塑料食品接触材料中有毒有害物质成为食品污染的重要来源之一，近年来塑料食品接触材料种类较多，给食品安全问题带来新挑战。对苯二甲酸二甲酯和1,4-环己烷二甲醇、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇的聚合物(改性PCT)因具有透明度高，优良的力学性能和耐化学腐蚀等特性，而广泛用于制造水杯、奶瓶等产品[1-3]。有研究表明，改性PCT食品接触材料中含有多种有毒有害物质[4-7]，这些有毒有害物质会从改性PCT食品接触材料中迁移到食品，从而对人体产生危害。其中，2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇(TMCD)作为改性PCT的合成单体，因其对眼睛、皮肤和上呼吸道黏膜均有刺激作用，而成为研究热点。2013年，欧洲食品安全局批准TMCD可以在聚酯生产过程中用作单体。我国GB 4806.6—2016[8]将改性PCT列入可用于食品接触材料的树脂名单，并对其中残留单体TMCD特定迁移限量要求5.0 mg/kg。目前对改性PCT中TMCD特定迁移量的国家标准或行业标准尚不明确。已有一些研究者对TMCD特定迁移量进行测定，谢永萍[9]采用气相色谱/质谱法对水、3%乙酸、10%乙醇和橄榄油食品模拟物中TMCD的迁移量进行了测定。刘敏芳等[10]采用气相色谱-质谱法对4%乙酸食品模拟物和化学替代溶剂95%乙醇溶液中TMCD的迁移量进行了测定。但两个方法研究的食品模拟物种类未覆盖GB 31604.1—2015[11]中的模拟物。赵镭等[12]采用气相色谱法对水、4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇和橄榄油模拟物中TMCD的迁移量进行测定，但该方法未对化学替代溶剂95%乙醇和异辛烷中TMCD的迁移量进行研究，同时该方法采用氢火焰离子化检测器（FID）对TMCD进行测定，可能导致假阳性结果。以往研究中仅对部分食品模拟物和化学替代溶剂中TMCD的迁移量进行测定，部分方法中缺少油基食品模拟物中TMCD的测定。本实验采用气相色谱-质谱法，建立了水基、酸性、乙醇类和油脂类共5种食品模拟物及2种化学替代溶剂中TMCD迁移量的检测方法，为改性PCT食品接触材料的质量安全提供相关的技术参考。1实验部分1.1主要试剂2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇标准品，纯度≥98.0%，上海安普公司；甲醇、乙酸乙酯，色谱纯，美国Fisher公司；丙酮、正己烷，色谱纯，美国J.T.Baker公司；二氯甲烷，分析纯，广州化学试剂厂；无水乙醇、冰乙酸、橄榄油、正庚烷、氯化钠(NaCl)、异辛烷，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水硫酸钠，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。1.2仪器与设备气质联用仪，7890B-5975C，美国安捷伦公司；涡漩振荡仪，XK80-A，江苏新康医疗器械有限公司；离心机，TD5A-WS，长沙湘仪离心机仪器有限公司。1.3仪器分析条件色谱柱为DB-WAX色谱柱(30 m×250 µm，0.25 µm)，柱温采用程序升温，初始温度为80 ℃并保持1 min，以25 ℃/min升温至220 ℃并保持4 min；运行5 min，温度为230 ℃；进样体积为1 µL，进样口温度为220 ℃；载气为高纯氦气，分流比为5∶1，柱流速为1 mL/min。电离方式为EI，电离能量为70 eV；四级杆温度为150 ℃；离子源温度为230 ℃；传输线温度为230 ℃；质量扫描范围为30~200 amu；溶剂延迟为5 min。1.4标准溶液的制备1.4.1标准储备溶液的制备准确称取50 mg TMCD，用丙酮定容至50 mL，得到质量浓度为1 000 mg/L的TMCD标准储备溶液。1.4.2系列标准中间溶液的制备分别于5个10 mL容量瓶中加入0.05、0.25、0.50、2.50、5.00 mL TMCD标准储备溶液，用丙酮定容至刻度。TMCD系列标准中间溶液的质量浓度分别为5.0、25.0、50.0、250.0、500.0 mg/L。1.4.320%乙醇、50%乙醇模拟物及化学替代溶剂95%乙醇标准工作溶液的制备分别准确移取5 mL 20%乙醇于5个25 mL具塞比色管，加入0.04 mL TMCD系列标准中间溶液，混匀后分别加入5 mL水，再分别加入3.5 g NaCl，涡旋振荡1 min后加入2 mL乙酸乙酯，继续涡旋振荡1 min，静置2 min，取上层清液，用无水硫酸钠干燥，经0.45 μm微孔滤膜过滤。采用同样方式，制备50%乙醇模拟物和化学替代溶剂95%乙醇标准工作溶液，其中50%乙醇模拟物量取2 mL，加入8 mL水；化学替代溶剂95%乙醇量取1 mL，加入9 mL水。1.4.410%乙醇和4%乙酸模拟物标准工作溶液的制备分别准确移取10 mL 10%乙醇于5个25 mL具塞比色管，加入0.04 mL TMCD系列标准中间溶液，混匀后再分别加入3.5 g NaCl，涡旋振荡1 min后加入2 mL乙酸乙酯，继续涡旋振荡1 min后，静置2 min，取上层清液，用无水硫酸钠干燥，经0.45 μm微孔滤膜过滤。采用同样方式，制备4%乙酸标准工作溶液。1.4.5化学替代溶剂异辛烷标准工作溶液的制备分别准确移取10 mL异辛烷于5个25 mL具塞比色管，加入0.04 mL TMCD系列标准中间溶液后混匀，得到异辛烷标准工作溶液。1.4.6橄榄油模拟物标准工作溶液的制备称取2.0 g橄榄油于5个10 mL具塞离心管，分别加入0.04 mL TMCD系列标准中间溶液，混匀，橄榄油模拟物中TMCD的浓度分别为0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mg/kg。分别加入2.0 mL正庚烷，混匀后再分别加入2.0 mL甲醇，涡旋振荡1 min，4 000 r/min离心5 min，取上清液经0.45 μm微孔滤膜过滤。1.5迁移实验迁移试验样品根据待测物的预期用途和使用条件，按照GB 31604.1—2015及GB 5009.156—2016进行迁移试验。1.6浸泡液的处理4%乙酸、10%乙醇试液的处理：准确移取迁移试验得到的4%乙酸试液10 mL于25 mL具塞比色管，加入3.5 g NaCl，涡旋振荡1 min后加入2 mL乙酸乙酯，继续涡旋振荡1 min后，静置2 min，取上层清液，用无水硫酸钠进行干燥，经0.45 μm微孔滤膜过滤。采用同样方式，对10%乙醇试液进行处理。20%乙醇试液、50%乙醇试液、95%乙醇试液的处理：分别准确移取迁移试验得到的20%乙醇试液5 mL、50%乙醇试液2 mL、95%乙醇溶液1 mL于3个25 mL具塞比色管中，分别加入5、8、9 mL水，再分别加入3.5 g NaCl，涡旋振荡1 min后加入2 mL乙酸乙酯，按4%乙酸试液的萃取步骤进行处理。橄榄油模拟物的处理：准确称取迁移试验得到的油脂类食品模拟物橄榄油2.0 g于10 mL具塞玻璃离心管中，加入2 mL正庚烷，混匀后再加入2 mL甲醇，涡旋振荡1 min，4 000 r/min离心5 min，取上清液经0.45 μm微孔滤膜过滤后供气相色谱-质谱仪分析。化学替代溶剂异辛烷试液的处理：将异辛烷模拟物试液通过0.45 μm微孔滤膜过滤后供气相色谱-质谱仪分析。2结果与讨论2.1色谱条件的优化2.1.1色谱柱的选择按照羟基空间位置不同，TMCD具有两种顺反结构的同分异构体，顺式TMCD的C4环是非平面的，结晶体成17.5°的二面角；反式TMCD的二面角为0[13]。目前市场上TMCD标准品均是异构体混合物，总离子流图上通常表现基线分离的两个峰。比较DB-5 MS(30 m×250 µm，0.25 µm)和DB-WAX(30 m×250 µm，0.25 µm)两种色谱柱对目标物分离的影响。图1为不同色谱柱对目标物的影响。从图1可以看出，相同的初始温度和升温程序下，采用DB-WAX极性色谱柱时，目标物TMCD的两个峰峰形良好并实现基线分离。使用DB-5MS色谱柱时，目标物TMCD的两个峰不能很好分离，虽然改变初始柱温和升温程序可以使TMCD的两个峰实现基线分离，但两个峰响应值较低，样品分析时间较长。因此，优选DB-WAX(30 m×250 µm，0.25 µm)作为分析目标物的色谱柱。图1不同色谱柱对目标物的影响Fig.1Effects of different chromatographic columns on target compound10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F1a1(a)DB-5 MS10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F1a2(b)DB-WAX2.1.2进样口温度的选择设置进样口温度从150 ℃开始，每次升温10 ℃至250 ℃，考察进样口温度对TMCD峰面积的影响。图2为不同进样口温度下TMCD峰面积的变化情况。从图2可以看出，当进样口温度从150 ℃升温至220 ℃时，随着进样口温度的升高，TMCD的峰面积逐渐增大。当温度从220 ℃升温至250 ℃时，TMCD的峰面积没有发生较大的变化，因此选择进样口温度为220 ℃。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F002图2进样口温度对目标物峰面积的影响Fig.2Effects of inlet temperature on peak area of target compound2.1.3升温程序采用不同的初始温度、不同的升温程序等条件对目标物的分离效果进行研究，结果发现，初始温度越高，升温速率越快，目标物的色谱峰的响应越高。在采用以下升温程序时目标物的两个峰分离效果最好：初始温度为80 ℃保持1 min，以25 ℃/min升温至220 ℃保持4 min，柱流速为1 mL/min。2.1.4质谱条件TMCD在6.8 min左右出现2个色谱峰(TMCD-1，TMCD-2)，图3为目标化合物色谱峰的质谱图。图3目标化合物两个色谱峰的质谱图Fig.3Mass spectrum of two chromatographic peaks of target compound10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F3a1(a)TMCD-110.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F3a2(b)TMCD-2从图3可以看出，TMCD的主要碎片有72，57，43，97等，选择定性离子(m/z)为72，57，43，97，定量离子(m/z)为72。2.2提取条件的优化2.2.1水基、酸性、乙醇类食品模拟物及化学替代溶剂95%乙醇测试2.2.1.1提取溶剂的选择实验选取4%乙酸、10%乙醇为研究对象，考察二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯和叔丁基甲醚的提取效果。分别移取10 mL 4%乙酸、10%乙醇溶液于2个25 mL具塞比色管中，分别加入100 µL的2 mg/L TMCD溶液（溶剂为丙酮）后混匀，各准备4份。向其中加入2 mL二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯和叔丁基甲醚，涡旋振荡2 min，静置10 min后4%乙酸溶液和4种有机溶剂可实现明显分层；而10%乙醇溶液与乙酸乙酯和叔丁基甲醚可实现明显分层，但与正己烷和二氯甲烷分层效果较差。向具塞比色管中分别加入3.5 g NaCl继续涡漩振荡2 min，静置2 min后发现4%乙酸和10%乙醇溶液与有机溶剂均可实现明显分层。取有机层清液，用无水硫酸钠进行干燥，经0.45 μm微孔滤膜过滤。表1为不同提取溶剂对TMCD峰面积的影响。从表1可以看出，经乙酸乙酯提取后，TMCD的峰面积最大，因此优选乙酸乙酯为提取溶剂。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.T001表1不同提取溶剂对TMCD峰面积的影响Tab.1Effects of different extraction solvents on peak area of TMCD模拟物提取溶剂峰面积模拟物提取溶剂峰面积4%乙酸正己烷未检出10%乙醇正己烷未检出二氯甲烷2185二氯甲烷2184叔丁基甲醚4027叔丁基甲醚3956乙酸乙酯4431乙酸乙酯45212.2.1.2NaCl质量的选择分别移取10 mL 4%乙酸溶液、10%乙醇溶液于2个25 mL具塞比色管中，向其中分别加入100 µL 2 mg/L的TMCD（溶剂为丙酮）后混匀，各准备8份。分别加入不同含量NaCl充分混匀，分别加入2 mL的乙酸乙酯，涡旋振荡2 min后，静置2 min，取上层清液，用无水硫酸钠进行干燥，经0.45 μm微孔滤膜过滤。图4为NaCl质量对TMCD提取效果的影响。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F004图4NaCl质量对TMCD提取效果的影响Fig.4Effects of sodium chloride mass on TMCD extraction efficiency从图4可以看出，随着NaCl质量的增大，TMCD的峰面积逐渐增大。当NaCl的质量为3.5 g时，TMCD的峰面积达到最大；继续增大NaCl的质量至4.0 g，峰面积没有发生较大变化。同时考察加入3.5 g NaCl后目标化合物的回收率，其中4%乙酸中TMCD的回收率为91.2%，10%乙醇中TMCD的回收率为89.6%。因此优选NaCl的质量为3.5 g。2.2.1.3乙醇含量对提取效果的影响分别移取10 mL 20%乙醇溶液、50%乙醇溶液和95%乙醇溶液于3个25 mL具塞比色管，分别加入100 µL的2 mg/L TMCD溶液（溶剂为丙酮）后混匀，再加入3.5 g NaCl，充分涡旋振荡得到NaCl饱和溶液。分别向其中加入2 mL的乙酸乙酯，涡旋振荡2 min后，静置2 min。结果发现：50%乙醇溶液和95%乙醇溶液与乙酸乙酯混溶，不能分层；20%乙醇溶液虽与乙酸乙酯溶液能够实现分层，但上层有机相的体积明显增大。考虑10%乙醇溶液中TMCD经乙酸乙酯提取后能够得到较好回收率，因此将20%乙醇溶液、50%乙醇溶液和95%乙醇溶液用水稀释后再进行提取。分别移取5 mL 20%乙醇溶液、2 mL 50%乙醇溶液和1 mL 95%乙醇溶液于三个具塞比色管，再分别加入5、8、9 mL水，再加入3.5 g NaCl，重复萃取步骤。经水稀释的20%乙醇溶液、50%乙醇溶液和95%乙醇溶液中TMCD溶液经乙酸乙酯萃取后均达到较好回收率。2.2.1.4涡旋振荡时间的选择分别移取10 mL 4%乙酸溶液、10%乙醇溶液于2个25 mL具塞比色管中，向其中分别加入100 µL 2 mg/L的TMCD溶液（溶剂为丙酮）后混匀，再加入3.5 g NaCl充分振荡使NaCl溶解，各准备10份。分别加入2 mL的乙酸乙酯后，分别涡旋振荡10、20、30、40、50、60、90、120、150、180 s，静置2 min后取上层有机相。图5为振荡时间对TMCD提取效果的影响。从图5可以看出，当振荡时间由10 s增至60 s时，TMCD的峰面积缓慢增大；当振荡时间由60 s增大180 s，峰面积在一定范围内波动，没有发生较大的变化，因此优选振荡时间为60 s。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F005图5振荡时间对TMCD提取效果的影响Fig.5Effects of oscillation time on TMCD extraction efficiency2.2.2油脂类食品模拟物测试因橄榄油的成分比较复杂，不能用气相色谱-质谱仪对橄榄油直接进行分析，先用有机溶剂从橄榄油中提取目标化合物，再用气相色谱-质谱仪对目标化合物进行分析。TMCD易溶于甲醇，而甲醇和橄榄油分层明显，选择甲醇作为提取溶剂。橄榄油黏度较大，对甲醇提取效果造成影响，选用正庚烷将橄榄油稀释后再提取。为了缩短提取时间，采用涡旋振荡提取方式对橄榄油中TMCD进行提取。图6为振荡时间对橄榄油中TMCD提取效率的影响。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F006图6振荡时间对橄榄油中TMCD提取效率的影响Fig.6Effects of oscillation time on TMCD extraction efficiency from olive oil从图6可以看出，当涡旋振荡提取时间为50 s时，TMCD的峰面积达到最大值，继续增加振荡时间，TMCD的峰面积变化不大。为了便于统一操作，选择提取时间1 min。同时考察了不同体积的甲醇对体系效率的影响，固定提取时间为1 min，选择提取溶剂甲醇的体积分别为2、3、4 mL。结果发现：选择不同体积的甲醇进行提取，测定结果变化不大。因此，优选2 mL甲醇作为提取剂，采用涡旋振荡的方式进行提取，提取时间为1 min。2.3方法的线性和检出限配置TMCD的标准工作溶液，以食品模拟物中TMCD浓度为横坐标，以对应的TMCD峰面积之和为纵坐标，绘制标准曲线。选取不含有TMCD的改性PCT样品作为空白样品，分别用10%乙醇、4%乙酸、20%乙醇、50%乙醇、95%乙醇、异辛烷和橄榄油的浸泡液稀释标准溶液，进行前处理后上机测试，信噪比(S/N)=10作为方法的定量限(LOQ)，S/N=3作为方法的检出限(LOD)。表2为TMCD的线性方程、相关系数、检出限和定量限。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.T002表2TMCD的线性方程、相关系数、检出限和定量限Tab.2Calibration curve， correlation coefficient， LOD and LOQ of TMCD序号食品模拟物线性范围/（mg‧L-1）线性方程相关系数LOD/（mg‧L-1）LOQ/（mg‧L-1）14%乙酸0.02~2.05y=120703x+492.460.99980.0080.02210%乙醇0.02~2.05y=11973x+321.310.99990.0080.02320%乙醇0.04~4.10y=60024x+471.870.99980.020.04450%乙醇0.10~10.24y=24057x+428.860.99990.040.1595%乙醇0.20~20.48y=12149x+303.160.99990.080.26异辛烷0.10~10.24y=22480x+247.410.999 80.040.17橄榄油0.10~10.24y=25880x+446.860.999 70.040.12.4回收率和精密度实验精密度常随着分析物的浓度和基质类型的不同而不同，本次采用样品加标的方式进行TMCD的回收试验。选取不含有目标化合物的改性PCT奶瓶，按GB 5009.156—2016及GB 31604.1—2015要求，分别用4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇、95%乙醇溶液及异辛烷和橄榄油对样品进行迁移试验和加标回收试验。各模拟物的每个加标水平平行测定7次，表3为TMCD的加标回收率和精密度。从表3可以看出，TMCD的平均回收率在90.2%~107.8%，精密度(RSD)为2.61%~9.04%之间。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.T003表3TMCD的加标回收率和精密度Tab.3Recoveries and precisions of TMCD序号食品模拟物加标量/µg平均回收率/%RSD/%序号食品模拟物加标量/µg平均回收率/%RSD/%14%乙酸0.290.96.05595%乙醇0.290.76.731.094.03.451.095.63.622.096.12.992.0101.33.95210%乙醇0.289.45.096异辛烷0.294.37.061.094.13.781.099.65.752.098.83.482.0107.84.76320%乙醇0.290.25.897橄榄油0.290.59.041.093.83.171.096.36.822.097.52.612.098.24.29450%乙醇0.291.05.751.093.44.122.098.83.732.5实际样品测试从市场购买了24批改性PCT材质的食品接触产品，包括9批奶瓶、4批牛奶杯、4批运动水壶、2批太空杯、2批摇摇杯和3批吨吨桶。参照GB 31604.1—2015及GB 5009.156—2016，根据样品的预期用途和使用条件开展迁移试验，其中奶瓶和牛奶杯采用5种食品模拟物及2种化学替代溶剂浸泡样品，其他样品采用4%乙酸和10%乙醇浸泡样品，置于水浴锅中，70 ℃放置2 h后取出样品，待浸泡液冷却至室温后，进行测试。表4为样品的检测结果。从表4可以看出，在24批样品中未检出TMCD。采用4%乙酸、10%乙醇和橄榄油浸泡实际样品后，按照实验方法进行测试，图7为典型样品的色谱图。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.T004表4样品的检测结果Tab.4Test Results of Samples样品名称4%乙酸10%乙醇20%乙醇50%乙醇95%乙醇异辛烷橄榄油奶瓶NDNDNDNDNDNDND牛奶杯NDNDNDNDNDNDND运动水壶NDND—————太空杯NDND—————摇摇杯NDND—————吨吨桶NDND—————注：“ND”表示未检出，“—”表示未进行该项测试。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.015.F007图7典型样品的色谱图Fig.7Chromatograms of typical samples3结论通过对色谱条件及前处理条件的优化，建立了改性PCT食品接触材料中TMCD迁移量的气相色谱-质谱检测方法，可对4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇和橄榄油5种食品模拟物以及95%乙醇、异辛烷为化学替代溶剂中TMCD含量进行准确、快速地测定。方法操作简单，灵敏度高，具有较好的回收率和精密度，能够满足食品接触材料中TMCD迁移量日常检测的需要，可作为现行食品安全国家标准中对TMCD管控要求的配套检测方法。同时，本方法可为检测机构和相关监管部门对食品接触材料及制品中TMCD的合规性评价和风险评估提供技术支持。