氣質聯用法測定紙和紙制品中百菌清殘留量

王成云 ，沈雅蕾 ，林君峰 ，謝堂堂 ，張嘉麗

（1.深圳市檢驗檢疫科學研究院，廣東 深圳 518010；2.深圳海關工業品檢測技術中心，廣東 深圳 518067；3.深圳職業技術學院應用化學與生物技術系，廣東 深圳 518055）

采用在紙和紙制品中添加抗菌劑的方法可以有效地提高紙和紙制品的抗菌性能[1-2]，通常情況下，可以使用內部施膠、表面施膠、噴灑抗菌劑、表面涂布和使用抗菌纖維技術等5種方式來生產抗菌紙。內部施膠時，將抗菌劑直接加入到紙漿中；表面施膠時，將抗菌劑和表面施膠劑混合后對紙和紙制品進行表面施膠；表面涂布時，將抗菌劑和涂布材料混合后，涂布在紙和紙制品上；噴灑抗菌劑時，將抗菌劑以噴灑的方式均勻地噴灑到紙和紙制品上；使用抗菌纖維技術時，首先對化學纖維進行抗菌改性，制成抗菌纖維，再將抗菌纖維按特定的比例和紙張纖維進行配抄來生產抗菌紙。真菌細胞中含有三磷酸甘油醛脫氫酶，百菌清與該酶中含有半胱氨酸的蛋白質結合后使酶失去活性，破壞真菌細胞的新陳代謝，導致其失去生命力[3]。百菌清可以有效地滅殺子囊菌綱、擔子菌綱、半知菌綱等真菌，大量用于紙和紙制品的抗菌防霉處理[4]。但是已有研究成果表明百菌清對人和動物有危害，尤其對魚類和水生無脊椎動物的毒性極大[5]；嚙齒動物暴露在百菌清中后則會導致腎臟和胃部損害以及腫瘤的產生；作為一種強致敏物，百菌清能引起人體遲發型變態反應性皮炎[6]。百菌清具有遠距離遷移性，而且毒性還能在生物體內明顯蓄積[7]。因此，百菌清被世界衛生組織國際癌癥研究機構列為2B類致癌物，歐盟委員會發布法規EU 2019/677，禁止使用百菌清[8]。百菌清曾廣泛使用于紡織、木材防腐、皮革、水果、食品和涂料等行業，其檢測方法主要有紫外分光光度法、液相色譜法、氣相色譜法、氣質聯用法等幾種[9-24]，但測定紙和紙制品中百菌清的含量的檢測尚未見文獻報道。本文采用超聲萃取技術提取紙和紙制品中殘留的百菌清，提取物濃縮定容后進行氣相色譜/質譜-選擇離子監測法（GC/MS-SIM）分析，外標法定量，從而建立了一種快速測定紙和紙制品中百菌清殘留量的氣質聯用方法。

1 實驗部分

百菌清標準品（純度99.9%）由德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司提供，用色譜純甲醇（美國Tedia公司）配制成質量濃度為428 g/mL的標準貯備液，并稀釋至質量濃度分別為 0.1、0.2、0.5、1.1、2.1、5.4、10.7、21.4和 42.8 g/mL。

采用漿內施膠工藝制備自制陽性樣品，分別以不含百菌清的瓦楞紙、白卡紙、銅版紙、新聞紙和涂布白卡紙為基材，將其用ZB-JLQ纖維標準解離器（杭州紙邦自動化技術有限公司）疏解成紙漿，在紙漿中添加適量的百菌清，用IMT-TAPP102簡易方形抄片機（東莞市英特耐森精密儀器有限公司）進行抄紙，得到5個不同百菌清含量水平的自制陽性樣品，供超聲萃取條件優化實驗用。

將待測樣品用QYB-3自動制樣機（中山市啟元機械科技有限公司）裁成5 mm×5 mm的小塊，稱取1 g樣品，置于35 mL玻璃反應瓶中，加入25 mL萃取溶劑，溫度40℃下超聲萃取30 min。將萃取液過濾至雞心瓶中，在Cool acecca-1100旋轉蒸發儀（日本Eyela公司）中真空蒸發至近干，轉移至N-Evap112氮吹儀（美國Organomation Associates公司）中，用干燥氮氣緩慢吹干。殘留物用1 mL甲醇溶解，所得溶液經0.45 μm尼龍有機相針式濾器（上海安譜實驗科技股份有限公司）過濾后進行GC/MS-SIM分析，必要時，先進行適當稀釋。

樣品分析在Agilent 6890A-7000B三重四極桿氣質聯用儀（美國Agilent公司）上進行，所用色譜柱為 DB-5MS 色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為高純氦氣（純度>99.999%），載氣流速為1 mL/min，溶劑延遲3 min；程序升溫，初始溫度為90℃，保持1 min后以40℃/min速度升至290℃，保持2 min；進樣量為1.0 μL，進樣方式為不分流進樣；進樣口、傳輸線、離子源溫度分別為270、280和290℃；電離方式為電子轟擊電離（EI），電離能為70 eV；全掃描方式定性，掃描范圍為m/z 45～m/z 550，定性離子為m/z 109、m/z 264和m/z 268；選擇離子監測模式定量，定量離子為m/z 266。

2 結果與討論

2.1 超聲萃取條件的優化

超聲萃取效率取決于萃取溶劑種類、萃取溫度、萃取時間和萃取溶劑體積。以甲醇為萃取溶劑對5個自制陽性樣品中的百菌清進行超聲萃取，測定每個樣品中百菌清的萃取量。首先單獨考慮萃取溫度（因素A）、萃取時間（因素B）、萃取溶劑體積（因素C）中某個因素對萃取量的影響。結果發現，當萃取時間為30 min時，3號、4號樣品萃取量均達到最大值，1號、2號和5號樣品在萃取時間為35 min時萃取量均達到最大值；當萃取溫度為35℃時，2號樣品萃取量達到最大值，當萃取溫度為40℃時，1號、4號和5號樣品萃取量均達到最大值，當萃取溫度為45℃時，3號樣品萃取量達到最大值；當萃取溶劑體積為25 mL時，1號和2號樣品萃取量均達到最大值，當萃取溶劑體積為30 mL時，3號、4號和5號樣品萃取量均達到最大值。為考察3個因素對萃取量的綜合影響，設計了表1所示的正交實驗條件，在9個條件下 以甲醇為萃取溶劑對5個自制陽性樣品進行超聲萃取，測定百菌清的萃取量，結果見表1。根據表1中的數據計算3個因素的k值和極差，確定優方案，結果見表2。5號樣品優方案為A2B2C3，其余4個樣品優方案均為A2B2C2。綜合考慮，最終確定的優方案為A2B2C2，即萃取溫度為40℃、萃取時間為30 min、萃取溶劑體積為25 mL。

表1 超聲萃取正交實驗

表2 超聲萃取正交實驗數據分析 單位：mg/kg

在上述優方案給出的超聲萃取條件下，分別以甲醇、乙酸乙酯、乙酸乙酯/二氯甲烷（1∶1，V/V）、二氯甲烷、叔丁基甲醚、丙酮、乙醚、正己烷/丙酮（1∶1，V/V）、正己烷、乙醇、石油醚和乙腈等 12 種常見溶劑為萃取溶劑，對5個自制陽性樣品進行超聲萃取，測定百菌清的萃取量，結果見表3。2號、4號和5號樣品的最佳萃取溶劑分別為乙醇、二氯甲烷和丙酮，1號和3號樣品的最佳萃取溶劑均為乙酸乙酯。為確保最終選定的溶劑對所有樣品均有較高的萃取效率，以總萃取量作為判斷依據。

表3 不同溶劑的萃取效果 單位：mg/kg

從表3可知，當采用乙酸乙酯作為萃取溶劑時，總萃取量最大。因此，優化后的萃取條件為：以25 mL乙酸乙酯作為萃取溶劑，在溫度40℃下超聲萃取30 min。

2.2 分析條件的優化

不分流進樣時，質譜信號強度取決于進樣口溫度（因素A）、離子源溫度（因素B）和載氣流速（因素C）。首先單獨考察這3個因素對質譜信號強度的影響，發現質譜信號分別在進樣口溫度為260℃、離子源溫度為280℃、載氣流速為1.2 mL時達到最大值。因此設計了表4所示的9個正交實驗條件[24]，在這9個條件下對百菌清標準溶液進行分析，其峰面積（A）見表4。根據表4的數據計算各因素的k值和極差，確定優方案A3B3C2，即進樣口溫度為270℃、離子源溫度為290℃、載氣流速為1.0 mL/min。

表4 分析條件正交實驗

在此條件下對質量濃度（ρ）分別為 0.1、0.2、0.5、1.1、2.1、5.4、10.7、21.4 和 42.8 g/mL 的百菌清標準溶液進行GC/MS-SIM分析，觀察百菌清峰面積（A）的變化情況，結果發現，當百菌清質量濃度為0.2～42.8 g/mL時，其峰面積與質量濃度之間存在良好的線性關系，線性方程為A=95399ρ-5085，線性相關系數r=0.9999。根據 3倍信噪比（S/N=3）計算方法檢出限，該方法檢出限為0.1 mg/kg。圖1為百菌清標準溶液的GC/MS-SIM圖，在圖1中，在tR=5.659 min處出現1個對應于百菌清的尖銳譜峰。

2.3 方法的回收率和精密度

分別以不含百菌清的瓦楞紙、白卡紙、銅版紙、新聞紙和涂布白卡紙為空白基質，分別添加3個濃度水平（質量濃度分別為0.5、2.1和10.7 g/mL）的百菌清標準溶液，制成回收實驗測試樣，測定百菌清的回收率。每個添加濃度水平均進行9個平行樣測試，計算平均回收率和相對標準偏差（RSD），結果見表5。

由表5可見，平均回收率為81.56%～95.87%，相對標準偏差（RSD）為1.57%～4.88%。

圖1 百菌清標準溶液的GC/MS-SIM圖

表5 方法的回收率和精密度

2.4 實際樣品測試

應用本文建立的方法對49個市售紙和紙制品樣品（包括瓦楞紙樣品7個、白卡紙樣品11個、?？垬悠?個、銅版紙樣品5個、打印紙樣品5個、涂布白卡紙樣品7個和新聞紙樣品5個）進行測試，結果均未檢出百菌清。

3 結論

以乙酸乙酯為萃取溶劑，超聲萃取紙和紙制品中殘留的百菌清，萃取液濃縮定容后直接進行GC/MS-SIM分析，外標法定量，從而建立了一種測定紙和紙制品中百菌清殘留量的氣質聯用分析方法。該方法簡便快捷，靈敏度高，檢出限低至0.1 mg/kg，完全滿足歐盟法規（EU）2019/677的限量要求，可用于紙和紙制品中百菌清殘留量的日常檢測工作。