法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2015-09-09
授权
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2014-06-25
实质审查的生效 IPC(主分类):G01N30/02 申请日:20140316
实质审查的生效
2014-05-28
公开
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技术领域
本发明属于印刷包装材料中光引发剂向改性聚苯醚模拟物特定迁移量的检测技术领域，主要涉及印刷包装材料中2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯甲酰甲酸甲酯、二苯甲酮、2-甲基二苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮（光引发剂184）、对-N,N-二甲氨基苯甲酸乙酯、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（安息香二甲醚）、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、对二甲氨基苯甲酸异辛酯、2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基2-吗啉基-1-丙酮（光敏剂907）、4-异丙基硫杂蒽酮、2-异丙基硫杂蒽酮、联苯基苯甲酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮（光引发剂 DETX）、4,4-双（二甲基氨基）二苯酮（米氏酮）、4,4-双（二乙基氨基）二苯酮（四乙基米氏酮）等18种光引发剂的特定迁移量的测定技术，具体说是一种以改性聚苯醚为模拟物，在一定迁移实验条件下对印刷包装材料进行迁移实验，采用乙腈萃取包装材料迁移到模拟物改性聚苯醚（MPPO）中的光引发剂，样品溶液经乙酸乙酯/正己烷溶液溶剂置换后，以气相色谱-串联质谱法（GC-MS/MS）进行测定的方法。
背景技术
随着UV印刷工艺的普及，光引发剂（Photoinitiators，PIs）作为紫外光固化油墨的主要成分被广泛应用于包装印刷[1,2]。光引发剂是一类具有光敏基团的化合物，在紫外光的激发下能够产生自由基、阳离子等，引发单体聚合交联固化。近年来的研究发现，UV印刷油墨固化完成后，其中残留的紫外光引发剂在一定的条件下，可以发生化学迁移或者通过物理接触污染包装内的食品，从而对人体的健康造成潜在危害[3]。
光引发剂通过化学迁移或者物理接触污染对食品造成污染，相关的毒理学研究也证明光引发剂对人体健康产生不利的影响，为了控制光引发剂的使用，欧美各国相继颁布法规和许可清单限制光引发剂的使用。2005年，瑞士联邦家庭事务部（FDHA）颁布了RS 817.023.21法令，该法令附录6的第V部分规定了96种许可使用印刷油墨中的光引发剂物质，并规定了其特定迁移限量（SML）要求[4]。2007年，在欧盟“关于拟与食品接触的纸和纸板材料及制品”的部分成员国Res AP（2002）决议1中，明确禁止使用米蚩酮光引发剂，同时要求其SML小于0.01 mg/kg[5]。2009年3月欧盟食物链和动物健康常务委员会（EFSA）制定了印刷油墨食品包装的最大迁移限量，规定食品包装印刷油墨材料内的4-甲基二苯甲酮及二苯甲酮总的迁移极限值（SML(T)）须低于0.6 mg/kg[6]。2010年，欧盟印刷油墨协会（EuPIA）针对印刷用油墨中的PIs并颁布了《低迁移UV光引发剂许可使用名单》，并相应规定了各种低迁移光引发剂的SML[7]。
对于与干性食品接触的食品包装材料，由于其与液态食品的迁移介质不同，欧盟建议的特定迁移方法采用改性聚苯醚（MPPO）作为食品模拟物，参照食品接触材料实际使用温度和接触时间进行特定迁移实验[8]。2003年，欧盟EN 14338-2003《拟于食品接触的纸与纸板——用改良聚苯醚做模拟物测定从纸和纸板迁移的条件》对纸与纸板的迁移条件和方法进行了规定，即采用1 dm2的纸和纸板材料，用4 g MPPO在特定的温度和迁移时间条件下进行迁移实验，然后用有机溶剂对MPPO进行提取后采用相应的分析方法检测特定迁移量。虽然EN 14338-2003规定了使用改性聚苯醚为模拟物的一般迁移规律实验条件，但是该标准只是泛泛的提出了MPPO迁移实验的参考模板,但并没有明确包装材料中受限制物质的具体特定迁移实验分析方法。
目前，有关光引发剂的分析方法主要包括气相色谱-质谱联用法、液相色谱法和液相色谱串联质谱法[9]，涉及的光引发剂主要包括异丙基硫杂蒽酮（ITX）、二苯甲酮（BP）、4-甲基二苯甲酮（4-BP）等[10-12]，但多种光引发剂测定方法的报道不多。在UV印刷实际的工艺中，为了弥补UV油墨中各种光引发剂的缺点，提高光引发效率和扩大其使用范围，很多情况下需要多种光引发剂配合使用。随着社会各界对光引发剂的关注程度的提高以及相关毒理学研究的深入开展，急切需要一种能够快速、高通量的方法用于光引发剂的特定迁移量的测定分析。目前，国内的研究主要集中在食品或者包装材料中光引发残留的检测，很少涉及到干性食品中光引发剂特定迁移量的分析，更没有利用MPPO作为模拟物对光引发剂特定迁移量分析方法的报道。
由于大部分光引发剂的限量较低，有一部分的限量在0.01 μg/g，因此提高方法的灵敏度十分重要。
发明内容
本发明旨在通过GC-MS/MS技术，建立高通量、高灵敏的印刷包装材料中光引发剂的特定迁移量分析方法，从而为印刷包装材料中光引发剂的SML测定以及安全性评估提供检测分析技术支持。本发明选择GC-MS/MS作为检测手段，相对一级质谱（MS）其抗干扰能力更强，具有更高的灵敏度和选择性，可以大大减少假阳性的检测结果，对样品前处理的要求更低。该方法能快速、准确检测印刷包装材料中光引发剂的特定迁移量，测定结果准确、重复性好。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于GC-MS/MS技术分析印刷包装纸中光引发剂向MPPO迁移量的方法，是一种样品在模拟条件下释放的光引发剂目标物经改性聚苯醚MPPO吸附后，用乙腈对MPPO进行溶剂提取，上清液浓缩后过滤以气相色谱-串联质谱法（GC-MS/MS）测定印刷包装材料中光引发剂特定迁移量的方法，具体步骤如下：
a、内标溶液的配制：配制氘代蒽浓度为5 μg/mL的乙腈溶液；
b、样品准备：称取 MPPO，均匀平铺至迁移装置底部，将包装纸样品裁剪后平铺在MPPO上面，改性聚苯醚MPPO与包装纸样品的投放比例是：1g改性聚苯醚MPPO对应0.25dm2包装纸样品面积，密封迁移装置后待进行迁移实验，所述迁移装置为能够密闭的具盖培养皿或具塞称量瓶。
c、迁移实验：根据实际研究和测试需要，将迁移装置放置于烘箱中以一定温度加热一定时间进行迁移实验，具体温度和时间参照实际包装存储条件确定，温度一般在室温至70℃，时间5分钟以上，取出冷却至室温；
d、振荡萃取：将迁移装置中的MPPO转移到具塞离心管中，加入乙腈和100 μL内标溶液，于涡旋振荡仪上以2000 r/min的速率涡旋振荡10 min，再以8000 r/min离心5 min；所用乙腈溶剂体积与改性聚苯醚质量的比10ml:1g。
e、溶剂置换：取1-4 mL的提取液置于氮吹仪上吹干，再用1 mL 正己烷-乙酸乙酯（3:7，v/v）溶液复溶，经0.22 μm有机相滤膜过滤后进行GC-MS/MS分析；
f、准备标准工作溶液：分别称取0.05 g（精确至0.1 mg）各种光引发剂纯品，置于10 mL容量瓶中，用乙腈溶解并定容，配制成浓度为5 mg/mL的单标；然后配成混标的乙腈溶液，用正己烷-乙酸乙酯（3：7，v/v）稀释并最终配制成具有浓度梯度的各种光引发剂的标准工作溶液。标准工作溶液的配制方式如下：分别称取0.05 g（精确至0.1 mg）各种光引发剂纯品，置于10 mL容量瓶中，用乙腈溶解并定容，配制成浓度为5 mg/mL的单标；分别将每种单标准确移取1 mL，置于50mL容量瓶中，以乙腈定容，配制成各目标物浓度为100 μg/mL的混合标准溶液Ⅰ；然后准确移取0.1 mL混合标准溶液Ⅰ，置于10 mL容量瓶中，用乙腈定容，配制成各目标物浓度为1 μg/mL的混合标准溶液Ⅱ；准确移取0.01 mL、0.02 mL、0.05 mL、0.10 mL和0.20 mL的混合标准溶液Ⅰ，准确加入100 μL内标溶液，用正己烷-乙酸乙酯（3：7，v/v）定容至10 mL，即得系列标准工作溶液Ⅰ；准确移取0.01 mL、0.02 mL、0.05 mL、0.10 mL和0.20 mL的混合标准溶液Ⅱ，准确加入100 μL内标溶液，用正己烷-乙酸乙酯（3：7，v/v）定容至2.5mL，即得系列标准工作溶液Ⅱ；配制的系列标准溶液Ⅰ的浓度为：100 ng/mL、200 ng/mL、500 ng/mL、1000 ng/mL、2000 ng/mL；配制的系列标准溶液Ⅱ的浓度为：4 ng/mL、8 ng/mL、20 ng/mL、40 ng/mL、80 ng/mL、200 ng/mL。
g、GC-MS/MS测定：吸取配制好的不同浓度的标准工作溶液，过0.22 μm有机滤膜后，注入GC-MS/MS进行分析;
h、结果的计算:以内标法进行光引发剂目标物的定量分析，即以光引发剂和内标氘代蒽的二级选择离子峰面积比对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线；对提取后的样品进行测定，测得光引发剂和内标氘代蒽的二级选择离子峰面积比，代入标准曲线，求得样品中光引发剂的特定迁移量，最终迁移量以单位面积包装材料光引发剂的迁移量（即mg/dm2）或单位质量改性聚苯醚中光引发剂的含量（即mg/kg）计。
在GC-MS/MS测定时，
采用的色谱条件为：色谱柱：DB-5MS弹性毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度：300 ℃；程序升温：初始温度70 ℃，以10 ℃/min升至300 ℃，保持5 min；柱后程序：300 ℃，保持5 min；不分流进样，不分流时间1 min；载气：氦气（纯度为99.999%）；恒流模式，流速为1.0 mL/min；进样量：1 μL；总运行时间为33 min；
采用的质谱条件为：EI电离模式，电离能70 eV；灯丝电流：50 μA；离子源温度：250℃；传输线温度：300℃；Q2碰撞气：氩气（纯度99.999%），碰撞池压力为1.0 mTorr；溶剂延迟6 min；扫描方式 ：多反应监测（MRM）。光引发剂及内标的保留时间和质谱参数见表1，色谱图见图3。
表1 光引发剂目标物及内标的保留时间和MRM参数
本发明提供了一种高通量、高灵敏度的测定包装材料中光引发剂特定迁移量的分析方法方法。与现有技术相比本发明方法具有如下优良效果：
⑴ 本发明方法首次基于气相色谱串联质谱技术分析包装材料中18种光引发剂向改性聚苯醚模拟物的迁移量。
⑵ 本发明采用乙腈作为提取MPPO中光引发剂的提取液，相对于丙酮和其它有机溶剂来说萃取效率高的同时也降低了丙酮萃取时带来的高本底效应，乙腈萃取并用正己烷-乙酸乙酯（3:7，v/v）溶液进行溶剂置换，使得上机溶液更干净，减少了仪器在使用过程中的维护。
⑶ 本发明方法采用了高灵敏度和强抗干扰能力的GC-MS/MS进行检测，因此具有操作准确、灵敏度高及重复性好的优点，可使目标物的检测限大大降低，同时减少对样品净化的要求，从而简化前处理过程。
附图说明
图1为本发明测定方法流程图；
图2为迁移实验装置图；（两个器皿分别代表不同量值的试验样品）；
图3为GC-MS/MS色谱图，
图3中：1、1173， 2、MBP，3、BP，4、2-MBP，5、184，6、EDB，7、3-MBP，8、4-MBP，9、OMBB，10、BDK，11、EHDBA，12、907，13、4-ITX，14、2-ITX，15、PBZ，16、DETX，17、MK，18、DEAB。
具体实施方式
本发明以下结合实例做进一步描述，但并不是限制本发明。
实例1：
1．仪器与试剂：
18种光引发剂：2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯甲酰甲酸甲酯、二苯甲酮、2-甲基二苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮（光引发剂184）、对-N,N-二甲氨基苯甲酸乙酯、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（安息香二甲醚）、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、对二甲氨基苯甲酸异辛酯、2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基2-吗啉基-1-丙酮（光敏剂907）、4-异丙基硫杂蒽酮、2-异丙基硫杂蒽酮、联苯基苯甲酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮（光引发剂 DETX）、4,4-双（二甲基氨基）二苯酮（米氏酮）、4,4-双（二乙基氨基）二苯酮（四乙基米氏酮），内标：氘代蒽，均为分析纯；乙腈、丙酮、正己烷、乙酸乙酯、甲醇，均为色谱级试剂；蒸馏水，符合GB/T 6682中一级水的要求；改性聚苯醚（MPPO），60目~80目。
美国Thermo Fisher TSQ Quantum GC气相色谱-三重四级杆串联质谱仪；瑞士Mettler AE 163电子天平（感量：0.0001g）；上海ESPEC公司LC-213烘箱；美国Troemner公司TALBOYS涡旋振荡器；德国Sigma 3-30k高速冷冻离心机。
2．样品处理：
称取约1~4 g MPPO，均匀平铺至迁移装置底部，将包装纸样品裁剪成0.25~1dm2后，平铺在MPPO上面，密封迁移装置后待进行迁移实验。如果包装纸的两面不一致，则需将包装纸接触到卷烟的那一面面对MPPO。根据实际研究和测试需要，将迁移装置放置于烘箱中以一定温度加热一定时间，取出冷却至室温。本实例中对比了乙腈和丙酮两种有机试剂的萃取效果：将迁移装置中的改性聚苯醚模拟物转移到具塞离心管中，加入一定体积的乙腈或丙酮和100μL内标溶液，于涡旋振荡仪上以2000 r/min的速率涡旋振荡10 min，再以8000 r/min离心5 min；取一定量的上清液氮气吹干，用1mL正己烷-乙酸乙酯（3：7，v/v）溶液复溶，经0.22 μm有机相滤膜过滤后进行GC-MS/MS分析。实验结果表明选用丙酮作为萃取剂萃取出的杂质较多，上机溶液成分较复杂，相比之下用乙腈萃取的上机液相对干净，干扰较少。因此本发明选取乙腈作为萃取剂。
3. 准备标准工作溶液：
分别称取0.05 g（精确至0.1 mg）各种光引发剂纯品，置于10 mL容量瓶中，用乙腈溶解并定容，配制成浓度为5 mg/mL的单标；分别将每种单标准确移取1 mL，置于50mL容量瓶中，以乙腈定容，配制成各目标物浓度为100 μg/mL的混合标准溶液Ⅰ；然后准确移取0.1 mL混合标准溶液Ⅰ，置于10 mL容量瓶中，用乙腈定容，配制成各目标物浓度为1 μg/mL的混合标准溶液Ⅱ。准确移取0.01 mL、0.02 mL、0.05 mL、0.10 mL和0.20 mL的混合标准溶液Ⅰ，准确加入100 μL内标溶液，用正己烷-乙酸乙酯（3：7，v/v）定容至10 mL，即得系列标准工作溶液Ⅰ；准确移取0.01 mL、0.02 mL、0.05 mL、0.10 mL和0.20 mL的混合标准溶液Ⅱ，准确加入100 μL内标溶液，用正己烷-乙酸乙酯（3：7，v/v）定容至2.5mL，即得系列标准工作溶液Ⅱ。配制的系列标准溶液Ⅰ的浓度为：100 ng/mL、200 ng/mL、500 ng/mL、1000 ng/mL、2000 ng/mL；配制的系列标准溶液Ⅱ的浓度为：4 ng/mL、8 ng/mL、20 ng/mL、40 ng/mL、80 ng/mL、200 ng/mL。
4. 测定方法：
将配制好的不同浓度的标准工作溶液注入GC-MS/MS，以内标法进行定量分析，即以光引发剂目标物与内标氘代蒽的二级选择离子峰面积比对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线；对提取后的样品进行测定，测得检出光引发剂与内标氘代蒽的二级选择离子峰面积比，代入标准曲线，求得样品中的光引发剂的特定迁移量，GC-MS/MS色谱图见图2。
在GC-MS/MS测定时，采用的色谱条件为：色谱柱：DB-5MS弹性毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度：300 ℃；程序升温：初始温度70 ℃，以10 ℃/min升至300 ℃，保持5 min；柱后程序：300 ℃，保持5 min；不分流进样，不分流时间1 min；载气：氦气（纯度为99.999%）；恒流模式，流速为1.0 mL/min；进样量：1 μL。总运行时间为33 min。
采用的质谱条件为：EI电离模式，电离能70 eV；灯丝电流：50 μA；离子源温度：250℃；传输线温度：300℃；Q2碰撞气：氩气（纯度99.999%），碰撞池压力为1.0 mTorr；溶剂延迟6 min；扫描方式 ：多反应监测（MRM）。光引发剂及内标的保留时间和质谱参数见表1。
2. 方法评价
① 发明方法的检测限：
将不同浓度光引发剂的标准工作溶液注入GC-MS/MS，以3倍信噪比（S/N = 3）计算检测限（LOD），并以10倍信噪比（S/N = 10）计算定量限检测限（LOQ），同时考虑回收率结果的可接受性，最终获得方法的检出限和定量限，见表2。检测限在0.001 mg/kg～0.021 mg/kg之间。对比光引发剂的限量要求，由于所涉及光引发剂的限量最低为0.01 mg/kg，完全符合该方法的灵敏度要求，因此前处理过程可以采用1 g MPPO取代欧盟标准中的4 g MPPO。由于MPPO价格昂贵且回收处理过程繁琐，降低前处理过程中MPPO的使用量也在满足灵敏度要求的前提下降低了成本。
表2 光引发剂的标准曲线和检测限
②
③ 发明方法的重复性和加标回收率：
在空白MPPO中分别加入10 μL和100 μL的光引发剂的标准溶液Ⅰ（浓度为100 μg/mL）及10 μL和100 μL的光引发剂的标准溶液Ⅱ（浓度为1μg/mL），然后分别进行前处理和GC-MS/MS分析，并按照加标量和测定值计算四种加标量下的回收率，结果见表3。由表3可以看出，光引发剂的平均回收率在95.3％～111.2％之间，相对标准偏差（RSD）在1.0％～4.9％之间，说明本发明方法的回收率高，重复性好。
表3 光引发剂的回收率和重复性（n=5）
实例2：
如实例1所述，将完成迁移实验的改性聚苯醚模拟物移入具塞离心管，加入10 mL乙腈萃取剂后，分别采取不同涡旋时间（即2min、5min、7min和10min）进行一次提取和两次提取，对比70°C水浴24h的提取效果的差异，提取液吹干复溶后过滤进行GC-MS/MS分析。不同涡旋提取时间对比70°C水浴24h的提取效果差异全部在正负10%以内，涡旋提取一次和两次对比70°C水浴24h的提取效果差异大部分在10%以内。则采用10min涡旋提取一次即可达到提取目的。
实例3：
从实例1可以看出，由于所涉及光引发剂的限量最低为0.01 mg/kg，完全符合该方法的灵敏度要求，因此前处理过程可以采用1 g MPPO取代欧盟标准中的4 g MPPO。由于MPPO价格昂贵且回收处理过程繁琐，降低前处理过程中MPPO的使用量也在满足灵敏度要求的前提下降低了成本。本实例比较了迁移实验用包装样品的的面积与改性聚苯醚模拟物的的质量比分别为1dm2 : 4g和0.25dm2 : 1g两种情况的迁移量，实验结果见表4，从实验结果可以看出，两种迁移实验比例比对没有显著性差异，利用本方法可以采用迁移实验用包装样品的的面积与改性聚苯醚模拟物的的质量比分别为0.25dm2 : 1g。该处理的优势能够在满足国外法律法规要求的程序条件下，大大降低了检测成本。
表4 两种迁移实验过程迁移量的检测结果的比较
注：“—”表示未检出
实例4：
如实例1所述，选择质检中心自制的UV油墨展色样品，测得样品中光引发剂的特定迁移量见表5。
表5 样品中光引发剂特定迁移量的检测结果
注：“—”表示未检出
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机译： 注射口衍生化GC-MS分析11-NOR-δ9-四氢大麻酚9-羧酸的GC-MS方法
机译： 基于GC / GC-MS的汽油产品中痕量共轭二烯的估算方法
