食品包装材料中常见的聚合物添加剂和迁移物检测方案(超临界色谱)

作者 Melissa Dunkle、Gerd Vanhoenacker、Frank David、 Pat Sandra色谱研究所，President Kennedypark 26，8500 Kortrijk，比利时 Martin Vollmer 安捷伦科技公司摘要德国瓦尔特布隆 检测食品包装材料中常见的聚合物添加剂和迁移物 使用 Agilent 1260 Infinity SFC 系统和 Agilent 6130单四极杆LC/MS系统 应用简报 消费品，食品安全 遵照 EU 2002/72指令，应当对与食品接触的材料中可能存在的浸出物进行检测。超临界流体色谱(SFC) 是 HPLC 的一种补充性分离技术，用于分析和检测包装材料中可能会释放出的聚合物添加剂。本文使用 Agilent 1260 Infinity 分析型 SFC 系统结合 Agilent6130单四极杆LC/MS系统，论证了 SFC 用于典型聚合物添加剂分析的适用性。 遵照 EU 2002/72/EC 指令，应当对用于与食品接触的材料中可能浸出的塑料材料进行检测。该指令给出了各种添加剂的名单及其通用和特定的迁移限值(SML)。名单中包含了诸如醋酸和单体(例如，丁二烯)等挥发性组分、半挥发性组分(酚类)和非挥发性组分。另一条指令描述了4种用于迁移测试的模拟物。 通过分析模拟物确定溶质的具体迁移情况。显然，这些测试需采用不同的分析方法，例如，挥发性溶质可采用气相色谱法结合顶空进样进行分析，而半挥发性和非挥发性溶质则需要采用其他的分析方法。对于某些化合物，可以采用 HPLC 法。然而，有些添加剂非极性较强，并具有较高的分子量(>300 Da)。对于这类溶质的分析，超临界流体色谱 (SFC) 技术是一种不错的选择。由于个别添加剂不含生色团，因此，通常需要MS检测。 本文以SFC/MS分析某些典型聚合物添加剂为例进行说明。此外，本文还阐述了SFC/MS 方法在分析待用作食品包装材料的聚合物中浸出的未知溶质(无UV吸收)方面的潜能。根据 SFC/MS 分析结果，该材料被视为不合格。 实验部分 溶液和样品前处理 配制含6种不同类的典型聚合物添加剂的混合溶液，浓度为 50 pg/mL (以甲醇为 溶剂)。表1中列出了各种溶质及其缩写、分子式和分子量。 采用 SFC/MS方法分析待用作食品包装材料的聚合物中浸出的溶质。称取约1.5g聚合物，置于20ml样品瓶中，然后加入10mL 85/15水/乙醇溶液，在40°℃恒温箱中放置24h。将聚合物从浸出液中除去之后，对提取物进行分析。 MW APCI 离子 APCI 离子 名称 缩写 分子式 (g/mol) 离子(+) 质量数 离子(-) 质量数 邻苯二甲酸二 DiDP C28H4604 446.66 M+H 447 N/A N/A 异癸酯 Irganox 1010 I1010 C73108012 1177.67 M+H+NH. 1195 M-H 1176 Tinuvin 440 T440 Czs45N30： 435.64 M+H 436 M-H 434 Tinuvin 234 T234 C3029N，0 447.63 M+H 448 M-H 446 芥酸酰胺 ERU C22H43NO 337.58 M+H 338 N/A N/A Irgafos 168 I168 C42633P 646.90 M+H 647 N/A N/A 表1 测试混标中的化合物名单 实验部分 本实验采用 Agilent 1260 Infinity 分析型SFC 系统与 Agilent 6130 单四极杆 LC/MS系统。系统配置如表2中所示。由Agilent1260 Infinity SFC 与MS 组成的联用系统的详细信息请参阅其他安捷伦出版物。 将固定相相同的两根正相柱(AgilentZORBAX RX-SIL： 4.6×250 mm， 5pm)相接，使总柱长为 50 cm。改性剂为含20 mM甲酸铵的甲醇溶液。质谱检测器使用 APCI 源， 在正离子模式下进行检测。实验条件见表3. Agilent 1260 Infinity SFC/MS 解决方案 部件号 1260 Infinity 分析型 SFC系统组成： G4309A ·1260 Infinity 脱气机 · Aurora Fusion A5 模块 ·1260Infinity SFC 自动进样器 ·1260 Infinity SFC 二元泵 ·1290 Infinity 柱温箱 .1260 Infinity VL Plus 二极管阵列检测器 外部加热装置 Caloratherm 加热器 1260 Infinity 微型脱气机 G1379A 1100系列二元泵 G1312A(用作补偿流量泵) 6130四极杆液质联用仪 G6130B 系统模块 条件 色谱柱： 2×Agilent ZORBAX Rx-SIL (4.6×250mm， 5pm) (部件号88097-901) 超临界流体 CO. 改性剂： MeOH， 含20mM NH，COOH 出口压力： 120 bar 流速： 2.0mL/min 改性剂梯度： 0-10 min： 10-20% 柱温： 40°C 进样量： 5pL Caloratherm 加热器(*)： 60°C 补偿尝流速(*)： 异丙醇， 0.5 mL/min 检测器： MS 扫描200-1200 amu (筛查)) MS SIM (419 amu) (DiNP定量) APCI： 毛细管电压±3000V 电晕电流=4.0pA(+)， 15.0 pA(-) 干燥气流速： 8.0L/min， 325C 雾化器压力： 50 psig 气化温度：350℃ (*)： Caloratherm 加热器和补偿流量可在背压调节器之后用于阻止溶质沉积/凝聚。 在正离离模式下，使用 SFC-APCI-MS分析聚合物添加剂 使用表3中列出的分离条件对包含6种典型聚合物添加剂的测试混标进行分析。如图1所示，在APCI(+)模式下，采用这些通用 SFC 条件可使各化合物实现分离。在10 min 的分析时间内，所有化合物均达到足够的分离度。测试混标所包含的分析物通常是在包装材料生产过程的不同阶段加入的，其中包括邻苯二甲酸二异壬酯(一种增塑剂)、Irgaphos 168(三芳基磷酸酯，加工稳定剂)、 Irganox 1010 (空间位阻型酚类抗氧化剂)、Tinuvin 234 和Tinuvin 440 (受阻胺光稳定剂/UV吸收剂)和芥酸酰胺(一种防滑、抗静电的抗粘剂)。使用 SFC 可对所有这些化合物进行分离和检测并获得高质量的质谱图，图2以 Irgaphos 168 和 Irganox 1010 为例进行了说明。除Irganox 1010 检出的是铵加合物之外，通常， [M+H]+离子普遍存在。 如图1所示的总离子流色谱图(TIC)，使用 SFC 条件，芥酸酰胺和 Tinuvin 440 未实现色谱分离。但是，根据它们不同的质谱图，使用提取离子色谱图进行色谱峰解卷积，可清楚表明存在两种不同化合物，如图1B (EIC 338=芥酸酰胺)和图1C(EIC 436= Tinuvin 440) 所示 SFC-APCI(+)MS分析聚合物添加剂测试混标(A)所得的 TIC以及分析两种共洗脱两合物芥酸酰胺(B) 和 Tinuvin 440 (C)所得的 EIC 分别为 A) Irgaphos 168 和 B) Irganox 1010 的 APCI(+)质谱图，前者显示了 M+1 离子 (647)的清晰谱图，后者显示了铵加合物(1195)的谱图。注意谱图的x轴刻度不同 通过对测试混标进行6次分析，证明了SFC/MS分析的可重复性。所得的优异的保留时间重现性如表4所示。考虑到本次测定的是从 (APCI) 扫描采集的提取离子色谱图所得的原始峰面积，峰面积重复性大约为5-10%。 典型聚合物添加剂的标准品混合物的分析结果表明，SFC/MS 是一种应用于这类化合物检测的有效工具。文中所述的普通SFC/MS 方法可应用于不同类别添加剂的分析。此外也适用于分析其他的 irganox、tinuvin、邻苯二甲酸酯或酰胺类聚合物添加剂。由于大多数聚合物并不含特别复杂的添加剂组合，因此，在大多数情况下无需使用较慢的改性剂程序，那样会导致分析时间增加。 聚合物提取物的筛查 本文还通过对待用作食品包装材料的聚合物中的提取物进行分析，证实了SFC/MS的潜能。聚合物用15%乙醇提取。将溶液在40°℃下放置24h 后进行分析。在扫描模式下，通过 SFC-APCI(+)MS所得的总离子色谱图如图5所示。第一个洗脱出的化合物已确定为抗氧化剂(空间位阻酚类)。 保留时间 峰面积 离子 平均值 % RSD 平均值 % RSD |168 647 3.168 0.52 1870000 9.62 DiNP 447 3.489 0.41 4995000 8.23 T234 448 4.296 0.29 3702500 8.08 |1010 1195 5.670 0.22 2417500 7.60 T440 436 6.832 0.27 2622500 8.00 ERU 338 6.899 0.21 599875 7.99 表4 重现性数据 图5 SFC-APCI(+)MS分析聚合物的乙醇/水提取物所得的 TIC 如图6所示，其他色谱峰的质谱图显示最高丰度离子为306、378、450、522和594。这些质量数的差异为72Da， 因此极有可能对应的是聚四氢呋喃低聚物。 本示例清青地展示了 SFC/MS 系统如何用于筛查从不同模拟物的聚合物中释放的溶质。还应当注意的是，我们也利用了GC/MS 和 HPLC/UV 对提取物进行了分析，但可能是由于挥发性不足或缺少生色团，这些技术均未能检测到所有化合物。 结论 Agilent 1260 Infinity 分析型 SFC 系统与Agilent 6130 单四极杆 LC/MS系统组合成一种有效的工具，可用于筛查和定量分析由聚合材料构成的包装材料所迁移出的聚合物添加剂和溶质。使用文中所述的SFC/MS条件， SFC/MS 对多种聚合物添加剂和低聚体(通常分子量范围为 200-1500) 进行常规筛查非常有用。 ( 参考文献 ) 1. EU Directive 2002/72/EC， Official ( Journal of the European Communities， ) L220/18，15.8，2002 2. ( EU Directive 85/572/EEC， OfficialJournal of the European Communities，L372/14，31.12.85，1985 ) 3. M. Dunkle、G. Vanhoenacker、F. David、 ( P.Sandra、M. Vollmer，安捷伦科技技术 ) ( 概览，出 版 号5990-7972CHCN， 2011 ) www.agilent.com/chem/SFC O安捷伦科技(中国)有限公司，2012 2012年1月15日，中国印刷 5990-9598CHCN Agilent Technologies 摘要遵照 EU 2002/72 指令，应当对与食品接触的材料中可能存在的浸出物进行检测。超临界流体色谱 (SFC) 是 HPLC 的一种补充性分离技术，用于分析和检测包装材料中可能会释放出的聚合物添加剂。本文使用 Agilent 1260 Infinity 分析型 SFC 系统结合 Agilent 6130 单四极杆 LC/MS 系统，论证了 SFC 用于典型聚合物添加剂分析的适用性。前言遵照 EU 2002/72/EC 指令，应当对用于与食品接触的材料中可能浸出的塑料材料进行检测。该指令给出了各种添加剂的名单及其通用和特定的迁移限值 (SML)。名单中包含了诸如醋酸和单体（例如，丁二烯）等挥发性组分、半挥发性组分（酚类）和非挥发性组分。另一条指令描述了 4 种用于迁移测试的模拟物。通过分析模拟物确定溶质的具体迁移情况。显然，这些测试需采用不同的分析方法，例如，挥发性溶质可采用气相色谱法结合顶空进样进行分析，而半挥发性和非挥发性溶质则需要采用其他的分析方法。对于某些化合物，可以采用 HPLC 法。然而，有些添加剂非极性较强，并具有较高的分子量 (> 300 Da)。对于这类溶质的分析，超临界流体色谱 (SFC) 技术是一种不错的选择。由于个别添加剂不含生色团，因此，通常需要 MS 检测。本文以 SFC/MS 分析某些典型聚合物添加剂为例进行说明。此外，本文还阐述了 SFC/MS 方法在分析待用作食品包装材料的聚合物中浸出的未知溶质（无 UV 吸收）方面的潜能。根据 SFC/MS 分析结果，该材料被视为不合格。结论Agilent 1260 Infinity 分析型 SFC 系统与 Agilent 6130 单四极杆 LC/MS 系统组合成一种有效的工具，可用于筛查和定量分析由聚合材料构成的包装材料所迁移出的聚合物添加剂和溶质。使用文中所述的 SFC/MS 条件，SFC/MS 对多种聚合物添加剂和低聚体（通常分子量范围为 200 – 1500）进行常规筛查非常有用。