高分子印迹固相萃取-气相色谱/质谱法测定动植物油脂中15+1种欧盟优控多环芳烃
朱琳1, 阮华1, 马永建1,2, 刘华良2     
1. 东南大学公共卫生学院营养和食品卫生学系;
2. 江苏省疾病预防与控制中心
摘要: 目的 建立一种高分子印记固相萃取-气相色谱/质谱联用(MISPE-GC/MS)法测定动植物油脂中15+1种欧盟优控多环芳烃的检测方法。方法 样品经环己烷稀释后, 于高分子印记固相萃取柱净化, 洗脱液最终浓缩定容至200 μL, 采用气相色谱柱分离, 选择离子模式进行扫描, 内标法定量。结果 本方法检出限为0.25~0.94 μg/kg。对所有目标化合物在2~200n μg/L范围内有很好的相关性, 相关系数均大于0.99。日内精密度小于15%, 在2、10、20 μg/kg 3个加标水平下, 16种PAHs回收率为37.90%~105.24%, 相对标准偏差均小于15%。结论 本实验所建立的方法灵敏度好、选择性高。
关键词: 多环芳烃     欧盟     高分子印记固相萃取     气相色谱/质谱法    
Determination of the 15+1 European Priority Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Vegetable and Animal Oil by Using Molecularly Imprinted Solid-phase Extraction Followed by Gas Chromatography-mass Spectrometry
Zhu Lin1, Ruan Hua1, Ma Yongjian1,2, Liu Hualiang2     
Abstract: Objectives A method based on molecularly imprinted solid-phase extraction and gas chromatography-mass spectrometry (MISPE-GC/MS) for the determination of 15+1 European priority polycyclic aromatic hydrocarbons in vegetable and animal oil has been developed. Methods The oil samples were diluted with cyclohexane and cleansed up by molecularly imprinted solid-phase extraction catridge (MISPE). The fraction was concentrated to 200 μL for GC/MS analysis. The PAHs were separated on an Agilent J&W DB-EUPAH column(20 m×0.18 mm×0.14 μm), selected ion monitoring (SIM) mode was used and CHRD12, BaPD12 and DiPD14 were used as internal standards for quantification. Results The detection limits of 16 PAHs were 0.25~0.86 μg/kg, The linear relation for all target compounds were in the range of 2~200 μg/L with a correlation coefficient over 0.99. The Intra-day precision is less than 15%. The recoveries of spiked samples at the level of 2, 10 and 20 μg/kg were in the rang of 37.90%~105.24%, the relative standard deviations were all less than 15%. Conclusion The method was sensitive and selective.
Key words: polycyclic aromatic hydrocarbons     european priority     molecularly imprinted solid-phase extraction     gas chromatography-mass spectrometry    

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是指两个及两个以上苯环以稠环形式相连的一类持久性有机污染物[1],有4个及4个以下苯环的属轻质多环芳烃,多于4个苯环的属重质多环芳烃。因PAHs对人类具有潜在的致癌性和致畸性,环境样品和食品中PAHs的检测都备受关注。目前,关于动植物油脂中多环芳烃的检测主要针对16种美国环保署(EPA)优控PAHs,而针对2008年欧洲食品安全局(EFSA)综合欧洲食品科学委员会(SCF)和食品添加剂联合专家委员会(JECFA)风险评估结论而提出的15+1种欧盟优控多环芳烃(EU-priority PAHs)的报道较少。15+1 EU-priority PAHs中包括8种EPA优控PAHs及其他8种新物质,最重要的一个特点是EU优控剔除了EPA优控中的轻质多环芳烃,新增了更多重质多环芳烃。

目前,在动植物油脂中15+1 EU-priority PAHs的前处理方法中,采用较多的是液液萃取提取,再经凝胶渗透色谱法(GPC)进一步净化[2]或供体受体络合物色谱法(DACC)直接处理[3-5],其检测方法主要有高效液相色谱—荧光检测法(HPLC-FID)或气相色谱/质谱法(GC/MS)。以上的方法各具优点但仍存在不足,如传统液液萃取和GPC方法繁琐费时且有毒溶剂的消耗量大;DACC法检测速度快,但在线DACC法对仪器要求较高,离线DACC法手动收集馏分的工作量较大。对由多数重质多环芳烃组成的15+1 EU-priority PAHs的定量检测有以下困难:因环戊[cd]芘不具荧光吸收,故使用HPLC-FID法定量检测需再采集紫外图谱才能全部定量;使用GC/MS法,常规非极性气相色谱柱对某些同分异构体分不开,同时分子量最大的几种重质多环芳烃存在响应信号强度歧视现象,会导致它们的检出限增加[6]

在限量方面,苯并[a]芘一直作为多环芳烃的标志物进行限量,我国食品卫生标准中规定各类食用油中苯并[a]芘的卫生限值为10 μg/kg。但EFSA的多年研究结果显示仅将苯并[a]芘作为多环芳烃的标志物并不科学,于2011年8月19日发布了Regulation(EC)No 835/2011法规[7],该项法规规定了食物中4种多环芳烃污染物的总含量作为评价多环芳烃污染的1个指标,苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽和䓛总和卫生限值为10 μg/kg,苯并[a]芘的卫生限值为2 μg/kg,于2012年9月1日开始实施。

本研究首次报道以商品化高分子印迹固相萃取柱直接前处理动植物油脂,采用Agilent公司针对EU-PAHs的专用气相色谱柱定量检测15+1 EU-priority PAHs。本方法灵敏、快速、环境友好,其检测限能满足国内及欧盟相关限量标准,为检测动植物油脂中15+1 EU-priority PAHs提供了较好参考。

1 实验部分 1.1 仪器与试剂

7890/5975C气相色谱/质谱联用仪(美国Agilent公司);氮吹浓缩仪(美国Organomation Associates. Jnc公司);万分之一电子天平(德国Sartorius公司);固相萃取装置和SupelMIP 52773-U固相萃取小柱(3 mL,50 mg,美国Supelco公司)。

15种多环芳烃混合标准品:苯并[a]蒽、䓛、5-甲基䓛、苯并[b]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[g, h, i]苝、苯并[a]芘、二苯并[a, h]蒽、二苯并[a, e]芘、二苯并[a, h]芘、二苯并[a, i]芘、二苯并[a, l]芘、茚并[1, 2, 3-cd]芘、环戊[cd]芘,每种物质浓度为10 mg/L的乙腈溶液,1 mL;苯并[c]芴,浓度为10 mg/L的乙腈溶液,10 mL(德国Dr. Ehrenstorfer Gmbh公司)。内标标准品:氘代十二䓛,浓度为10 μg/mL的乙腈溶液,10 mL;氘代十二苯并[a]芘,浓度为10 mg/L的乙腈溶液,1mL(德国Dr. Ehrenstorfer Gmbh公司);氘代十四二苯并[a, i]芘,5 mg(加拿大CDN公司)。称取16种PAHs混合标准品和内标混合标准品,用乙酸乙酯稀释成浓度均为1 mg/L的混合标样储备液和混合内标储备液,置冰箱4℃条件下避光保存。

正己烷、四氢呋喃、乙酸乙酯(色谱纯,美国Tedia公司)。

1.2 样品净化

稀释食用油:称取动植物油脂样品1 g,加入环己烷1 mL,该稀释液待高分子印迹固相萃取柱净化。

高分子印记固相萃取法(MIP-SPE):以环己烷1 mL淋洗高分子印迹固相萃取小柱,保持柱润湿,将稀释液1 mL移至小柱上,上样速度应控制小于1 mL/min,再用环己烷1mL淋洗小柱,去除杂质,此步骤速度应在0.5~1 mL/min之间。最后用乙酸乙酯3 mL分3次洗脱,洗脱速度保持在0.5 mL/min,收集洗脱液,氮吹至近干。加混合内标溶液20 μL,再加乙酸乙酯180 μL复溶,待GC/MS定量分析。

1.3 色谱质谱条件

Agilent J & W DB-EUPAH色谱柱(20 m×0.18 mm ×0.14 μm)。柱始温70℃保持0.8 min,以70℃/min的速率升温至200℃,2.5℃/min升温至225℃,3℃/min升温至266℃,5℃/min升温至300℃,15℃/min升温至315℃,保持6 min。进样口温度325℃,不分流进样,进样1 μL,0.80 min后开启分流阀,分流流量60 mL/min。进样口衬管和石英棉均硅烷化。载气:高纯氦,柱流量1.7 mL/min。

传输线温度330℃;四级杆温度180℃;EI源,温度300℃,电离能量70 eV;全扫描m/z 50-550;溶剂延迟6 min。选择离子扫描参数见表 1

表 1 15+1种欧盟多环芳烃及内标物质的保留时间、选择离子和检出限
化合物名称缩写保留时间(min)定量离子(m/z)定性离子(m/z)相关系数(R)LOD(μg/kg)使用的内标物质
苯并[c]芴BcF10.30216215 1080.9980.34CHRD12
苯并[a]蒽BaA14.89228226 2290.9980.33CHRD12
环戊[cd]芘CPP15.15226227 1130.99970.42CHRD12
氘代十二䓛CHRD1215.20240
CHR15.38228226 2290.9980.28CHRD12
5-甲基䓛5MC18.24242241 2390.9980.37BaPD12
苯并[b]荧蒽BbF22.04252253 1250.9980.32BaPD12
苯并[k]荧蒽BkF22.22252253 1250.9980.38BaPD12
苯并[j]荧蒽BjF22.39252253 1260.9980.36BaPD12
氘代十二苯并[a]芘BaPD1224.44264
苯并[a]芘BaP24.61252253 1250.9980.46BaPD12
茚并[1, 2, 3-cd]芘IcP30.71276138 2770.9980.25BaPD12
二苯并[a, h]蒽DhA30.93278276 1380.9970.38BaPD12
苯并[g, h, i]苝BgP32.11276138 2770.9970.28BaPD12
二苯并[a, l]芘DlP36.23302300 1510.9980.86DiPD14
二苯并[a, e]芘DeP37.46302300 1510.9980.65DiPD14
氘代十四二苯并[a, i]芘DiPD1438.06316
二苯并[a, i]芘DiP38.22302300 1510.99920.83DiPD14
二苯并[a, h]芘DhP38.67302300 1510.99970.94DiPD14

2 结果与讨论 2.1 净化方式的选择及优化

高分子印迹固相萃取技术因其对目标分子具有高度的选择性,更有利于对含量低的目标分子进行富集与分离,近些年来已逐步应用于食品安全控制[8]。本研究中所使用的专用于多环芳烃的高分子印迹固相萃取柱能很好的保留动植物油脂中的多环芳烃,将基质部分的油脂等物质洗脱除净。但是对于小环(2~3环)的多环芳烃没有保留,并且对芘不能定量保留,故该高分子印迹固相萃取柱可专用于15+1 EU-priority PAHs的前处理。相对于传统前处理方法,该净化方法简单易行,消耗溶剂较少,处理速度较快,能够在短时间内实现实验室大批量样品处理。

2.2 色谱柱的选择及条件优化

传统5MS气相色谱柱应用于15+1 EU-priority PAHs的定量检测,分离效果不好,主要存在以下几个问题:苯并[b]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[k]荧蒽这3种同分异构体在尝试各种优化条件后都无法完全分开,因3种物质的毒性当量因子相同,许多文献在定量时都只计算总量;苯并[a]蒽和环戊[cd]芘也不能完全分离;茚并[1, 2, 3-cd]芘和二苯并[a, h]蒽也较难分离,经过条件优化,能够实现分离[9]

AgilentJ & W DB-EUPAH色谱柱很好的解决了以上分离问题,但持续的高温色谱条件会影响进样口的稳定性,导致仪器日间精密度变差,尤其是重质多环芳烃易受到更大的影响。经过试验,因重质多环芳烃在苛刻的色谱条件下有基质效应,用基质加标法定量能改善最后出峰的4种六环多环芳烃的稳定性。按1.3节所列条件进样,SCAN模式下,1mg/L 15+1 EU-priority PAHs混合标样的总离子流图见图 1

1.苯并[c]芴(Benzo[c]fluorene,BcF);2.苯并[a]蒽(Benz[a]anthracene,BaA);3.环戊[cd]芘(Cyclopenta[cd]pyrene,CPP);4.䓛(Chrysene,CHR);5.5-甲基䓛(5-Methyl chrysene,5MC);6.苯并[b]荧蒽(Benzo[b]fluoranthene,BbF);7.苯并[k]荧蒽(Benzo[k]fluoranthene,BkF);8.苯并[j]荧蒽(Benzo[j]fluoranthene,BjF);9.苯并[a]芘(Benz [a] pyrene,BaP);10.茚并[1, 2, 3-cd]芘(Indeno[1, 2, 3-cd]pyrene,IcP);11.二苯并[a, h]蒽(Dibenzo[a, h]anthracene,DhA);12.苯并[g, h, i]苝(Benzo[g, h, i]perylene,BgP);13.二苯并[a, l]芘(Dibenzo[a, l]pyrene,DlP);14.二苯并[a, e]芘(Dibenzo[a, e]pyrene,DeP);15.二苯并[a, i]芘(Dibenzo[a, i]pyrene,DiP);16.二苯并[a, h]芘(Dibenzo[a, h]pyrene,DhP) 图 1 15+1种欧盟多环芳烃混合标样SCAN模式下总离子流图

2.3 方法特性试验

2.3.1 方法线性范围和检出限

以乙酸乙酯为溶剂,将混合标样储备液进一步稀释,配制浓度为2,5,10,20,50,100,200 μg/L的系列混合标准溶液,并在每一浓度均添加100 μg/L的混合内标液。按1.3节检测,以各物质定量离子响应峰面积与内标物定量离子响应峰面积之比为纵坐标,各物质浓度为横坐标,绘制线性曲线,并进行线性回归计算。结果表明,各物质浓度在2~200 μg/L(相当于1 g动植物油脂样品中各物质质量浓度为0.8~80 μg/kg)范围时与峰面积呈现良好的线性关系,相关系数均大于0.99。

以3倍信噪比计算检出限(LOD),结果见表 1。从表 1可见,16种PAHs的LOD为0.25~0.94 μg/kg。

2.3.2 精密度

分别将浓度为100 μg/L的混合标样日内重复进样及3日内重复进样各6次,计算日内精密度和日间精密度。从表 2可见,前12种目标化合物的日内及日间精密度均小于10%,最后4种六环多环芳烃的精密度较差,最大值为31.17%。造成该现象的原因主要有两点:一是六环多环芳烃有较明显的基质效应,用基质加标法建立校正曲线能有效改善该现象;二是持续高温的色谱条件会影响进样系统的稳定性,故分析此类化合物时应尽量保证惰性的GC/MS进样系统。

表 2 15+1种欧盟多环芳烃的方法确证性实验
化合物名称加标(2 μg/kg,n=6)加标(10 μg/kg,n=6)加标(20 μg/kg,n=6)RSD(%)
回收率(%)RSD(%)回收率(%)RSD(%)回收率(%)RSD(%)日内日间
苯并[c]芴71.094.3572.679.0964.054.761.051.64
苯并[a]蒽86.666.9382.6010.3576.275.441.032.45
环戊[cd]芘41.882.5239.9710.9537.906.030.583.40
87.147.7890.638.5580.455.610.871.14
5-甲基䓛78.029.7582.829.2476.485.510.782.43
苯并[b]荧蒽92.2414.6497.786.9987.355.211.100.94
苯并[k]荧蒽88.3110.1190.8010.1184.395.201.220.62
苯并[j]荧蒽70.9314.7588.2010.4182.735.381.660.69
苯并[a]芘81.688.8885.537.8980.265.021.542.32
茚并[1, 2, 3-cd]芘99.8510.9186.218.1175.876.001.565.14
二苯并[a, h]蒽105.2414.36103.078.5588.574.854.148.23
苯并[g, h, i]苝65.9911.9780.3710.9771.206.482.096.36
二苯并[a, l]芘87.305.2188.0911.0895.168.254.5131.17
二苯并[a, e]芘90.028.4698.967.5295.867.489.2726.71
二苯并[a, i]芘73.326.0278.649.9673.726.5912.3928.33
二苯并[a, h]芘64.6510.8164.9110.4860.343.9113.4930.10

2.3.3 空白实验

称取油大约40 g到圆底烧瓶中,加入活性炭2 g,于旋转蒸发仪中90℃加热2 h,离心后上层液过0.45 μm滤膜,得到空白植物油。取该油1 g,进行与检测实际样品完全一样的步骤,结果表明未检出目标分析物。

2.3.4 回收率

以2.3.3中制备的空白植物油为基质,在基质中分别添加2、10和20 μg/kg的混标溶液,按1.2和1.3方法平行处理和测定6次(表 2)。除环戊[cd]芘的回收率在40%左右外,其他15种目标化合物的回收率为60.34 %~105.24%,相对标准偏差均小于15%。环戊[cd]芘的回收率较低可能因其结构与芘最为接近,不能被高分子印迹固相萃取柱完全保留。

3 实际样品分析结果

为考察方法的适用性,按本方法对市售的5种不同类别的植物油进行测定,样品包括亚麻籽油、葵花油、橄榄油、花生油、大豆油,根据各PAH的保留时间及特征离子定性,提取定量离子的峰面积定量,苯并[a]芘有3份样品检出,检出量在0.92~1.47 μg/kg,完全符合我国设定苯并[a]芘10 μg/kg和欧盟2 μg/kg的限量标准。苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽和䓛的检出量在2.47~6.80 μg/kg,满足欧盟限值10 μg/kg的标准。本法用于实际样品的检测,结果令人满意。

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中国疾病预防控制中心主办。
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朱琳, 阮华, 马永建, 刘华良
Zhu Lin, Ruan Hua, Ma Yongjian, Liu Hualiang
高分子印迹固相萃取-气相色谱/质谱法测定动植物油脂中15+1种欧盟优控多环芳烃
Determination of the 15+1 European Priority Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Vegetable and Animal Oil by Using Molecularly Imprinted Solid-phase Extraction Followed by Gas Chromatography-mass Spectrometry
环境卫生学杂志, 2013, 3(2): 122-125, 128
Journal of Environmental Hygiene, 2013, 3(2): 122-125, 128

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