UPLC-Q/Orbitrap HRMS同时测定塑料类食品接触材料及制品中增塑剂特定迁移量

聂 叶，赵振宇，曾稳稳，刘 松，王和玉*

（贵州茅台酒股份有限公司，贵州 仁怀 564501）

有机磷酸酯类和己二酸酯类是食品包装中常用的增塑剂。有机磷酸酯类（organophosphates，OPEs）是一种阻燃型增塑剂，具有低烟、低卤、阻燃效果优异等特征[1]；己二酸酯类增塑剂具有改进塑料的柔软性，增进光稳定性，改善加工性能等优点[2]。因此，两者均广泛用于食品包装、元配件等行业。有机磷酸酯主要以添加方式而非化学键合方式加入到材料中，使其较易进入环境及接触的食物中[3]。研究表明，多种有机磷酸酯具有神经毒性、基因毒性[4-5]，其引起的环境污染、食品安全问题日益受到重视[6-7]。己二酸酯类增塑剂可干扰人体激素分泌，且在人体内积累会导致癌变，与食品接触时容易析出而随食物进入人体，其潜在风险不可忽视[8]。

目前，有机磷酸酯类的检测方法有气相色谱（gas chromatography，GC）法[9-10]、气相色谱-质谱（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）法[11-12]、液相色谱串联质谱（liquid chromatographytandemmassspectrometry，LC-MS/MS）法[13-14]，其中，GC法存在稳定性差；GC-MS存在色谱峰拖尾、基线干扰等问题；LC-MS/MS相对于GC具有高速、分离能力强、高灵敏度和高选择性等特点[15]，在食品中有害物质检测领域应用广泛。现有方法主要针对水体、空气等环境中的有机磷酸酯研究较多[16-17]。己二酸酯类增塑剂的检测方法主要是GC-MS法[18-19]，且针对食品中的研究报道较少。

白酒中乙醇是大多数塑料添加剂的良好溶剂，在生产和贮藏过程中，与塑料制品接触导致塑料添加剂迁移至酒中[20]，增加白酒的食品安全风险。本研究针对白酒储存过程中的接触塑料制品，通过体积分数50%和95%的乙醇作为食品模拟物进行迁移试验，建立超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱（ultra performance liquid chromatography-quadrupole/orbitrahighresolutionmassspectrum，UPLCQ/Orbitrap HRMS）同时测定白酒接触塑料中有机磷酸酯类和己二酸酯类增塑剂的特定迁移量，为定性、定量分析白酒接触塑料制品中有机磷酸酯类和己二酸酯类增塑剂的迁移量提供准确、有效的检测方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

5份酒类接触塑料制品（瓶盖）：市售。

磷酸三甲酯（trimethyl phosphate，TMP）、磷酸三乙酯（triethyl phosphate，TEP）、己二酸二甲酯（dimethyl adipate，DMA）、磷酸三（2-氯乙基）酯（tris（2-chloroethyl）phosphate，TCEP）、己二酸二乙酯（diethyl adipate，DEA）、三苯基氧化膦（triphenylphosphine oxide，TPPO）、磷酸三（2-氯异丙基）酯（tris（2-chlorisopropyl）phosphate，TCPP）、磷酸三（1,3-二氯异丙基）酯（tris（1,3-dichloro-2-propyl）phosphate，TDCPP）、己二酸二（2-丁氧基乙基）酯（di（2-butoxyethyl）adipate，BBOEA）、磷酸三正丁酯（tributyl phosphate，TnBP）、磷酸甲苯二苯酯（cresyldiphenyl phosphate，CDPP）、磷酸三异丁酯（triisobutyl phosphate，TiBP）、己二酸二丁酯（dibutyladipate，DBA）、磷酸三丁氧乙酯（tributoxyethyl phosphate，TBEP）、磷酸三甲苯酯（Tricresyl phosphate，TCP）、己二酸二（2-乙基己）酯（bis（2-ethylhexyl）adipate，DEHA）、磷酸三（2-乙基己基）酯（tris（2-ethylhexyl）phosphate，TEHP）标准品（纯度＞98%）：美国Sigma公司；乙腈、甲醇（均为色谱纯）：德国Merck公司；乙醇（色谱纯）：美国TEDIA公司。

1.2 仪器与设备

Q-Exactive超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱仪：美国Thermo Fisher公司；DGX-8243B恒温箱：上海福玛实验设备有限公司；Vortex-Genie2涡旋混匀器：美国Scientific Iudustries公司；XP205分析天平：上海梅特勒-托利多仪器有限公司；Milli-Q超纯水仪：美国Millipore公司；0.22 μm微孔滤膜：美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 标准溶液的配制

分别称取12种有机磷酸酯和5种己二酸酯增塑剂标准品100.000 mg，用甲醇（或乙腈）溶解，并定容至100.0 mL棕色容量瓶中，振荡均匀即得质量浓度为1 000.0 mg/L的混合标准储备液，4 ℃冰箱中保存备用。分别用甲醇（或乙腈）逐级稀释标准储备液，得到质量浓度梯度为2.5 μg/L、5.0 μg/L、10.0μg/L、25.0μg/L、50.0μg/L、100.0μg/L、250.0μg/L、500μg/L的标准工作溶液。

1.3.2 样品前处理

迁移试验：将食品接触材料剪碎至5 mm×5 mm以下，根据GB 31604.1—2015《食品安全国家标准食品接触材料及制品迁移试验通则》[21]规定，分别选用体积分数50%、95%乙醇作为食品模拟物进行迁移试验，迁移时间和迁移温度采用严苛的条件，60 ℃恒温放置10 d。

食品模拟物的前处理：取上述迁移实验得到的食品模拟物100 μL于5 mL玻璃样品瓶，加入900 μL乙腈（或甲醇），漩涡混匀，过0.22 μm微孔滤膜后通过Q-Exactive超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱仪进行分析。

选取最优稀释溶剂后，考察稀释倍数（5倍、10倍、20倍）对目标化合物的基质干扰情况和相对回收率的影响，相对回收率计算公式如下：

1.3.3 仪器条件

色谱条件：ZORBAXSB-C18液相色谱柱（2.1mm×100mm，1.8 μm），柱温40 ℃，进样量5 μL；流动相为甲醇和0.2%甲酸水；流速300 μL/min；梯度洗脱，洗脱程序见表1，整个分析流程共15 min。

表1 梯度洗脱程序Table 1 Gradient elution program

质谱条件：电子电离（electronic ionization，EI）源，正离子扫描，毛细管电压3.7 kV，毛细管温度200 ℃；鞘气流速12 L/min；辅助气流速4.5 L/min；吹扫气流速0 L/min；离子传输管温度350 ℃；扫描模式为一级全扫自动触发二级扫描模式；扫描范围130～450 m/z，一级质谱分辨率为70 000，二级质谱分辨率为17 500。

在此基础上，依次考察色谱柱（ZORBAX XDB-C18（2.1mm×100mm，1.8μm）、ZORBAXSB-C18（2.1mm×100mm，1.8 μm）和PFP（2.1 mm×150 mm，1.9 μm））、流动相（乙腈-水、甲醇-水、甲醇-0.1%甲酸水、甲醇-0.2%甲酸水）对17种增塑剂（100 μg/L）的分离效果。

用17种目标化合物的100 μg/L混合标准溶液，分别在正离子模式和负离子模式下进行扫描，考察17种目标化合物在正、负离子模式下的响应情况。

1.3.4 实际样品的测定

将酒瓶瓶盖中与酒接触部分的塑料拆分下来，按照上述迁移试验得到食品模拟物，按照食品模拟物前处理方法进行前处理，然后进仪器检测分析。

2 结果与分析

2.1 样品前处理

甲醇、乙腈作为稀释溶剂对17种增塑剂的影响结果表明，甲醇作为稀释溶剂时，TMP、TEP、DMA三种化合物回收率均＜60%，且部分化合物峰形较差；乙腈是一种性能优良的溶剂，可溶解极性和非极性有机物，乙腈作为稀释溶剂时，各目标化合物可得到较好的回收率，因此选择乙腈为最佳稀释溶剂。

不同稀释倍数对目标化合物的基质干扰情况和目标化合物相对回收率的影响见图1。结果表明，稀释倍数5倍时，基质干扰物含量高，对目标物干扰大，影响其灵敏度；稀释倍数20倍时，目标物随之被稀释，峰形变差，响应值降低；稀释倍数为10倍时，基质干扰可得到较好的消除，且目标物峰形较好、响应值较高。对于回收率较低的TMP、TEP、DMA三种化合物，样品稀释10倍时，回收率最高（见图1），其余目标化合物相对回收率在94.1%～104.3%之间，优于稀释5倍、20倍的相对回收率。综上，最优稀释倍数为10倍。

图1 样品不同稀释倍数对17种增塑剂回收率的影响Fig.1 Effect of different dilution ratios on the recovery rate of 17 plasticizers

2.2 色谱柱的优化

色谱柱是决定色谱分离的关键因素。三种色谱柱对17种目标化合物的分离度和峰形影响见图2。由图2可知，同分异构体TnBP与TiBP在PFP色谱柱中无法分离；ZORBAX XDB-C18色谱柱导致更多的化合物峰拖尾，TnBP与TiBP未能完全分离，且DMA和DEA基线较高；而ZORBAX SB-C18色谱柱可以使17种增塑剂完全分离且多组分峰形尖锐，达到分析需求。ZORBAXSB-C18色谱柱具有较大的二异丁基侧链基团，空间位阻关键的硅氧烷键合到硅胶表面，以避免在低pH值条件下水解破坏，为酸性、中性、碱性化合物在酸性流动相条件下提供良好的分离效果和峰形。

图2 不同色谱柱对17种增塑剂的分析效果Fig.2 Analysis results of different chromatographic columns on 17 plasticizers

2.3 流动相的优化

在电喷雾离子源（electrosprayionization，ESI+）正离子模式下，酸性条件下可以提高化合物[M+H]+的正离子响应，4种流动相对17种增塑剂的分离效果表明，乙腈-水作为流动相时，TMP未出峰，TnBP与TiBP同分异构体分离差。以甲醇-水为流动相时目标峰的质谱响应和分离度更好。而添加甲酸可提高目标物的响应，在0.2%甲酸条件下大多数化合物响应大于0.1%甲酸，因此，选择甲醇-0.2%甲酸水作为最优流动相。

2.4 质谱条件优化

用17种目标化合物的100 μg/L混合标准溶液，分别在正离子模式和负离子模式下进行扫描，发现17种增塑剂在正离子模式下响应值明显优于负离子模式，因此，选择正离子扫描模式，17种增塑剂的电离模式、精确质量数等信息见表2。

静电场轨道阱高分辨质谱根据各目标化合物准分子离子[M+H]+的精确质量数理论值提取各离子的色谱峰（提取离子窗口宽度为5×10-6），通过提取离子色谱峰面积进行定量，17种各目标分析物的提取离子见图2。静电场轨道阱高分辨质谱利用目标化合物的保留时间和准分子离子的精确质量数进行定性鉴定。同时二级质谱采用高能碰撞诱导解离（high energy collision dissociation，HCD）方式产生子离子碎片，通过每种增塑剂的二级质谱图及其特征碎片离子进一步提高了定性能力，避免检出假阳性或假阴性样品的情况发生。

表2 17种增塑剂精确质量数、电离模式、保留时间、子离子等参数Table 2 Accurate mass,ionization mode,retention time,product ion and other parameters of 17 plasticizers

2.5 方法学评价

2.5.1 标准工作曲线、线性关系、定量限

在优化条件下，配制了17种增塑剂的系列混合标准溶液，以峰面积（Y）为纵坐标、质量浓度（X）为横坐标绘制标准曲线，得到线性回归方程和相关系数（R2），根据信噪比（signal to noise ratio，S/N）=3确定方法检出限（limit of detection，LOD），S/N=10确定方法定量限（limit of quantitation，LOQ），结果见表3。由表3可知，17种增塑剂在各自质量浓度范围内线性关系良好，相关系数均＞0.992 5；方法检出限为0.4～8.6 μg/L，定量限为1.2～28.7 μg/L。

表3 17种增塑剂的线性范围、回归方程、相关系数、定量限及背景空白Table 3 Linear range,regression equation,correlation coefficient,quantitation limit and procedure blanks of 17 plasticizers

磷酸酯类和己二酸酯类增塑剂用途广泛，属于环境污染物之一，在大气、水体中均有残留，给高灵敏度的检测方法带来了背景干扰。实验通过无基质的方法背景空白模拟物（3次平行）检测发现，其中DEHA、TEHP存在背景干扰，背景含量分别为0.16 μg/L、0.12 μg/L（见表3），其余目标化合物在背景中未检出。实际食品模拟物样品中扣除了背景值。

2.5.2 精密度与回收率实验

在空白食品模拟物中加入17种增塑剂混合标准溶液，加标质量浓度分别为50.0 μg/L、250.0 μg/L、500.0 μg/L。按上述方法进行前处理，然后进仪器分析，重复6次。计算方法回收率以及相对标准偏差（relative standard deviation，RSD），结果见表4。由表4可知，17种增塑剂的三个添加水平的平均回收率为63.2%～117.1%，精密度实验结果相对标准偏差为0.3%～9.7%。说明该方法具有良好的准确度、精密度和重复性，可以满足塑料类食品接触材料及制品中17种增塑剂的特定迁移量检测。

表4 17种增塑剂的加标回收率和精密度实验结果Table 4 Results of standard recovery rate and precision tests of 17 plasticizers

2.6 实际样品的测定

成品白酒主要储存在陶瓷瓶或玻璃瓶中，其瓶盖主要为塑料材质，与酒接触部件主要为高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE）、低密度聚乙烯（lowdensitypolyethylene，LDPE）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）等材质，本研究对市售的5份酒瓶瓶盖进行迁移实验测定，结果表明，未有样品检出含有这17种增塑剂。

3 结论

本试验建立了UPLC-Q/Orbitrap HRMS同时检测塑料类食品接触材料及制品中12种有机磷酸酯类和5种己二酸酯类增塑剂的特定迁移量。食品模拟物经乙腈稀释过膜后，以ZORBAX SB-C18色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.8 μm）为分离柱，以甲醇-0.2%甲酸水为流动相进行梯度洗脱，流速为0.3 mL/min，15 min内可完成17种增塑剂的检测分析。通过方法学验证，17种增塑剂在较宽的质量浓度范围内线性关系良好，相关系数R2均＞0.9925，3种不同质量浓度添加水平下，回收率为63.2%～117.1%，相对标准偏差为0.3%～9.7%，方法检出限为0.4～8.6 μg/L，定量限为1.2～28.7 μg/L。该方法具有准确快速、选择性好、灵敏度高、重复性好等特点。