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熒光增白劑檢測技術研究進展

熒光增白劑(fluorescent whitening agents,FWAs) 是一種熒光染料,又稱為白色染料,是一種能吸收不 可見的紫外光(波長300~400nm),再激發出可見的 藍色或藍紫色熒光(波長420~480nm)的複雜有機化 合物[1]。其可用以補充所應用産品的藍-紫光不足,并 增加照射到産品上的光的總反射量,從而使肉眼看 到的物質很白,達到增白增豔的效果[2]。目前,熒光增 白劑已廣泛地應用于紙張、塑料、皮革、洗滌劑等制 造行業以及熒光探測、防僞印刷等高科技領域。 熒光增白劑除具有較好的增白作用外,還具有 一定的保鮮、防腐功能,據報道,目前已有一些不法 商販将其添加到蘑菇[3]、面粉[4]等食品中,對人類的身 體健康造成了較大的威脅。在我國,熒光增白劑被劃 分為精細化工産品[2],并非食品添加劑,嚴禁違法添 加到食品中,國家食品安全整頓辦在2010年3月發布 的整頓辦函(2010)50号文件中,已将熒光增白物質 列入第四批“食品中可能違法添加的非食用物質和 易濫用的食品添加劑”黑名單中[5]。另外,除了食品, 國家相關标準[6-8]也明确規定:在食品包裝用原紙、餐 具洗滌劑、食品工具設備用洗滌劑與洗滌消毒劑中 均不得使用熒光增白劑。目前國際上關于熒光增白                 劑對人體的毒性危害雖然還存在一定的争議,但也 有報道[9-10]指出熒光增白劑被人體吸收後,會加重人 體肝髒負擔,與接觸傷口會阻礙傷口愈合,另外熒光 物質還可以使人體細胞産生變異,接觸過量可緻癌, 因此,熒光增白劑在國際上被認定為具有潛在的緻 癌性,其使用應當受到一定的限制。   為了維護消費者的身體健康,我國各監督執法 部門應加大對各類産品質量安全的監管力度,然而 目前,我國關于食品、洗滌劑、消毒劑等産品中熒光 增白劑的檢測尚無國家标準方法,對于紙杯、食品用 紙包裝、容器中熒光物質的檢測均采用簡單的目測 法,無法進行準确定性、定量。因此,有必要對各類産 品中熒光增白劑的檢測方法進行深入研究,建立高 效、快速、準确的定性、定量檢測方法。本文就熒光 增白劑的結構、分類、應用以及國内外有關熒光增白 劑的檢測方法進行綜述,旨在為建立食品、食品包裝 材料及其他各類産品中的熒光增白劑檢測方法提供 參考。 1 熒光增白劑的結構、分類與應用 1.1 熒光增白劑的結構、分類   熒光增白劑具有較好的增白效果與其特殊的分     子結構密不可分,目前發現和合成的熒光增白劑約 有15種基本結構類型,近400種結構。其分子結構主     要由一個含芳環的連續共轭體系和一個或多個取代 基組成,取代基可以改善共轭體系的熒光特性,對熒光增白劑的應用性能具有較大的影響[11]
 
熒光增白劑按分子結構分類主要可以分為五種類型[12]:二苯乙烯型,具有藍色熒光;吡唑啉型,具有綠色熒色;香豆素型,有較強的藍色熒光;苯并氧氮型及苯并噁唑型,具有紅色熒光;苯二甲酰亞胺型,具有藍色熒光。其中二苯乙烯型熒光增白劑應用**為廣泛,目前在市面上使用的熒光增白劑中80%均
 
為二苯乙烯型。圖1列出了幾種常見的二苯乙烯型熒光增白劑的結構式,其中FWA351、FWA85主要用于洗滌劑的生産,FWA199、FWA378被大量應用于塑料及塑料制品,具有較好的增白效果。另外,目前在農産品中發現的可能非法添加的熒光增白劑主要是水溶性較好的三嗪基氨基二苯乙烯類陰離子型熒光增白劑,結構式如圖1中的FWA87、FWA251、FWA71。
 
熒光增白劑按使用用途分類,可以分為[13]:洗滌劑用熒光增白劑;紡織品用熒光增白劑;造紙用熒光增白劑;塑料和合成材料用熒光增白劑;其他用途的熒光增白劑。
1.2 熒光增白劑的應用
 
熒光增白劑作為一種重要的精細化工産品,在涉及國民經濟發展的各個部門均有廣泛的應用[14]
 
在我國,熒光增白劑的**大用戶為洗滌劑,其次是紡織品、紙張和塑料制品。不同結構的熒光增白劑具有不同的理化性質,也有不同的使用條件和應用對象[15]。二苯乙烯型熒光增白劑,主要用于棉纖維及某些合成纖維、造紙、制皂等工業;香豆素型熒光增白劑,具有香豆酮基本結構,用于賽璐璐、聚氯乙烯塑料等;吡唑啉型熒光增白劑,用于羊毛、聚酰胺、腈綸等纖維;苯并氧氮型熒光增白劑,用于腈綸等纖維及聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料;苯二甲酰亞胺型熒光增白劑,用于滌綸、腈綸、錦綸等纖維。随着熒光增白劑應用的日趨廣泛,其需求量也在不斷增加,世界各國對熒光增白劑的發展給予了極大關注,在熒光增白劑的所有類型中,二苯乙烯型熒光增白劑應用**廣,品種數約占熒光增白劑總量的60%,産量占熒光增白劑的80 %以上[11]。另外,熒光增白劑目前還被廣泛應用于熒光探測、染料激光器、家電産品、以及防僞印刷等高科技領域。
 
熒光增白劑在我們的生活中随處可見,人體接觸熒光劑的機會也較多,其除了在與人體皮膚直接接觸的産品中應用較多外,目前在蘑菇、面粉等食品中也檢測出了熒光增白劑,可能為不法商販的惡意添加。另外也有報道指出,一些廠商還将熒光增白劑應用于塑料、紙張等與食品密切接觸的包裝材料中,從而存在塑料、紙張中的熒光增白劑向食品中遷移的可能性,對人類的健康造成了較大的威脅。因此,從保護消費者安全健康的角度出發,有必要建立起食品、食品接觸材料等與人體密切接觸的各類産品中熒光增白劑的相關檢測方法,制定出合理的标準限量,加強監管。
 
 
2 熒光增白劑檢測方法
 
2.1 紫外燈照射觀測法
 
紫外燈照射觀測法是目前測定熒光增白劑的**常用方法,其原理主要是基于熒光增白劑不僅能反射可見光,而且還可以吸收不可見的紫外光,在吸收紫外光的能量後可發射出一定強度的可見藍紫色熒光,通過肉眼觀測樣品表面的熒光進行辨别。具體檢測方法為,在暗室或避光條件下,采用254nm和365nm
 
的紫外燈照射待測樣品,觀察樣品表面是否有可見藍紫色熒光,并采用數碼照相機記錄紫外光下的樣
 
品照片。我國農業标準NY/T 1257-2006[16]以及四川省地标DB51/T 907-2009[17]均采用此法對食用菌中的熒光物質進行檢測,并采用“陽性”與“陰性”對檢測結果進行表述。另外,GB/T 5009.78-2003[18]《食品包裝用原紙衛生标準的分析方法》中,也是采用紫外燈照射法對紙樣進行檢測,即從每個樣品中随機取5張
 
100cm2的紙樣,分别置于波長356nm和254nm的紫外
 
燈下檢查,任何一張紙樣中**大熒光面積不得大于
 
5cm2,否則即判定為不合格。此法的主要特點為操作簡單,所需的儀器條件一般實驗室均可滿足,技術性要求低,但此法主要缺點為不能準确定量,隻能對樣品進行定性實驗,更不能鑒定熒光增白劑的品種,另外,由于取樣的不均,也可能會造成測量結果的誤差。
 
2.2 白度法
 
白度法主要是采用白度測定儀對物質的白度進行測定,白度測定儀的主要工作原理就是利用其中的積分球來實現**光譜漫反射率的測量,可用于分析試樣中是否含有熒光增白劑,并可測定熒光發射産生的熒光白度,即增白度。郭仁宏等[19]采用此法對紙巾紙中的熒光增白劑的遷移性進行了檢測,以
 
1.0%做為界限值,規定當熒光增白度<1.0%時,視為
 
試樣不含熒光增白劑;熒光增白度≥1.0%時,視為試樣含熒光增白劑。檢測結果顯示,在34份試樣中有13
 
份試樣的熒光增白劑無遷移性,20份試樣的熒光增白劑有遷移性,1份試樣的檢測結果與采用其他方法檢測的結果不一緻,主要是由于該試樣中加入了大
 
量的濕強劑,對檢測結果造成一定的幹擾。高野[20]
采用白度法探讨了造紙工業中的熒光增白劑使用情況,其以6%為界限值,規定若産品的熒光白度大于
 
6%,則認定試樣中含有熒光物質;若熒光白度小于
 
6%,則認定試樣中不含熒光物質。
 
白度法是目前應用較少的一種熒光增白劑測定方法,其主要缺點在于受人為和設備的影響較大,且對于組成複雜的樣品,測定結果的準确性難以保證,另外,由文獻[19-20]可見,目前采用白度法測量熒光增白劑的判定指标各不統一,不适用于監督執法部門的相關執法檢測。
 
2.3 紫外分光光度法
 
紫外分光光度法是根據物質分子對波長為200~ 760nm這一範圍的電磁波的吸收特性所建立起來的
 
一種初步定性、定量和結構分析方法。董仲生等[21]
 
用紫外-可見分光光度法對熒光增白劑CXT進行了測定,樣品經稀釋後在350nm下測定吸光度,以0.4g/L
 
的氫氧化鈉溶液做為參比溶液,檢測結果顯示,樣品在溶解稀釋後應立即測定,不應放置時間過長,以避免試樣受光照而影響測定結果。另外,董仲生等[22-23]
 
還采用紫外分光光度法分别對熒光增白劑SH和熒光增白劑ER進行了測定。除了對熒光增白劑純品進行檢測外,姜莉等[24]以紙張為研究對象,采用紫外分光光度法對紙張中的熒光增白劑含量進行了測定,以熒光增白劑BBU為标準物質,檢測結果顯示,在質量濃度為 0~0.20mg/mL 的範圍内,線性相關性 R2 =
 
0.9998。
 
采用紫外分光光度法測定熒光增白劑具有簡單、快速的優點,但在測定過程中應注意縮短檢測時間,避免試樣受光照射發生順-反異構轉換,另外,此法隻能對樣品中的熒光物質總量進行定量測定,而對于試樣中熒光增白劑的具體添加品種和含量無法分析。
 
2.4 熒光分光光度法
 
熒光分光光度法是利用物質吸收較短波長的光能後發射較長波長特征光譜的性質,對物質進行定性或定量分析的方法。該法靈敏度高,比紫外分光光度法高2~3個數量級,且實驗操作簡便,檢測限低,在目前的熒光增白劑檢測中應用較為普遍。趙承禮等[25]采用熒光分光光度法對餐具洗滌劑中的熒光增白劑進行了測定,以33号熒光增白劑做為标準品配制标準曲線,樣品直接用水溶解并稀釋後測定,熒光測定激發波長為350nm,發射波長為430nm,此法在
 
0~1.0μg/mL的質量濃度範圍内線性關系良好,線性相關系數R2=0.9999,檢出限為0.002μg/mL,平均加标回收率為96.8%。實驗發現,光照是影響該方法精密度的重要因素,應在避光條件下進行實驗,且标準系列溶液及樣品溶液均應在相同的環境條件下進行測定。
 
近幾年來,世界各國特别是美國、歐盟、日本等發達國家的分析與研究結果表明,與食品接觸的器皿、餐廚具和包裝容器以及包裝材料中有害元素、有
 
害物質已經成為食品污染的重要來源之一。雖然目前我國國家衛生标準已明确規定在食品包裝用原紙、餐具洗滌劑、食品工具設備用洗滌劑與洗滌消毒劑中均不得檢出熒光性物質,但是一些廠家仍惡意添加熒光增白劑于塑料、紙張等制品中以達到較好的增白效果,然而塑料、紙張作為日常生活中常用的食品接觸材料,一旦與食品直接接觸,污染到食品上,會對食用者的健康造成嚴重危害。羅冠中等[11]
 
用熒光分光光度法對紙制品中的熒光增白劑進行了測定,具體方法為将紙張裁成大小為1~2cm2的碎片,稱取0.050g置入具塞三角瓶中,加入50mL 80℃去離子水,于80℃振蕩水浴中提取2h,室溫暗處冷卻後測定,熒光檢測激發波長為345nm,發射波長為430nm。
此法在0~1.0μg/mL的質量濃度範圍内線性相關性
R2=0.9992,方法檢出限為4μg/g,平均加标回收率為
 
95.3%,實驗還比較了不同pH和水純度對實驗結果
 
穩定性的影響,發現實驗中應使用純度高的水和在中性或弱堿性的pH條件下測定時結果比較穩定。喻
 
坤等[26]采用熒光光度法測定了紙張中的可遷移熒光增白劑,在模拟人體溫37℃的實驗溫度下,在紙制樣品中加入一定體積的二次去離子水,通過靜置和振蕩兩種不同的萃取方式處理後,用熒光光度法測定可遷移熒光增白劑含量,此法檢出限為0.30μg/g,适用于紙中可遷移熒光增白劑含量的快速測定。由于熒光增白劑大多對光特别是紫外光不穩定[27],在光照下,熒光增白劑分子結構能夠從低能态的反式結構轉變成高能态的順式結構,而順式結構不能将所吸收的紫外光轉換成可見光區的藍光,緻使熒光性失效[28],因此,在采用熒光分光光度法對熒光增白劑進行測定時,同紫外分光光度法一樣,也應盡量縮短檢測時間,避免光照對實驗結果産生的影響。另外,熒光分光光度法也不能對熒光增白劑的具體種類進行準确定性。
 
 
2.5 薄層層析法
 
薄層層析法又稱薄層色譜法,是色譜法中的一種,其主要是基于被分離物質的物理、化學及生物學特性的不同,使它們在某種基質中移動速度不同而
 
進行分離和分析的方法。Gloxhuber等[29]采用薄層色譜法對人體皮膚上殘留的熒光增白劑含量進行了測定,實驗發現,在采用含有熒光增白劑的洗手液洗手之後,在人手皮膚上的熒光增白劑殘留量達0.06~ 0.17mg,經24h活動後,手上皮膚幾乎不含熒光增白劑。另外,Abe等[30]也采用薄層色譜法對河水中的熒光增白劑進行了定性分析。薄層層析法測定熒光增白劑,可以對熒光增白劑的具體品種進行初步定性分析,但其主要缺點在于其操作較為複雜,隻能進行半定量分析,且由于熒光物質種類繁多,采用薄層層析法進行成品分析和判定存在一定的難度,且此法的精度、重複性以及靈敏度均偏低。
 
2.6 毛細管電泳法
 
毛細管電泳法是以彈性石英毛細管為分離通道,以高壓直流電場為驅動力,依據樣品中各組分之間的淌度和分配行為上的差異而實現分離的一種分析方法。Damant等[31]采用毛細管電泳法對紙張和紙闆包裝材料中的熒光增白劑進行了分離測定,樣品采用熱水進行提取,以100mmol,pH9.0的乙酸铵溶液做為毛細管電泳緩沖液,紫外檢測器在195和365nm
 
下進行檢測,此法的檢出限為2~12mg/kg,樣品加标回收率為84%~92%;Wang等[32]分别采用高效液相色譜法和毛細管電泳法對二苯乙烯類熒光增白劑進行了分離測定,毛細管電泳法采用Tris(pH10.1)、n-十
 
四烷基溴化铵和乙腈溶液做為電泳緩沖液,檢出限為337~446ng/mL,文中分别采用高效液相色譜法和毛細管電泳法對商品化的産品進行測定,結果顯示,在95%的置信區間進行t檢驗,發現兩種方法的測定結果間不存在顯著差異。另外,Kuo等[33]也采用毛細管電泳結合掃描技術對合成洗滌劑中的熒光增白劑(DSBP)進行了分離測定。毛細管電泳法具有高效便捷、低消耗、低污染等優點,但其檢測限較高,可用此法對洗滌劑、紙張等熒光增白劑含量較高的産品進行檢測,但對于基質成分複雜,目标化合物含量較小的産品(如:食品等),此法可能具有一定的局限性。
 
2.7 高效液相色譜法
 
高效液相色譜法是一種準确度高,分離範圍廣的快速分離方法,其分離原理主要是根據分析物質在固定相和流動相之間分配系數的不同而進行分離,是目前技術相對成熟的一種檢測手段。根據色譜柱填料及流動相的不同,高效液相色譜具有多種分離模式,同時,根據所檢測物質的性質不同,可選用不同的檢測器進行檢測。表1列出了相關文獻中運用高效液相色譜法測定熒光增白劑的研究報道。
 
高效液相色譜法是目前用于熒光增白劑檢測的**常用方法,具有分離效果好、操作簡單、自動化程度高等優點。從表1中報道的文獻可以看出,高效液相色譜法目前已廣泛應用于食品、食品包裝、洗滌劑、紙張等各類産品中熒光增白劑的測定分析,其中以反相作為分離模式的報道文獻較多,采用熒光檢測器進行檢測可以增加檢測的靈敏度,從而降低方法的檢出限,比較适用于基質較為複雜的食品體系中熒光增白劑的痕量檢測。
 
2.8 液相色譜-串聯質譜法
 
液相色譜-串聯質譜法是以液相色譜作為分離系統,質譜作為檢測系統,具有其他分析方法無可比拟的靈敏度,且對于化合物的結構定性更為準确。Chen等[45]采用液相色譜串聯質譜法對紙巾和嬰幼兒
 
衣物中的四種二苯乙烯型和一種二苯乙烯基聯苯型熒光增白劑進行了測定,樣品采用熱水進行提取,然後将水提取物過已活化的WAX固相萃取小柱進行富集淨化,采用離子對色譜串聯質譜法進行檢測,此法的定量限為0.2~0.9ng/g,5種熒光增白劑的添加回收率為42~95%,相對标準偏差為2%~11%。另外,Chen
 
[46]還采用此法對環境水樣中的5種痕量熒光增白劑(四種二苯乙烯型和一種二苯乙烯基聯苯型)進行了測定,通過對多種不同的固相萃取小柱對樣品的富集淨化效果比較考察,發現采用Oasis WAX(混合弱陰離子交換和反相吸附劑填料) 對樣品具有較好的提取效果,采用HPLC-ESI-MS-MS在負離子模式下進行測定,在流動相中添加DHAA作為離子對試劑,該法在環境水樣品中的定量限為4~18ng/L,回收率為68%~97%。Santos等[47]還采用反相HPLC飛行時間質譜法對熒光增白劑進行了分離測定。雖然目前報道的液相色譜-串聯質譜法測定熒光增白劑的文獻均沒有直接以食品作為研究對象,但總結文獻可見,對于基體複雜試樣中的痕量熒光增白劑,可采用
 
WAX固相萃取小柱進行富集淨化,具有較好的提取效果。高效液相色譜-串聯質譜法具有準确性好、靈
 
敏度高、檢出限低等一系列優點,但存在儀器設備相對昂貴的問題。
3 存在的問題與展望
 
目前,關于熒光增白劑檢測方法的報道多以工業熒光增白劑産品為研究對象,而對于基體複雜的食品體系、食品包裝體系、洗滌劑等,其相關的檢測方法報道較少,特别是對于食品體系,報道的文獻均主要針對面粉和食用菌類産品。另外,我國目前雖然規定在食品包裝紙中嚴禁添加熒光增白劑,但主要是對與食品接觸的内層包裝紙的規定,各食品包裝生産廠商仍可采用含有熒光增白劑的原料紙制作食品包裝的外層紙,而目前對于食品包裝中熒光增白
劑向食品中遷移的相關研究較缺乏,後續應加大在
此方向的相關研究工作。熒光增白劑對人體具有潛
在的緻癌性,我國各監管執法部門應加大對各類産
品的相關檢測,加強食品安全的适時監管和監控,保
護廣大消費者的切身利益。
  表1 熒光增白劑的液相分析方法      
  Table 1  Chromatography methods for FWAs    
               
測定對象 檢測目标物質 提取溶劑 色譜分離 檢測器 檢測範圍 回收率(%) 檢出限
模式
             
               
熒光增白劑[34] CBS-127 氯仿 反相 二極管陣列 0.5~2.5μg/mL 99.78 0.5μg/g
熒光增白劑[35] ER-1 DMF 反相 二極管陣列 15.63~156.3μg/mL 99.52 0.01μg/mL
熒光增白劑[36] OB 氯仿 反相 紫外 0.07~2.0g/L 93.9 1.4ng/g
熒光增白劑[37] EB、ER 氯仿 正相 紫外 0.08~10g/L 99.0~102.1 0.82、0.90ng/g
洗滌用品[38] FWA351(CBS)、FWA28(VBL)、 甲酸水- 反相 二極管陣列 0.05~180mg/L 84.9~105 0.02、0.2mg/L
FWA85、FWA71(CXT) 甲醇溶液
           
卷煙接裝紙、成型紙[39] ABP、VBL DMF 反相 熒光 0~1.0μg/mL 101.0~104.2 0.10、0.15ng/mL
面粉[40] FWA33 反相 紫外 20~100μg/mL 94.67~103.71 0.0025μg/g
食品(食用菌、澱粉)[41] FWA(87、251、71) 離子對 熒光 0.1~100mg/kg 87.1~92.5 5μg/L
紙塑包裝[42] VBL DMF 反相 熒光 0.1~10.0μg/mL 89.86~91.40 0.20mg/kg
食品接觸材料(食品包 FWA(199、367、378、184) 三氯甲烷 反相 熒光 0.01~50mg/L 78.9~101.1 0.05~0.14mg/L
裝袋)[43]
             
洗滌劑和地表水[44] FWA(28、DSBP、205、134、DAS1) 反相離子對 熒光 0.05~5000ng/mL 73~89 0.01~0.1μg/L

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