烟草中烟草包装中的光引发剂检测方案(气相色谱仪)

9 使用 Agilent Bond Elut QuEChERSdSPE 样品前处理技术结合 HP-5ms气相色谱柱对烟草包装中的光引发剂进行 GC/MS分析 作者 摘要 叶宁天津东洋油墨有限公司 利用 Agilent Bond Elut QuEChERS dSPE 试剂盒，建立了一种检测烟草包装中残留光引发剂的可靠高效方法。18种光引发剂在 0.4-4 pg/mL 之间线性关系良好(R>0.99)，3个加标水平的回收率在82.5%-106.8%之间，精密度为1.0%-4.6%， LOD 为0.18-0.77mg/m²， LOQ 为 0.60-2.57 mg/m²。此外，由于该方法所需的测试时间较短，也就为高通量检测烟草包装物中的光引发剂提供了可能。 前言 UV 固化油墨具有固化速度快、绿色环保等优点，因此被广泛应用于烟草包装印刷。而光引发剂 (Photoinitiators， Pls) 作为 UV 固化油墨的主要成分，利用其感光基团在光吸收过程中产生活性成分，从而引发单功能、多功能单体发生聚合交联反应来发挥作用。但油墨固化后，部分光引发剂可能会残留在包装中。在一定条件下，如果包装材料的阻隔性能不好，残留的光引发剂便会迁移到包装内的卷烟中，吸烟者长期接触被污染的卷烟，就可能对人体健康造成更大危害。这便使光引发剂具有了潜在的威胁，受到了相关国家和部门的重视，欧盟及瑞士已经在相关法规中制定了光引发剂的限制要求。2005年，瑞士联邦家庭事务部 (FDHA)颁布 RS817.023.21法令，规定了96种许可使用印刷油墨中的光引发剂物质及其特定迁移限量 (SML) 要求；2010年，欧盟印刷油墨协会(EuPIA) 针对印刷用油墨中的光引发剂颁布了《低迁移UV光引发剂许可使用名单》，并规定了低迁移光引发剂的特定迁移限量。中国烟草总公司也于2013年9月4日发布了企业标准 YQT31-2013《卷烟条与盒包装纸中光引 发剂的测定气气色谱-质谱联用法》，并于2015年颁布了 YQ 69-2015《卷烟条与盒包装纸安全卫生要求》，对光引发剂的限量要求作出明确规定。对于盒包装纸，二苯甲酮类总量不得超过 20 mg/m²，二苯甲酮类指二苯甲酮、2-甲基二苯甲酮、3-甲基二苯甲酮、、44-甲基二苯甲酮；异丙基硫杂蒽酮总量不得超过25mg/m²，异丙基硫杂蒽酮指2-异丙基硫杂蒽酮、4-异丙基硫杂蒽酮；对-N，N-二甲氨基苯甲酸乙酯的含量不得超过 10mg/m²；2-甲基-1-(4- 甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮的含量不得超过 10mg/m；4，4'-双(二甲氨基)二苯酮的含量不得超过 10mg/m ； 4，4'-双(二乙基氨基)二苯酮的含量不得超过 10 mg/m。 本应用利用 Agilent Bond Elut QuEChERS dSPE 试剂盒，参考YQT31-2013标准，建立烟草包装中18种光引发剂的检测方法。表1给出了这些光引发剂的化学信息，其中 logP 为正辛醇/水分配系数。 表1.18种光引发剂的化学和法规信息 序号 名称 商品名 logP Cas号 分子式 结构 OH 1 2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮 1173 1.485 7473-98-5 C10H1202 2 苯甲酰甲酸甲酯 MBF 1.464 15206-55-0 C，H，03 3 二苯甲酮 BP 3.214 119-61-9 C13H100 4 2-甲基二苯甲酮 2-MBP 3.784 131-58-8 C4H120 0 5 1-羟基环己基苯基酮 Irgacure 184 2.175 947-19-3 C13H1602 6 对-N，N-二甲氨基苯甲酸乙酯 EDB 2.511 10287-53-3 CmH15NO2 7 3-甲基二苯甲酮 3-MBP 3.857 643-65-2 C4H120 8 4-甲基二苯甲酮 4-MBP 3.874 134-84-9 C4H120 以 序号 名称 商品名 logP Cas 号 分子式 结构 9 2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮 BDK 3.622 24650-42-8 C16H1603 10 邻苯甲酰苯甲酸甲酯 0MBB 2.608 606-28-0 C15H120： 11 对二甲氨基苯甲酸异辛酯 EHDBA 5.412 21245-02-3 C7H27NO2 12 2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉 基-1-丙酮 Irgacure 907 2.439 71868-10-5 C15H2NOS 13 4-异丙基硫杂蒽酮 4-ITX 5.048 83846-86-0 C16HOS 14 2-异丙基硫杂蒽酮 2-ITX 5.113 5495-84-1 C16H10S 0 15 联苯基苯甲酮 PBZ 5.142 2128-93-0 CigH140 16 2，4-二乙基硫杂蒽酮 DETX 5.673 82799-44-8 C7H1eOS 17 4，4'-双(二甲基氨基)二苯酮 MK 3.870 90-94-8 C17H20N20 18 4，4'-双(二乙基氨基)二苯酮 DEAB 5.908 90-93-7 C21H28N20 试剂和化学品 所有试剂和溶剂均为色谱纯级。乙腈(ACN)、正己烷(HEX)、乙酸乙酯 (EA) 及水 (WATER) 购自 Honeywell 公司。光引发剂标准品购自 Sigma-Adrich 公司 (M0)。内标物质气代蒽(纯度99.5%) 购自 Dikma 公司 (CA)。实验分析所用的已确认不含有此18种光引发剂的包装材料空白样品，购于当地印刷公司。 仪器和材料 Agilent 7890B 气相色谱系统(GC)(安捷伦科技公司) ( Agilent 5977A 单四极杆气质联用系统 (MSD)(安捷伦科技 公司) ) ( Agilent 4513A 自动进样器 (ALS)(安捷伦科技公司)； 1 0 .0pL 自动进样针(安捷伦科技公司，部件号9301-0713) ) ( Agilent Bond Elut QuEChERS dSPE 试剂盒(安捷伦科技公 司，部件号5982-5122CH) ) KQ5200DE 型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)IKA Vortex Genius3漩涡混匀器(IKA仪器设备有限公司)湘仪 3-30 Kr/min 高速离心机(长沙湘仪离心机仪器有限公司) 气相色谱条件 色谱柱： Agilent J&W HP-5ms， 30 mx0.25 mm， 0.25 pm(部件号190191S-433) 衬管： 超高惰性衬管，带玻璃毛(部件号5190-2295)进样口： 分流/不分流 进样方式： 分流，分流比40：1 进样量： 1pL 进样口温度：300℃ 载气： He (纯度≥99.999%)，恒流模式， 1 mL/min初始柱温： 70°C ( 升温程序： 保持2 min ， 以10℃/min的速率升温至300°℃，保持5 min 后运行条件：3 0 0℃，5min ) 调谐文件： Atune.u 电离方式： 电子轰击源(EI) 检测模式： 选择离子检测 (SIM) 离子源温度： 280°C 四极杆温度： 150°C 传输线温度： 300°C 溶剂延迟： 6.5 min 标准溶液的制备 购买浓度为 100 pg/mL的含18种光引发剂的混合标准溶液(溶剂：乙腈)，在0-4°C条件下避光密封保存，有效期1个月。 准确角取100 mg 内标物质氘代蒽，精确至0.1mg， 用乙腈溶解并定容于 100 mL 棕色容量瓶中，即得到浓度为1 pg/pL的内标溶液。在0-4℃条件下避光密封保存，有效期6个月。 分别准确移取40 pL、100 pL、200 pL 和 400 pL的混合标准溶液至4个10mL的棕色容量瓶中，分别加入 200pL内标溶液，用正己烷-完酸乙酯 (V/V=3：7)溶液定容，得到4级系列标准工作溶液。其中，各级标准工作溶液含有光引发剂的含量分别为4 ug、10 pg、20 pg 以及 40 pg. 样品前处理 利用 QuEChERS 方法进行样品提取，具体流程如下。 取样 对硬盒包装纸，准确裁取主包装面，面积取10.0 cmx5.0 cm；对软盒包装纸，准确裁取主包装面，面积取5.0 cmx 10.0 cm；对条包装纸，在包装正面中央区域，准确裁取 5.0 cm x10.0 cm的样品；将裁取的0.5dm²样品裁剪为 0.5 cm x 0.5 cm的碎片，每个样品制作3个平行样。 提取 将剪碎的试样置于50mL 具塞三角瓶中，加 20mL水，静置30 min；准确加入20 mL 乙青和 200 pL内标溶液，超声40 min，静置5 min， 取 4mL上清液于15mL离心管中，加入3mL正己烷-乙酸乙酯 (V/V=3：7) 溶液。置于涡漩混匀器上以 500 r/min 的转速振荡5 min， 静置5 min。 净化 吸取1.5 mL 上清液于2 mL QuEChERS dSPE 离心管中，置于涡漩混匀器上以500 r/min 的转速振荡 5 min，随即置于离心机以 5000 r/min 的转速离心10 min。取上清液测试。如发现取出的上清液中含有细小颗粒，可使用 0.45 um 有机滤头过滤后测试，或置于2mL离心管中以5000 r/min 的转速离心5 min 后，取上清液测试。 结果与讨论 油墨的基质比较复杂，除了含有颜料、填料和某些助剂之外，矿物油、植物油以及合成树脂都是油墨的主体成分。而 QuEChERS 技术的核心就是在样品前处理的过程中除去多余的水分和杂质，净化液经离心后便可以直接上机进行分析。该方法可靠高效，一名分析人员在几个小时内通常能处理几十个样品。 在此实验过程中，净化步骤需小心，即从 15mL 离心管中取1.5mL上清液于2mL QuEChERS dSPE 离心管中，如果采用倾倒法加液，注意不要将水相倾入离心管中，否则就可能发生放热反应，进而会影响分析样品的回收率。 通过全扫描质谱 (SCAN)得到每种光引发剂的保留时间(RT)，根据保留时间划分时间段。再利用选择离子检测对4级标准工作溶液进行测试，图1为中浓度(1pg/mL)标液在 SIM 模式下采集的 TIC 图。由此图可以看出，HP-5ms色谱柱对18种光引发剂及内标物的分离效果良好，满足定性定量要求。此方法的采集时间为28 min， 后运行时间为5 min。因此，测试一个样品的时间不超过 40 min。 图1.中浓度标液(1 ug/mL) TIC 图， SIM 模式 1.1173；2.MBF； 3.BP； 4.2-MBP； 5. Irgacure 184；6.EDB；7.3-MBP；8.4-MBP； 9.BDK；10.0MBB； 11.EHDBA； 12. Irgacure 907； 13.4-ITX；14.2-ITX；15.PBZ； 16.DETX； 17.MK； 18.DEAB 线性 对4级系列标准工作溶液进行测试，建立线性回归方程。校准曲线的绘制是通过以分析物的相对响应值(分析物峰面积/内标峰面积)对分析物的含量作图得到的。图2给出了18种光引发剂的校正曲线和相关系数(R)，其中相关系数(R)均大于0.99。 9099L6660=Zv8 979108660=Zv8_ 9697000-X，Z866090=A tZLE000-X.8LLE890=A 01x Joix 8LZt00°0-X，9867190=A|01× 压胖 不中胖 不咖胖 x10 相对浓度 x102 x102 相对响应 相对响应 相对响应y=0.370304*x-0.002088 x102y=0.348141*x-0.001255 x102y=0.783818"x-0.004892R^2=0.99549392 5 R^2=0.99615406 1.5-R^2=0.9951168213176.56 0.19- 5440.7-32.52201.1.5 0211010TTTT -T ITT TTTTTTTTTTTTT TTTTTTT TTT TIT0.020.040.060.080.1(0.12 0.140.160.18 0.20.22 0.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20.220.24 0.020.040.060.080.1 0.120.140.160.18 0.2相对浓度 相对浓度LJ K相对响应 相对响应 相对响应-y=0.194626*x-6.849804E-004x102y=0.290256*x-0.002106 x102y=0.247107*x-0.002451?-R^2= 0.99491047 5-R^2=0.99120844 R^2=0.99068770555443322巧10.5-听0 0.TTTTT7T TTTT TTT T0020.040060.080.10.120.140.160.180.2 0.020.040.060.080.10.12 0.140.160.180.2 0020.040.060.080.10.120.140.160.180.20.220.24相对浓度 相对浓度M N相对响应 相对响应 相对响应x10-2y=0.170583*x-0.001098y=0.101302*x-6.051966E-004 x102y=0.162673*x-2.906900E-004R^2=0.99245274 R^2=0.99851473 3-R^2=0.99441958s42 2 B22 10.6-0.4 0.2-↓0.20- T TT TTTTTT TT TTTT TTT0.020.04 0.060.080.10.120.14 0.160.180.2 0.02 0.040.060.08 0.1 0.120.140.160.180.2 0.020.040.060.080.1 0.120.14 0.16 0.180.2相对浓度 相对浓度P R 相对浓度 相对浓度 图2.18种光引发剂的校正曲线，由A到R依次为：1173； MBF； BP；2-MBP； Irgacure 184； EDB； 3-MBP； 4-MBP； BDK； 0MBB； EHDBA；Irgacure 907； 4-ITX； 2-ITX； PBZ； DETX； MK； DEAB 方法检测限、定量限、回收率和精密度 采用 0.5dm²的空白基质加标方法进行回收率和精密度实验，加标水平分别为 2 pg、5 ug 和 10 pg， 每个加标水平重复测定5次，按信信比 S/N≥3计算得到分析方法的检测限(LOD)； 按信噪比 S/N≥10， 计算得到分析方法的定量限(LOQ)。表2给出了18种光引发剂分别对应的方法检测限(LOD)和定量限(L0Q)。 表2.18种光引发剂的方法回收率、检测限(LOD) 和定量限 (LOQ) (n=5) 分析物 加标量 回收率 精密度 RSD (%) 检测限 LOD (mg/m) 定量限 LOQ (mg/m) 分析物 (Pg) (%) RSD (%) LOD (mg/m²) LOQ (mg/m²) 2.056 88.41 3.13 OMBB 5.140 98.10 1.18 0.29 0.96 1173 10.280 104.13 1.70 0.36 1.20 2.240 84.02 2.84 EHDBA 5.600 96.60 2.13 0.30 1.00 MBF 11.200 105.13 2.03 0.60 2.00 1.960 85.58 3.22 irgacure 907 4.900 95.97 2.52 0.19 0.62 BP 9.800 100.49 1.95 0.35 1.16 2.000 86.36 2.05 4-ITX 5.000 97.26 2.43 0.18 0.60 2-MBP 10.000 103.60 2.57 0.58 1.92 1.964 85.43 2.85 2-ITX 4.910 97.74 1.00 0.19 0.63 irgacure 184 9.820 106.58 1.41 0.27 0.91 2.284 86.78 1.25 PBZ 5.710 97.45 1.74 0.36 1.20 EDB 11.420 104.75 1.62 0.55 1.83 2.048 84.10 2.84 DETX 5.120 95.26 2.28 0.62 2.06 3-MBP 10.240 105.57 2.43 0.49 1.62 1.924 90.70 1.05 MK 4.810 97.69 1.03 0.77 2.57 4-MBP 9.620 105.73 2.53 0.59 1.98 1.892 87.02 1.87 DEAB 4.730 98.07 1.17 0.57 1.90 BDK 9.460 106.44 2.76 0.30 0.99 9.820 104.04 1.47 实际样品分析 运用本文所建立的检测方法对5种卷烟条与盒包装纸进行检测。其中，一批次黑色包装盒测试结果， EDB 的含量为36.85 mg/m²， 2-ITX的含量为 16.92 mg/m'。这些残留的光引发剂有可能会对人体健康造成安全隐患。典型样品的色谱图如图3所示。 图3.典型样品色谱图 TIC 图， SIM 模式 结论 方法评价的结果表明，18种光引发剂在 0.4-4 ug/mL 之间线性关系良好(R≥0.99)，3个加标水平的回收率在 82.5%-106.8%之间，方法精密度为 1.0%-4.6%， LOD为 0.18-0.77 mg/m，LOQ 为 0.60-2.57 mg/m²。此应用测试时间较短，可以为监控烟草包装中的光引发剂提供高通量的检测手段。 AgilentBond Elut QuEChERS dSPE 试剂盒为测试烟草包装物中残留的光引发剂提供了一个可靠高效的手段。 ( 参考文献 ) ( 1. 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