HPLC法同時(shí)測(cè)定食品接觸橡膠密封墊圈中3種醛類化合物遷移量

符靈梅 王玉健 徐 莉

(?？诤ｊP(guān)技術(shù)中心，海南 ?？?570311)

密封墊圈是食品加工機(jī)械中常用的零部件，主要材料為硅膠、丁腈橡膠、氟橡膠和其他橡膠，其中三元乙丙橡膠墊圈被廣泛應(yīng)用于食品加工行業(yè)。為增加橡膠的各種性能，一般在橡膠制品加工過程中添加橡膠助劑，如硫化機(jī)、粘合劑等，這些助劑在生產(chǎn)過程可能會(huì)產(chǎn)生危害的醛類物質(zhì)。有研究[1-2]表明，醛類化合物能刺激人的眼睛和呼吸道，長(zhǎng)期高濃度接觸會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟器官等產(chǎn)生毒害。據(jù)報(bào)道[3]，甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織定為致癌和致畸形物質(zhì)；乙醛、丙烯醛分別被列入“2017年10月27日世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的2類及3類致癌物清單”中。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)醛類化合物定量分析方法主要有分光光度法[4-6]、氣相色譜法[7-8]、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法[9]和高效液相色譜法[10-13]等。分光光度法靈敏度較低，不能同時(shí)測(cè)定多種醛類化合物；氣相色譜法和氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法分析時(shí)間較長(zhǎng)且重現(xiàn)性相對(duì)較差；而高效液相色譜法主要用于水質(zhì)、水性膠黏劑、水性涂料和聚酯纖維等基質(zhì)中的甲醛、乙醛和丙烯醛的測(cè)定，有關(guān)于食品加工機(jī)械材料橡膠密封墊圈中醛類化合物的研究尚未見報(bào)道。研究擬建立一種同時(shí)測(cè)定食品接觸橡膠密封墊圈基質(zhì)中醛類化合物的分析方法，以期為進(jìn)口密封橡膠墊圈零部件產(chǎn)品的監(jiān)管及保障食品加工質(zhì)量安全提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

高效液相色譜儀：ACQUITY UPLC H-Class型，配有Waters EmpowerTM 3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，美國(guó)Waters公司；

旋渦混合器：MS3 Digital型，德國(guó)IKA公司；

冷凍離心機(jī)：320R型，德國(guó)Hettich Universal公司；

移液槍：FinnpipetteTMF1型，美國(guó)Thermo Electron公司；

pH計(jì)：PT162型，英國(guó)百靈達(dá)有限公司；

超純水機(jī)：milli-Q Direct型，默克密理博公司；

甲醇:色譜純，美國(guó)天地有限公司；

水中甲醛標(biāo)準(zhǔn)品:10 mg/mL，CAS號(hào)50-00-0,中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；

水中乙醛標(biāo)準(zhǔn)品：1 000 μg/mL，CAS號(hào)75-07-0，上海安譜科學(xué)儀器有限公司；

水中丙烯醛標(biāo)準(zhǔn)品：1 000 μg/mL，CAS號(hào)107-02-8，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司；

2,4-二硝基苯肼:分析純，純度≥99.0%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

磷酸:優(yōu)級(jí)純，純度≥85.0%，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；

丁腈橡膠:W404型,寧波普瑞橡膠工業(yè)有限公司；

三元乙丙橡膠:W359型,寧波普瑞橡膠工業(yè)有限公司；

氟橡膠：O型，漢升密封科技(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

(1) 標(biāo)準(zhǔn)中間溶液：分別準(zhǔn)確移取50 μL 10 mg/mL甲醛，500 μL 1 000 μg/mL乙醛，500 μL 1 000 μg/mL丙烯醛于10 mL容量瓶中，用水稀釋并定容至刻度，得到質(zhì)量濃度為50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)中間溶液，保存期限為1個(gè)月。

(2) 模擬物標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：分別準(zhǔn)確吸取上述標(biāo)準(zhǔn)中間溶液0，10，20，40，100，200，400，1 000 μL于10 mL比色管中，用含有體積分?jǐn)?shù)為10%乙醇和0.6%磷酸水溶液定容至5 mL，再用0.6 g/L 2,4-二硝基苯肼衍生化試劑定容至10 mL，得到質(zhì)量濃度分別為0.00，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。按照GB 31604.1—2015要求,選擇4%乙酸水溶液、10%乙醇水溶液、20%乙醇水溶液、50%乙醇水溶液及橄欖油作為食品模擬物。食品模擬物的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液同樣采用上述方式進(jìn)行配制，而橄欖油食品模擬物標(biāo)準(zhǔn)工作液直接使用0.6%磷酸水溶液定容至5 mL，再用0.6 g/L 2,4-二硝基苯肼衍生化試劑溶液定容至10 mL，將比色管放入振蕩器于60 ℃下衍生化反應(yīng)1 h，冷卻至室溫，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后直接進(jìn)樣測(cè)定。

1.2.2 樣品前處理

(1) 樣品提取：稱取1.0 g橡膠密封墊圈樣品(精確至0.001 g)于50 mL具塞試管中，加入10 mL水，40 ℃震蕩萃取1 h，過濾，收集待測(cè)濾液。

(2) 衍生化反應(yīng)：準(zhǔn)確移取濾液1 mL于10 mL比色管中，用0.6%磷酸水溶液定容至5 mL，再用0.6 g/L 2,4-二硝基苯肼衍生化試劑定容至10 mL，放入振蕩器進(jìn)行衍生化反應(yīng)(60 ℃，1 h)，冷卻至室溫，0.22 μm濾膜過濾，進(jìn)樣檢測(cè)。

1.2.3 遷移試驗(yàn) 按照GB 5009.156—2016執(zhí)行，獲得食品模擬物待測(cè)液。

1.2.4 待測(cè)模擬液前處理

(1) 水基模擬液：移取1.0 mL水基模擬液試樣于10 mL比色管中，按照1.2.2(2)方法衍生化反應(yīng)。

(2) 橄欖油模擬液：稱取10.0 g橄欖油模擬物試樣(精確至0.01 g)于50 mL離心管中，加入10 mL去離子水，渦旋3 min,4 ℃冷凍30 min,冷凍離心(9 000 r/min,4 ℃)，上清液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后收集待測(cè)濾液。準(zhǔn)確移取1.0 mL濾液于10 mL比色管中，按照1.2.2(2)方法衍生化反應(yīng)。

1.2.5 色譜條件

色譜柱為Accucore RP-MS(3.0 mm×150 mm，2.6 μm);柱溫30 ℃；流動(dòng)相A為乙腈，流動(dòng)相B為水;等度洗脫條件為流動(dòng)相A∶流動(dòng)相B=65%∶35%；柱流量0.5 mL/min；進(jìn)樣量10 μL。采用三波段同時(shí)掃描，甲醛、乙醛、丙烯醛的檢測(cè)波長(zhǎng)分別為353，364，372 nm，采用二極管陣列檢測(cè)器。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 檢測(cè)數(shù)據(jù)由Waters EmpowerTM 3系統(tǒng)進(jìn)行采集，使用軟件IBM SPSS Statistics 19處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 橄欖油模擬物提取液的選擇

選擇水、甲醇、乙腈、乙酸乙酯、丙酮和正己烷作提取液，以加標(biāo)回收的方式考察上述提取液對(duì)橄欖油模擬物中醛類化合物提取率的影響，結(jié)果見圖1。使用水、甲醇、乙酸乙酯和丙酮作為提取液時(shí)，甲醛提取率均達(dá)80%以上；6種提取液對(duì)乙醛和丙烯醛的提取效果差別較大，除水外其他4種提取液提取率均<60%，無法滿足試驗(yàn)要求。這可能與提取液的極性有關(guān)，且使用丙酮作為提取液時(shí)，目標(biāo)物附近有雜質(zhì)干擾峰，而使用水作為提取液時(shí)，采用冷凍除脂，提取回收率效果較佳且環(huán)保，由此，選擇水作為橄欖油模擬物的提取液。

圖1 提取液種類對(duì)橄欖油模擬物中3種醛提取率的影響

2.2 衍生試劑濃度選擇

為考察衍生試劑對(duì)衍生化的影響，向質(zhì)量濃度為10 mg/L的甲醛、乙醛和丙烯醛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別加入不同質(zhì)量濃度的2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生試劑進(jìn)行衍生化反應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)果表明3種醛類化合物的峰面積隨著衍生試劑質(zhì)量濃度增加而增大，如圖2所示。當(dāng)質(zhì)量濃度>0.4 g/L時(shí),甲醛和乙醛衍生物峰面積基本達(dá)到最大值；當(dāng)質(zhì)量濃度>0.6 g/L時(shí)，丙烯醛衍生物峰面積基本保持不變，可能是由于目標(biāo)物衍生化趨于飽和狀態(tài)，同時(shí)，DNPH響應(yīng)值過高導(dǎo)致峰拖尾嚴(yán)重會(huì)干擾低濃度鄰近目標(biāo)物的定性定量。綜合考慮，選擇0.6 g/L 2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生試劑作為衍生試液濃度。

圖2 甲醛、乙醛和丙烯醛衍生物峰面積隨衍生試劑量的變化曲線

2.3 酸度調(diào)節(jié)劑的選擇

為考察酸性條件下，醛類化合物與2，4-二硝基苯肼的衍生化效果，分別配制體積分?jǐn)?shù)為0.1%，0.2%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%，0.8%，1.0%的甲酸、乙酸和磷酸水溶液作為酸度調(diào)節(jié)劑。由圖3～圖5可知，當(dāng)3種酸的體積分?jǐn)?shù)達(dá)0.2%以上，甲醛和乙醛的衍生化反應(yīng)均趨于穩(wěn)定，而丙烯醛則在0.6%磷酸水溶液條件下衍生化效果最佳。這3種溶液中，pH值大小為乙酸>甲酸>磷酸，磷酸水溶液pH值最小，酸性最強(qiáng)，可能更有利于丙烯醛的衍生化反應(yīng)。因此，最終確定0.6%磷酸水溶液作為酸度調(diào)節(jié)劑。

圖3 甲醛衍生物峰面積與酸含量的變化曲線

圖4 乙醛衍生物峰面積與酸含量的變化曲線

圖5 丙烯醛衍生物峰面積與酸含量的變化曲線

2.4 衍生化產(chǎn)物的穩(wěn)定性

為了考察方法中衍生化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，分別移取10份質(zhì)量濃度為10 mg/L甲醛、乙醛和丙烯醛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按上述試驗(yàn)方法進(jìn)行衍生化試驗(yàn)。獲得衍生化產(chǎn)物分別放置0，2，6，12，24，48，72，120，168 h后上機(jī)測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果顯示放置48 h的3種醛類衍生化產(chǎn)物響應(yīng)值無明顯變化，但放置72 h時(shí)，響應(yīng)值迅速下降，尤其是丙烯醛的衍生化產(chǎn)物僅為最初測(cè)定值的87.2%。因此，衍生化產(chǎn)物應(yīng)盡可能在72 h內(nèi)完成上機(jī)檢測(cè)分析。

2.5 檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇

采用二極管陣列檢測(cè)器PDA 3D對(duì)甲醛、乙醛和丙烯醛DNPH衍生物進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，發(fā)現(xiàn)甲醛DNPH衍生物在353 nm和364 nm處均有吸收，但前者較強(qiáng)；乙醛DNPH衍生物在364 nm處有最大紫外吸收；丙烯醛DNPH衍生物最大的紫外吸收則在372 nm處。為了獲得目標(biāo)物最佳靈敏度，試驗(yàn)采取各目標(biāo)物最大吸收波長(zhǎng)，分段掃描的方式進(jìn)行定性和定量。

2.6 線性范圍、檢出限及定量限

將質(zhì)量濃度為0.05，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00 mg/L 的3種醛類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液按上述色譜條件進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(橫坐標(biāo)為樣品濃度，mg/L；縱坐標(biāo)為峰面積，AU)，進(jìn)行線性回歸。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法在0.05～5.00 mg/L范圍內(nèi)有較好的線性關(guān)系，3種醛類化合物的線性相關(guān)系數(shù)R2≥0.998 3，見表1。根據(jù)GB/T 27417—2017，采用空白標(biāo)準(zhǔn)偏差評(píng)估法確定方法的檢出限和定量限，以加入最低可接受濃度的樣品空白獨(dú)立測(cè)定10次，計(jì)算出結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)，以(空白平均值+4.65s)作為檢出限，以(空白平均值+10s)作為定量限，試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，甲醛、乙醛和丙烯醛的檢出限分別為0.57，0.62，1.68 mg/kg，定量限分別為0.96，0.99，2.93 mg/kg。

表1 甲醛、乙醛和丙烯醛衍生物線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)

表2 方法的檢出限和定量限

2.7 回收率和精密度

為考察試驗(yàn)方法的回收率，對(duì)5種食品模擬物進(jìn)行3種醛類化合物的三水平六平行添加回收試驗(yàn)，甲醛和乙醛添加水平均為1.00，2.00，15.00 mg/kg；丙烯醛添加水平為3.00，6.00，15.00 mg/kg，按上述前處理方法及色譜條件進(jìn)行測(cè)定。由表3可知，回收率為81.0%～103.3%，RSD為0.78%～7.05%。試驗(yàn)方法重現(xiàn)性好、精密度和準(zhǔn)確性較高。

表3 3種醛類化合物在5種食品模擬物中加標(biāo)回收率和RSD

3 實(shí)際樣品檢測(cè)

按試驗(yàn)方法對(duì)市售W404型丁腈橡膠、W359型三元乙丙橡膠和O型氟橡膠密封墊圈樣品進(jìn)行檢測(cè)，均未檢出甲醛、乙醛和丙烯醛。

4 結(jié)論

通過對(duì)橄欖油模擬物提取液、衍生劑的濃度以及酸度調(diào)節(jié)劑等前處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)確定目標(biāo)物最佳檢測(cè)波長(zhǎng)，建立HPLC柱前衍生化法測(cè)定食品接觸橡膠密封墊圈中醛類化合物的檢測(cè)方法。研究結(jié)果表明該方法操作簡(jiǎn)便，靈敏度高，重現(xiàn)性好，可用于對(duì)進(jìn)口食品加工機(jī)械材料的監(jiān)管及日常質(zhì)量監(jiān)測(cè)。