GC-MS/MS法检测食品中环氧乙烷的代谢物2-氯乙醇
作者: 樊亚光 赵世红 仵军红 李琦
摘 要:本文建立了气相色谱-质谱联用仪检测食品中环氧乙烷的代谢物2-氯乙醇残留量的分析方法。样品经分散固相萃取前处理,脉冲进样,外标法定量。结果表明,2-氯乙醇在50~800 ng·mL-1时线性关系良好,相关系数R2为0.999 4;检出限为50 ng·mL-1,定量限为150 ng·mL-1;添加水平为2 mg·kg-1时,平均回收率为89.5%~104.9%。该方法前处理操作便捷,耗材价格低,准确度较高,满足大多数实验室需求,可以用于食品中环氧乙烷的代谢物2-氯乙醇的测定。
关键词:环氧乙烷;2-氯乙醇;气相色谱串联质谱仪
Determination of 2-Chloroethanol, a Metabolite of Ethylene Oxide in Food by GC-MS/MS
FAN Yaguang, ZHAO Shihong, WU Junhong, LI Qi
(Zhengzhou Food and Drug Administration Institute, Zhengzhou 450000, China)
Abstract: This article establishes an analytical method for detecting residual amounts of 2-chloroethanol, a metabolite of ethylene oxide, in food using gas chromatography-mass spectrometry. The sample was pre-treated with dispersion solid-phase extraction, pulse injection, and quantified using external standard method. The results showed that there was a good linear relationship between ethylene oxide and 2-chloroethanol at 50~800 ng·mL-1, with a correlation coefficient R2 of 0.999 4; the detection limit is 50 ng·mL-1, and the quantification limit is 150 ng·mL-1; when the addition level is 2 mg·kg-1, the average recovery rate is 89.5% to 104.9%. This method has convenient pre-treatment operation, low consumable cost, high accuracy, and meets the needs of most laboratories. It can be used for the determination of ethylene oxide and its metabolite 2-chloroethanol in food.
Keywords: ethylene oxide; 2-chloroethanol; gas chromatography-tandem mass spectrometer
环氧乙烷是一种重要的杂环类石化产品,化学式为C2H4O,是最有效的光谱灭菌剂之一,特别是在医疗器械中被广泛使用[1]。环氧乙烷还可以作为广谱灭菌剂,用于杀灭细菌、病毒、芽孢等微生物,穿透力强,灭菌效果较好[2-4]。但环氧乙烷有一定毒性,长期暴露在环氧乙烷环境中,可能会引起头痛、呕吐、恶心、呼吸困难[5],世界卫生组织已将其列入最新的第一类致癌物清单中[6]。现如今国际上已有多个国家禁止使用环氧乙烷进行食品杀菌[7]。
食品中残留的环氧乙烷大多来源于食品包装的迁移[8]。例如,对食品外包装进行熏蒸灭菌,则可能导致环氧乙烷残留;使用环氧乙烷对聚酯薄膜进行灭菌处理也可能会导致环氧乙烷残留[9]。欧盟明令禁止使用环氧乙烷作为植保剂,但可以作为农药使用在特定农作物上,我国规定环氧乙烷仅可使用在患有矮腥黑穗病的小麦上[10]。环氧乙烷在接触食品后,会发生分解反应,其代谢产物包括2-氯乙醇、乙二醇、2-溴乙醇。通常情况下,环氧乙烷在灭菌操作后,72 h后清除率可以达到99%,但是2-氯乙醇的清除速率十分缓慢,在72 h的解析后,依然存在32%的残留[11]。本方法对环氧乙烷的代谢物2-氯乙醇进行检测。
目前,关于2-氯乙醇的检测主要针对医疗器械、纺织品及其制品,且多采用顶空法和浸提法[11]。顶空法灵敏度低,采用水为基质进行提取时,所含样品量较少,不适用微量测定[12];浸提法耗时较长、步骤烦琐,对环境污染较大,不适合大批量检测。欧盟规定使用程序升温汽化进样口进样,同位素内标法定量,但该方法前处理烦琐,操作难度较大,对人员和仪器设备要求较高,检测成本较高,不利于大面积推广应用。因此急需要开发出一种操作便捷、成本低廉的适合食品中环氧乙烷及其代谢物的检测方法。
本文结合脉冲进样方式,建立了气相色谱-质谱联用仪检测食品中环氧乙烷的代谢物2-氯乙醇残留量的分析方法。本方法前处理操作便捷,耗材价格低,定性更为准确,较大程度地避免了假阳性结果,适合食品中环氧乙烷的代谢物2-氯乙醇的检测。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
2-氯乙醇标准品(阿尔塔);试验用水:一级纯水;本实验所有溶剂均购于Fisher公司。
TSQ 8000 EVO质谱仪,Thermo Scientic;TraceTM 1310 GC气相色谱仪,Thermo Scientic;色谱柱:Thermo Scientic Trace GOLD TG-WAXMS(30 m×0.25 mm,0.25 μm)。
1.2 实验方法
1.2.1 仪器条件
(1)色谱条件。进样口温度:200 ℃;进样量:1 μL;进样方式:脉冲进样,不分离模式;载气:高纯氦气;载气流速:1.2 mL·min-1。升温程序:初始50 ℃,保持1 min,以20 ℃·min-1升至100 ℃,再以5 ℃·min-1升至120 ℃,再以40 ℃·min-1升至250 ℃,保持10 min。
(2)质谱条件。离子传输线温度:300 ℃;离子源温度:300 ℃;电离能量:70 eV;溶剂延迟5 min;离子监测模式(SIM),2-氯乙醇定量离子m/z 31,定性离子m/z 49、43、29,离子丰度比100∶6∶12∶9。
1.2.2 标准溶液配制
室温吸取10 mg/·L-1的标准溶液1 mL于10 mL容量瓶中,乙腈定容,配制成1 000 μg·mL-1的中间液。用乙腈逐级稀释标准中间液得到浓度分别为50 ng·mL-1、100 ng·mL-1、200 ng·mL-1、400 ng·mL-1、600 ng·mL-1、800 ng·mL-1的标准工作液。
1.2.3 样品前处理
将样品进行粉碎后准确称取试样0.5 g(精确至0.001 g),置于50 mL具塞离心管中,加入5 mL乙腈,涡旋振荡5 min,超声10 min,离心后准确移取2 mL上清液于15 mL离心管中,加入50 mg C18、100 mg无水硫酸镁清除油脂、脂肪酸、蛋白质等,涡旋3 min后离心,取上清液过0.22 μm滤膜,供气相色谱-质谱联用仪上机测定。
2 结果与分析
2.1 仪器条件优化
2.1.1 色谱柱的选择
TG-WAXMS是一款高极性相毛细管柱,适用于醇类的分离。经测试,TG-WAXMS柱对2-氯乙醇有较好的保留效果、分离效果好,且其灵敏度高,色谱峰形良好,出峰时间稳定在5.88 min左右,并且目标峰附近并无其他干扰峰存在,因此选择TG-WAXMS柱。
2.1.2 载气流速与进样方式的选择
载气流速是影响气相色谱分离度的重要因素。流速快慢会影响峰型、灵敏度,进而影响定量结果。流速过快会降低效能,过慢则容易形成拖尾峰,在相同的样品情况下,流速对组分的保留时间影响较大。合适的载气流速可以得到比较高的塔板数,进而提高分离下效率。本文对比研究了流速为1.0 mL·min-1、1.2 mL·min-1时对2-氯乙醇分离效果的影响,结果发现流速为1.2 mL·min-1时,峰形更加尖锐,分离度更好。
合适的分流比可以改善待测物峰型。分流比增大时,进入色谱柱的气体会减少,若色谱峰发生严重拖尾或分离度不好时,可以适当调高分流比,从而改善分离度。分流比降低时,进入色谱柱的气体增多,若分析物含量较低,响应值偏小,则可以适当调低分流比,增大检测器的响应值。本方法发现,使用脉冲不分流进样,不存在分离度低、拖尾等情况,而脉冲不分流进样还能有效提高本方法痕量检测的能力,所以本方法选择脉冲不分流进样。
2.1.3 特征离子的选择
在SIM模式下,对2-氯乙醇进行Full Scan扫描,选择干扰最小、离子丰度最高的离子作为定量离子,其余作为定性离子。最终确定2-氯乙醇定量离子质荷比(m/z)为31,定性离子选择质荷比(m/z)49、43、29。
2.1.4 基质效应
本方法同时考察了基质效应对实验结果的影响。图1是浓度为200 ng·mL-1的2-氯乙醇的基质标样与溶剂标样的比较图,实验结果表明浓度为200 ng·mL-1时基质对2-氯乙醇并无明显增强,因此该实验采用溶剂标与基质标均可。综合考虑,本方法最终选择溶剂标。
采用上述优化后的仪器条件进样分析,结果发现2-氯乙醇峰型良好,目标峰周围不存在干扰峰。
2.2 线性方程、检出限和定量限
以2-氯乙醇的峰面积为纵坐标,浓度为横坐标绘制标准曲线。结果表明,浓度在50~800 ng·mL-1时,线性关系良好,线性相关系数(R2)为0.999 4,线性方程为Y=1.13×104X+5.19×104。
以3倍信噪比(S/N)作为检出限,10倍信噪比(S/N)作为定量限,得出本方法2-氯乙醇的检出限为20 ng·g-1,定量限为50 ng·g-1,满足日常工作的检测需求。
2.3 加标回收试验
取同一份样品,进行处理并制成添加量为2 mg·kg-1的样品,进行加标回收试验,考察该方法的回收率,结果见表1。平均回收率为89.5%~104.9%,符合GB/T 27404—2008要求。
2.4 实际样品检测
鉴于在2021年8月,欧盟在韩国某品牌方便面中发现环氧乙烷超标,笔者从市场上购买了6款不同品牌的方便面,对其面饼中2-氯乙醇进行检测。每批次采取双平行检测,两次结果的误差不得大于10%。结果显示,6批次方便面面饼中均未检出2-氯乙醇。
3 结论
本试验通过气相色谱串联质谱仪建立了食品中环氧乙烷的代谢物2-氯乙醇的检测方法,有效提升了食品中2-氯乙醇的检测效率。该方法操作便捷、快速,成本低廉,灵敏度低、重复性好、定量准确,可以满足日常工作的需求,为食品安全的监管和风险监测提供了有力的技术支撑。
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基金项目:河南省市场监督管理局科技计划项目任务书(2022sj132)。