離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測液體食品體系中鄰苯二甲酸酯類增塑劑

胡 蝶,王兆梅,吳淑婷,黃舒晴

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測液體食品體系中鄰苯二甲酸酯類增塑劑

胡 蝶,王兆梅*,吳淑婷,黃舒晴

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

建立了離子液體分散液液微萃取與高效液相色譜聯用技術檢測液體食品體系中鄰苯二甲酸酯類增塑劑(Phthalic acid esters,PAEs)的方法。分別以蒸餾水、3%乙酸水溶液和10%乙醇水溶液作為水性食品、酸性食品和醇類食品的模擬體系。選用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate,[BMIM][PF6])為萃取劑,甲醇為分散劑,對樣品中的PAEs進行萃取。以萃取相中鄰苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate,DBP)的濃度為優化指標,分別得到各類食品模擬體系的最佳萃取劑體積、分散劑體積、萃取時間和離心時間。采用所建立的方法對模擬體系進行加標回收實驗,三種模擬體系在加標量為0.02 mg時的加標回收率在79%～112%之間,相對標準偏差(RSD)在2%～6%之間。表明所建立的方法可靠,可用于液體食品中PAEs殘留的檢測。

液液微萃取,苯二甲酸酯,效液相色譜,食品模擬體系

鄰苯二甲酸酯類(Phthalates,Es)增塑劑被廣泛應用到食品包裝制品中以改善包裝材料的加工性能。然而,這類物質是以物理混合方式存在于高分子材料中,隨著儲運過程中食品與包裝容器的長時間接觸,容易向食品組分遷移,構成食品污染,危害人體健康,造成致畸、致癌等嚴重后果[1-2]。液體食品是一類與包裝材料接觸最為密切的食品,其中的液體組分充當了鄰苯二甲酸酯類物質的溶劑,促進了這類增塑劑向液體食品中遷移。因此建立高效快速的液體食品中PAEs殘留的檢測方法十分必要。

檢測PAEs增塑劑常用的樣品前處理方法有液液萃取、固相萃取等。但是,液液萃取處理樣品量大,需要使用大量的有機溶劑,易導致環境污染和引發安全事故;固相萃取操作繁雜,提取效率低。分散液液微萃取(Dispersive Liquid-Liquid Micro-Extraction,DLLME)是Assadi等在2006年提出的一種新型微萃取技術[3]。它通過萃取劑在分散劑-水相中形成微珠,擴大萃取劑與水的相接觸面積,從而提高目標物質的萃取效率和富集倍數。Fan等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法快速檢測酒精飲料中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的含量[4],Chen等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法分析水樣中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的含量[5],均獲得較好的回收率和精密度。在液體食品分析中,目標分析物濃度低,食品組分基質復雜,樣品的前處理對樣品分析具有重要意義。

本項目將離子液體分散液液微萃取技術和高效液相色譜結合,建立三種模擬液體食品體系中增塑劑殘留的檢測方法,為市售液體食品中增塑劑檢測提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

PAEs單品及混合標準品、鄰苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate,DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(Diethyl phthalate,DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(Di-n-butyl phthalate,DBP)、鄰苯二甲酸二戊酯(Diallyl phthalate,DAP)、鄰苯二甲酸二辛酯(Di-n-octyl phthalate,DOP) 美國ULTRA Scientific公司(North Kingstown,RI.);1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(純度為99.0%);甲醇 色譜純,分析純;乙腈、丙酮、正己烷、乙酸、乙醇 分析純;所有溶劑使用前都需要經0.45μm有機相濾膜過濾;超純水。

Agilent高效液相色譜儀、二極管陣列檢測器、C18色譜柱 美國Agilent公司;電子分析天平,精度0.00001g德國Sartorius公司;渦旋振蕩器 美國Scientific Industries公司;臺式離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;0.45 μm有機相針式濾器 上海楚定分析儀器有限公司;100 μL微量進樣器 上海高鴿工貿有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 高效液相色譜條件 色譜柱:C18色譜柱(4.6 mm×5 μm×25 cm);檢測波長:228 nm;進樣量:20 μL;柱溫:30 ℃;流動相采用甲醇/水梯度洗脫程序:0～8 min甲醇/水從80/20變為100/0,8～15 min甲醇/水維持在100/0;流速:1.0 mL/min。

1.2.2 標準曲線的繪制 取五種PAEs標準儲備液,用甲醇依次稀釋成濃度分別為0、10、20、40、80、100 mg/L的PAEs標準溶液,按上述液相色譜條件進行檢測,以峰面積對分析物濃度繪制標準曲線。

1.2.3 液體食品模擬體系的選擇和建立 選擇三種液體食品模擬體系:蒸餾水(模擬體系A)、3%乙酸溶液(模擬體系B)、10%乙醇溶液(模擬體系C),它們分別代表了水性食品、酸性食品和醇類食品,基本涵蓋了除脂類食品以外全部類型的液體食品。脂類食品由于與離子液體互溶,不滿足離子液體分散液液微萃取的要求,本研究暫不討論。

1.2.4 離子液體分散液液微萃取鄰苯二甲酸酯類增塑劑的原理 離子液體分散液液微萃取鄰苯二甲酸酯類增塑劑的原理如圖1所示。它是通過目標物鄰苯二甲酸酯類在樣品溶液與微小體積的萃取劑間的分配平衡實現萃取的。首先,用微量注射器將一定體積的離子液和分散劑的混合溶液注入液體食品模擬溶液中,離子液在分散劑的作用下很快形成細小的微珠分散在食品模擬溶液中,擴展了離子液和食品模擬溶液間的相接觸面,離子液[BMIM][PF6]很強的溶劑性能使其迅速將鄰苯二甲酸酯類物質萃取到離子液微珠內,大大地提高了萃取效率和富集倍數。然后把萃取過程中形成的乳濁液經過離心,鄰苯二甲酸酯類物質沉積在離心管底部,可用微量注射器吸取進行儀器分析。

圖1 離子液體分散液液微萃取鄰苯二甲酸酯類增塑劑的原理Fig.1 The principle of ionic liquid dispersive liquid liquid microextraction of PAEs

1.2.5 離子液體分散液液微萃取操作 準確量取5.0 mL模擬體系置于10 mL的尖底離心管中,加入一定體積的標準溶液,用注射器迅速注入一定體積的離子液體和分散劑的混合溶液,渦旋振蕩混勻,混合液立刻形成模擬體系/分散劑/離子液體的乳濁液體系,離子液體在分散劑的輔助下均勻地分散在模擬體系中;靜置一段時間,目標分析物被萃取進入到離子液體微滴中;經過6000 r/min離心一段時間之后,分散在模擬體系中德離子液體沉積到離心管管底;用注射器棄去上層水相,取出沉積相溶于一定體積的甲醇中,用0.45 μm的有機濾膜過濾之后,用微量進樣器吸取20 μL濾液進HPLC分析。

1.2.6 離子液體分散液液微萃取條件的選擇 以食品模擬體系為實驗對象,在不同的模擬體系中,加入一定量的混合標準品,然后以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])為萃取劑,甲醇為分散劑。由于篇幅限制,以較常見且毒性較大的DBP的含量為優化指標,對各萃取條件進行選擇。

以400 μL甲醇為分散劑,萃取時間10 min,離心時間10 min,考察不同體積的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])(200～500 μL)對萃取效率的影響。

以200 μL的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])作為萃取劑,萃取時間10 min,離心時間10 min,考察不同體積的甲醇(200～1000 μL)作為分散劑對萃取效率的影響。

以200 μL的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])作為萃取劑,400 μL甲醇為分散劑,離心時間10 min,考察2～20 min等幾個萃取時間對樣品萃取效率的影響。

以200 μL的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])作為萃取劑,400 μL甲醇為分散劑,萃取時間10 min,考察2～20 min等幾個離心時間對樣品萃取效率的影響。

1.2.7 加標回收實驗 分別取6份液體食品模擬體系,每份5 mL置于10 mL的6個尖底離心管中,在每個離心管中分別加入0.02 mg的DMP、DEP、DBP、DAP、DOP標準品,根據前面優化后的萃取條件及監測方法,計算PAEs的平均回收率和相對標準偏差(RSD,n=6),考察方法的精密度和準確度。

1.2.8 市售液體食品檢測 隨機選擇保質期內的市售液體食品,包括:礦泉水、酒、果汁飲料。取30 mL樣品,用雙層濾紙進行過濾,取濾液,根據已建立的方法,檢測市售液體食品中增塑劑的殘留。

1.2.9 數據分析 數據分析處理采用Microsoft excel 2007。除加標回收實驗和標準曲線繪制實驗重復六次,其它實驗重復三次,數據以平均值±標準偏差表示。

2 結果與討論

2.1 高效液相色譜法檢測PAEs

采用建立的高效液相色譜條件,得到五種PAEs標準樣品液相色譜分離圖(圖2),依次為DMP、DEP、DBP、DAP、DOP,表明該實驗條件下PAEs在13 min內可以完全分離,將此色譜條件用于后續研究。

圖2 5種鄰苯二甲酸酯的高效液相色譜圖Fig.2 HPLC chromatograms of 5 PAEs

方法的線性關系、相關系數、精密度和檢出限如表1所示,在0.1～100 mg/L范圍內曲線有良好的線性關系,相關系數可達到0.9980以上。取標準工作液連續進樣6次,所得相對標準偏差(RSD)小于6%,符合要求。

表1 方法的分析參數

2.2 萃取條件的選擇

2.2.1 萃取劑體積的選擇 圖3為萃取劑體積對萃取效果的影響,模擬體系A隨著萃取劑體積的增大,萃取量逐漸減少,在萃取劑體積為200 μL時,萃取量較大;模擬體系B、C隨著萃取體積的增加,萃取量先增加后減少,在萃取劑體積為300 μL時,萃取量最大。這與Xu等[6]關于塑料包裝材料中PAEs物質向食用油和礦泉水中遷移量的比較和蔣小良等[7]關于食品包裝材料中雙酚A在食品模擬物中的遷移規律的結果一致。由于乙醇是鄰苯二甲酸酯類物質的優良溶劑,因此DBP在模擬體系C中的萃取量最大且達到萃取平衡所需的萃取劑體積較大,而模擬體系A中DBP的含量較少,故萃取量較少且萃取平衡所需萃取劑體積也較少。故模擬體系A、B、C選擇萃取劑體積分別為200、300、300 μL。

圖3 不同萃取劑體積對DBP萃取量的影響Fig.3 Effects of different extraction solvent volume on the extraction capacity of DBP

2.2.2 分散劑體積的選擇 分散劑的體積能夠影響水-萃取劑-分散劑乳濁液體系的形成,通過影響萃取劑離子液體在水相中的分散程度進一步影響對目標分析物的萃取效率。分散劑體積對萃取效果的影響如圖4所示,以DBP為研究對象,模擬體系A隨著分散劑體積的增加,萃取量增大,分散劑體積為1000 μL時,萃取量較大;模擬體系B隨著分散劑體積增大,萃取量減少,分散劑體積為200 μL時,萃取量較大;模擬體系C隨著分散劑體積的增大,萃取量先增加后減少,在分散劑體積為400 μL時,萃取量最大。在分散劑體積較少時,隨著其體積的增加,增大了萃取劑與樣液的接觸面積,萃取量增加。達到一定平衡后,隨著分散劑體積的增加,萃取劑在水中的溶解度增大,目標物在水中的溶解度也增大,影響了分析物的萃取,萃取量反而減少。模擬體系A、B、C選擇分散劑的體積分別為1000、200、400 μL。

圖4 不同分散劑體積對DBP萃取量的影響Fig.4 Effects of different dispersants volume on extraction capacity of DBP

2.2.3 萃取時間的選擇 本實驗考察了2～20 min內幾個萃取時間對樣品萃取效率的影響,對模擬體系A、B、C均選擇萃取時間為2 min。因為往樣品溶液中注入萃取劑和分散劑的混合液后,模擬體系A、B、C溶液立即形成乳濁液體系,導致萃取劑和目標分析物的接觸面積迅速增大,瞬間到達萃取平衡,萃取時間的增加不再影響萃取率。

2.2.4 離心時間的選擇 在6000 r/min的條件下,考察不同的離心時間(2～20 min)對萃取效率的影響,結果表明,5 min之后回收率不再隨離心時間的增加而增加,因此,本研究選擇離心時間均為5 min。

2.3 加標回收實驗結果

根據優化后的萃取條件和檢測方法,對三種模擬體系進行加標回收,測定平均回收率和相對標準偏差(RSD),結果如表2。三種模擬體系對鄰苯二甲酸酯類的回收率均在79%～112%之間,相對標準偏差在2%～6%間。與馬保華等建立固相萃取-氣相色譜檢測養殖水體中6種PAEs的方法,回收率72%～100%,相對標準偏差小于10%[8]相比,回收率和精密度均較高,與Fan等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜檢測酒精飲料中PAEs[4]和Chen等采用離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜檢測水樣中PAEs[5]的結果相當。說明該方法用于液體食品模擬體系中PAEs的檢測取得了不錯的效果,萃取效率高,回收率達到要求,可以滿足液體食品中PAEs分析的需要。

表2 PAEs的回收率實驗結果

2.4 液體食品中增塑劑殘留的檢測結果

按照所建立的方法,對三類液體食品增塑劑殘留進行檢測,結果如表3。在礦泉水中未有鄰苯二甲酸酯類增塑劑檢出,在酒中檢出DEP、DOP分別為0.67 mg/kg和0.81 mg/kg,在果汁中檢測出DBP為0.24 mg/kg。根據《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛生標準》(GB9685-2008)中規定的塑料食品包裝材料中DEHP、DBP、DINP、DAP的特定遷移量,分別為1.5、0.3、9.0、0.01 mg/kg[9]。采用本文所建立的方法檢測市售液體食品中PAEs殘留,可為食品容器、包裝材料中添加劑的監控提供參考。

表3 實際樣品中PAEs的測定結果(mg/kg)

3 結論

本研究建立了離子液體分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測液體模擬食品中5種PAEs(DMP、DEP、DBP、DAP、DOP)的殘留,采用離子液體這種新型萃取劑代替傳統有機溶劑,具有用量少、萃取效率高、環境友好等優勢。此方法操作簡便快速,回收率高,精密度好,具有實際應用價值,可用于市售液體食品中PAEs的殘留檢測。

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Analysis of phthalates in liquid food by ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction-high performance liquid chromatography

HU Die,WANG Zhao-mei*,WU Shu-ting,HUANG Shu-qing

(College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

A method for the detection of PAEs contaminant in liquid food simulation system by using ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction in combination with the high performance liquid chromatography was established. The distilled water,3% acetic acid aqueous solution and 10% aqueous ethanol were adopted as the simulation systems representing for aqueous,acidic and alcohol containing food respectively. The ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate([BMIM][PF6])was used as extracting agent and methanol as dispersive agent to extract the PAEs in the samples. With the final concentration of dibutyl phthalate(DBP)as goal,the extraction conditions including the volume of the extraction solvent,the volume of the dispersing agent,the extraction time and the centrifugation time were optimized. A standard addition recovery experiment was conducted with the mentioned three simulation food system. The recovery rate was between 79%～112% and the relative standard deviation between 2%～6% with 0.02 mg of standard PAEs addition. The established methods were proved accurate and reliable,which can be used for the detection of PAEs residues in liquid food.

liquid-liquid microextraction;phthalates;HPLC;food simulation system

2014-12-24

胡蝶(1992-),女,碩士,研究方向:食品安全分析,E-mail:hujinguo1968@126.com。

*通訊作者:王兆梅(1974-),女,博士,研究方向:食品安全分析與控制,E-mail:wangzm@scut.edu.cn。

國家自然科學基金資助項目(31071505;31371743);華南理工大學中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目(2013ZZ078)。

TS201.7

A

1002-0306(2015)21-0285-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.050