高建国 1，贺炳慧 2，张辉珍 3，田 敏 2，宋晓云 4，于洪观 2
（1.青岛出入境检验检疫局，山东 青岛 266001；2.山东科技大学化学与环境工程学院，山东 青岛 266590；3.青岛市食品药品检验研究院，山东 青岛 266071；4.青岛科标检测研究院有限公司，山东 青岛 266042）
摘 要：采用气相色谱质谱联用仪对其迁移到食品模拟液中的十二甲基环六硅氧烷（dodecamethylcyclohexasiloxane，D6）进行定性定量分析，并对实验过程中可能产生的不确定度进行总结分析。结果发现，利用气相色谱-质谱联用仪检测食品接触硅橡胶烤盘垫迁移出的D6含量为125.6 mg/kg，由D6标准品曲线拟合产生的相对标准不确定度较高，可达到0.028 5。整个实验的合成不确定度为0.046 5，相对扩展不确定度为0.093，而由不确定度引起的D6含量变化为±11.68 mg/kg。
关键词：硅橡胶；安全性；气相色谱-质谱法；不确定度
随着科学的不断发展，人们对各种新型材料的认知逐步深刻，以硅橡胶制成的食品接触制品，质地柔软，弹性好、抗污能力强、耐寒耐高温性能强，因此在食品接触材料行业中应用广泛，备受消费者青睐 [1]。近年来，食品接触用硅橡胶材料不仅常见于欧美等发达国家市场，也以多种形式出现在我国人们的日常生活中。然而，早在20世纪，国外就有研究人员发现，在使用硅橡胶模具烘焙的糕点中可检测出很高迁移量的挥发性环硅氧烷，这些环硅氧烷会随食品进入人体内，在人体内富集，威胁人体健康 [2-6]。目前来看，对人体危害较大的主要为低分子质量环硅氧烷。欧盟社会经济分析委员会于2016年3月8号至10号召开全体会议限制八甲基环四硅氧烷（octamethylcyclotetrasiloxane，D4）及十甲基环五硅氧烷（decamethylcyclopentasiloxane，D5）投放市场。虽然该提案的目的是限制D4和D5在个人护理产品（清洁用品、化妆品、洗发水、剃须膏等）中的使用，但也从侧面说明了其具有毒性与生物富集性，若随食品进入人体内，对人体健康的危害则更大。经研究发现，D4可能会损伤生育力，D5可能会使人体肝脏发生异变，十二甲基环六硅氧烷（dodecamethylcyclohexasiloxane，D6）则会刺激人体眼睛、皮肤和影响呼吸系统。经前期实验发现，食品接触硅橡胶中迁移出的D4、D5含量很少，低于气相色谱-质谱的检出限，几乎可以忽略不计，但迁移出的D6含量很高，若其随食品进入人体，在人体内富集，会对人体健康产生潜在威胁。
近年来，食品接触用材料中污染物不确定度相关研究报道 [7-9]屡见不鲜，不确定度分析在食品检测中也越来越受到重视。硅橡胶烤盘垫为重复性使用的材料，在日常生活中，根据人们烹制食品的种类不同，其使用的温度和时间也不尽相同。如烹制肉制品，需在180 ℃的条件下，烤30 min左右；而糕点等一般为150 ℃，烤1 h左右。硅橡胶烤盘垫的使用温度越高、时间越长，其中D6向食品中的迁移也就越快，烤盘垫本身残留的D6含量也就越少。因此本实验采用未使用过的硅橡胶烤盘垫，探讨其迁移实验，并采用气相色谱-质谱联用仪对其迁移到食品模拟液中的D6进行定性定量分析，根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》 [10]标准，对实验过程中产生的不确定度 [11-14]进行总结分析。
1.1 试剂与仪器
D6（纯度≥98%） 北京百灵威科技有限公司；正己烷（分析纯，纯度≥95%） 天津博迪华工股份有限公司；国产食品级硅橡胶烤盘垫 安徽合肥华风纱网材料有限公司。
7890N-5975C气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；FA1004电子分析天平（0～100 g，精度0.000 1 g）北京京科瑞达科技有限公司；Q L-9 0 2漩涡仪海门市其林贝尔仪器制造有限公司；尼龙滤膜（孔径0.22 μm） 天津杉羽科技发展有限公司；移液器（Genex Beta 100～1 000 μL；10～100 μL；1～5 mL）；试样玻璃瓶（40 mL）。
1.2 方法
1.2.1 标准溶液的制备
首先制备100 mg/L的D6标准溶液，使用分析天平准确称取0.003 0 g D6标准品于试样玻璃瓶中，用正己烷溶解并定容至30 mL，充分混匀。将100 mg/L的标准液以正己烷依次梯度稀释到80、60、40、20、10 mg/L的标准系列，待测备用。
1.2.2 样品迁移实验
使用分析天平称量1.000 0 g剪碎的硅橡胶烤盘垫，放入玻璃瓶中，加入10 mL正己烷，拧紧瓶盖，振荡1 min，室温条件下静置浸泡24 h后，用移液器吸取1 mL，过有机滤膜后用气相色谱-质谱联用仪分析。
1.2.3 气相色谱-质谱条件
色谱柱：H P-5 M S毛细管柱，规格（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气：高纯氦气（纯度为99.999%），流量1.0 mL/min；不分流进样；进样口温度280 ℃；进样量1 μL；色谱柱升温程序：初始柱温60 ℃，保持3 min；再以10 ℃/min升温至300 ℃，保持13 min；电离方式：电子电离源；电离能量70 eV；质谱四极杆温度150 ℃；离子源温度230 ℃；检测方式：选择离子监测模式；溶剂延迟3 min。
1.2.4 数学模型
采用外标法，按式（1）计算样品浸泡溶液中D6的检出质量浓度c：
式中：c为试样浸泡溶液中D 6的检出质量浓度/（mg/L）；c 0为标准工作液中D6的质量浓度/（mg/L）；A为试样中被测组分D6的峰面积；A s为标准工作液中D6的峰面积。
烤盘垫中D6含量按式（2）计算：
式中：D为试样中D6的含量/（mg/kg）；V为试样最终定容体积/mL；m为试样质量/g。
2.1 称量样品质量产生的不确定度
实验室所用的天平分辨率为0.000 1 g，按均匀分布
[15]考虑，k=
，所以天平分辨率产生的不确定度为：
实验室所用天平最大允许误差为1.0 mg。在实验过程中，天平称量是分两次完成，一次是去皮称量，另一次是样品称质量，按均匀分布考虑，k=
，由天平校准产生的不确定度为：
所以由于天平称量而产生的合成不确定为：
在本实验中，称量样品1.000 0 g，所以由称量样品质量产生的相对不确定度为：
2.2 样品浸泡溶液体积引入的不确定度
实验室所用移液器为Genex Beta移液器（1～5 mL），根据其计量校准证书，容量允许误差为±0.5%，测量重复性为±0.15%，符合JJG646—2006《移液器检定规程》
[16]规定（规定检定规程的最大允许值：容量允许误差±0.6%，测量重复性误差±0.2%），在实验过程中，样品浸泡溶液体积为10 mL，需使用该移液枪移取两次，按三角分布
[17]考虑，k=
，则样品浸泡溶液体积引入的不确定度：
则样品浸泡溶液体积引入的相对不确定度为：
2.3 D6标准溶液中的不确定度
2.3.1 由D6标准品纯度产生的不确定度
D6标准品由北京百灵威科技有限公司生产，其纯度为98%，相对不确定度为0.02，按均匀分布
[18]考虑，k=
，则相对不确定度为：
2.3.2 由称量D6标准品产生的不确定度
实验中，配制质量浓度为100 mg/L的标准储备液30 mL需称取D6标准品0.003 0 g，所以相对不确定度为：
2.3.3 由定容标准品溶液产生的不确定度
配制质量浓度为100 mg/L的标准储备液30 mL，需使用5 mL移液器需使用该移液枪移取6次，按三角分布，k=
，则样品测试溶液体积引入的不确定度：
将100 mg/L的标准储备液梯度稀释，配制成系列标准溶液引起的不确定度如表1所示。
表1 移液器引起的标准溶液配制过程中的不确定度
Table1 Uncertainties caused by locomotive pipette measurements
?
所以由定容标准品溶液产生的相对合成不确定度：
2.3.4 标准溶液配制过程中由温度引起的不确定度
通常实验室温度控制在（20±5）℃左右，正己烷的热膨胀系数为1.36×10 -3mL/℃，正己烷体积膨胀明显大于玻璃瓶的体积膨胀系数，因此只考虑正己烷的膨胀系数。按均匀分布 [19]考虑，温度变化引起的体积相对标准不确定度为：
所以由D6标准溶液中的相对合成不确定度为：
2.4 气相色谱-质谱联用测定产生的不确定度
2.4.1 进样体积引入的不确定度
气相色谱-质谱联用仪中微量注射器进样1 μL，微量注射器准确度为±1%，按均匀分布考虑，由气相色谱-质谱进样体积产生的相对不确定度为：
2.4.2 标准工作曲线拟合引入的不确定度
表2 线性回归方程拟合值
Table2 Results of linear regression equation in comparison with GC-MS results
?
本实验中采用质量浓度为100、80、60、40、20、10 mg/L的D6进行气相色谱-质谱分析，以响应值为纵坐标，质量浓度为横坐标得到标准曲线，其线性拟合方程为Y=3.333×10 5C-8.852×10 5，其中a=3.333×10 5，b=-8.852×10 5，相关系数R 2=0.997。
由表2计算知，响应值测量的标准偏差s [20-26]为：
拟合标准工作曲线产生的标准不确定度为：
所以拟合标准工作曲线产生的相对标准不确定度为：
式中：s为拟合工作曲线的标准偏差；a为拟合工作曲线的斜率；n为拟合工作曲线中点的个数，n=6；p为样品的测定次数，p=6；c
i为D6标准系列质量浓度/（mg/L）；c
0为样品中测得的D6质量浓度；
为D6标准系列质量浓度的平均值。
所以由气相色谱-质谱产生的相对合成不确定度为：
2.5 重复实验导致的不确定度
取6 个试样做6 次平行实验，其检测结果如表3所示。
表3 样品中D6重复性测试结果
Table3 Results of replicate determinations of D6
硅橡胶烤盘垫中D6含量/（mg/kg）1 12.43124.3 2 12.51125.1 3 12.79127.9 4 12.57125.7 5 12.54125.4 6 12.53125.3平均值12.56125.6标准偏差0.121.21序号食品模拟液（正己烷）中D6含量/（mg/L）
由表3可知，该试样D6含量平均值为125.6 mg/kg，单次测量的标准偏差为1.21 mg/kg，因此该方法重复测量导致的相对标准不确定度：
2.6 各种不确定度比较
一般来说，仪器方法确定后，不确定度权重基本上是一致的，一般主要权重包括重复性、拟合曲线和样品前处理。由于本实验为单一目标物D6的检测，并不包含复杂的前处理过程，所以前处理过程产生的不确定相对较少。通过比较分析表4中不确定度各分量，可以发现对测定结果不确定度贡献最大的为标准工作曲线的拟合这一过程。
表4 不确定度汇总
Table4 Summary of uncertainties
?
2.7 合成不确定度
以上各不确定度相互独立，不考虑它们之间的相关性，因此整个实验的合成不确定度为：
2.8 扩展不确定度
取置信水平95%，则扩展因子k=2，U=ku=0.093，食品接触硅橡胶烤盘垫中迁移出的D 6的含量为125.6 mg/kg，则扩展不确定度为125.6×U=11.68 mg/kg，所以检测的食品接触硅橡胶烤盘垫迁移出的D6的含量为（125.6±11.68）mg/kg。
本实验以正己烷为食品模拟液，利用气相色谱-质谱联用仪检测出食品接触硅橡胶烤盘垫迁移出的D6的含量，并分析了整个实验过程中可能产生的不确定度。分析结果发现，利用气相色谱-质谱联用仪分析检测食品接触硅橡胶中挥发性环硅氧烷效果良好，检测食品接触硅橡胶烤盘垫迁移出的D6含量为125.6 mg/kg，实验的合成不确定度为0.046 5，相对扩展不确定度为0.093，而由不确定度引起的D6含量变化为±11.68 mg/kg。整个实验过程中的不确定度主要来自烤盘垫与D6标准品的称量、移液器、D6标准品纯度、温度、气相色谱-质谱联用、重复实验等方面，通过分析整个实验过程中的这种不确定度，发现利用最小二乘法拟合D6标准曲线的过程中相对标准不确定度较高，可达到0.028 5。因此，在以后的实验中可通过适当增加标准曲线检测过程中测量点的测量次数，来减少标准曲线拟合过程中的不确定度，提高检测质量。
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Determination and Uncertainty Analysis of Dodecamethylcyclohexasiloxane in Food Contact Silicone Rubber
GAO Jianguo
1, HE Binghui
2, ZHANG Huizhen
3, TIAN Min
2, SONG Xiaoyun
4, YU Hongguan
2
(1. Qingdao Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Qingdao 266001, China; 2. College of Chemical and Environmental Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China; 3. Qingdao Institute for Food and Drug Control, Qingdao 266071, China; 4. Qingdao Science Standard Testing Research Institute Co. Ltd., Qingdao 266042, China)
Abstract：In this paper, a gas chromatograph-mass spectrometry (GC-MS) was used to qualitatively and quantitatively analyze the migration of dodecamethylcyclohexasiloxane (D6) from food contact silicone rubber into a liquid food stimulant. Meanwhile, the uncertainty of each variable was also analyzed. The most important factors that affect the results of the experiment were identif i ed. GC-MS analysis indicated that the migration level of D6 was about 125.6 mg/kg from a baking mat made from food contact silicone rubber . We summed up five kinds of uncertainties throughout the experimental process. The highest uncertainty was resulted from the standard curve fi tting of D6, which was up to 0.028 5. The combined standard uncertainty was 0.046 5 and the relative expanded uncertainty was 0.093. The amount of D6 analyzed by GC-MS varied in the range of ± 11.68 mg/kg taking the experimental uncertainties into consideration.
Key words：silicone rubber; safety; gas chromatograph-mass spectrometry (GC-MS); uncertainty
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201704043
中图分类号：O657
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2017）04-0265-05
引文格式：
高建国, 贺炳慧, 张辉珍, 等. 食品接触硅橡胶中十二甲基环六硅氧烷的检测及不确定度分析[J]. 食品科学, 2017, 38(4): 265-269. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201704043. http://www.spkx.net.cn
GAO Jianguo, HE Binghui, ZHANG Huizhen, et al. Determination and uncertainty analysis of dodecamethylcyclohexasiloxane in food contact silicone rubber[J]. Food Science, 2017, 38(4): 265-269. (in Chinese with English abstract)
DOI：10.7506/ spkx1002-6630-201704043. http://www.spkx.net.cn
收稿日期：2016-05-26
基金项目：科技部质检行业公益项目（201410083）
作者简介：高建国（1962—），男，研究员，硕士，主要从事食品接触材料生物安全性、失效分析及使用寿命评价研究。
E-mail：china.gjg@163.com