塑化剂又名增塑剂,主要成分为邻苯二甲酸酯(phthalate acid esters,PAEs),是一大类脂溶性化合物,主要用作塑料的增塑剂和软化剂,被广泛用于高分子塑胶产品生产中[1]。它被确认为第四类毒性化学物质,不得添加在食品里[2]。邻苯二甲酸酯是一种类似于雌激素的环境激素[3],会影响人体的内分泌系统[4],干扰正常的荷尔蒙分泌[5],长期接触易导致男性精子数量减少、活力降低、严重危害生殖健康[6]。邻苯二甲酸酯在结构上以非共价键结合,随着时间的推移,这类物质会从食品塑料制品包装材料上缓慢逸出,造成食品污染,对人体的健康带来隐患[7-8]。饮料酒尤其是我国白酒,因酒精度较高,是邻苯二甲酸酯类增塑剂的良好溶剂[9-10]。在白酒生产、运输及贮存过程中接触到塑料制品,其中所含的邻苯二甲酸酯会迁移至酒中,迁移量与接触时间具有相关性,从而增加酒中塑化剂的残留量[11]。因此,建立酒中塑化剂含量检测的新方法,对保障食品安全和公众健康,为卫生监督执法提供数据支持和参考,都具有积极的意义。
目前,塑化剂的检测方法主要有免疫检测法[12]、薄层色谱法(thin-layer chromatography,TLC)、气相色谱法[13](gas chromatography,GC)、气相色谱-质谱联用法[14](gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)、高效液相色谱法[15](high performance liquid chromatography,HPLC)、高效液相色谱-串联质谱法[16](liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)等。目前对白酒中塑化剂的检测方法大多采用GB 5009.271—2016《食品安全国家标准食品中邻苯二甲酸酯的测定》[17]进行检测,该方法未对萃取溶剂、萃取时间、萃取温度等前处理条件进行系统优化,在痕量分析中其检测结果受前处理因素影响较大,由此可知,该方法对酒中塑化剂检测结果有一定偏差。本试验在GB 5009.271—2016《食品安全国家标准食品中邻苯二甲酸酯的测定》及相关文献的基础上,对影响因素进行探究,选择合适的前处理方法及仪器参数,以建立操作简单、高效、检出限低、精密度好、回收率高的白酒中塑化剂检测方法,为白酒中塑化剂残留检测提供新的途径。
酱香型、浓香型、清香型、馥郁香型(每种香型5种不同品牌白酒)白酒样品:市售,具体详见表1。
表1 白酒样品及其香型
Table 1 Baijiu samples and their aroma types
邻苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate,DMP)、邻苯二甲酸二壬酯(dinonyl phthalate,DNP)、邻苯二甲酸二(2-乙氧基)乙酯(bis(2-ethoxyethyl)phthalate,DEEP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(bis(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)、邻苯二甲酸二烯丙酯(diallyl phthalate,DAP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(benzyl butyl phthalate,BBP)、邻苯二甲酸二(2-甲氧基)乙酯(bis(2-methoxyethyl)phthalate,DMEP)、邻苯二甲酸二乙酯(diethylphthalate,DEP)、邻苯二甲酸二正辛酯(di-n-octyl phthalate,DNOP)、邻苯二甲酸二正丁酯(dibutyl phthalate,DBP)、邻苯二甲酸二己酯(dihexyl phthalate,DHXP)、邻苯二甲酸二异丁酯(diisobutyl phthalate,DIBP)、邻苯二甲酸二苯酯(diphenyl phthalate,DPhP)、邻苯二甲酸二(4-甲基-2-戊基)酯(bis(4-methyl-2-pentyl)phthalate,BMPP)、邻苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯(bis(2-n-butoxyethyl)phthalate,DBEP)、邻苯二甲酸二戊酯(dipentyl phthalate,DPP)、邻苯二甲酸二环己酯(dicyclohexyl phthalate,DCHP)混合标准溶液(100 μg/mL,1.2 mL):坛墨质检科技股份有限公司;正己烷、乙腈、丙酮、二氯甲烷等(均为色谱纯):国药集团化学试剂有限公司。
岛津TQ-8050气相色谱三重四级杆气质联用仪:日本岛津公司;DMT-2500多管旋涡混匀仪:南京互川电子有限公司;LD5-2A台式冷冻离心机:常州杰博森仪器有限公司;ESJ220-4A全自动电子分析天平:沈阳龙腾电子有限公司;STRIKE 385旋转蒸发仪:优莱博技术(北京)有限公司;Smart2Pure超纯水仪:上海宏宇仪器有限公司。
1.3.1 标准溶液配制
准确吸取1 mL17种邻苯二甲酸酯类混合标准溶液(100 μg/mL,1.2 mL)于10 mL容量瓶中,用正己烷定容至刻度,即得质量浓度为10 μg/mL标准贮备液于4 ℃冰箱中存储备用。分别吸取0、5 μL、10 μL、20 μL、50 μL和100 μL标准贮备液于1 mL容量瓶中,用正己烷定容至刻度,即配制成质量浓度为0、0.05μg/mL、0.10μg/mL、0.20μg/mL、0.50μg/mL和1.00 μg/mL的标准系列溶液,临用时配制。
1.3.2 样品前处理条件优化单因素试验
选取其中1种酒样品(S1),加入20.0 μg/kg的17种塑化剂,即得阳性加标酒样。分别取1.0 g的阳性加标酒样于25 mL具塞磨口离心管中,加入4 mL蒸馏水,涡旋混匀,加入10 mL萃取剂,涡旋1 min,剧烈振荡1 min,在一定萃取温度条件下超声萃取一定时间,萃取完毕后以1 000 r/min离心5 min,取上清液,供GC-MS/MS分析。分别考察不同萃取溶剂(乙腈、正己烷、二氯甲烷)、萃取温度(30 ℃、40 ℃、50 ℃)、萃取时间(30 min、40 min、50 min)对酒样中塑化剂加标回收率的影响。
1.3.3 样品前处理条件优化正交试验
在单因素试验的基础上,分别选取萃取溶剂(A)、萃取温度(B)、萃取时间(C)作为分析条件的3个因素,设计3因素3水平正交试验对样品前处理条件进行优化。
1.3.4 质谱条件的优化
取一定阳性加标酒样,对其进行前处理后上机分析,在质荷比(m/z)为40~500 amu范围内进行全扫描,即得17种塑化剂的全扫描数据,根据全扫描数据优化确定仪器分析参数、定量离子、定性离子以及碰撞能量。
1.3.5 仪器条件
气相色谱条件:DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);溶剂延迟时间3 min;进样口温度250 ℃;进样方式为不分流进样;柱温程序为初始温度70 ℃,保持2 min,以10 ℃/min升温至160 ℃,再以8 ℃/min升温至280 ℃,保留6 min;载气为高纯氦气(He)(≥99.999%);载气控制方式为恒线速度,线速度47.6 cm/s;高压进样250 kPa;柱流量1.05 mL/min;进样量1 μL。
质谱条件:电子电离(electron ionization,EI)源;离子源温度200 ℃;碰撞诱导解离气为高纯氩气(Ar)(≥99.999%);色谱质谱接口温度250 ℃;电子能量70 eV;检测器电压1.5 kV;采集方式为多反应监测。
1.3.6 数据分析
所有数据均为6次平行试验的平均值,运用Microsoft Excel2016及Origin2019软件进行数据整理和作图。
选取其中1种酒样,向其加入20.0 μg/kg的17种塑化剂,按照“1.3.2和1.3.5”的操作对其前处理及上机分析,在质荷比(m/z)为40~500 amu范围内进行全扫描,得到待测目标物的母离子和保留时间,根据各目标物一级图谱选取相对强度高、特征性强的离子作为母离子;再对母离子进行二级质谱优化,选取质荷比(m/z)较大、丰度较高的离子作为定量和定性离子,经优化后得到的质谱条件参数见表2。在该优化参数条件下可得到较为理想的峰形及信噪比,结果见图1。
表2 17种塑化剂的质谱条件
Table 2 Mass spectrometry conditions of 17 plasticizers
续表
图1 白酒加标样品17种塑化剂的总离子流色谱图
Fig.1 Total ion chromatogram of 17 plasticizers in Baijiu sample with standard addition
1~17代表17种塑化剂,具体同表2。
2.2.1 萃取溶剂的选择
酒中塑化剂的检测常用的提取溶剂有乙腈、正己烷、二氯甲烷等,不同提取溶剂对酒中塑化剂的提取效率影响结果见表3。
表3 不同萃取溶剂对17种塑化剂回收率的影响
Table 3 Effect of different extraction solvents on the recovery rate of 17 plasticizers%
由表3可知,不同提取溶剂对酒中塑化剂提取影响较大[18-19],采用乙腈、正己烷、二氯甲烷作为萃取溶剂对白酒样品中17种塑化剂的平均回收率分别为81.73%、90.09%、84.74%。因此,选择平均回收率最高的正己烷作为白酒样品中塑化剂的萃取溶剂。
2.2.2 萃取温度的选择
研究表明,随着萃取温度的升高,塑化剂与乙醇之间的作用力更容易被破坏,溶剂的溶解能力明显提升。同时溶剂表面的张力和黏度会随着温度的升高而降低,使得溶剂和基质之间的接触能够更加良好地保持[20-21]。
由表4可知,在萃取温度30 ℃、40 ℃、50 ℃条件下对白酒样品中17种塑化剂的平均回收率分别为82.01%、88.19%、84.31%。因此,选择平均回收率最高的40 ℃作为白酒样品中塑化剂的萃取温度。
表4 不同萃取温度对17种塑化剂回收率的影响
Table 4 Effects of different extraction temperatures on the recovery rates of 17 plasticizers%
2.2.3 萃取时间的选择
超声波萃取主要通过快速地机械振动波来减少目标物与基质之间的作用力,从而实现目标物与基质分离[22],使萃取效果在短时间内获得迅速提升,但长时间超声萃取可能导致萃取溶剂严重挥发,影响测定结果的准确性[23]。
由表5可知,在萃取时间30 min、40 min、50 min条件下对白酒样品中17种塑化剂的平均回收率分别为81.69%、88.30%、84.73%。因此,选择选择平均回收率最高的40 min作为白酒样品中塑化剂的萃取时间。
表5 不同萃取时间对17种塑化剂回收率的影响
Table 5 Effect of different extraction time on the recovery rate of 17 plasticizers%
2.2.4 白酒样品前处理条件优化正交试验
由表6可知,白酒样品中塑化剂的最优分析条件为A2B2C2,即以正己烷作为萃取溶剂、萃取温度为40 ℃、萃取时间为40 min。在该条件下进行验证试验,白酒样品中17种塑化剂的平均回收率为95.66%,优于正交表中其他试验条件所得的回收率,因此确定该参数为酒中塑化剂的最优分析条件。
表6 白酒样品前处理条件优化正交试验结果与分析
Table 6 Results and analysis of orthogonal test for pretreatment conditions optimization of Baijiu sample
2.3.1 17种塑化剂的线性回归方程、检出限及定量限
将上述配制好的系列工作溶液0、0.05μg/mL、0.10μg/mL、0.20 μg/mL、0.50 μg/mL、1.00 μg/mL依次进样分析,以溶液质量浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,绘制标准曲线。同时,取0.05 μg/mL标准溶液加入1.0 g样品中,按照“1.3.2样品前处理”操作后上机分析,以其产生的3倍信噪比(S/N=3)计算方法检出限[24],10倍信噪比(S/N=10)计算方法定量限[25]。17种塑化剂的线性范围、线性回归方程、检出限及定量限见表7。由表7可知,在质量浓度为0~1.0 μg/mL范围内线性良好,相关系数(R2)≥0.996 5,方法检出限为0.157~2.561μg/kg、定量限为0.523~5.650 μg/kg,符合痕量分析要求。
表7 17种塑化剂的线性回归方程、相关系数、检出限及定量限
Table 7 Linear regression equation,correlation coefficient,detection limit and quantification limit of 17 plasticizers
2.3.2 17种塑化剂的精密度和加标回收率试验
采用阴性空白酒样为基质,向其加入17种塑化剂标准溶液,加标量分别为10 μg/kg、50 μg/kg、100 μg/kg三水平,按照上述所建立的方法进行加标回收率与精密度试验,每个水平重复测定6次,计算其平均回收率与相对标准偏差(relative standard deviation,RSD),结果见表8。由表8可知,17种塑化剂的平均回收率为75.68%~98.56%;精密度试验结果的RSD为0.125%~10.25%(n=6),符合GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范食品理化检测》参数要求[26]。
表8 17种塑化剂加标回收率和精密度试验结果
Table 8 Recovery rate and precision tests results of 17 plasticizers
续表
注:“N.D”表示未检出。
采用所建立的方法对市售20种(样品编号S1~S20)白酒样品中17种塑化剂进行检测分析,结果见表9。由表9可知,其中DMP、DAP、DBP、DEEP、DPP检出率均为20.0%;DEHP检出率均为15.0%;BBP、DPhP、DNP检出率均为10.0%。根据国家卫生健康委员会公布的《白酒产品中塑化剂风险评估结果》可知,白酒中DBP、DEHP含量分别在1.0 mg/kg、5.0 mg/kg以下时,对消费者的健康风险处于可接受水平。其中DBP、DEHP在20种酒样中虽有部分酒样检出,但其值远低于国家相关规定的限量值。
表9 市售20种白酒样品中塑化剂的含量测定
Table 9 Determination of plasticizer content in 20 commercial Baijiu samples
注:“-”表示未检出。
本研究以市售20种白酒为研究对象,采用气相色谱-三重四级杆串联质谱仪对其17种邻苯二甲酸酯类塑化剂进行分析检测。通过对实验条件的选择和优化,最终选择正己烷为萃取溶剂、萃取温度为40 ℃、萃取时间为40 min;在最优前处理参数下,17种邻苯二甲酸酯类塑化剂能够得到很好的分离,在质量浓度为0~1 μg/mL范围内,17种苯二甲酸酯类塑化剂具有良好的线性关系,其相关系数(R2)≥0.996 5,方法检出限为0.157~2.561 μg/kg、方法定量限为0.523~5.650 μg/kg。其平均加标回收率为75.68%~98.56%;精密度试验结果相对标准偏差为0.125%~10.25%。该方法具有操作简单、高效、检出限低、精密度及准确度良好的特点,适用于不同品种白酒中17种邻苯二甲酸酯类塑化剂的快速检测,对市售20种白酒中17种邻苯二甲酸酯类进行了监测分析,旨在为塑化剂的风险控制和市场监控提供数据支撑,以期为我国白酒行业的有效监控和健康发展提供参考。
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Simultaneous determination of 17 kinds of phthalate plasticizers in Baijiu based on GC-MS/MS