茶葉中29種揮發(fā)性有機物的固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測定及其危害水平評估

李 俊,祝 愿,周雪麗,蔡 滔

(貴州省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗測試中心農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風險評估實驗室(貴陽),貴陽 550004)

茶起源于我國云貴高原,為多年生常綠葉用作物[1]。由于茶含有很多對人體有益的活性物質(zhì),使得茶及茶制品暢銷國內(nèi)外,有著不可取代的地位[2]。但是,在種茶和產(chǎn)茶過程中,可能發(fā)生潛在的揮發(fā)性有機物(VOCs)污染的風險,主要由種茶時農(nóng)藥的使用及產(chǎn)茶時化學燃料、外包裝的使用或儲存條件不善等引入[3-4]。VOCs具有致畸、致癌和致突變作用,人在飲茶時,VOCs可通過呼吸道、消化道和皮膚進入人體,從而影響人的身體健康[5-6]。因此,有必要對茶葉中的VOCs含量進行監(jiān)測。

已報道的關(guān)于食品接觸材料、食品包裝材料、印刷品、水等物質(zhì)中的VOCs的測定方法主要有吹掃捕集-氣相色譜-質(zhì)譜法[7-10]、頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法[11-16]、固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法(SPME-GCMS)等[17-19],而關(guān)于茶葉中VOCs的測定方法未見報道。

由于前處理方法中的SPME 具有快速、簡便、成本低的優(yōu)點,而本工作測定的VOCs的沸點較低,故選擇SPME-GC-MS 建立了茶葉中29 種VOCs含量的測定方法,并對貴州省3個茶葉產(chǎn)地隨機選取的100份茶葉樣品中VOCs的含量水平及危害水平進行了分析,以期為正確引導茶及茶制品的消費和科學監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支撐和科學依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Trace GC Ultra-DSQ MS型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;PC-420D 型手動固相微萃取儀;纖維頭二乙烯基苯/CAR/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS,50/30μm);20 mL 帶蓋頂空瓶;AL-104型電子天平。

VOCs混合標準溶液:1 000 mg·L－1。

VOCs混合標準儲備溶液:10 mg·L－1,由VOCs混合標準溶液用甲醇逐級稀釋制得。

內(nèi)標溶液:稱取適量乙酸苯乙酯標準品,以甲醇為溶劑配制成2.00 mg·L－1的內(nèi)標溶液。

基質(zhì)匹配混合標準溶液系列:取陰性茶葉樣品200 mg于頂空樣品瓶中,加入10 mg·L－1VOCs混合標準儲備溶液1,2,5,8,10μL 和內(nèi)標溶液1μL,配制成0.05,0.10,0.25,0.40,0.50 mg·kg－1的基質(zhì)匹配混合標準溶液系列。

乙酸苯乙酯標準品的純度大于99.0%;甲醇為色譜純。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 頂空固相微萃取條件

平衡溫度60 ℃;平衡時間30 min;解吸溫度250 ℃;解吸時間3 min。

1.2.2 色譜條件

HP-FFAP色譜柱(50 m×0.2 mm,0.30μm);進樣口溫度250 ℃;不分流進樣;流量1 mL·min－1。柱程序升溫:初始溫度為40 ℃,保持2 min;以2 ℃·min－1速率升溫至150 ℃;再以20 ℃·min－1速率升溫至220 ℃,保持4 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊離子(EI)源;離子源溫度250℃;電子能量70 e V;氣相色譜-質(zhì)譜傳輸線溫度280℃;選擇離子監(jiān)測(SIM)模式。其他質(zhì)譜信息見表1,其中“?”為定量離子。

表1 29種VOCs及內(nèi)標物的質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters of 29 VOCs and internal standard

1.3 試驗方法

將茶葉樣品粉碎后過孔徑為0.25 mm 的篩網(wǎng),取200 mg 樣品至頂空樣品瓶中,加入內(nèi)標溶液1μL,用頂空瓶蓋將其密封,按照儀器工作條件測定其中的VOCs含量。

1.4 風險分析方法

食品安全指數(shù)法[20-24]可用來描述食品中的污染物對消費者健康的危害水平,采用食品安全指數(shù)(IFS)評價茶葉樣品中VOCs含量的危害水平,計算公式(1)如下:

式中:R為茶葉中目標化合物的殘留水平,μg·kg－1;F為預估茶葉人均日消費量,按11.4 g 計算[25];SI為目標化合物的日允許攝入量(ADI),按29種VOCs的每日耐受攝入量(TDI)[26]中的最小值乙烯苯和三氯甲苯TDI(7.7μg·kg－1)計算;bw為人均體重,按60 kg計算。

當IFS遠小于1時,表示目標化合物不會對人體健康造成危害,其危害水平是可以接受的;當IFS不大于1時,表示目標化合物對人體健康造成的危害不明顯,其危害水平也是可以接受的;當IFS大于1時,表示目標化合物對人體健康造成的危害超出了可接受的限度,危害效應是明顯的,應按照風險管理程序進行下一步處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 固相微萃取條件的選擇

2.1.1 纖維頭

纖維頭是利用相似相溶原理吸附目標化合物的,因此,纖維頭的選擇非常關(guān)鍵。試驗考察了DVB/CAR/PDMS、DVB/PDMS、PDMS 和聚丙烯酸樹脂(PA)等4種纖維頭對加標陰性茶葉樣品中29種VOCs的萃取效果,結(jié)果見圖1。

圖1 纖維頭對VOCs萃取效果的影響Fig.1 Effect of fiber tip on extraction of VOCs

由圖1可知:和其他纖維頭相比,纖維頭DVD/CAR/PDMS對VOCs有較大的吸附量,因此,試驗選擇纖維頭DVD/CAR/PDMS 吸附樣品中的VOCs。

2.1.2 平衡溫度

在頂空樣品瓶中加入200 mg 樣品,再加入10 mg·L－1VOCs混合標準儲備溶液2μL,考察了平衡溫度分別為50,60,70,80,90 ℃時對29 種VOCs萃取效果的影響。結(jié)果顯示:當平衡溫度從50 ℃升至60 ℃時,各目標化合物的峰面積呈現(xiàn)整體增大的趨勢;當平衡溫度為60～70 ℃時,各目標化合物的峰面積變化不大,基本達到氣固平衡狀態(tài);當平衡溫度高于70℃時,部分目標化合物的峰面積略有減小。綜合考慮,試驗選擇的平衡溫度為60 ℃。

2.1.3 平衡時間

在頂空進樣瓶中加入200 mg 樣品,再加入10 mg·L－1VOCs混合標準儲備溶液2μL,考察了平衡時間分別為10,20,30,40,50 min時對29種VOCs萃取效果的影響。結(jié)果顯示:隨著平衡時間的延長,各目標化合物的峰面積呈現(xiàn)總體增大的趨勢;當平衡時間不小于30 min時,各物質(zhì)的峰面積基本穩(wěn)定。因此,試驗選擇的平衡時間為30 min。

2.2 內(nèi)標物的選擇

內(nèi)標物應和目標化合物具有相似的物理、化學性質(zhì),同時不能與目標化合物發(fā)生反應,且不能和目標化合物在同一時間出峰。綜合考慮,試驗選擇的內(nèi)標物為乙酸苯乙酯。

2.3 質(zhì)譜條件的選擇

在定性分析時,應結(jié)合特征離子、特征離子豐度比和保留時間選擇定性離子,每種化合物選擇2～3個豐度相對較高、質(zhì)量數(shù)和穩(wěn)定性均高、重現(xiàn)性好且與柱流失碎片離子種類不相同的特征離子,這些特征離子的相對豐度比還應與標準品的離子相對豐度比相一致[27](相對豐度比大于50%,允許偏差為±20%;相對豐度比為20%～50%,允許偏差為±25%;相對豐度比為10%～20%內(nèi),允許偏差為±30%;相對豐度比不小于10%,允許偏差為50%),當以上條件均滿足時,則可判斷樣品中存在這種化合物。

在定量分析時,通常選擇豐度比最大的特征離子作為定量離子,用其對應的峰面積進行定量計算。試驗最終選擇用于定性和定量的離子見表1。

2.4 色譜行為

在頂空進樣瓶中加入200 mg 樣品,再加入1.0 mg·L－1VOCs混合標準溶液1μL,按照優(yōu)化的試驗條件進行測定,所得的選擇離子色譜圖(SIC)見圖2。

圖2 加標茶葉樣品中29種VOCs和內(nèi)標物的SIC圖Fig.2 SIC chromatogram of the 29 VOCs and internal standard in the spiked tea sample

2.5 標準曲線和檢出限

按照儀器工作條件測定基質(zhì)匹配混合標準溶液系列,以各目標化合物與內(nèi)標物質(zhì)量分數(shù)的比值為橫坐標,其對應的定量離子峰面積比值為縱坐標繪制標準曲線。結(jié)果顯示,29種VOCs標準曲線的線性范圍均為0.05～0.50 mg·kg－1,線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表2。

分別以3 倍、10 倍信噪比(S/N)計算檢出限(3S/N)和測定下限(10S/N),所得結(jié)果見表2。

由表2可知:29種VOCs的檢出限為0.001 6～0.031 6 mg·kg－1,測定下限為0.005 2～0.105 3 mg·kg－1

表2 線性參數(shù)、檢出限和測定下限Tab.2 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.6 精密度和回收試驗

按照試驗方法對綠茶和紅茶樣品進行2個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定6次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結(jié)果見表3。

由表3可知,29種VOCs的回收率為74.4%～86.6%;測定值的RSD 為2.4%～8.9%。

表3 精密度和回收試驗結(jié)果(n＝6)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

2.7 茶葉中VOCs危害水平分析

2.7.1 樣品分析結(jié)果

在貴州省某3個縣隨機采集100份茶葉樣品,按照試驗方法分析。結(jié)果顯示,樣品中均有不同程度的VOCs 檢出,各樣品中VOCs 總檢出量為0.035～0.113 mg·kg－1,平均值、中位值、最小值和最大值分別為0.079,0.076,0.035,0.113 mg·kg－1。

2.7.2 危害水平分析結(jié)果

首先根據(jù)上述平均值、中位值、最小值和最大值計算日攝入量(測定值和F的乘積)和日暴露量(日攝入量和人均體重之比),然后將平均值、中位值、最小值和最大值分別代入公式(1)計算IFS值,所得結(jié)果見表4。

由表4可知:茶葉中VOCs的最大日暴露量為0.021 μg·kg－1,遠小于試驗選擇的TDI 值(7.7μg·kg－1),說明茶葉中的VOCs對人體潛在的危害程度很低;計算所得的VOCs的IFS最大值為2.79×10－3,遠低于1,說明茶葉中的VOCs對人體潛在危害水平是可以接受的。

表4 危害水平分析結(jié)果Tab.4 Analytical results of hazard level

本工作采用SPME-GC-MS 測定茶葉中29 種VOCs的含量,該方法具有較好的精密度和準確度,可用于茶葉中VOCs的定量分析。隨機100 個樣品的分析結(jié)果表明,茶葉中的VOCs對人體潛在的危害水平是可以接受的。