連續流動注射法快速測定食品接觸材料及制品中游離酚的含量

陳彩霞 梁霞 姚皓程 劉斌 李丹

（廣州海關技術中心 廣東廣州 510070）

0 引言

游離酚指在反應過程中未反應的或是反應終了時仍殘留的一類酚類化合物[1]。 在一些塑料如酚醛樹脂的合成生產中，可根據產品中游離酚的數量判斷反應程度或樹脂固化程度[2]。 在酚類化合物中，苯酚對人體的毒性最大，可經皮膚、粘膜的接觸，呼吸道吸入和經口進入消化道等多種途徑進入體內，與細胞原漿中蛋白質交生化學區應，進而導致全身中毒癥狀[3-6]。

目前，我國現行的GB 4806.6—2016《食品安全國家標準食品接觸用塑料樹脂》 和GB 4806.10—2016 《食品安全國家標準食品接觸用涂料及涂層》分別對游離酚和游離酚（以苯酚計）的遷移量給出了限量要求；德國《食品與日用品法》（LFGB）對于含涂層或電鍍層金屬食品接觸材料要求苯酚的遷移量不高于0.05 mg/dm2； 日本厚生勞動省第370 號公告《食品、食品添加劑等的規范標準》中規定，含有樹脂涂層的金屬制品和玻璃陶瓷制品中苯酚的遷移限量為5.0 mg/L。雖然在配套檢測方法方面，我國的GB 31604.46—2016[7]已經給出了游離酚遷移量檢測的比色法， 但實際上很多食品接觸用塑料和涂料生產企業出于自身產品的質控需求， 往往還需要測試塑料和涂料中游離酚含量， 因此GB 31604.46—2016中給出了滴定法作為游離酚含量測試方法， 但該方法靈敏度較低，檢出限和定量限分別為0.02 g/100 g和0.04 g/100 g（相當于200 mg/kg 和400 mg/kg），難以滿足企業對產品進行游離酚含量控制的需求。

游離酚的測定方法主要有滴定法、 紫外分光光度法、高效液相色譜法和連續流動注射儀法等[8]。 但滴定法精度不高， 易受溶液中干擾性物質影響而影響檢測結果的準確性； 紫外分光光度法與滴定法相比，檢測精度更高更準確[9-10]，但手動顯色操作步驟繁瑣，無法滿足日常大批量樣品檢測；高效液相色譜法能達到很低的檢出限且分離效果好， 但僅適用于高沸點的物質檢測其檢測成本較高， 并未成為主流檢測方法[11-14]；而連續流動注射儀法操作簡便，無需進行繁瑣的顯色操作且可以實現自動連續進樣測試，能達到很低的檢出限，與滴定法相比，檢測精度更高更準確[15-16]。 本文針對食品接觸材料與制品，開發了使用連續流動注射儀測定游離酚含量的方法，能夠實現更高的靈敏度和檢測效率， 適用于實驗室大批量樣品的檢測。

1 材料與方法

1.1 試劑、材料

4-氨基安替吡啉（分析純，成都愛科達化學試劑有限公司）；無水乙醇（分析純，廣州化學試劑廠）；磷酸（分析純，廣州化學試劑廠）；溴水（分析純，廣州化學試劑廠）；鐵氰化鉀（分析純，廣州化學試劑廠）；硼酸（分析純，廣州化學試劑廠）；氯化鉀（分析純，廣州化學試劑廠）；氫氧化鈉（分析純，廣州化學試劑廠）；苯酚標準溶液（1 000 mg/L）（上海安譜實驗科技股份有限公司）。

食品接觸材料與制品樣品：共計60 批次，包括各生產食品接觸材料工廠送樣及市售產品。 種類包括：聚碳酸酯水杯及水瓶、聚碳酸酯類食品加工設備零件；水基改性環氧樹脂涂料的食品金屬罐與容器；環氧酚醛涂料食品罐及酚醛樹脂餐具茶具。

1.2 儀器與設備

FIA6000+全自動流動注射分析儀（北京吉天儀器有限公司）；萬分之一分析天平（瑞士梅特勒-托利公司）；純水機（德國默克爾公司）；福斯凱氏定氮蒸餾裝置（丹麥福斯分析儀器）；AS 型超聲波清洗儀（天津奧特塞恩斯儀器有限公司）；pH 計（賽多利斯科學儀器有限公司）；GM-0.33A 真空抽濾泵 （天津津騰實驗設備有限公司）；直徑50 mm，孔徑0.45 μm微孔過濾膜（天津津騰實驗設備有限公司）；0.45 μm聚醚砜濾膜（北京京騰公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 溶液配制

4-氨基安替吡啉溶液：稱取0.64 g 4-氨基安替吡啉溶于適量水中，移入1 000 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，混勻。 此溶液現用現配，使用前用真空泵脫氣30 min 或超聲除氣泡30 min 以上。

30%磷酸溶液：量取35 mL 磷酸，邊攪拌邊緩緩倒入約75 mL 水中，冷卻后使用。

60 g/L 氫氧化鈉溶液： 稱取30 g 氫氧化鈉于1 L燒杯中，加入470 mL 水，攪拌至完全溶解。

鐵氰化鉀緩沖液：分別稱取2.0g 鐵氰化鉀、3.1 g 硼酸、3.75 g 氯化鉀溶于950 mL 水中，溶解后滴加氫氧化鈉溶液，調節溶液pH 為10.3，移入1 000 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，混勻。 此溶液現用現配，使用前用真空泵脫氣30 min 或者超聲除氣泡30 min 以上。

載流水：二級水，使用前超聲脫氣30 min 或者用真空泵抽濾脫氣。

苯酚標準儲備液：量取1mL 標準溶液于1000 mL玻璃容量瓶，用水定容至刻度。

苯酚標準工作液： 使用二級水逐級稀釋標準儲備液成標準中間液， 由中間液逐個稀釋獲得標準工作液：0、5、10、20、50、100 和200 μg/L。

1.3.2 樣品前處理

1.3.2.1 采樣和試樣制備

抽取有代表性的樣品，稱取剪碎的樣品1 g（精確至0.1 mg）于蒸餾瓶中。

1.3.2.2 蒸餾收集

向蒸餾瓶內加入20 mL 無水乙醇溶解（對于水溶性樹脂，則加入20 mL 水溶解），再加入50 mL 水，按照表1 程序進行蒸餾， 當收集餾出溶液在300～400 mL，蒸餾程序完成。 此后，再次開啟蒸餾裝置，取新蒸出液樣，添加1～2 滴溴水，此時蒸出液無白色沉淀產生，證明游離酚已經蒸餾完成，停止蒸餾。

表1 福斯凱氏定氮蒸餾裝置儀器條件Table 1 Instrument parameters of FOSS Kjeldahl nitrogen distillation apparatus

1.3.3 儀器條件

進樣針清洗時間：19 s；到達閥時間：290 s；注射時間：30 s；進樣時間：140 s；清洗時間：60 s；樣品周期時間：200 s；泵速：35；出峰時間：14 s；峰寬：30 s；積分寬度：30 s；積分時間：14 s。

1.3.4 方法驗證與樣品測定

選用不含游離酚的塑料制品蒸餾試液驗證該檢測方法，對試液進行11 次試驗，用連續流動注射儀檢測待測試液中的游離酚含量。

為驗證檢測方法的重復性和準確性， 選擇不含游離酚的樣品進行蒸餾， 在蒸餾之前分別進行3 種濃度水平的加標試驗。 選擇方法的檢出限濃度為添加水平1（5 mg/kg），選擇標準曲線中間點濃度對應的樣品中游離酚濃度為添加水平2（25 mg/kg），選擇標準曲線最高點濃度對應的樣品中游離酚濃度為添加水平3（100 mg/kg），進行三水平加標回收試驗。

1.3.5 數據處理

確定儀器穩定后，對標準工作液和試樣溶液依次進樣，以游離酚濃度（X，mg/L）為橫坐標、吸光度（Y）為縱坐標，通過儀器積分獲得游離酚標準工作曲線的線性范圍、線性方程和相關系數（R2），根據標準工作曲線獲取試液中游離酚濃度。以11 次樣品空白試驗濃度的標準偏差的3 倍作為游離酚的檢出限。 食品接觸材料與制品游離酚的含量計算公式見式（1）。

式中，X—試樣的游離酚含量（mg/kg）；C—連續流動注射儀檢測試液（mg/L）；C0—空白試液的游離酚濃度儀器讀數（mg/L）；V—蒸出液的定容體積（L）；f—稀釋倍數；m—試樣的稱量質量（g）。

根據式（1），由儀器的檢出限計算得到相應的方法檢出限。

2 結果和分析

2.1 蒸餾裝置選擇

凱氏定氮蒸餾裝置比傳統的全玻璃蒸餾裝置更加高效，18 min 內就能完成整個蒸餾過程，而全玻璃蒸餾裝置則需要40～50 min 才能完成蒸餾。對2 種蒸餾方法進行加標回收試驗， 添加濃度為0.2 mg/L，結果如圖1 所示，可見使用凱氏定氮蒸餾裝置進行游離酚蒸餾，其回收率整體比全玻璃蒸餾裝置的回收率更高。

圖1 蒸餾方式對游離酚回收率的影響Fig.1 Effect of distillation method on free phenol recovery

2.2 蒸餾時間和蒸汽量優化

考察了不同蒸餾時間和蒸汽量對蒸餾效果的影響，檢測結果見表2。 由表2 可知，產生的蒸汽量越大，蒸餾時間越短，但是蒸汽量過大時，也會導致蒸餾后的回收率變小。 因此，選擇蒸餾時間為18 min、蒸汽量為60%作為最佳蒸餾條件，此時的蒸出液體積為340 mL，游離酚回收率為94%。

表2 不同蒸餾時間和蒸汽量對蒸餾效果的影響Table 2 Influence of different distillation duration and steam power on distillation performance

2.3 儀器出峰時間優化

考察了不同出峰時間（1～18 s）對游離酚吸光度峰面積的影響（圖2）。由圖2 可知，在1～13 s 時間段內，游離酚的吸光度隨著出峰時間越長，峰面積越大；在14～18 s 時間段內， 游離酚吸光度峰面積開始逐漸變小。 由此可見，在13 s 時游離酚的峰面積達到最大峰值，表明此時靈敏度高、響應最好，可滿足更低的檢出限需求，故選擇13 s 作為本方法的出峰時間。

圖2 出峰時間對游離酚吸光度峰面積的影響Fig.2 Influence of retention time on the peak area of free phenol absorbance

2.4 線性關系及定量限

以標準工作溶液的濃度為橫坐標， 以各濃度所對應的吸光度為縱坐標，進行線性回歸擬合，得到游離酚的標準工作曲線線性方程為Y=77.385 7X+1.410 9，相關系數R2為0.999 2，表明使用連續流動注射儀法測定游離酚在0.005～0.200 mg/L 范圍內線性關系良好。 當稱樣量為1.0 g、蒸出液定容體積為0.5 L 時，儀器檢出限為0.01 mg/L，可據此計算出方法檢出限為5 mg/kg（表3）。 對空白試樣進行3 水平加標試驗，每個濃度水平各進行6 次平行試驗，得到加標回收率在83%～102%， 相對標準偏差為4.1%～5.6%（表4），結果均滿足GB/T 27417—2017《合格評定 化學分析方法確認和驗證指南》的要求，說明該方法準確度高、精密度好，能夠滿足游離酚含量分析測試的要求。

表3 游離酚的線性方程、相關系數、線性范圍、檢出限Table 3 Linear equation，correlation，ranges of linearity，LOD of free phenol

表4 游離酚3 個加標濃度點的回收率和相對標準偏差（n=6）Table 4 Recoveries and relative standard deviation of free phenol at three spiked concentration points（n=6）

2.5 與其他檢測方法的比較

選取8 個應用GB 31604.46—2016 中滴定法鑒定為陽性的樣品，按1.3.2 對樣品進行蒸餾，分別用滴定法、 紫外分光光度法和連續流動注射儀法測定餾出液中的游離酚含量，再按式（1）計算得到樣品中游離酚的含量，測試結果見表5。由表5 可知，滴定法的結果比紫外分光光度法和連續流動注射儀法的結果略為偏大， 這可能是因為滴定法容易受到溶液中其他干擾物影響而導致結果偏高， 而紫外分光光度法和連續流動注射儀法的結果基本吻合， 這說明這2 種方法的檢測結果更具可比性。 與紫外分光光度法相比，連續流動注射儀法操作更加簡便，無需進行繁瑣的人工顯色操作， 可連續自動進樣實現批量測試，更適用于日常大批量樣品的高效自動化檢測。

表5 3 種測試方法測得游離酚含量Table 5 Free phenol content results determined by three test methods

2.6 實際樣品測定

采用該方法對聚碳酸酯、 水基改性環氧樹脂涂料和環氧酚醛涂料3 種類型共60 批次實際樣品進行游離酚含量測定。檢測結果顯示，聚碳酸酯類產品的檢出率最高，檢出率為36%，水基改性環氧樹脂涂料和環氧酚醛涂料產品的游離酚檢出率相對較低，檢出率為分別為4%和8%，游離酚含量范圍在14～460 mg/kg 之間。聚碳酸酯類產品檢出率高，可能是因為該類產品的基材為聚碳酸酯， 如果生產過程中工藝不完善、合成反應不完全，容易導致殘留的游離酚較多[17-19]。 水基改性環氧樹脂涂料和環氧酚醛涂料類產品，其基材多為金屬板或金屬罐[20-21]，若涂料的使用量占比較低， 則其游離酚檢出率也相應較低，若其固化時間不夠，則殘留在涂料上的游離酚也會增多[22]。

3 結論與討論

本文采用連續流動注射儀法建立了測定食品接觸材料與制品中游離酚含量的方法。 該方法通過流動注射儀自動進樣直接顯色，靈敏度高，解決了傳統方法操作繁瑣、效率低、耗時長、難以實現大批量樣品快速測試的問題， 適用于食品接觸材料與制品中游離酚含量的快速檢測。