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高效液相色譜法測定食品接觸聚苯乙烯制品中9種熒光增白劑


熒光增白劑(Fluorescent whitening agents,FWAs)
 
是一種無色的熒光染料,在紫外光的照射下,可激發出藍、紫光,與基礎物質的黃光互補而具有增白的效果,迄今為止,FWAs應用的範圍覆蓋了紡織、造紙、洗滌劑及塑料等領域,FWAs在塑料包裝材料中使用可以提高産品的白度和豔度,從而提高塑料包裝材料的外觀性能[1]。盡管有研究機構通過對人體健康和環境影響進行的風險評估,顯示在目前的使用情況下風險較小[2],但是由于熒光增白劑普遍含有芳香胺基結構和苯乙烯基結構,在毒理上具有潛在的緻癌性,因此,中國、歐盟和美國等國家都制定了允許用于生産塑料食品接觸材料和制品的添加劑清單(肯定列表),
 
同時也規定了相關的限用量和/或特定遷移量[3~5],例如FWA184,歐盟法規2002/72/EC和GB 9685-2008都規定了其特定遷移量(SML)為0.6 mg/kg,GB 9685-2008
 
還規定了聚苯乙烯塑料制品中的**大使用量為0.02%,美國則針對不同用途的塑料産品規定FWA184的加入量不得超過0.015%。因此,建立食品接觸性塑料制品中FWAs的定性定量檢測方法,有利于對可能存在的違禁添加和超量使用FWAs的行為進行監管。
 
目前,國内外關于FWAs的檢測方法主要有紫外燈法[6]、熒光法[7],液相色譜法[8~13]和液相色譜串聯三重四級杆質譜法[14~16],其中紫外燈法為直接照射觀測,
 
隻能定性;熒光法能定量,但不能鑒定FWAs的種類;液相色譜串聯三重四極杆雖然可以對樣品中的FWAs準确定量定性,但液質聯用儀價格昂貴,檢測成本高;液相色譜是現在化學實驗室常配備的一種設備,價格相對較低,而熒光檢測器具有較高的靈敏度。本研究選擇9種塑料工業常用的熒光增白劑作為研究對象,根據FWAs的光學性質,使用高效液相色譜分離,熒光檢測器檢測,建立了食品接觸聚苯乙烯塑料制品中9種禁限用FWAs(結構式見表1)含量的檢測方法,方法操作簡單、可靠,能夠對樣品中的FWAs進行準确的定性和定量。
 
1 材料與方法
 
1.1 材料與試劑
 
9種FWAs标準品:FWA 52、FWA 184、FWA 199、 FWA 367、FWA 368、FWA 378和FWA 393(梯希愛(上海)化成工業發展有限公司),FWA 185和FWA 135
(Internatioanal laboratory U.S.A)購于安譜公司;甲醇(色譜純,美國Fisher公司)、三氯甲烷(分析純,廣州試劑廠),實驗用水為經Milli-Q淨化系統過濾的去離子水。
 
1.2 儀器與設備
 
WATERS 2695高效液相色譜儀配2475熒光檢測器(美國Waters公司);RF-5310PC熒光分光光度計(日本SHIMADZU公司);MS3 basic漩渦混合器(德國IKA
公司);KQ-250DV型數控超聲波清洗儀(昆山市超聲儀器有限公司);Milli-Q去離子水發生器(美國Millipore
公司)。
 
1.3  方法
 
1.3.1 标準溶液的制備
 
FWAs單标準儲備溶液(1.0 mg/mL)的配制:稱取各标準品0.1000 g于100 mL容量瓶中,分别用三氯甲烷溶解并定容**刻度線,充分搖勻備用。
 
混合标準儲備液(50 mg/L)的配制:各移取5.0 mL 單标準儲備溶液于100 mL容量瓶中,用甲醇定容到刻度線,搖勻。測試時,将混合标準儲備液稀釋到所需濃度标準工作液。
1.3.2 試樣處理
 
1.3.2.1 制備
 
用适當的工具将樣品制成約0.5 cm×0.5 cm大小,混合均勻;在制備樣品過程應注意防止交叉污染,每制備一種樣品後都要對制備工具進行清潔。對于特殊的樣品可參考GB/T 5009.78-2003《食品包裝用原紙衛生标準的分析方法》,若觀測到樣品中熒光物質分布不均勻,需鑒定所用FWAs種類,可選取含有熒光物質的部位進行制備。
1.3.2.2 樣品前處理
 
準确稱取2.5 g樣品于50 mL具塞比色管中,加入30 mL三氯甲烷超聲提取**樣品溶解,冷卻**室溫後用三氯甲烷定容,搖勻;移取10.0 mL樣品溶液于另一支50 mL比色管中,于渦漩振蕩器上邊渦漩邊緩慢滴加30 mL甲醇,并用甲醇定容,搖勻靜置後取1.0 mL上清液過0.22 μm濾膜,供高效液相色譜儀檢測。
1.3.3 液相色譜操作條件
 
色譜柱:Phenomenex Gemini C18色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流動相:甲醇和水;梯度洗脫程序:0~15 min:75~85%甲醇;15~35 min:85~95%甲醇;35~45 min:95~95%甲醇;流速:1.0 mL/min;
檢測波長:發射波長λex:365 nm;激發波長λem:430
 
nm;進樣量:10 μL;柱溫:35 ℃。
 
1.3.4 測定步驟
 
将标準工作溶液按照質量濃度由低到高的順序進樣測定,在指定波長處,以色譜圖中的峰面積對其質量濃度繪制标準曲線。試樣溶液進樣後,以峰面積定量。
 
2 結果與分析
 
2.1 檢測波長的選擇
 
使用熒光分光光度計先對9種FWAs溶液在220~ 800 nm範圍内進行掃描,獲取目标物的**大激發波長;

然後在固定激發波長的條件下,再對9種FWAs溶液在 220~800 nm範圍内進行掃描,獲取目标物的**大發射波長。9種FWAs的**大激發波長和**大發射波長見表1,可見9種FWAs的**大激發波長在365 nm附近,**大發射波長在430 nm附近,故選擇試驗的波長條件為
λex=365 nm,λem=430 nm。

2.2 溶劑的選擇
 
試驗對比了甲醇、甲苯、三氯甲烷、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氫呋喃等溶劑對FWAs的溶解性,結果顯示三氯甲烷對9種目标FWAs的溶解性**好,甲醇、甲苯和N,N-二甲基甲酰胺等對于部分FWAs的溶解率過低;而根據試驗結果,三氯甲烷也對聚苯乙烯塑料材料有很好的溶解,故選用三氯甲烷作為單标标準和樣品的溶劑,再使用甲醇進一步稀釋。而甲醇溶液也作為聚苯乙烯塑料樣品提取溶液中高分子聚合物的沉澱劑,但是實驗過程為避免高分子聚合物沉澱過快而将待測物重新包裹成膠塊,從而對檢測結果造成影響,應該在渦旋振蕩器操作下緩慢滴加甲醇。
注:1.0 mL/min;1. FWA 52, 2. FWA 199, 3. FWA 135, 4. FWA 185, 5. FWA 367, 6. FWA 393, 7. FWA 368, 8. FWA 378;A:
甲醇-水(30:70,V/V);B:甲醇-水(60:40,V/V);C:甲醇-水(90:10,V/V);D:乙腈-水(90:10,V/V)。
 
為選擇适宜的流動相,分别用低、中、高不同比例甲醇-水、乙腈-水作流動相進行等度洗脫(流速為1.0 mL/min)試驗。結果顯示(見圖1),用甲醇-水做流動相,9種目标物在Gemini C18色譜柱中的保留較大,出峰時間相對較長,高比例有機相的流動相能加快目标物的洗脫速度;用乙腈代替甲醇不能提高熒光增白劑的分離效果。而将流動相甲醇-水的流速增加到1 mL/min以上,雖然可以減少洗脫時間,但降低了分離度,部分目标物的色譜峰無法分開,同時還增加了柱壓。通過對比,發現使用甲醇-水做流動相體系,采用梯度洗脫程序,9種目标物可在40 min内完成分析,而且分離效果好。因此,選擇甲醇-水流動相體系梯度洗脫分離9種目标物(梯度洗脫程序見1.3.3)。
在選定的儀器條件下,9種熒光增白劑的液相色譜圖如圖2所示,可見9種化合物獲得了較好的分離。

按 1.3.3 節方法測定待測物标準溶液系列,在
0.32~200 μg/L 濃度範圍内,标準曲線的相關系數均大
于 0.9992(見表 2),表明線性關系良好。以 3 倍信噪
比(S/N=3)計算,9 種目标物的儀器檢測限(ILOQ)
為 0.01 μg/L~0.08 μg/L;結合前處理條件的稀釋倍數
100   MLOQ    1.0 μg/kg~8.0
倍),确定方法定量限( )為
μg/kg 之間(見表 2),表明方法具有較高的靈敏度。
2.5 方法回收率和精密度  
     
       
取陰性樣品,進行了3個水平添加回收率實驗,每
個加标水平測定6次,方法回收率和相對标準偏差
(RSD)見表3。結果表明,9種FWAs回收率在88.0~
98.9% 2.11~4.34%
  之間,相對标準偏差在 之間,說明方
法的準确度和精密度達到分析要求。
2.6 實際樣品的檢測  
   

3 結論
 
食品接觸材料中熒光增白劑問題的關注度日益提高,但我國标準規定的檢測方法僅限于紫外燈照射法,該法存在一定的缺陷,不能定性定量檢測熒光增白劑的種類,難以滿足當前的檢測要求。本文通過優化試驗條件,建立了高效液相色譜同時測定食品接觸聚苯乙烯塑料制品中9種熒光增白劑的方法。方法具有靈敏度高、分離效果好、定量準确等優點,便于在檢測機構中推廣應用,也可為建立相關的規範或标準提供參考,對行業的監管能起到積極的作用。
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