气相色谱-质谱联用法测定塑料食品包装材料中非邻苯二甲酸酯类增塑剂DINCH迁移量

杨 潇，芮光伟，陈祥贵

(西华大学生物工程学院，四川 成都 610039)

摘 要：采用气相色谱-质谱联用法测定塑料食品包装材料中非邻苯二甲酸酯类增塑剂环己烷-1,2-二甲酸二异壬基酯(DINCH)的迁移量。分别用水、3%乙酸溶液和15%乙醇溶液模拟水性食品，异辛烷模拟脂肪食品，水性食品模拟液浸泡样品后用正己烷进行萃取，脂肪食品模拟液浸泡样品后采用氮气吹干后正己烷定容直接进样。结果表明：该方法线性范围为10～400mg/mL，r=0.9999，在4种模拟物浸泡液中，DINCH的回收率为95.2%～103.4%，相对标准偏差均小于5%。该方法定量准确、重复性好，可用于塑料食品包装材料中DINCH迁移量的评价。

关键词：塑料食品包装材料；增塑剂迁移量；环己烷-1,2-二甲酸二异壬基酯；气相色谱-质谱法

Determination of the Migration of Non-phthalate Plasticizer DINCH in Plastic Food Packaging Materials by GC-MS

YANG Xiao，RUI Guang-wei，CHEN Xiang-gui

(School of Bioengineering, Xihua University, Chengdu 610039, China)

Abstract：The migration of non-phthalate plasticizer, di(isononyl) cyclohexane-1,2-dicarboxylate (DINCH) in plastic food packaging materials was evaluated by GC-MS. Distilled water, 3% (V/V) acetic acid aqueous solution and 15% (V/V) ethanol aqueous solution were used as aqueous food stimulants and isooctane as a fatty food stimulant. The aqueous food stimulants were extracted with n-hexane after food packaging materials were immersed in each of them. After being used to immerse samples, the fatty food stimulant was blown to dryness by nitrogen and then re-dissolved and diltetedin n-hexane direct injection. The results showed that the linear range was between 10 μg/mL and 400 μg/mL (r = 0.9999), and the recoveries of DINCH ranged from 95.2% to 103.4% with relative standard deviation (RSD) of less than 5% in four stimulants. The developed method is accurate and repeatable. It can be used for the evaluation of DINCH migration in plastic food packaging materials.

Key words：plastic food packaging materials；migration of plasticizers；di(isononyl) cyclohexane-1,2-dicarboxylate (DINCH)；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

中图分类号：O657.63 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)24-0213-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201324044

由于塑料具有高阻隔性、耐冲击、耐撕裂、化学性质稳定等优点，在食品工业中被广泛作为包装材料使用。但是在塑料的生产过程中都会使用增塑剂，其中邻苯二甲酸酯类(phthalic acid esters，PAEs)产品是最常用的一种增塑剂，达到总用量的70%左右。而目前的研究发现，邻苯二甲酸酯类增塑剂具有不易降解、极易在生物体内富集的特点，对人体、动物及植物均有较大的毒性，该类污染物对人类的危害主要表现在致癌、致畸及免疫抑制性，尤其是对人体生殖功能的影响已经引起广泛的关注[1-4]。因此不论在欧美还是在我国都已将该类化合物列为优先控制的污染物[5]。邻苯二甲酸酯类增塑剂在塑料生产工艺中并未聚合到聚烯烃类塑料高分子碳链上，而是以氢键或范德华力与之相结合，保持着独立的化学性质，故当塑料制品与食品接触时，其中的增塑剂便会溶出，从而对食品造成污染。为此，许多国家已限制在食品接触材料中使用邻苯二甲酸酯类增塑剂，欧盟于2005年全面禁止了在儿童用品中使用DEHP、DBP等邻苯二甲酸酯类增塑剂[6]，在其他领域也严格规定了邻苯二甲酸酯类增塑剂的含量及迁移的限量[6-7]。

随着人们对食品安全问题关注度的提高，以邻苯二甲酸酯类产品为增塑剂的塑料包装材料的安全性已成为消费者日益关注的热点。目前，世界各大公司都在加紧研发能够大规模替代邻苯二甲酸酯类增塑剂的新型环保型增塑剂。其中由巴斯夫公司研发的环己烷-1,2-二甲酸二异壬基酯(di(isononyl) cyclohexane-1,2-dicarboxylate，DINCH)(CAS：166412-78-8，Mr 424.7)是1种非邻苯二甲酸酯类增塑剂，在欧洲经过了严格的毒理学测试[8-9]。因其优异的毒理学特性，在欧盟和北美被广泛应用于食品包装、医疗器械和玩具等对安全性能要求较高的领域[10-14]，在我国目前也有部分厂家开始采用DINCH作为增塑剂进行食品包装材料的生产。但是由于DINCH作为新型增塑剂出现时间较短且其化学成分与其他增塑剂不同，目前尚没有成熟的定量检测方法，使对其迁移情况的研究带来不便。本实验旨在建立塑料包装材料中DINCH迁移量的定量检测方法，为DINCH在食品包装材料中的进一步广泛使用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乙酸、乙醇、异辛烷、正己烷(色谱纯) 美国Tedia公司；DINCH标准品(纯度＞99%) 上海巴斯夫化学公司。

1.2 仪器与设备

TB-214电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；GCMS-2010plus气相色谱-质谱联用仪(配有电子电离离子源及NIST08质谱库) 日本岛津公司；MS3涡旋混匀器 德国IKA公司；MTN2800氮吹仪 天津奥特赛恩斯仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 模拟物浸泡液的选择

由于需要使用塑料食品包装材料的食品种类过多，无法针对所有的食品开展DINCH迁移量检测，因此需要选择不同类型的溶剂(即食品模拟物)来模拟可能包装的不同食品。根据欧盟指令82/711/EEC《与食品接触的塑料材料和制品中的组分迁移检测的基本规定》，选择水(模拟物A)代表水性食品(pH＞4.5)，3%(V/V)乙酸溶液(模拟物B)代表酸性食品(pH≤4.5)，15%(V/V)乙醇溶液(模拟物C)代表含酒精类食品，异辛烷(模拟物D)代表脂肪类食品[15]。

1.3.2 模拟物浸泡实验和样品处理方法

选择受试包装材料中与食品接触的部分，按照GB/T 5009.156—2003《食品用包装材料及其制品的浸泡试验方法通则》进行样品浸泡，浸泡液体积按照接触面积每1cm2取2mL模拟液的比例加入[16]。根据食品包装材料在实际使用过程中可预见的与食品接触的最长时间和最高使用温度，参照欧盟指令82/711/EEC，模拟物A、B、C在40℃条件下浸泡10d，模拟物D在20℃条件下浸泡2d[15]。

浸泡完成后，对于模拟物A、B、C可精密吸取30mL浸泡液于玻璃离心管中，加入10mL正己烷涡旋振荡萃取5min，4000×g离心5min，取出上层正己烷层，再重复萃取2次。合并正己烷，40℃氮气吹干，用正己烷重新定容至1mL待测。对于模拟物D可精密吸取30mL浸泡液，40℃氮气吹干，用正己烷重新定容至1mL待测。同时以未与待测包装材料接触的浸泡液进行空白实验。

1.3.3 标准工作溶液的配制

精密称取DINCH标准品约20mg(精确到0.01mg)，用正己烷稀释到10mL，配制质量浓度约为2000mg/mL的标准储备液。以正己烷为溶剂，采用逐步稀释法，配制5个质量浓度在10～400mg/mL范围内的标准工作溶液。

1.3.4 气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)分析测试条件

色谱柱：TRX-5MS石英毛细柱(30m×0.25mm，0.25mm)；升温程序：180℃保持2min，以8℃/min升至280℃，保持5min；进样温度：250℃；进样量：1mL；载气：氦气(99.999%)；控制模式：恒流模式；流速：1.0mL/min；分流比：100:1；电子电离源；电子能量：70eV；传输线温度：285℃；离子源温度：230℃；质量扫描范围m/z 40～500。

1.3.5 DINCH的定性定量分析

以DINCH的保留时间(9.1～11.5min)和特征离子碎片m/z 155、127、281(100:45:18)定性。以外标法定量，在SIM模式下选择DINCH离子碎片中m/z 155的离子检测，获得m/z 155的监测离子色谱(monitoring ion chromatograms，MIC)图，积分并计算各单体峰峰面积的和，分别以各标准溶液峰面积的和及对应质量浓度建立标准曲线及回归方程，计算浸泡液中DINCH的质量浓度，并按下式计算DINCH迁移量：

式中：X为DINCH的迁移量/(mg/kg)；C为样品浸泡液中DINCH质量浓度/(mg/mL)；B为空白实验中DINCH质量浓度/(mg/mL)；V为浸泡液体积/mL；S为样品与模拟物的接触面积/dm2；6为增塑剂迁移量单位换算量，6mg/kg=
1mg/dm2[17]；30为取浸泡液用于检测的体积/mL；1为浸泡液萃取或挥干后取1mL正己烷定容。

2 结果与分析

2.1 DINCH的GC-MS分析结果

DINCH是由一系列苯环上相邻分支长度不同的同分异构体所组成的混合物，虽然其中同分异构体的含量相对固定，但是其极性却有明显差异[11,18]，从而导致在总离子流色谱(total ion chromatogram，TIC)图上表现为一系列不同的峰(图1A)。由于组成DINCH的一系列同分异构体都具有相似结构，使得质谱图中每个峰都具有相似的质谱图(图2)。因此可以以这些峰的保留时间和特征离子碎片来定性。但是如果直接以TIC图进行定量分析则易被其他离子碎片干扰，导致各峰面积之和与质量浓度不具有线性关系。但当选择离子碎片中丰度最高的m/z 155的碎片所生成的MIC图(图1B)进行定量积分时，所得MIC图可以消除基质的干扰得到相互分离的21个单体峰用于定量。

A.总离子流色谱图

B. m/z 155的离子碎片色谱图

图 1 DINCH标准品的离子流色谱图

Fig.1 Ion chromatograms of DINCH standard

图 2 DINCH中单体质谱图

Fig.2 Mass spectrum of DINCH monomers

2.2 DINCH标准曲线

分别取10、50、100、200、400mg/mL的DINCH标准液精密进样，得回归方程为：Y=45911X－31773，r=0.9999，表明DINCH质量浓度在10～400mg/mL
范围内线性良好。

2.3 方法学评价

分别取30mL模拟物A、B、C、D按高、中、低添加水平，分别加入50、100、200mg DINCH标准品。按本方法所确定的样品处理和检测条件，对每种模拟物的每个质量浓度样品进行5次平行实验，测得的回收率和相对标准偏差(RSD)见表1。可见该检验方法所测得回收率为95.2%～103.4%，RSD均小于5%，说明本方法具有良好的准确度和重复性。

表 1 回收率和RSD表

Table 1 Recovery rate and RSD

2.4 实测样品

A.总离子流色谱图

B. m/z 155的离子碎片色谱图

图 3 模拟物D浸泡PET瓶后的离子流色谱图

Fig.3 Ion chromatograms of stimulant D after being used to
immerse PET bottle

表 2 样品中DINCH检测结果

Table 2 Analytical results of DINCH in different sample

注：—.未检出。

取3种以DINCH为增塑剂的食品包装材料，按本方法检测DINCH的迁移量，色谱图见图3，结果见表2。由于DINCH极性较弱，在水性溶剂等极性较强的溶剂中溶解度较小而易溶解于弱极性溶剂。因此在GB/T 5009.156—2003规定的浸泡条件下，在水性食品模拟液中均未检出迁移的DINCH，而在脂肪食品模拟液中均检出了迁移出的DINCH。目前的研究表明DINCH的生殖毒性限定值超过1000mg/(kg bw•d)[12]，而常用的邻苯二甲酸酯类增塑剂仅4.8mg/(kg bw•d)[19]，因此德国BfR规定DINCH在塑料食品接触材料中增塑剂迁移量的限定值高达5mg/kg[20]。而在本实验中发现DINCH在模拟物D中的迁移量小于该值。

3 结 论

本方法采用多种食品模拟液浸泡，浸泡液经液液萃取(模拟液A、B、C)或直接浓缩富集(模拟液D)后，经GC-MS分析，建立了塑料食品包装材料中非邻苯二甲酸酯类增塑剂DINCH的特定迁移量的检测方法。结果表明：该方法具有简单快捷、加标回收率高、重复性好的特点，能够用于评估非邻苯二甲酸酯类增塑剂DINCH在不同类型的食品中的迁移情况。

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