5-亚乙基-2-降冰片烯分子结构式

5-亚乙基-2-降冰片烯用途广泛[1-5]，可作为第三单体，与乙烯、丙烯共聚制得乙丙橡胶。具有硫化速度快，效果好，二次反应机会少，加入EBN硫化的橡胶拉伸强度高，硫化胶水久变形小等优点。它还具有耐臭氧、耐化学药品（溶剂、酸、碱等）、耐放电、耐水蒸气等性能，可用作橡胶制品、防水板等建筑材料和耐冲击性塑料的改性材料。同时，也可作为改性单体与乙烯、丙烯共聚合成聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）树脂。

GB 9685——2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准》[6]，GB 4806.65——2016《食品安全国家标准 食品接触用塑料树脂》[7]和GB 4806.115——2016《食品安全国家标准 食品接触用橡胶材料及制品》[8]明确规定5-亚乙基-2-降冰片烯在聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）材质和热塑性硫化橡胶（TPV）中的特定迁移量限量（SML）应低于0.05 mg/kg或最大残留量（QM）极限值0.05 mg/6 dm2。降冰片烯的检测方法较少，主要有红外吸收法，气质联用法等[9-14]。国内尚未见对食品接触材料及制品中5-亚乙基-2-降冰片烯残留量的检测标准，关于气相色谱法测定5-亚乙基-2-降冰片烯检测方法的文献报道也较少，而GC-MS联用技术，虽然检测限低、但仪器昂贵。鉴于此，试验对顶空-气相色谱法测定食品接触材料及制品中5-亚乙基-2-降冰片烯残留量的方法开展研究。

1 材料与方法

1.1 方法原理

取一定面积的食品接触材料或制品用粉碎机或剪刀剪成粒径≤0.2 cm的碎片或颗粒，装入顶空瓶内，经顶空加热平衡后，用带氢火焰离子化检测器（FID）的气相色谱仪分析，保留时间定性，以峰面积绘制标准曲线对目标物进行定量分析。

1.2 仪器与试剂

气相色谱仪（株式会社岛津制作所，SHIMADZU GC-2030型），配氢火焰离子化检测器（FID）；顶空自动进样器（株式会社岛津制作所，SHIMADZU HS-20型）；恒温振荡器（常州国华电器有限公司，SHA-B型）；数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司，KQ-500DA型）；液体微量注射器（1 μL、10 μL）。

5-亚乙基-2-降冰片烯（纯标品，坛墨质检-标准物质中心）；正己烷（色谱纯，西班牙SCHARLAB S.L）；甲醇（色谱纯，德国默克公司）；N,N-二甲基甲酰胺（DMF，色谱纯，阿拉丁）。

1.3 仪器条件

1.3.1 顶空进样器条件

恒温炉温度80 ℃；样品流路温度90 ℃；传输线温度100 ℃；样品瓶恒温时间20 min；GC循环时间20 min；进样量1 mL。

1.3.2 气相色谱

色谱柱SHIMADZU SH-Wax（30 m×0.32 mm×1 μm）；载气采用高纯氮气；分流比20︰1。升温程序：初始温度60 ℃，保持3 min，以30 ℃/min速率升温至200 ℃，保持3 min。氢火焰离子化检测器（FID）温度220 ℃，氢气流量32 mL/min，空气流量200 mL/min，尾吹气流量24 mL/min。5-亚乙基-2-降冰片烯标准品的色谱图见图2。

图2 5-亚乙基-2-降冰片烯标准溶液色谱图

1.4 试验方法

1.4.1 标准溶液制备

标准储备溶液：准确称取50 mg（精确到0.1 mg）5-亚乙基-2-降冰片烯标准品，用正己烷溶解后转移至25 mL棕色容量瓶中，并用正己烷定容至刻度，混匀，质量浓度2 000 mg/L。

标准工作溶液：分别吸取0.05，0.25，0.50，2.50和5.00 mL 5-亚乙基-2-降冰片烯标准储备溶液于10 mL棕色容量瓶中，用正己烷定容至刻度，混匀。此时标准工作溶液质量浓度分别为10，50，100，500和1 000 mg/L。

1.4.2 样品测定

取一定面积的食品接触材料或制品用粉碎机或剪刀剪成粒径≤0.2 cm的碎片或颗粒，装入顶空瓶内，按1.3试验条件进行分析。试样面积参照GB 5009.156——2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验预处理方法通则》[15]测定：试样厚度≤0.5 mm时，计算面积取试样的单面面积；试样厚度＞0.5 mm并且≤2 mm时，计算面积取试样正反两面面积之和，即单面面积乘以2；试样厚度＞2 mm时，计算面积取试样正反两面面积及其侧面积之和。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

试验选取3种不同的气相色谱柱SHIMADZU SHWax（30 m×0.32 mm×1 μm）、Agilent DB-624（30 m×0.32 mm×1.8 μm）、NanoChrom BP-Inowax（60 m×0.32 mm×0.5 μm）。5-亚乙基-2-降冰片烯均能够有效分离，但NanoChrom BP-Inowax（60 m×0.32 mm×0.5 μm）出峰时间较晚，相比较，SHIMADZU SH-Wax（30 m×0.32 mm×1 μm）出峰效果更好，故选择SHIMADZU SH-Wax（30 m×0.32 mm×1 μm）色谱柱。

2.2 溶剂的选择

考察正己烷、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）3种溶剂对目标物的测定效果。分别用正己烷、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺溶解5-亚乙基-2-降冰片烯标准品，各移取2 μg注入顶空瓶中上机测定。将同一份样品平行制样3份，分别加入5 mL正己烷、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺，分别加入10 μg的目标物标准样品上机测定。结果表明，以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂时，目标物响应较低且N,N-二甲基甲酰胺沸点较高溶剂峰出峰时间较晚；以甲醇为溶剂时，峰型较差且基线飘动大，故最终选择正己烷作为溶剂，3种溶剂的色谱图比较见图3。

图3 3种溶剂溶解标准物质（A）和样品提取（B）对目标物测定的色谱图比较

2.3 样品前处理方法的确定

考察直接进样，溶剂不同提取方式对目标物的测定效果。平行制样5份，各加入10 μg的目标物标准样品，分别采用：（1）样品直接装入顶空瓶上机测定；（2）样品装入顶空瓶后加入5 mL正己烷上机测定；（3）样品装入顶空瓶后加入5 mL正己烷室温超声30 min上机测定；（4）样品装入顶空瓶后加入5 mL正己烷室温振荡30 min上机测定；（5）样品装入顶空瓶后加入5 mL正己烷室温静置24 h上机测定。结果表明，直接进样和溶剂不同提取方式对目标物的测定效果相差不大，但采用溶剂提取会引入较大溶剂峰及其他杂质的干扰，故采用直接进样的前处理方法。

2.4 仪器条件优化

2.4.1 顶空平衡温度的确定

顶空平衡温度会影响样品中可挥发性物质的饱和蒸气压，通常来说，温度越高，蒸汽压越高，顶空气体的浓度越高，分析灵敏度越高。但过高的温度可能导致某些物质的分解和氧化，使顶空气体的压力太高，过高的顶空气体压力会对下一步加压提出更高要求，也可能引起系统漏气，因此在满足灵敏度的条件下往往选择较低的平衡温度。考察不同顶空平衡温度（60，70，80，90和100 ℃）对目标物测定的影响，结果如图4所示，平衡温度在60~80 ℃，随着温度升高，目标物的峰面积有所增加，平衡温度高于80 ℃时，目标物的峰面积变化缓慢，略有降低。故选择80℃作为顶空平衡温度。

图4 顶空平衡温度对目标物色谱峰面积的影响

2.4.2 顶空平衡时间的确定

顶空平衡时间主要与目标物的挥发性和顶空平衡温度有关，通常目标物的挥发性越强，顶空平衡温度越高，所需顶空平衡时间越短。试验在优化的顶空平衡温度下，考察不同顶空平衡时间（10，15，20，30和40 min）对目标物测定的影响，结果如图5所示，顶空平衡时间20 min时，目标物的色谱峰面积最大，最终选择20 min作为顶空平衡时间。

图5 顶空平衡时间对目标物色谱峰面积的影响

2.4.3 升温程序的确定

考察不同升温程序对目标物测定的影响。升温程序1：初始温度40 ℃，保持5 min，以15 ℃/min速率升温至200 ℃，保持3 min，目标物出峰时间11.960 min。升温程序2：初始温度40 ℃，保持5 min，以30 ℃/min速率升温至200 ℃，保持3 min，目标物出峰时间9.063 min。升温程序3：初始温度60 ℃，保持3 min，以30℃/min速率升温至200 ℃，保持3 min，目标物出峰时间为7.361 min。升温程序3，出峰时间快，GC就绪时间短，并且正好满足顶空的循环要求，较大的节省检测时间。

2.5 标准曲线与检出限

用微量进样针分别移取不同浓度的5-亚乙基-2-降冰片烯标准工作溶液（如1.4.1）10 μL注入顶空瓶中，迅速密封，按优化后的试验条件（如1.3）进行分析，因5-亚乙基-2-降冰片烯有顺、反2种异构体，在色谱图中分离出2个峰，峰面积比例约3︰1。故以5-亚乙基-2-降冰片烯含量作为横坐标，以顺、反2种异构体的峰面积之和作为纵坐标绘制标准曲线。从表1中可以看出，在0.1~10 μg范围内线性关系良好，相关系数（r）大于0.999 5。

表1 5-亚乙基-2-降冰片烯的线性方程、相关系数、线性范围、检出限及定出限

通过测量分析12份已知低浓度的标准样品，计算方法检出限和定量限。按式（1）计算。

式中：k为置信因子；s为12份标准样品测量结果的标准偏差；c为标准样品含量值；x为12份标准样品测量结果平均值。当置信因子k取3时，C为方法检出限；置信因子k取10时，C为方法定量限。

2.6 加标回收试验和精密度

选择0.4，3.0和7.0 μg 3个水平进行加标回收试验，每个水平做6个平行试样，计算目标物的回收率和相对标准偏差（SRSD），3个加标水平下的回收率在90.50%~99.17%之间，SRSD在1.33%~2.45%之间，方法精密度较好，可以满足分析要求，具体结果见表2。

表2 5-亚乙基-2-降冰片烯的回收率和精密度

2.7 样品检测

按照试验方法对非复合膜袋、塑料瓶、塑料盖、一次性餐饮具、吸管、橡胶密封圈等18批次食品接触材料及制品进行目标化合物的分析，结果见表3。结果表明，食品接触材料及制品检测出5-亚乙基-2-降冰片烯的概率较低，18批次检测样品结果均为阴性。图6为样品及样品加标色谱图。

表3 样品中5-亚乙基-2-降冰片烯的测定结果

图6 样品（A）及样品加标（B）色谱图

3 结论

试验建立顶空-气相色谱法测定食品接触材料及制品中5-亚乙基-2-降冰片烯残留量的检测方法。该方法在0.1~10 μg浓度范围内线性良好，相关系数r＞0.999 5，方法检出限低，回收率在90.50%~99.17%之间，相对标准偏差（SRSD）在1.33%~2.45%之间，方法精密度较好，可以满足分析要求。试验方法简便快捷，结果准确可靠，弥补暂无检测食品接触材料及制品中5-亚乙基-2-降冰片烯残留量的空缺，为监管部门、生产企业及标准的制定提供可靠的技术支持。