顶空进样-气相色谱-串联质谱法快速测定膨化食品中的环氧乙烷残留量.pdf

第1 0 期（总第58 5期）2023年1 0 月文章编号：1 6 7 1-96 46（2 0 2 3）1 0 a-0052-04顶空进样气相色谱串联质谱法快速测定膨化食品中的环氧乙烷残留量农产品加工Farm Products ProcessingNo.10Oct.黄水林，陈斌，赖志勇，陈肖英，何明，卢真铭，程畅（深圳市深业航天食品与环境检测科技有限公司，广东深圳51 8 0 40)摘要：建立了以顶空进样技术为前处理手段，结合气相色谱串联质谱（Gas chromatography-tandem massspectrometry，G C-M S/M S）测定膨化食品中环氧乙烷的快速分析方法。样品经水浸泡后，于8 0 条件下进行气液平衡30 min，通过顶空方式进样，安捷伦PL0T-Q石英毛细柱（30 m0.32mm，2 0 m）进行分离，以电子轰击离子源（Electron impact ion source，EI）进行电离，通过筛选二级子离子进行定性定量。环氧乙烷的测得值由其对应的基质曲线进行定量校正，饼干、薯片和方便面3种基质的基质曲线在50 2 0 0 0 g/L范围内呈良好线性关系，相关系数R2均大于0.999，在定量限的1 倍、2 倍和5倍水平下加标，平均回收率为8 6.4%99.4%，相对标准偏差（RSD）为3.56%8.89%。方法检出限（Limitsofdetection，LO D）均为0.2 mg/kg，方法定量限均为0.5mg/kg。该方法操作简单、无有毒溶剂，同时分析时间短、回收率好、灵敏度高、精密度高，可满足膨化食品中环氧乙烷的快速测定要求。关键词：顶空进样；气相色谱串联质谱；膨化食品；环氧乙烷中图分类号：TQ654.2Rapid Determination of Ehylene Oxide Residual in Puffed Food by HeadspaceInjection Combined with Gas Chromatography-Tandem Mass SpectrometryHUANG Shuilin,CHEN Bin,LAI Zhiyong,CHEN Xiaoying,HE Ming,LU Zhenming,CHENG Chang(Shenzhen Shum Yip Space Food&Environmental Testing Technology Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518040,China)Abstract:A rapid analytical method has been established for the determination of ethylene oxide in puffed food usingheadspace sampling technology as a preprocessing method combined with gas chromatography-tandem mass spectrometry(GC-MS/MS).After the sample was soaked in water,vapor-liquid equilibrium was carried out at 80 c o n d i t i o n f o r 30min,and then injected by headspace and separated by Agilent PLOT-Q quartz capillary column(30 m 0.32 mm,20 m).Finally ionized at an electron impact ion source(EI)for qualitative and quantitative analysis by screening secondary ions.Themeasured values of ethylene oxide were quantitatively corrected by their corresponding matrix curves.The matrix curves ofbiscuits,potato chips,and instant noodles had good linear relationship within the range of 502 000 g/L,with correlationcoefficients R?were both greater than 0.999.The average recovery rate ranged from 86.4%to 99.4%,while the relativestandard deviation(RSD)were in the range of 3.56%to 8.89%when spiked at the levels of 1,2,and 5 times of the limit ofquantitation.The limits of detection(LOD)of the method were all O.2 mg/kg and the quantitative limits of the method were allO.5 mg/kg.This method was simple to operate,did not contain toxic solvents with short analysis time,good recovery rates,high sensitivity and high precision.It was indicated that this method can meet the requirements for rapid determination ofethylene oxide in puffed food.Key words:headspace injection;gas chromatography-tandem mass spectrometry;puffed food;ehylene oxide文献标志码：Adoi:10.16693/ki.1671-9646(x).2023.10.012剂，在常温下即可杀灭多种微生物，对某些昆虫及0引言其虫卵具有较强的毒性2，由于其扩散率高，穿透性环氧乙烷（Ethylene Oxide，EO）又名氧化乙强且不会残留残渣或气味，因此在医疗防护用品、烯，是一种在工业、医疗、食品、制药、印染等领食品器具及包装材料中有广泛的应用。在2 0 1 9一域具有广泛应用的化学中间体叫，常用于制备醇、2021年期间，仅2 年时间，我国环氧乙烷的出口量醛、酸、酯等化合物。氧乙烷还是一种优异的杀菌就增长了约2.5倍3。过量的使用会造成环境的残留，收稿日期：2 0 2 2-0 7-0 7作者简介：黄水林（1 992 一），男，本科，助理工程师，研究方向为食品检测及食品营养。2023年第1 0 期甚至会直接对食品造成污染，影响消费者的健康安全。有报道指出，著名冰激凌品牌哈根达斯曾经因为使用了采用环氧乙烷杀菌的刺槐豆胶、香草精等原料，导致终端产品残留环氧乙烷而大批量被召回4。实际与环氧乙烷相关的食品安全事件屡见不鲜。由于环氧乙烷是一种有毒气体，其具有致突变性、致畸性，长期摄人会对不同的器官系统造成不可逆的伤害 5-6，大量摄人可能会损害呼吸系统和中枢神经系统，并且出现呼吸困难和昏迷等症状 7-1 0 ,对人体危害极大。目前，有关环氧乙烷的检测方法，主要为气相色谱法-1 和气相色谱质谱法 1 6-2 0 1，色谱法应用广，仪器检测成本较低，但多使用通用检测器火焰离子化检测器（Flame ionizationdetector，FID）进行测定，虽然可以定性定量，但对目标物选择性较低，且检出限较高，谱图容易受杂质影响。而质谱法则具有选择性高、检出限低的特点，对目标物的测定更为准确，分析时间也能一定程度缩短。建立了气相色谱一串联质谱法对膨化食品中的环氧乙烷进行测定，目前相关的报道方法较少，相对于气相色谱质谱法，对化合物的定性定量更为准确，同时检测限更低。该方法经方法学试验验证，适用于膨化食品中环氧乙烷的测定。1材料与方法1.1 仪器与试剂岛津TQ8050气相色谱串联质谱仪（GC-MS/MS，配EI源)；Milli-QAdvantageA10超纯水系统，法国MerckMillipore公司产品；IKAMS3涡旋振荡器，德国IKA公司产品；九阳JYL-C23搅拌机，九阳股份有限公司产品。试剂：氯化钠（分析纯），上海安谱公司提供；标准品：环氧乙烷（1 0 0 0 mg/L于水中），天津阿尔塔公司提供。1.2标准溶液的配置（1）标准储备溶液。准确移取环氧乙烷1 mL于装有5mL水的1 0 mL容量瓶中，加水定容至刻度，摇匀，得到质量浓度为1 0 0 g/mL的标准储备液，4下避光保存。(2）标准中间液（1 0.0 g/mL）。吸取储备液1.0mL于1 0 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到混合标准中间液。(3）基质标准工作曲线。分别称取0.5g空白基质于2 0 mL顶空瓶中，加入2 g氯化钠和5mL去离子水，用微量注射器快速加人一定量的标准中间液或标准储备溶液，快速密封瓶盖，得到基质标准工作曲线质量浓度分别为0.0 5，0.1 0，0.2 0，0.50，1.00,2.00 g/mL。1.3样品前处理黄水林，等：顶空进样气相色谱串联质谱法快速测定膨化食品中的环氧乙烷残留量快速密封瓶盖，上GC-MS/MS测定。1.4仪器条件1.4.1顶空条件平衡温度8 0，平衡时间30 min，进样针温度85。1.4.2色谱条件安捷伦PLOT-Q石英毛细柱（30 m0.32mm，20m，购自安捷伦公司）；进样口温度为2 7 0；升温程序：50 保持1 min，以5/min升至8 0，以1 0/min升至2 7 0 保持5min；载气（He）流速1.5mL/min，接口温度为2 8 0，进样量50 0 L；分流进样，分流比5：1。1.4.3质谱条件电子轰击（EI）离子源；电子能量7 0 eV；四极杆温度1 50；离子源温度2 50；溶剂延迟为5min；M R M 采集模式：定量离子对质荷比为44.0/29.0m/z；碰撞能量5eV；定性离子对质荷比为44.0/30.0m/z；碰撞能量5eV。环氧乙烷定量及定性离子的提取离子流色谱图见图1。14 000上12.000sdo/草至10.0008.0006 0004.0002.0000614 00012.000sd/至10.00080006.0004.0002.00006图1 环氧乙烷定量及定性离子的提取离子流色谱图2结果与分析2.1平衡温度的选择由于环氧乙烷沸点较低，只有1 0.6，因此在测定过程中采用顶空预热，气体进样的方法进行测定。随着平衡温度升高，试验对比了50，6 0，7 0，53称取具代表性样品约50 g，粉碎混合均匀，密封-1 8 下保存备用。称取粉碎后的试样0.5g（精确至0.0 1 g）于20mL顶空瓶中，加人2 g氯化钠和5mL去离子水，81012141618时间t/min(a)定性离子m/=44.030.0810时间t/min(h)定量离子m/=44.029.01214161820205480，90 作为平衡温度对环氧乙烷响应值的影响。平衡温度对环氧乙烷响应值的影响见图2。300000250.000sd/200000150000100.00050000050图2 平衡温度对环氧乙烷响应值的影响由图2 可知，温度越高，顶空瓶气相中的环氧乙烷含量越大，所测得的环氧乙烷峰面积就越大，但随着温度升高，同样水蒸气在气相比例增大，含量升高，在测定的过程中随环氧乙烷一起进人色谱柱，影响环氧乙烷最终的响应。另外，在90 时，由于温度太高，接近水的沸点，蒸汽压大会导致顶空瓶有漏气风险。因此，最终选择8 0 为平衡温度。2.2平衡时间的优化在不同的样品中，环氧乙烷从样品迁移到水相，再从水相迁移到气相，最终达到气液平衡，所需时间存在一定的差异。因此，为了尽量减少平衡时间，同时保证环氧乙烷的气液平衡，对不同的平衡时间进行了探究。以环氧乙烷的响应值为考查依据。平衡时间对环氧乙烷响应值的影响见图3。300000250.000200000150.000100.00050000010图3平衡时间对环氧乙烷响应值的影响由图3可知，在8 0 的情况下，平衡时间越长，测得的环氧乙烷响应值越高，但30 min以后，环氧乙烷响应值没有明显变化，为了缩短试验时间，防止因平衡时间过长而造成压力过大产生泄漏，导致响应值降低，对试验人员和仪器造成危险，最终选择气液平衡时间为30 min。2.3氯化钠用量的优化在顶空进样的前处理试验中，一般在水相中加人一定量的氯化钠等盐类，目的在于增大溶液的离子强度，从而降低促进挥发成分在水中的溶解度，使气液平衡往右移，有利于促进环氧乙烷进人气相，试验考查了氯化钠用量对环氧乙烷响应的影响。氯化钠用量对环氧乙烷响应值的影响见图4。由图4可知，当氯化钠用量达到2.0 g时，环农产品加工so/200000150000100.000500000图4氯化钠用量对环氧乙烷响应值的影响6070平衡温度 /1520253035平衡时间t/min2023年第1 0 期300000上2500000.58090401.0氯化钠用量/氧乙烷的响应趋于最大，但顶空瓶内体积较小，为了不影响气相体积，最终选择2.0 g氯化钠为最佳用量。2.4基质效应的探究在环氧乙烷释放的过程中，样品里一些化学性质和物理性质与环氧乙烷相似的物质也会随着温度的上升而释放到气相中，并与环氧乙烷一起进入色谱和质谱。在分析的过程中，可能会与环氧乙烷竞争离子化，从而影响环氧乙烷的离子化程度，进一步导致回收率出现较大偏差，因此需要对基质效应进行探究。试验选择饼干、薯片和方便面3种不同的膨化食品基质进行基质曲线的配制，质量浓度如1.2，同时配制使用纯水配制标准曲线，纯水用量增加0.5mL以代替样品质量。分别在仪器下测定，以定量离子为纵坐标，拟合曲线方程后，将方程斜率进行对比，结果发现，饼干、薯片和方便面的基质曲线斜率分别为纯水配制标准曲线斜率的8 1.2%，75.3%，7 9.5%，说明响应抑制率均大于1 0%，基质负效应严重，因此需要采用基质曲线进行定量校准。2.5线性参数及灵敏度试验使用饼干、薯片和方便面3种不同的膨化食品为基质，根据1.3节方法处理后，采用气相色谱串联质谱进行测定，按照采集的定量离子，记录对应峰面积，以此峰面积为纵坐标，质量浓度为横坐标，进行一次方程线性回归，相关系数均大于0.999，说明方程的线性关系良好，具有准确定量的能力。以仪器的3倍和1 0 倍信噪比，确定方法的检出限为0.2 mg/kg，方法定量限为0.5mg/kg。说明方法的定量能力好，灵敏度高。环氧乙烷的线性参数和灵敏度见表1。表1 环氧乙烷的线性参数和灵敏度线性范围相关系检出限定量限基质标准曲线/g:L-1饼干502000Y=243 321X+12 331薯片502000Y=216 781X+15442方便面502000Y=229987X+13.0092.6试验回收率及精密度1.5数R2/mg:kgl/mg:kgrl0.99990.20.999 40.20.99910.22.02.50.50.50.52023年第10 期为了验证方法整体的回收率是否达到日常测定的要求，试验使用饼干、薯片、方便面3种膨化食品基质进行加标，并使用对应的基质曲线进行定量。选择环氧乙烷呈阴性的3种基质，按照方法定量限的1倍、2 倍和5倍进行加标，3个水平的质量浓度分别做6 个平行试样，计算得出平均回收率为8 6.4%9 9.4%，相对标准偏差为3.56 8.8 9%。环氧乙烷加标回收率和精密度见表2。表2 环氧乙烷加标回收率和精密度添加量测得值化合物/mg:kg*l饼干0.5,1.0,2.5薯片0.5,1.0,2.5方便面0.5,1.0,2.5由表2 可知，该方法回收率高、精密度好，适合用于检测膨化食品中的环氧乙烷含量。2.7方法的实际应用对建立的方法进行实际样品的测定，随机选择市售样品30 个（饼干、薯片、方便面各10 个），按照1.3处理后，仪器测定，结果为30 个样品均为检出环氧乙烷。3结论试验建立了顶空进样结合气相色谱串联质谱测定膨化食品中环氧乙烷含量的分析方法，优化了顶空平衡的温度、时间及氯化钠用量等关键因素，对其参数进行了优化选择。使用气相色谱串联质谱测定，相对于一般的气相色谱质谱联用法，可对二级子离子进行筛选，定性定量更为准确，同时对环氧乙烷选择性更高，方法整体检出限更低，灵敏度更高。考查了不同基质的基质效应，并用基质曲线进行定量校正，结果令人满意。方法学试验表明，方法的回收率和精密度均较好，满足一般试验的测定要求。后续研究方向可对膨化食品中的易挥发违禁物进行多组分的同时测定，或者通过衍生或固相微萃取等手段对环氧乙烷进行测定，以对相关研究提供方向和参考依据。参考文献：1 张丽芬，强锋，王勇.环氧乙烷检测方法研究进展与建议J】，化学工程与装备，2 0 2 3（3)：2 0 9-2 11.2唐鹏.化工行业中环氧乙烷的危险性及防范措施分析，广州化工，2 0 2 2，50（19)：2 14-2 16，2 53.3王萌，金辉，王林，等.我国环氧乙烷生产及市场分析预测化学工业，2 0 2 2，40（4)：8 3-8 7.4云无心。哈根达斯检出环氧乙烷，现在的冰激凌还能吃黄水林，等：顶空进样气相色谱串联质谱法快速测定膨化食品中的环氧乙烷残留量吗.生命与灾害，2 0 2 2（10)：35，34.5 罗育浩，刘向辉，张哲，等.顶空气相色谱法测定一次性使用雾化器中的环氧乙烷残留量J.河南科技，2022,41(34):95-98.6张霞，周雯，王有森.环氧乙烷在灭菌物品中残留量测定及毒性研究进展。中国消毒学杂志，2 0 0 5，2 2（2)：217-218.7Lyu R Q,Xi Y B,Lyu J L,et al.Advances in thefourth-generation fluoroquinolone antibacterial agents J:Chinese Journal of New Drugs,2012,21(13):1 485-1 493.相对标准回收率%/g:kgl0.43,0.96,2.380.47,0.89,2.290.45,0.99,2.3955：8 Hao T H,Liu H,Chen C Q.Advances in study on influ-偏差%ence of crystal transformation on drug stability J.Drugs86.4,95.8,95.0 3.56,8.89,3.88&Clinic，2 0 13，2 8(3)：457-46 0.93.5,88.6,91.7 4.44,5.85,7.899Su W.Progress in clinical research of prulifloxacin J.90.2,99.4,95.6 6.60,8.08,3.89Chin J Pharmacoepidemiol,2013(7):394-396.101Ma L W,Du W,Zhao C S.Advances in the quantitativeanalytical methods of drug polymorphism J.Acta Phar-maceutica Sinica，2 0 11,46 (8):8 9 6-9 0 3.11 陈名清，刘灿，唐宝强，等.顶空气相色谱法测定15-羟基硬脂酸聚乙二醇酯中环氧乙烷和二氧六环含量 中国药品标准，2 0 2 3，2 4（2)：2 0 5-2 11.12 吕亚宁，张逸君，胡亚蓉，等。顶空-气相色谱法测定芝麻和茶叶中环氧乙烷的残留量J】，粮油食品科技，2023,31(2):154-162.13 李学洋，刘姗姗，杨雪，等。顶空-气相色谱法测定防护服口罩类防疫物资中环氧乙烷残留量 印染助剂，2023,40(3):53-56.14】王会娟，王珏，王晓锋，等.GC法测定聚山梨酯6 5/8 5中乙二醇、二甘醇、三甘醇及环氧乙烷和二氧六环杂质的含量：药物分析杂志，2 0 2 2，42（9)：16 34-1642.15】刘爱娟，孟凯，陈蕾，等.气相色谱法分析药品包装材料中环氧乙烷残留量.药物分析杂志，2 0 2 2，42（7)：1 216-1 222.16潘劲韬.顶空气相色谱质谱联用法测定食品接触材料及制品中环氧乙烷迁移量】：食品安全导刊，2 0 2 3（2）：74-76.17】李应培，邓琪锦，区丽华，等.HS-CC-MS测定无纺布中的环氧乙烷残留量】.中国纤检，2 0 2 2（10)：6 0-62.18文刘春亮，刘小琼，张磊，等.琥珀酸美托洛尔中潜在的环氧乙烷类基因毒性杂质含量测定研究.中国药物警戒，2 0 2 3，2 0（4)：37 0-37 3，37 8.19 岳大磊，张子豪，李全忠，等。吹扫捕集-气相色谱-串联质谱法测定儿童防护口罩中环氧乙烷、环氧丙烷】：化学分析计量，2 0 2 1，30（12）：1-5.20】江丰，吴婉琴，黎星，等.顶空/气相色谱-质谱法测定食品中环氧乙烷及其代谢物2-氯乙醇残留量J：食品科技，2 0 2 1，46（7)：2 9 5-30 0.