食品接触用塑料制品中3种典型邻苯二甲酸酯测定的不确定度评定

Uncertainty Evaluation in Determination of Three Typical Phthalates in Plastic Products for Food Contact Use

摘要

通过评定食品接触用塑料制品中3种典型邻苯二甲酸酯测定的不确定度，保证检验检测数据的准确性。依据GB 31604.30—2016对样品中3种典型邻苯二甲酸酯含量进行测定分析，确定检测结果的不确定度来源，通过数学模型计算主要影响因素的不确定度情况，得到食品接触用塑料制品中3种典型邻苯二甲酸酯检测结果的扩展不确定度。依据GB 31604.30—2016测定塑料制品中3种典型邻苯二甲酸酯含量，不确定度的主要影响因素为标准溶液配制过程、标准曲线拟合和仪器等。3种典型邻苯二甲酸酯的测量过程中最大的影响因素是标准曲线拟合时引入的相对标准不确定度，其中邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）为0.032 5，邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为0.030 3，邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP）为0.028 2。可通过提高实验人员操作能力水平、选择适当的标准工作溶液的浓度点和进行仪器维护保养等，保证检验检测数据的准确性。

关键词

气相色谱质谱联用法 / 食品接触用 / 塑料制品 / 邻苯二甲酸酯 / 不确定度

Key words

GC-MS / Food contact use / Plastic products / Phthalate ester / Uncertainty

邻苯二甲酸酯类物质是塑料包装材料生产加工中使用最广泛的增塑剂之一，占增塑剂总量的80%^[1-2]，常被应用于食品接触材料用垫圈、瓶盖内垫、保鲜膜和复合包装等产品^[3-5]，可以提高产品的加工性能和耐用性等。当邻苯二甲酸酯类物质接触油脂类食品时，接触材料中的邻苯二甲酸酯会迁移到食品中，如果被消费者摄入可能对消费者的健康产生影响，如干扰内分泌和诱导肿瘤发生^[6-9]，也会产生生殖毒性，诱发肝脏损伤，增加畸变率^[10-11]。因此，食品接触用材料中邻苯二甲酸酯类物质的迁移及安全性应引起高度关注^[12]。

不确定度评定主要依据CNAS-GL006—2019^[13]规定要求分析不确定度的主要来源，采取措施减小检测结果的不确定度，提高实际测定过程中检测结果的准确度。测量不确定度需要在确定一个测量结果存在不确定程度时采用一个适当的标准度量^[14]。不确定度越小，测量结果的可用性越大，其结果的使用价值就越大^[15-17]。计算软件的开发和利用促进了不确定度评定工作的开展^[18]。当测试数据处于临界值时，可引入不确定度评估定量分析方法的可靠性和测量结果的准确性^[19-20]。

我国GB 9685—2016^[21]对食品接触用材料中邻苯二甲酸酯类物质的使用范围、最大使用量和接触食品类型等进行严格的管控。食品接触材料中邻苯二甲酸酯类物质的含量(添加量和非有意添加量)和使用条件决定迁移风险的大小^[22]。研究发现，邻苯二甲酸酯与塑料材料之间的氢键或范德华力连接不稳定，有发生迁移的风险^[23]。

目前，实验室检测过程的不确定度评定是检测工作的重要组成部分和重要技术支撑^[24]。食品接触用塑料制品中邻苯二甲酸酯的测定依据为GB 31604.30—2016^[25]。邻苯二甲酸酯的检测结果受人员能力、标准物质、器具、仪器和设备等影响较大，导致检验结果不准确，且目前关于食品接触用塑料杯中邻苯二甲酸酯的不确定度文献资料和报道很少。邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)和邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)是常用的邻苯二甲酸酯类增塑剂。因此，DBP、DEHP和DIBP 3种邻苯二甲酸酯是消费者和监管部门关注的热点和重点。本文对食品接触用塑料制品中上述3种邻苯二甲酸酯测定的不确定度进行分析，为了更好地保证产品质量安全提供参考。

1 实验部分

1.1 主要原料

邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，CAS为84-74-2；邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)，CAS为84-69-5；邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)，CAS为117-81-7。以上3种邻苯二甲酸酯购买有证的混合标准溶液，规格1 000 mg/L，1 mL，有效期至2025年12月28日，上海安谱璀世标准技术服务有限公司。正己烷，4 L农残级，德国默克公司。

1.2 仪器与设备

气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)，7890B-5977B，安捷伦科技(中国)有限公司；数控超声波萃取仪，KQ-500DE，昆山市超声仪器有限公司；电子分析天平，ME204，精度0.000 1 g，瑞士METTLER TOLEDO公司。

1.3 样品制备

从市场上购买食品接触用塑料杯样品，参照GB 31604.30—2016中的前处理方法进行实验，试液经0.45 μm有机相玻璃滤膜，试液上GC-MS测定。

1.4 性能测试与表征

1.4.1 标准溶液的配制

标准储备液：准确量取一定体积的混合标准溶液，用溶剂正己烷配制质量浓度为100 mg/L的储备液。

标准使用液(10 mg/L)：准确量取5 mL上述配制好的标准储备液于50 mL容量瓶中，加入溶剂正己烷，定容至刻度。

标准工作溶液系列：将上述配制好的标准使用液用溶剂正己烷稀释0.01、0.05、0.10、0.20、0.50 mg/L系列的标准工作溶液。将配制好的标准溶液置于冰箱中，4 ℃避光保存。

1.4.2 气相色谱及质谱条件

参照GB 31604.30—2016中的仪器参考条件进行实验，毛细管色谱柱DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 µm)，离子监测范围质荷比：30~700 amu。

1.4.3 测量模型

3种典型邻苯二甲酸酯的测量模型计算公式为：

X_i = \frac{(c_i-c_{\mathrm{0}})\times V\times f}{m} (1)

式(1)中：X_i 为试样中邻苯二甲酸酯(DBP、DIBP、DEHP)的含量，mg/kg；c ₀为空白试样中邻苯二甲酸酯(DBP、DIBP、DEHP)的质量浓度，mg/L；c_i 为试液中邻苯二甲酸酯(DBP、DIBP、DEHP)的质量浓度，mg/L；V为试样定容体积，mL；f为稀释倍数；m为试样质量，g。

1.4.4 使用的测量模型不确定度的主要来源

测量过程和数学测量模型会影响检测结果的准确性，检测结果的不确定度主要来源包括标准溶液、前处理过程、样品重复测试、标准工作曲线拟合和仪器设备等。重点关注以上不确定因素来源可以更好地把控实验过程和检测结果的准确度。

2 结果与讨论

2.1 标准溶液引入的相对不确定度

2.1.1 标准品引入的相对不确定度

根据DIBP、DBP、DEHP标准品的证书，3种典型邻苯二甲酸酯的标准物质溶液质量浓度、标准物质的扩展不确定度见表1。

标准品引入的相对不确定度计算公式为：

u_{\mathrm{1}\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}} ( c ) = \frac{\mathrm{标准}\mathrm{物质}\mathrm{扩展}\mathrm{不确}\mathrm{定度}}{k\times \mathrm{1}\mathrm{000}} (2)

式(2)中：u _1rel(c)为标准品引入的相对不确定度；k为包含因子，取值为2。

2.1.2 配制标准工作溶液系列引入的相对标准不确定度

按照JJG 646—2006^[26]、JJG 196—2006^[27]的规定，实验中使用的50 mL容量瓶(A级单标线)的允许误差为±0.05 mL，可以依据均匀分布，取k= \sqrt[]{\mathrm{3}}。表2为配制标准溶液时容量瓶、移液器的使用引入的相对标准不确定度。

容量瓶、移液器的使用引入的相对标准不确定度为：

u _2rel (c)

=\sqrt[]{\mathrm{6}{u^{\mathrm{2}}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{50}}+{u^{\mathrm{2}}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{100}}+\mathrm{4}{u^{\mathrm{2}}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}\mathrm{1}\mathrm{000}}+{{u^{\mathrm{2}}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}}_{\mathrm{5}\mathrm{000}}}=0.007 29(3)

在配制邻苯二甲酸酯混合标准溶液时，会使用容量瓶、移液器等量具。实验室温度一般设置为(20±3) ℃，该温度下正己烷的膨胀系数为1.36×10^-3/℃。与塑料、玻璃材料相比，正己烷的膨胀系数更大，可以只考虑正己烷溶剂对不确定度的影响。依据矩形分布，取k= \sqrt[]{\mathrm{3}}，计算正己烷溶剂的温差效应引起体积大小变化的不确定度u _rel(t)。

u _rel(t)=6×1.36×10^-3/\sqrt[]{\mathrm{3}}=0.004 7(4)

3种典型邻苯二甲酸酯系列标准工作溶液的相对标准不确定度的计算公式为：

u _rel (c)

=\sqrt[]{{{u^{\mathrm{2}}}_{\mathrm{1}}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}(c)+{{u^{\mathrm{2}}}_{\mathrm{2}}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}(c)+{u^{\mathrm{2}}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}(t)} (5)

由式(5)可知，3种典型邻苯二甲酸酯的测定由配制标准工作溶液系列引入的相对标准不确定度分别为：u _rel(cDIBP)=0.017 75，u _rel(cDBP)=0.017 75，u _rel(cDEHP)=0.017 75。

2.2 分析电子天平称量过程引入的相对标准不确定度

根据分析电子天平的检定证书，确定实验室使用的分析电子天平称量的扩展不确定度为0.000 1 g，取k=2，则由使用分析电子天平称量时引入的标准不确定度为：

u(m)=0.000 1/k=5.00×10^-5 g(6)

在进行样品中3种邻苯二甲酸酯测试时，需要称取样品的质量为0.500 0 g，使用分析电子天平称量时引入的相对标准不确定度为：

u _rel(m)=5.00×10^-5/0.500 0=1.00×10^-4 (7)

2.3 标准工作曲线拟合引入的相对标准不确定度

将DBP、DIBP、DEHP的峰面积和其标准工作溶液进行最小二乘法拟合，标准曲线拟合引入的相对标准不确定度的计算公式为：

u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}} ( Y ) = \frac{s}{k\times c_{\mathrm{1}}} \sqrt[]{\frac{\mathrm{1}}{N}+\frac{\mathrm{1}}{n}+\frac{(c_{\mathrm{1}}-c)}{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}(c{}_i{}^{}-c)}} (8)

s = \sqrt[]{\frac{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}[A{}_i{}^{}-(k{c}_i{+b)]}^{\mathrm{2}}}{n-\mathrm{2}}} (9)

c = \frac{\mathrm{1}}{n} {\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n} c_i (10)

式(8)~(10)中：c为不同校准标准工作溶液质量浓度的平均值，其值为0.172 mg/L；c ₁为试样中目标物的平均含量，DBP结果为10.26 mg/kg，DIBP结果为10.49 mg/kg，DEHP结果为10.54 mg/kg；c_i 为DBP、DIBP、DEHP工作溶液的质量浓度，mg/L；A_i 为DBP、DIBP、DEHP标准工作溶液的峰面积；k为标准工作曲线方程斜率；b为标准工作曲线方法的截距；s为标准工作溶液邻苯二甲酸酯峰面积的标准偏差；N为试样的平行测定次数，N=6；n为标准工作液的测定次数，n=3。

表3和表4分别为测得的3种典型邻苯二甲酸酯标准溶液系列的峰面积和标准工作曲线引入的相对标准不确定度。

2.4 样品重复测量引入的相对标准不确定度

实验时，样品被重复测量6次(n=6)。

样品重复测量引入的相对标准不确定度的计算公式为：

u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}} ( Z ) = \frac{s(Z)}{\sqrt[]{n}\times c} (11)

根据GB 31604.30—2016进行实验，表5为样品重复测量引入的相对标准不确定度。

2.5 GC-MS引入的相对标准不确定度

仪器分析测定过程中，样品重复测量引入的相对标准不确定度已确定，可忽略自动进样过程中仪器工作站自动积分过程中产生的不确定度。根据GC-MS的校准证书可知，本实验使用的该仪器的相对标准不确定度为：u _rel(G)=3%。

2.6 测量不确定度的评定

通过分析3种典型邻苯二甲酸酯检验结果的主要影响因素和来源，确定样品中3种目标物测量合成相对不确定度的计算公式为：

u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}} = \sqrt[]{u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}{(c)}^{\mathrm{2}}+u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}{(m)}^{\mathrm{2}}+u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}{(Y)}^{\mathrm{2}}+u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}{(Z)}^{\mathrm{2}}+u_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{l}}{(G)}^{\mathrm{2}}} (12)

考虑食品接触用塑料制品中3种典型邻苯二甲酸酯的各项不确定度分量，取置信概率为95%，包含因子k=2，则其扩展不确定度为：

U=k×u _rel×c (13)

表6为食品接触用塑料制品中3种典型邻苯二甲酸酯含量的不确定度评定结果。

3 结论

依据GB 31604.30—2016，采用GC-MS对塑料样品中的3种典型邻苯二甲酸酯进行不确定评定。通过对影响不确定的主要来源及因素分析可知：最大的影响因素是标准曲线拟合时引入的相对标准不确定度，其中DIBP为0.032 5，DBP为0.030 3，DEHP为0.028 2；实验用仪器引入的相对标准不确定度为3%；其他影响因素引起的不确定度较小。因此，实验时使用的标准曲线浓度范围应包含试样中目标物的浓度且浓度范围要尽量小，选择合格的量具，加强实验人员的实操能力，及时对仪器进行维护保养，从而提高检测结果的准确度。

参考文献

[1] 张文华,吉丽娜,冯靖,药包材相容性研究中邻苯二甲酸酯类增塑剂的安全性评估[J].中国药学杂志,2023,58(6):533-536.

[2] 伍剑,罗霞,陈杰,德阳市常见塑料包装食品中邻苯二甲酸酯类化合物残留量检测及结果分析[J].现代预防医学,2023,50(21):3980-3984.

[3] 王笑妍,薛燕波,者东梅,邻苯二甲酸酯类增塑剂概况及法规标准现状[J].中国塑料,2019,33(6):95-105.

[4] 张倩.植物纤维食品接触材料中邻苯二甲酸酯类增塑剂的研究现状[J].中国造纸,2017,36(5):53-57.

[5] 寇海娟,李伟涛,李金凤,不同材质食品接触材料及制品中PAEs合规情况调查及评价[J].包装工程,2022,43(23):191-198.

[6] KOO H J, LEE B M. Estimated exposure to phthalates in cosmetics and risk assessment[J]. Journal of Toxicology Environmental Health, Patr A, 2004, 67(24): 1901-1904.

[7] AL-SALEH I, ELKHATIB R, ALNUWAYSIR H, et al. The cumulative risk assessment of phthalates exposure in preterm neonates[J]. International Journal of Hygiene Environmental Health, 2023, DOI: 10.1016/j.ijheh.2023.114112.

[8] HUO C Y, LI W L, LIU L Y, et al. Seasonal variations of airborne phthalates and novel non-phthalate plasticizers in a test residence in cold regions: Effects of temperature, humidity, total suspended particulate matter, and sources[J]. Science of The Total Environment, 2023, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.160852.

[9] 石维佳,保庭毅.邻苯二甲酸酯类对雄性生殖系统的毒性作用[J].第四军医大学学报,2006,27(22):2109-2111.

[10] 彭鹏,王利,徐新云,邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯对StAR基因表达的影响[J].职业与健康,2017,33(24):3340-3343.

[11] 纪红蕊,杜霞,宋永彬,邻苯二甲酸二丁酯的毒性作用及机制[J].沈阳工业大学学报,2017,39(2):230-235.

[12] 范晓洁,郭一凡,张京伟,32种中国市售食品接触硅橡胶制品中邻苯二甲酸酯类塑化剂的研究[J].包装工程,2023,44(21):230-235.

[13] 中国合格评定国家认可委员会. 化学分析中不确定度的评估指南:CNAS-GL006-2019 [S/OL].[2024-03-29].

[14] 潘丽.测量不确定度评定的研究进展与展望[J].黑龙江科学,2015,6(8):66.

[15] 刘肖肖,高晓哲,陈畅,高效液相色谱法测定PET瓶中对苯二甲酸迁移量的不确定评定[J].标准科学,2019,4:144-148.

[16] 国家质量技术监督局计量司组.测量不确定度评定与表示指南[M].北京:中国计量出版社,2000.

[17] 中国实验室国家认可委员会.化学分析中不确定度的评估指南[M].北京:中国计量出版社,2002.

[18] 宗翔宇.蒙特卡洛法为基础的测量不确定度评定软件系统开发[J].中国计量,2020,2:103-105.

[19] 董超琪,袁华峰.微生物检定法测定庆大霉素注射液含量的不确定度分析[J].海峡药学,2014,26(6):86-88.

[20] 杨娟,钟昕,朱世真,测量不确定度在微生物检验中的应用及研究进展[J].生物化工,2021,7(4):119-123.

[21] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会,食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准:GB 9685—2016 [S].北京:中国标准出版社,2016.

[22] 潘静静,钟怀宁,李丹,食品接触材料及制品中邻苯二甲酸酯类[J].中国油脂,2019,44(4):85-90.

[23] 林柏纬.气相色谱-三重四级杆串联气谱法(GC-MS/MS)测定茶叶中19种邻苯二甲酸酯[J].福建轻纺,2024(2):20-26.

[24] 熊中强,李宁涛,胡新功,食品接触材料中三氯羟基二苯醚含量的不确定度评定[J].食品研究与开发,2016,37(10):124-126.

[25] 中华人民共和国卫生部. 食品安全国家标准 食品接触材料及制品 邻苯二甲酸酯的测定和迁移量的测定:GB 31604.30—2016 [S].北京:中国标准出版社,2016.

[26] 国家质量监督检验检疫总局. 移液器检定规程:JJG 646—2006 [S].北京:中国计量出版社,2006.

[27] 国家质量监督检验检疫总局. 常用玻璃量器检定规程:JJG 196—2006 [S].北京:中国计量出版社,2006.

基金资助

国家市场监管总局科技计划项目(2022MK073)

山东省市场监督管理局科研项目(2023MR08)