为了配合人类的快节奏生活,塑料制品包装因性优价宜,被广泛应用到食品领域[1],包装形式越来越多样化,其在食品加工流通过程中与食品直接接触,塑料包装中的有机残留物(如苯系物)极可能迁移累积到食品中,最终损害人体健康。苯系物中的苯是世界卫生组织公布的有害有机污染物,具有致畸、致癌、致突变效应;苯系物对人体具有急性或慢性毒性,对人的神经和心血管系统的损害尤为明显,会抑制人体的造血功能,导致白血球减少、再生障碍性贫血等[2]。有资料显示:英国食品标准局对英国与法国市场上售卖的230种“软性饮料”检测后发现,部分软性饮料中含有大量(超过饮用水标准中规定苯限量的8倍)的“苯”[3]。市售饮料中由于原料水、加工环境和食品添加剂作用以及包装材料来源质量良莠不齐,比如不法商贩回收不合格塑料和使用劣质塑料包装,加大了苯系物的残留的可能性。
国内外对于生活饮用水中苯系物含量的检测方法研究较多[4,5,6,7],而研究饮料中苯系物含量的检测方法相对较少。苯系物的检测大多采用气相色谱法、液相色谱法、气质联用法和紫外光谱法等,前处理方法主要有固相萃取、自动顶空、吹扫捕集等。本文结合苯系物易挥发的性质,建立了顶空气相色谱法测定市售饮料中苯系物的含量。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
1.1.1 仪器
型气相色谱仪,附FID检测器:;DB-FFAP毛细管色谱柱25 m×0.320 mm×0.50 µm、DB-1701毛细管色谱柱30 m×0.320 mm×0.25 µm、DB-1毛细管色谱柱30 m×0.320 mm×0.25 µm:上海莱瑞科学仪器有限公司;Agilent 7694E顶空自动进样器:上海精密科学仪器有限公司;顶空进样瓶(20 mL);聚四氟乙烯薄膜的胶塞密封垫。
1.1.2 试药及试剂
苯、甲苯 、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯7种苯系物标准品(1 000 µg/mL):坛墨质检—国家标准物质中心;氯化钠(分析纯):天津市红岩化学试剂厂;亚铁氰化钾(分析纯):天津市风船化学试剂科技有限公司;乙酸锌(分析纯):广州化学试剂厂;超纯水。
1.1.3 饮料
随机选购碳酸类、果蔬汁类、含乳饮料类、茶饮料类、功能性饮料及其他类市售饮料,共计30种样品。
1.2 实验方法
1.2.1 分析条件
1.2.1.1 气相色谱分析条件
色谱柱:DB-FFAP毛细管色谱柱(25 m×0.320 mm×0.50 µm);柱温为程序升温:初始温度为50 ℃,保持5.7 min;以50 ℃/min的速度将温度升至105 ℃,保持1 min;进样口温度:190 ℃;检测器温度:230 ℃;载气:高纯氮气(99.999%);柱流量:3 mL/min,H2流速40 mL/min,空气流速400 mL/min,尾吹气流(N2)45 mL/min;分流比为1∶1。
1.2.1.2 顶空分析条件
炉温60 ℃恒温20 min;针温70 ℃,传输线70 ℃,加压置换1 min,进样0.1 min,拔针0.1 min。
1.2.2 混合标准溶液的配制及标准曲线的绘制
取7种苯系物(苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯)加水混合得10、20、50、100、200、500 µg/L和1 000 μg/L的混合标准系列溶液。
由浓度从低到高的顺序分别精密量取7种苯系物的混合标准系列溶液10 mL于20 mL顶空瓶中,用胶塞密封盖封好,摇匀,放入自动顶空进样器进样分析,以浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,绘制标准曲线。
1.2.3 样品处理及测定
对于碳酸类饮料、果蔬汁类饮料、茶饮料、功能性饮料和其他饮料,直接取10 mL加入到装有4.0 g NaCl的20 mL顶空瓶中;对于含乳类饮料,准确量取50 mL样品于100 mL离心管中,加入4.6 g亚铁氰化钾和9.2 g乙酸锌混匀,在转速8 000 r/min的条件下离心5 min后,取上清液10 mL,加入到装有4.0 g NaCl的20 mL顶空瓶中;然后压紧瓶盖密封,摇匀后进行顶空气相色谱分析,以保留时间定性,峰面积代入标准曲线计算含量。
2 结果与讨论
2.1 样品基质的选择
氯化钠具有提高溶液的离子强度,降低有机化合物在水中溶解度的作用[8]。为了提高方法的灵敏度,在测定溶液中添加一定量的NaCl,以达到增加水相比重的目的,使两相更好的分离。本试验以不添加NaCl为空白参考,考察了不同NaCl添加量(2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5 g和5.0 g)对7种苯系物测定结果的影响,苯系物的峰面积随NaCl添加量的增加而增加,当添加量达4.0 g时峰面积达最大,故NaCl的添加量选择4.0 g。
2.2 气相色谱分析条件的选择
2.2.1 色谱柱的选择
色谱柱是色谱仪的分离系统,色谱柱对混合物的分离主要取决于色谱柱中固定相的选择性和极性[9]。为了实现将7种苯系物完全分离的目的,结合苯系物的特性,试验分别选取了极性DB-FFAP毛细管柱、中等极性DB-1701毛细管柱和非极性DB-1毛细管柱3种色谱柱对7种苯系物混合物进行分离。结果发现:在中等极性DB-1701毛细管柱中,对二甲苯和间二甲苯难以分离;非极性DB-1毛细管柱同样难以将二甲苯和间二甲苯分离;只有极性DB-FFAP毛细管柱能将7种苯系物完全有效分离,且分离度高,峰形良好,出峰情况如图1所示。故选择极性DB-FFAP毛细管柱作为分离苯系物的理想色谱柱。
表1 不同柱流量条件下7种苯系物的峰面积 导出到EXCEL
|
柱流量(mL/min) |
峰面积(A) |
|
苯 |
甲苯 |
乙苯 |
对二甲苯 |
间二甲苯 |
邻二甲苯 |
苯乙烯 |
|
1.0 |
18.0 |
15.6 |
21.9 |
12.1 |
14.4 |
13.9 |
16.2 |
|
2.0 |
22.1 |
22.6 |
31.9 |
26.0 |
24.2 |
20.0 |
24.0 |
|
2.5 |
31.1 |
31.5 |
44.5 |
36.4 |
33.6 |
28.2 |
34.5 |
|
3.0 |
38.4 |
39.1 |
56.2 |
46.0 |
42.5 |
35.1 |
42.1 |
表2 不同检测器温度条件下7种苯系物的峰面积 导出到EXCEL
|
温度(℃) |
峰面积(A) |
|
苯 |
甲苯 |
乙苯 |
对二甲苯 |
间二甲苯 |
邻二甲苯 |
苯乙烯 |
|
220 |
38.4 |
38.7 |
54.6 |
44.3 |
41.3 |
35.4 |
44.1 |
|
230 |
44.2 |
45.4 |
63.9 |
51.6 |
48.5 |
41.3 |
49.5 |
|
240 |
40.5 |
41.3 |
57.7 |
46.6 |
43.9 |
37.7 |
45.8 |
图1 极性DB-FFAP毛细管柱对7种混合苯系物的分离色谱图
注:a-苯;b-甲苯;c-乙苯;d-对二甲苯;e-间二甲苯;f-邻二甲苯;g-苯乙烯。
2.2.2 柱流量及柱温的选择
在气相色谱中,柱温改变会引起分配系数的变化,从而会对色谱分离的选择性和柱效产生影响。为了达到将7种苯系物完全分离开,并缩短被测组分出峰时间的目的,一般需要升高柱温和增加柱流量。
本试验在同一分析条件下考察不同的柱流量(1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mL/min)对测定结果的影响。结果发现:柱流量为3.5 mL/min和4.0 mL/min时,对二甲苯和间二甲苯分离度均低于1.5,出现了峰重叠现象,其余流量的峰形及分离度均达到了测定要求,其测定结果见表1,由表1知,在柱流量为3.0 mL/min时,峰面积响应值最大,灵敏度最高,故选择3.0 mL/min作为柱流量。
柱流量为3.0 mL/min时,当柱温为45 ℃时,分离度较好但峰面积响应值偏低;50 ℃时7种苯系物刚好完全分离;当柱温为55 ℃时,对二甲苯和间二甲苯峰分离度不满足实验要求,故柱温选择50 ℃。
2.2.3 检测器温度的选择
为保证FID检测器的灵敏度与稳定性,氢气和空气的比例设置为1∶10,氢气流量40 mL/min,空气流量400 mL/min。7种苯系物的沸点在80.1～146.0 ℃,跨度范围较大,为保证充分气化且不发生分解,又考虑到沸点最高的苯乙烯为146.0 ℃,进样口温度设置为190 ℃。本试验以200 µg/L的混合标液考察不同检测器温度(220、230、240 ℃)对苯系物检测结果的影响,测定结果见表2。
由表2可知:检测器温度为230 ℃时,峰面积响应值最佳。故选择230 ℃作为检测器温度。
2.3 顶空测定条件的选择
2.3.1 顶空平衡温度的选择
样品的平衡温度与蒸气压直接相关,随着温度的升高,测定组分的蒸汽分压也会随之增大,从而影响分配系数[10]。为了提高检测灵敏度,本试验取200 µg/L的混合标准溶液考察不同平衡温度(40、50、60、70 ℃和80 ℃)对测定结果的影响,结果见图2。
由图2可知:随着平衡温度的升高,峰面积随之增大,当平衡温度为60 ℃时,峰面积达峰值,之后总体呈下降趋势,温度越高,水蒸气越多,造成目标苯系物检测灵敏度降低。故顶空平衡温度选择60 ℃。
2.3.2 顶空平衡时间的选择
被测样品在选定的平衡温度下热平衡时,各被测组分需经过一定的时间才能建立气-液平衡[11]。时间过短,气液未完全平衡,会导致测定样品浓度不稳定,重现性差;时间过长,检测效率降低。在顶空平衡温度为60 ℃的条件下,考察不同平衡时间(2、5、10、15、20、25、30 min和40 min)对测定结果的影响,结果见图3。
由图3可知:在60 ℃的顶空平衡温度下,随着顶空平衡时间的增加,峰面积也随之增大,在20～40 min时峰面积变化趋于平缓。为保证测定样品的重现性,提高样品的检测效率,故顶空平衡时间选择20 min。
2.4 方法评价
2.4.1 方法的线性与检出限
取不同含量(10、20、50、100、200、500、1 000 µg/L)的7种苯系物混合标准溶液进行检测,以峰面积对相应组分浓度进行线性回归,所得线性方程和检出限(信噪比S/N=3)见表3,由表3可知7种苯系物浓度在10～1 000 µg/L时与峰面积呈良好的线性关系,检出限在0.21～0.71 µg/L。
2.4.2 方法回收率及精密度
选取某品牌芒果汁饮料(苯含量100.1 µg/L,甲苯含量20.1 µg/L)按苯含量50%、100%、200%分别加入混合对照溶液,制得低、中、高3组浓度的7种苯系物加标芒果汁样品,每个浓度平行测定5份,试验结果见表4,7种苯系物各组分的回收率在84%～112%,RSD在0.6%～6.3%,准确度及精密度均良好。
3 样品检测
对30种不同种类的饮料样品进行顶空气相色谱分析,少量样品检出微量的苯系物,其余样品均未检出,检出结果见表5,表明市售饮料种仍然存在苯系物安全隐患。
4 结论
本研究建立的顶空-气相色谱分析方法,采用顶空进样减少了待测组分在预处理过程中的损耗,降低了共提取物所引起的噪声;DB-FFAP色谱柱对7种苯系物的分离度高;相关系数在0.999 4～0.999 7,线性良好;低、中、高3组浓度加标饮料的回收率能达到84%～112%,相对标准偏差在0.6%～6.3%,该方法操作简便、精密度好、准确度高,可为饮料生产企业、相关质量监管部门提供检测饮料中7种苯系物的简便、易行的分析方法参考。
图2 顶空平衡温度和峰面积的关系
图3 顶空平衡时间和苯系物峰面积的关系
表3 苯系物各组分与线性回归方程 导出到EXCEL
|
苯系物组分 |
线性方程 |
相关系数 |
检出限(µg/L) |
|
苯 |
y=0.135 5x-1.709 2 |
0.999 5 |
0.33 |
|
甲苯 |
y=0.167 2x-2.312 0 |
0.999 5 |
0.38 |
|
乙苯 |
y=0.162 1x-2.469 2 |
0.999 4 |
0.68 |
|
对二甲苯 |
y=0.186 9x-2.984 6 |
0.999 4 |
0.67 |
|
间二甲苯 |
y=0.174 4x-2.881 0 |
0.999 4 |
0.71 |
|
邻二甲苯 |
y=0.202 3x-2.979 2 |
0.999 6 |
0.25 |
|
苯乙烯 |
y=0.202 3x-2.979 2 |
0.999 7 |
0.21 |
表4 苯系物回收率和方法精密度(n=5) 导出到EXCEL
|
苯系物组分 |
本底量(µg/L) |
低浓度 |
中浓度 |
高浓度 |
|
测定量(µg/L) |
回收率(%) |
RSD(%) |
测定量(µg/L) |
回收率(%) |
RSD(%) |
测定量(µg/L) |
回收率(%) |
RSD(%) |
|
苯 |
10 |
14.6 |
92 |
1.4 |
20.6 |
106 |
4.1 |
31.8 |
109 |
4.9 |
|
甲苯 |
2 |
6.2 |
84 |
0.6 |
11.4 |
94 |
2.9 |
22.2 |
101 |
2.4 |
|
苯乙苯 |
0 |
5.6 |
112 |
1.3 |
10.4 |
104 |
5.1 |
19.0 |
95 |
1.7 |
|
对二甲苯 |
0 |
5.4 |
108 |
1.2 |
9.6 |
97 |
4.6 |
17.4 |
87 |
1.6 |
|
间二甲苯 |
0 |
5.6 |
112 |
2.4 |
9.4 |
95 |
4.3 |
18.0 |
90 |
1.1 |
|
邻二甲苯 |
0 |
5.4 |
108 |
0.9 |
9.6 |
96 |
3.5 |
17.8 |
89 |
0.7 |
|
苯乙烯 |
0 |
5.6 |
112 |
1.1 |
10.6 |
106 |
6.3 |
18.8 |
94 |
0. |
表5 检出含苯系物的样品及其浓度 导出到EXCEL
|
样品名称 |
样品浓度(µg/L) |
|
苯 |
甲苯 |
乙苯 |
对二甲苯 |
间二甲苯 |
邻二甲苯 |
苯乙烯 |
|
橙汁 |
— |
— |
— |
— |
— |
18.9 |
15.1 |
|
芒果汁 |
100.1 |
20.1 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
维生素功能饮料 |
— |
— |
— |
— |
— |
27.0 |
— |
|
绿茶饮料 |
— |
— |
— |
— |
— |
16.4 |
— |
|
苹果醋 |
— |
— |
— |
20.2 |
— |
— |
— |
注:“—”表示未检出。
