食品中16种邻苯二甲酸酯类塑化剂的GC-MS检测方法研究

食品中16种邻苯二甲酸酯类塑化剂的GC-MS检测方法研究褚玥;梁德沛;孙远明;柳春红;刘辉【摘要】建立了同时测定不同类别食品中16种邻苯二甲酸酯类塑化剂的气相色谱-质谱(GC-MS)分析方法.对各种类别的食品采取不同的分离、净化方法;含油类样品经正己烷提取后，提取液用GPC凝胶色谱仪进行净化;采用GCEI/MS的选择离子检测方式(SIM)进行定性和定量分析.16种邻苯二甲酸酯的质量浓度在0.02~5mg/L范围内呈良好线性相关系数不低于0.999,检出限(S/N=3)为0.02mg/kg.在0.4-2mg/kg加标水平下的该方法回收率为75%~115%相对标准偏差(RSD,n=3)为1.00%-10%.【期刊名称】《中国粮油学报》【年(卷)，期】2014(029)002【总页数】6页(P94-99)【关键词】邻苯二甲酸酯;塑化剂;气相色谱-质谱【作者】褚玥;梁德沛;孙远明;柳春红;刘辉【作者单位】华南农业大学食品学院,广州510642;广东省产品质量监督检验研究院顺德基地佛山528300;华南农业大学食品学院广州I510642;广东省食品质量安全重点实验室广州I510642;华南农业大学食品学院广州510642;广东省食品质量安全重点实验室广州510642;广东省产品质量监督检验研究院顺德基地佛山528300【正文语种】中文【中图分类】R155.5+1刘辉，男，1980年出生，博士，食品科学与工程邻苯二甲酸酯(Phthalateacidesters，PAEs)是塑料工业中普遍使用的一类化学物质，主要用作增塑剂和软化剂，可增大塑料的可塑性和韧性，提高塑料的强度。PAEs的某些种类还可用作农药载体、驱虫剂、化妆品、润滑剂和去污剂的生产原料。据统计2009年世界增塑剂产能约910万t，产量约710万t，其中PAEs增塑剂约占总产量的88%，近年来，由于塑料制品的广泛使用，该类化合物的产量也在逐年增加［1］。大量塑料制品废弃后其中所包含的PAEs必将被释放到周边环境，已有报道多个城市饮用水受到不同程度PAEs污染，主要来源于环境中废弃塑料制品PAEs的释放［2-3］。PAEs与塑料之间通过氢键和范德华力相联结，彼此保持独立的化学性质，由于结合不紧密，所以容易从塑料中挥发迁移至环境中。有研究报道，蔬菜对土壤中PAEs具有较强的吸收累积能力，不同蔬菜类型、不同地点、不同PAEs污染类型下蔬菜的累积量不同［4-5］，此外，PAEs与食品直接接触时，易迁移到食品中，污染食品［6］。目前，在大气、水体、土壤、生物乃至人体等自然和人类环境中普遍发现PAEs的存在，在全球主要工业国家环境中均已达到普遍检出的程度，已成为全球性最普遍的一类有机污染物，被称为第2个全球性“PCB污染物”［7］。中国国家环保总局和美国环保署(EPA)已将邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯等6种PAEs列为优先控制的有毒污染物。REACH法规亦将邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯列为高关注物质［8］。PAEs是脂溶性物质，一旦进入人体，便很快积蓄在脂肪组织里，不易排泄出去，富集人体内，从而导致人体内残留着高浓度的邻苯二甲酸酯［9］。研究表明，PAEs具有一定的急性毒性，生殖毒性，在体内长期累积有致癌、致突变等毒性，并具有一定的内雌激素活性［10-14］。目前，PAEs的测定方法主要有气相色谱-质谱法和液相色谱-质谱法，大多数针对塑料制品、电子电器产品或环境样品、土壤栽培农作物中污染程度的测定，也有针对食品中PAEs迁移量检测的报道［15］。但是大多研究都只针对单一种类的食品，针对不同种类的食品中PAEs的检测，特别是对机制复杂、高油脂食品中PAEs的研究略有不足。本试验对不同类型的食品分别进行了研究，比较了不同萃取溶剂和萃取方法的检测结果，优化了样品分离、净化方法及测定条件，建立了同时测定16种PAEs的GC-MS方法。1材料与方法1.1仪器与试剂GCMS-QP2010Plus气相色谱-质谱联用仪：日本岛津公司；DM-5MS弹性石英毛细管(60mx0.25mmx0.25pm)色谱柱：美国J&WScientific公司；GPC凝胶色谱仪：美国J2scientific公司；N-1001DWA旋转蒸发仪：东京理化(上海)公司；PSA固相萃取小柱：DIKMA公司。16种邻苯二甲酸酯(PAEs):Dr.Erenstorfer,Gremany公司；正己烷、乙酸乙酯、环己烷、二氯甲烷、乙腈(均为色谱纯)：TEDIA公司；氯化钠(AR)、无水硫酸钠(AR)、Florisil硅藻土(AR)等其余试剂：天津市大茂化学试剂厂。1.2标准曲线的配制单标储备液：配制16类PAEs实验所用的单标储备液的质量浓度为4000mg/L,4°C冰箱中保存备用。混合标准系列溶液的制备：取一定量的4000mg/L的PAEs的单标储备液，用正己烷配成5.00mg/L的混合标准溶液,4C冰箱中保存备用。取5.00mg/L的混合标准溶液适量用正己烷分别稀释成质量浓度为20、100、500、1000、2000.5000|jg/L的PAEs的标准列，4C冰箱中保存备用。1.3样品前处理1.3.1不含油的水性样品此类样品包括饮用水、果汁、功能饮料、可乐等饮料。准确移取样品5mL,加至10mL玻璃离心管中，准确加入正己烷2.0mL，充分旋涡混合，20°C水浴超声萃取20min,3000r/min离心10min，取上清液进行GC-MS分析。1.3.2不含油的固体样品称取5g样品于50mL具塞玻璃管中，加入25mL的正己烷，漩涡混合1min,20C水浴超声萃取30min。取上清液旋转蒸发至干，正己烷定容至2mL,上机GC-MS检测。1.3.3GPC凝胶渗透色谱柱柱分离度：玉米油与邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯的分离度＞85%；流动相：乙酸乙酯：环己烷（1：1）；流速：4.5mL/min;流出液收集时间：18~34min。1.3.4乳制品称取2mL样品于10mL玻璃离心管中，加入4mL的正己烷，1g氯化钠，充分漩涡混合，20C水浴超声萃取20min,3000r/min离心，10min，取上清液,氮吹浓缩至干，用乙酸乙酯：环己烷（体积比1：1）定容至10mL,漩涡混合2min，经GPC凝胶渗透色谱装置净化，收集流出液（参考条件见1.3.3），经氮吹干,正己烷定容至2mL,进行GC-MS分析。1.3.5食用油称取0.5g（精确至0.1mg）油脂类样品，加入50mL具塞玻璃管中，加入正己烷25mL,漩涡混合1min,20C水浴超声萃取30min，取上清液，旋转蒸发浓缩至干，用乙酸乙酯：环己烷（体积比1：1）定容至10mL,漩涡混合2min，经GPC凝胶渗透色谱装置净化，收集流出液（参见1.3.3），经氮吹干，正己烷定容至2mL,进行GC-MS分析。1.3.6油脂类固体称取0.5g（精确至0.1mg）油脂类样品，加入50mL具塞玻璃管中，首先用25mL正己烷提取1次，漩涡混合1min,20°C水浴超声萃取30min，静置分层，取上清液于茄型瓶中，再用25mL正己烷二次提取，收集上清液，旋转蒸发至干，用乙酸乙酯：环己烷（体积比1:1）定容至10mL,漩涡混合2min，经GPC凝胶渗透色谱装置净化，收集流出液（参见1.3.3），经氮吹干，正己烷定容至2mL,进行GC-MS分析。1.4GC-MS分析条件样品采用选择离子检测模式（SIM）,分组检测见表1所示。表1SIM模式下PAEs质谱测定的保留时间和特征离子序号中文名称名称保留时间定量离子定性离子1邻苯二甲酸二甲酯DMP5.5816377,1352邻苯二甲酸二乙酯DEP6.83149177,1213邻苯二甲酸二异丁酯DIBP9.9314957,2234邻苯二甲酸二丁酯DBP10.96149104,2235邻苯二甲酸二（2-甲氧基）乙酯DMEP11.3659149,1046邻苯二甲酸二（4-甲基-2-戊基）酯BMPP12.1914985,1677邻苯二甲酸二（2-乙氧基）乙酯DEEP12.517272,1498邻苯二甲酸二戊酯DPP12.87149237,2199邻苯二甲酸二己酯DHXP14.61149251,8510邻苯二甲酸丁基苄基酯BBP14.7214991,20611邻苯二甲酸二（2-丁氧基）乙酯DBEP15.8857149,19312邻苯二甲酸二环己酯DCHP16.51149167,8313邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯DEHP16.71149167,8314邻苯二甲酸二苯酯DPhP16.8622577,15315邻苯二甲酸二正辛酯DNOP19.3314971,27916邻苯二甲酸二壬酯DNP22.1314957,71电子轰击离子源（EI），电子能量70eV,离子源温度230°C。进样口温度:280C,不分流进样，进样量1pL,载气为氦气，载气流速0.5mL/min，碰撞气为氩气，柱初始温度120°C,保持1min,以20C/min升温至220°C,保持2min,以10C/min升温至250°C,保持4min，再以以20C/min升温至310°C,保持10min。接口温度：310°C,溶剂延迟：3.5min。为避免样品中其他组份的干扰和提高灵敏度，采用GC-MS的选择离子检测（SIM）方式。在SIM模式下，检测器只检测选定的特征离子，在相同扫描周期内，用以检测每个离子的时间更长，因而比全扫描（SCAN）模式灵敏度高5~100倍，使采集的灵敏度和重现性达到最优。2结果与分析2.1前处理条件的优化2.1.1提取溶剂的选择向样品（香肠）中加入16类PAEs的标准溶液500pg/kg按1.3.3的步骤进行提取，比较了表2中所列溶剂的提取效果。表2不同提取溶剂的提取率名称不同提取溶剂提取率/%正己烷二氯甲烷乙酸乙酯:环B^（1:1）DMP82.7757.5858.26DEP89.5964.3376.27DIBP90.8364.66103.06DBP95.32105.89118.68DMEP88.7384.20105.83BMPP78.7970.5284.07DEEP113.53112.65143.31DPP78.1978.5799.58DHXP105.64100.15121.90BBP79.6076.3692.16DBEP94.6092.4590.83DCHP112.43121.29146.76DEHP86.7770.1161.15DPhP115.16114.32133.52DNOP76.1674.6897.46DNP85.8083.26113.34结果表明，提取效率：正己烷＞二氯甲烷〉乙酸乙酯：环己烷（1：1）,其中，乙酸乙酯：环己烷（1：1）部分PAES如DEEP、DCHP回收率过高，溶剂带入本底过高，而二氯甲烷毒性较大。综上，选用正己烷为提取溶剂。2.1.2萃取方法的选择目前，针对含油脂类固体中PAEs的萃取方法可采用液-液萃取、柱层析分离、固相萃取以及固相微萃取等。试验向样品（香肠）中加入16类PAES的标准溶液，以正己烷作为提取溶剂，对比了PSA固相萃取法（玻璃萃取小柱500mL/6mL,依次加入5mL丙酮、5mL正己烷，弃去流出液，进行活化，油脂类样品提取液2mL进样，流速控制在1mL/min，收集流出液洗脱，再依次加入5mL正己烷、5mL4%丙酮-正己烷，收集合并流出液，40°C氮吹至1mLGCMS上机检测）；弗罗里硅土玻璃层析柱法[16];GPC法按1.3.6进行，加标回收率如表3。表3不同萃取方法对16类PAEs的提取效果名称不同萃取方法的提取率/%PSA-SPE弗罗里硅土-SPEGPC凝胶色谱法DMP66.6059.0482.77DEP62.5960.2389.59DIBP70.9864.2690.83DBP71.9678.6795.32DMEP20.0064.1588.73BMPP55.1150.2578.79DEEP65.5262.65113.53DPP64.3164.0978.19DHXP77.3670.13105.64BBP61.3266.3779.60DBEP88.4575.0494.60DCHP93.6481.20112.43DEHP73.8870.1186.77DPhP75.1864.89115.16DNOP79.4560.3876.16DNP84.3563.2685.80结果表明，正己烷液液提取时，提取率：GPC>PSA-SPE>弗罗里硅土-SPE。其中，使用填料为PSA的固相萃取小柱时，其去除脂肪酸和油脂的能力较好，对大部分PAES的提取效率较好，较GPC法操作方便，但是PSA-SPE对BMEP和BMPP的吸附作用过大，导致这2种PAES的提取效率过低。GPC法16类PAES的提取率在76.16%~115.16%之间，萃取效果较好，且GPC去除脂肪能力较好。因而，本试验选用GPC法对样品进行萃取。2.2定性分析根据本试验所确定的分析条件，将16种邻苯二甲酸酯类化合物混合标准溶液进样，以保留时间定性，分离效果见图1。由图1可以看出，16种化合物能在22.5min内有效地分开，峰型尖锐，对称性好，出峰附近都没干扰峰，各峰间隔适宜，是理想的色谱检测条件。图116种邻苯二甲酸酯的总离子图2.3线性关系和检出限在确定的色谱和质谱分析条件下对一系列标准工作溶液进行GC-MS分析，以定量离子的峰面积对被测组分的质量浓度进行回归分析。以大于3倍信噪计算检出限。标准曲线的线性范围、线性方程、相关系数和检出限见表4。由表4可知,16种邻苯二甲酸酯类物质在20~5000pg/L范围内线性关系良好，线性相关系数均大于0.999,16种邻苯二甲酸酯类物质在食品中的检出限为0.02mg/kg。表416种邻苯二甲酸酯类化合物标准曲线线性方程、相关系数及检出限化合物线性范围/pg-L-1线性方程相关系数检出限/mg-kg-1DMP20~5000Y=49.413X+738.0940.999740.02DEP20~5000Y=58.454X+1062.5920.999650.02DIBP20~5000Y=51.486X+1004.1020.999710.02DBP20~5000Y=74.110X+1340.8550.999640.02DMEP20~5000Y=35.918X+766.4420.999590.02BMPP20~5000Y=38.696X+288.3320.999760.02DEEP20~5000Y=27.298X+75.2470.999880.02DPP20~5000Y=75.633X+470.3810.999790.02DHXP20~5000Y=66.379X+508.6290.999880.02BBP20~5000Y=29.832X+360.6810.999730.02DBEP20~5000Y=13.033X+109.0900.999910.02DCHP20~5000Y=40.887X+585.1170.999830.02DEHP20~5000Y=42.355X+1903.5530.999780.02DPhP20~5000Y=26.953X+314.6450.999880.02DNOP20~5000Y=64.153X+641.8890.999830.02DNP20~5000Y=56.148X+1708.2540.999480.022.4回收率与精密度在碳酸饮料、水果、油类、乳制品、肉制品等混样中分别添加200、500、1000ng的邻苯二甲酸酯，平行3次，GC-MS检测，结果见表5。由表5可见，当添加邻苯二甲酸酯类增塑剂浓度为0.40-2.00mg/kg时，回收率为75%~115%之间，RSD为1.00%~10%，说明本方法准确可靠。表5肉类样品中16种邻苯二甲酸酯类化合物的加标回收率和相对标准偏差名称加标回收率1)/%RSD1)/%加标回收率2)/%RSD2)/%加标回收率3)/%RSD3)/%DMP84.782.1283.962.7084.631.00DEP85.182.0682.372.6584.181.17DIBP83.273.9880.694.8876.762.36DBP87.519.6786.228.3680.563.93DMEP87.343.2285.041.4186.682.21BMPP84.565.1188.318.0385.382.09DEEP85.585.4696.591.4984.498.13DPP80.371.9578.293.3391.481.99DHXP99.921.6798.483.3791.381.53BBP86.701.1977.453.1488.771.02DBEP84.923.3288.573.5090.162.59DCHP112.128.51103.881.54110.882.01DEHP99.766.9080.814.4082.843.58DPhP93.291.4889.405.0778.684.91DNOP88.221.4574.492.9883.021.89DNP84.071.7783.544.2476.041.30注：1)邻苯二甲酸酯混合加标量为200ng;2)邻苯二甲酸酯混合加标量为500ng;3)邻苯二甲酸酯混合加标量为1000ng。2.5实际样品检测本试验选用碳酸饮料、乳制品、非油脂类蔬菜水果、油脂类固体食品5类8种食品混样作为研究对象，样品经正己烷溶解、超声波辅助提取、GPC凝胶色谱法萃取浓缩富集等预处理后GC-MS分析，样品加标及其实际检测的色谱图见图2和图3，测定结果见表6。表6样品中PAEs的检测结果样品含量/pg-kg-1DMPDEPDIBPDBPDEHP饮料类NDNDNDNDND酒类NDND36.21±5.44NDND乳类NDNDNDND26.5±5.44油类NDND637.78±15.42698.37±15.622077.11±24.05水果类NDNDNDND48.09±3.41肉类NDND251.79±2.89439.39±12.93851.40±90.85水产类120.16±2.27235.55±25.51445.96±12.42832.22±24.82190.69±16.86蛋类NDND204.94±0.33224.71±1.19216.15±9.30注：ND表示未检测到。检测结果表明，采集的食品样品中均有不同程度PAEs污染，检出的PAEs种类有DMP、DEP、DIBP、DBP和DEHP，其余11种PAEs未检出。8种食品混样中饮料类未检出PAEs，酒类中DIBP检出率最高；乳类和水果类中仅检出DEHP含量较高；而对于肉类、油类、水产类和蛋类等动物性食品DIBP、DBP、DEHP的污染程度较高，这是由于邻苯二甲酸酯是脂溶性的化合物，接触到油脂时易于从包装材料中溶出，转移到食品中。在被检出有PAEs的样品中，几乎都有DEHP，因为DEHP是塑料中主要的增塑剂，它的生产量和使用量都远高于其他的邻苯二甲酸酯类化合物。图216种PAEs在肉类样品加标水平为2mg/kg的色谱图图3肉类样品的气质色谱图2.6干扰的排除试验中应避免使用塑料制品，试验前对试剂、试验用水、玻璃仪器等必须进行净化处理，所用的玻璃器皿需要用清洁剂清洗，再水洗、丙酮浸泡2h，然后用重蒸的正己烷清洗2次，在200°C焙烘2h；并且测定试剂空白，进行比较和扣除。3结论本试验建立了气相色谱-质谱(GC-MS)法同时测定不同类别食品中16种邻苯二甲酸酯的分析方法，研究了不同类别食品的分离、净化方法，优化了色谱分离条件，通过提取特征离子进行检测和确证，消除了基质干扰，避免产生假阳性结果，同时对不同食品中PAEs的污染状况进行了初步评估。本方法系统、全面、准确、可靠，定量下限达0.02mg/kg，可应用于各类食品中邻苯二甲酸酯类的测定，对于食品中邻苯二甲酸酯的污染监控检测具有十分重要的意义。参考文献吴继军，徐玉娟，肖更生，等.果酒中邻苯二甲酸单-2-乙基己基酯检测方法研究[J].北京工商大学学报：自然科学版,2011,29(4):39-41戴树桂，张东梅,张仁江，等.环境水样中邻苯二甲酸酯固相膜萃取预富集方法[J].中国环境科学，2000,20(2):146-149杨润，刘华良.饮用水中16种邻苯二甲酸酯的气相色谱-质谱测定法[J].环境与健康杂志,2012,29(9):825-827FUXW,DUQZ.Uptakeofdi-(2-ethylhexyl)phthalateofvegetablesfromplasticfilmgreenhouses[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2011,59(21):11585-11588王家文，杜琪珍，宋英琦.塑料工业区附近农田蔬菜DEHP的浓度水平及评价[J].环境科学，2010,31(10):2450-2455李婷，汤智，洪武兴.分散固相萃取-气相色谱-质谱法测定含油脂食品中17种邻苯二甲酸酯[J].分析化学,2012,40(3):391-396USEnvironmentalProtectionAgency.Microbialsourcetrackingguide[C].Washington,DC:DocumentEPA/600/R-05/064USEnvironmen