离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱法检测液体食品体系中邻苯二甲酸酯类增塑剂

胡 蝶,王兆梅,吴淑婷,黄舒晴

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱法检测液体食品体系中邻苯二甲酸酯类增塑剂

胡 蝶,王兆梅*,吴淑婷,黄舒晴

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

建立了离子液体分散液液微萃取与高效液相色谱联用技术检测液体食品体系中邻苯二甲酸酯类增塑剂(Phthalic acid esters,PAEs)的方法。分别以蒸馏水、3%乙酸水溶液和10%乙醇水溶液作为水性食品、酸性食品和醇类食品的模拟体系。选用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate,[BMIM][PF6])为萃取剂,甲醇为分散剂,对样品中的PAEs进行萃取。以萃取相中邻苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate,DBP)的浓度为优化指标,分别得到各类食品模拟体系的最佳萃取剂体积、分散剂体积、萃取时间和离心时间。采用所建立的方法对模拟体系进行加标回收实验,三种模拟体系在加标量为0.02 mg时的加标回收率在79%～112%之间,相对标准偏差(RSD)在2%～6%之间。表明所建立的方法可靠,可用于液体食品中PAEs残留的检测。

液液微萃取,苯二甲酸酯,效液相色谱,食品模拟体系

邻苯二甲酸酯类(Phthalates,Es)增塑剂被广泛应用到食品包装制品中以改善包装材料的加工性能。然而,这类物质是以物理混合方式存在于高分子材料中,随着储运过程中食品与包装容器的长时间接触,容易向食品组分迁移,构成食品污染,危害人体健康,造成致畸、致癌等严重后果[1-2]。液体食品是一类与包装材料接触最为密切的食品,其中的液体组分充当了邻苯二甲酸酯类物质的溶剂,促进了这类增塑剂向液体食品中迁移。因此建立高效快速的液体食品中PAEs残留的检测方法十分必要。

检测PAEs增塑剂常用的样品前处理方法有液液萃取、固相萃取等。但是,液液萃取处理样品量大,需要使用大量的有机溶剂,易导致环境污染和引发安全事故;固相萃取操作繁杂,提取效率低。分散液液微萃取(Dispersive Liquid-Liquid Micro-Extraction,DLLME)是Assadi等在2006年提出的一种新型微萃取技术[3]。它通过萃取剂在分散剂-水相中形成微珠,扩大萃取剂与水的相接触面积,从而提高目标物质的萃取效率和富集倍数。Fan等采用离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱法快速检测酒精饮料中邻苯二甲酸酯类增塑剂的含量[4],Chen等采用离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱法分析水样中邻苯二甲酸酯类增塑剂的含量[5],均获得较好的回收率和精密度。在液体食品分析中,目标分析物浓度低,食品组分基质复杂,样品的前处理对样品分析具有重要意义。

本项目将离子液体分散液液微萃取技术和高效液相色谱结合,建立三种模拟液体食品体系中增塑剂残留的检测方法,为市售液体食品中增塑剂检测提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

PAEs单品及混合标准品、邻苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate,DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(Diethyl phthalate,DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(Di-n-butyl phthalate,DBP)、邻苯二甲酸二戊酯(Diallyl phthalate,DAP)、邻苯二甲酸二辛酯(Di-n-octyl phthalate,DOP) 美国ULTRA Scientific公司(North Kingstown,RI.);1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(纯度为99.0%);甲醇 色谱纯,分析纯;乙腈、丙酮、正己烷、乙酸、乙醇 分析纯;所有溶剂使用前都需要经0.45μm有机相滤膜过滤;超纯水。

Agilent高效液相色谱仪、二极管阵列检测器、C18色谱柱 美国Agilent公司;电子分析天平,精度0.00001g德国Sartorius公司;涡旋振荡器 美国Scientific Industries公司;台式离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;0.45 μm有机相针式滤器 上海楚定分析仪器有限公司;100 μL微量进样器 上海高鸽工贸有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 高效液相色谱条件 色谱柱:C18色谱柱(4.6 mm×5 μm×25 cm);检测波长:228 nm;进样量:20 μL;柱温:30 ℃;流动相采用甲醇/水梯度洗脱程序:0～8 min甲醇/水从80/20变为100/0,8～15 min甲醇/水维持在100/0;流速:1.0 mL/min。

1.2.2 标准曲线的绘制 取五种PAEs标准储备液,用甲醇依次稀释成浓度分别为0、10、20、40、80、100 mg/L的PAEs标准溶液,按上述液相色谱条件进行检测,以峰面积对分析物浓度绘制标准曲线。

1.2.3 液体食品模拟体系的选择和建立 选择三种液体食品模拟体系:蒸馏水(模拟体系A)、3%乙酸溶液(模拟体系B)、10%乙醇溶液(模拟体系C),它们分别代表了水性食品、酸性食品和醇类食品,基本涵盖了除脂类食品以外全部类型的液体食品。脂类食品由于与离子液体互溶,不满足离子液体分散液液微萃取的要求,本研究暂不讨论。

1.2.4 离子液体分散液液微萃取邻苯二甲酸酯类增塑剂的原理 离子液体分散液液微萃取邻苯二甲酸酯类增塑剂的原理如图1所示。它是通过目标物邻苯二甲酸酯类在样品溶液与微小体积的萃取剂间的分配平衡实现萃取的。首先,用微量注射器将一定体积的离子液和分散剂的混合溶液注入液体食品模拟溶液中,离子液在分散剂的作用下很快形成细小的微珠分散在食品模拟溶液中,扩展了离子液和食品模拟溶液间的相接触面,离子液[BMIM][PF6]很强的溶剂性能使其迅速将邻苯二甲酸酯类物质萃取到离子液微珠内,大大地提高了萃取效率和富集倍数。然后把萃取过程中形成的乳浊液经过离心,邻苯二甲酸酯类物质沉积在离心管底部,可用微量注射器吸取进行仪器分析。

图1 离子液体分散液液微萃取邻苯二甲酸酯类增塑剂的原理Fig.1 The principle of ionic liquid dispersive liquid liquid microextraction of PAEs

1.2.5 离子液体分散液液微萃取操作 准确量取5.0 mL模拟体系置于10 mL的尖底离心管中,加入一定体积的标准溶液,用注射器迅速注入一定体积的离子液体和分散剂的混合溶液,涡旋振荡混匀,混合液立刻形成模拟体系/分散剂/离子液体的乳浊液体系,离子液体在分散剂的辅助下均匀地分散在模拟体系中;静置一段时间,目标分析物被萃取进入到离子液体微滴中;经过6000 r/min离心一段时间之后,分散在模拟体系中德离子液体沉积到离心管管底;用注射器弃去上层水相,取出沉积相溶于一定体积的甲醇中,用0.45 μm的有机滤膜过滤之后,用微量进样器吸取20 μL滤液进HPLC分析。

1.2.6 离子液体分散液液微萃取条件的选择 以食品模拟体系为实验对象,在不同的模拟体系中,加入一定量的混合标准品,然后以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])为萃取剂,甲醇为分散剂。由于篇幅限制,以较常见且毒性较大的DBP的含量为优化指标,对各萃取条件进行选择。

以400 μL甲醇为分散剂,萃取时间10 min,离心时间10 min,考察不同体积的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])(200～500 μL)对萃取效率的影响。

以200 μL的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])作为萃取剂,萃取时间10 min,离心时间10 min,考察不同体积的甲醇(200～1000 μL)作为分散剂对萃取效率的影响。

以200 μL的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])作为萃取剂,400 μL甲醇为分散剂,离心时间10 min,考察2～20 min等几个萃取时间对样品萃取效率的影响。

以200 μL的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])作为萃取剂,400 μL甲醇为分散剂,萃取时间10 min,考察2～20 min等几个离心时间对样品萃取效率的影响。

1.2.7 加标回收实验 分别取6份液体食品模拟体系,每份5 mL置于10 mL的6个尖底离心管中,在每个离心管中分别加入0.02 mg的DMP、DEP、DBP、DAP、DOP标准品,根据前面优化后的萃取条件及监测方法,计算PAEs的平均回收率和相对标准偏差(RSD,n=6),考察方法的精密度和准确度。

1.2.8 市售液体食品检测 随机选择保质期内的市售液体食品,包括:矿泉水、酒、果汁饮料。取30 mL样品,用双层滤纸进行过滤,取滤液,根据已建立的方法,检测市售液体食品中增塑剂的残留。

1.2.9 数据分析 数据分析处理采用Microsoft excel 2007。除加标回收实验和标准曲线绘制实验重复六次,其它实验重复三次,数据以平均值±标准偏差表示。

2 结果与讨论

2.1 高效液相色谱法检测PAEs

采用建立的高效液相色谱条件,得到五种PAEs标准样品液相色谱分离图(图2),依次为DMP、DEP、DBP、DAP、DOP,表明该实验条件下PAEs在13 min内可以完全分离,将此色谱条件用于后续研究。

图2 5种邻苯二甲酸酯的高效液相色谱图Fig.2 HPLC chromatograms of 5 PAEs

方法的线性关系、相关系数、精密度和检出限如表1所示,在0.1～100 mg/L范围内曲线有良好的线性关系,相关系数可达到0.9980以上。取标准工作液连续进样6次,所得相对标准偏差(RSD)小于6%,符合要求。

表1 方法的分析参数

2.2 萃取条件的选择

2.2.1 萃取剂体积的选择 图3为萃取剂体积对萃取效果的影响,模拟体系A随着萃取剂体积的增大,萃取量逐渐减少,在萃取剂体积为200 μL时,萃取量较大;模拟体系B、C随着萃取体积的增加,萃取量先增加后减少,在萃取剂体积为300 μL时,萃取量最大。这与Xu等[6]关于塑料包装材料中PAEs物质向食用油和矿泉水中迁移量的比较和蒋小良等[7]关于食品包装材料中双酚A在食品模拟物中的迁移规律的结果一致。由于乙醇是邻苯二甲酸酯类物质的优良溶剂,因此DBP在模拟体系C中的萃取量最大且达到萃取平衡所需的萃取剂体积较大,而模拟体系A中DBP的含量较少,故萃取量较少且萃取平衡所需萃取剂体积也较少。故模拟体系A、B、C选择萃取剂体积分别为200、300、300 μL。

图3 不同萃取剂体积对DBP萃取量的影响Fig.3 Effects of different extraction solvent volume on the extraction capacity of DBP

2.2.2 分散剂体积的选择 分散剂的体积能够影响水-萃取剂-分散剂乳浊液体系的形成,通过影响萃取剂离子液体在水相中的分散程度进一步影响对目标分析物的萃取效率。分散剂体积对萃取效果的影响如图4所示,以DBP为研究对象,模拟体系A随着分散剂体积的增加,萃取量增大,分散剂体积为1000 μL时,萃取量较大;模拟体系B随着分散剂体积增大,萃取量减少,分散剂体积为200 μL时,萃取量较大;模拟体系C随着分散剂体积的增大,萃取量先增加后减少,在分散剂体积为400 μL时,萃取量最大。在分散剂体积较少时,随着其体积的增加,增大了萃取剂与样液的接触面积,萃取量增加。达到一定平衡后,随着分散剂体积的增加,萃取剂在水中的溶解度增大,目标物在水中的溶解度也增大,影响了分析物的萃取,萃取量反而减少。模拟体系A、B、C选择分散剂的体积分别为1000、200、400 μL。

图4 不同分散剂体积对DBP萃取量的影响Fig.4 Effects of different dispersants volume on extraction capacity of DBP

2.2.3 萃取时间的选择 本实验考察了2～20 min内几个萃取时间对样品萃取效率的影响,对模拟体系A、B、C均选择萃取时间为2 min。因为往样品溶液中注入萃取剂和分散剂的混合液后,模拟体系A、B、C溶液立即形成乳浊液体系,导致萃取剂和目标分析物的接触面积迅速增大,瞬间到达萃取平衡,萃取时间的增加不再影响萃取率。

2.2.4 离心时间的选择 在6000 r/min的条件下,考察不同的离心时间(2～20 min)对萃取效率的影响,结果表明,5 min之后回收率不再随离心时间的增加而增加,因此,本研究选择离心时间均为5 min。

2.3 加标回收实验结果

根据优化后的萃取条件和检测方法,对三种模拟体系进行加标回收,测定平均回收率和相对标准偏差(RSD),结果如表2。三种模拟体系对邻苯二甲酸酯类的回收率均在79%～112%之间,相对标准偏差在2%～6%间。与马保华等建立固相萃取-气相色谱检测养殖水体中6种PAEs的方法,回收率72%～100%,相对标准偏差小于10%[8]相比,回收率和精密度均较高,与Fan等采用离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱检测酒精饮料中PAEs[4]和Chen等采用离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱检测水样中PAEs[5]的结果相当。说明该方法用于液体食品模拟体系中PAEs的检测取得了不错的效果,萃取效率高,回收率达到要求,可以满足液体食品中PAEs分析的需要。

表2 PAEs的回收率实验结果

2.4 液体食品中增塑剂残留的检测结果

按照所建立的方法,对三类液体食品增塑剂残留进行检测,结果如表3。在矿泉水中未有邻苯二甲酸酯类增塑剂检出,在酒中检出DEP、DOP分别为0.67 mg/kg和0.81 mg/kg,在果汁中检测出DBP为0.24 mg/kg。根据《食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准》(GB9685-2008)中规定的塑料食品包装材料中DEHP、DBP、DINP、DAP的特定迁移量,分别为1.5、0.3、9.0、0.01 mg/kg[9]。采用本文所建立的方法检测市售液体食品中PAEs残留,可为食品容器、包装材料中添加剂的监控提供参考。

表3 实际样品中PAEs的测定结果(mg/kg)

3 结论

本研究建立了离子液体分散液液微萃取-高效液相色谱法检测液体模拟食品中5种PAEs(DMP、DEP、DBP、DAP、DOP)的残留,采用离子液体这种新型萃取剂代替传统有机溶剂,具有用量少、萃取效率高、环境友好等优势。此方法操作简便快速,回收率高,精密度好,具有实际应用价值,可用于市售液体食品中PAEs的残留检测。

[1]Evelina Fasano,Francisco Bono-Blay,Teresa Cirillo,et al. Migration of phthalates,alkylphenols,bisphenol A and di(2-ethylhexyl)adipate from food packaging[J]. Food Control,2012,27(1):132-138.

[2]Matsumoto Mariko,Hirata-koizumi Mutsuko,Ema Makoto. Potential adverse effects of phthalic acid esters on human health:a review of recent studies on reproduction[J]. Regulatory Toxicology Pharmacology,2008,50(1):37-49.

[3]Mohammad Rezaee,Yaghoub Assadi,Mohammad-Reza Milani Hosseini,et al. Determination of organic compounds in water using dispersive liquid-liquid microextraction[J]. Journal of Chromatography A,2006,1116(1-2):1-9.

[4]Fan Yingying,Liu Shuhui,Xie Qilong. Rapid determination of phthalate esters in alcoholic beverages by conventional ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction coupled with high performance liquid chromatography[J]. Talanta,2014,119:291-298.

[5]Chen Sha,Zhong Yisheng,Cheng Shuiyuan,et al. Development of an ionic liquid-based dispersive liquid-liquid micro-extraction method for the determination of phthalate esters in water samples[J]. Journal of separation science,2011,34(13):1503-1507.

[6]Xu Qian,Yin Xueyan,Wang Min,et al. Analysis of phthalate migration from plastic containers to packaged cooking oil and mineral water[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,58(21):11311-11317.

[7]蒋小良,曾铭,郝雨,等.食品包装材料中双酚A在食品模拟物中迁移规律的研究[J]. 分析测试技术与仪器,2013,(3):133-137.

[8]马保华,王兆梅,李娜,等.固相萃取检测养殖水体中邻苯二甲酸酯残留[J]. 食品科学,2011,32(18):164-167.

[9]中华人民共和国卫生部标准化管理委员会. GB9685-2008 食品容器,包装材料用添加剂使用卫生标准[S]. 中国标准出版社,2008.

[10]Li Jidong,Cai Yaqi,Shi Yali,et al. Analysis of phthalates via HPLC-UV in environmental water samples after concentration by solid-phase extraction using ionic liquid mixed hemimicelles[J]. Talanta,2008,74(4):498-504.

[11]Wang Ying,You Jingyan,Ren Ruibing,et al. Determination of triazines in honey by dispersive liquid-liquid microextraction high-performance liquid chromatography[J]. Journal of Chromatography A,2010,1217(26):4241-4246.

[12]Liu Yuzi,Xing Yinghao,Wu Jun. Detecting PAEs in bottled water by SPE-LC/QQQ[J]. Applied Mechanics and Materials,2014,469:444-449.

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,硕士,研究方向:食品安全分析,E-mail:hujinguo1968@126.com。

*通讯作者:王兆梅(1974-),女,博士,研究方向:食品安全分析与控制,E-mail:wangzm@scut.edu.cn。

国家自然科学基金资助项目(31071505;31371743);华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金项目(2013ZZ078)。

TS201.7

A

1002-0306(2015)21-0285-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.050