液质联用法同时测定婴幼儿食品接触材料中己内酰胺和抗氧化剂1010的迁移量

Simultaneous Determination of Migration Level of Caprolactam and Antioxidant 1010 in Baby Food Contact Materials by LC-MS/MS

摘要

建立高效液相色谱串联质谱联用法，同时测定婴幼儿食品接触材料中两种高关注化合物己内酰胺、抗氧化剂1010的迁移量。样品于70 ℃ 4%乙酸、50%乙醇中浸泡2 h，浸泡液经旋转蒸发仪浓缩并用初始流动相溶解，过0.45 μm微孔滤膜，采用Acquity UPLC®BEH C18 色谱柱分离，以0.1%甲酸乙腈-0.1%甲酸水溶液为流动相进行梯度洗脱，正负离子扫描三重四级杆质谱检测，外标法定量。在0.010~10.000 mg/L质量浓度范围内线性关系良好（R²>0.999），方法定量限均为0.001 mg/kg；平均回收率为84.9%~92.3%，相对标准偏差为1.86%~3.67%。研究结果表明该方法前处理快速、简便、灵敏度高。

Abstract

A high performance liquid chromatography-mass spectrometry method was established for the simultaneous determination of the migration levels of two high concern compounds, caprolactam and antioxidant 1010, in baby food contact materials. Samples were extracted at 70 °C for 2 h using 4% acetic acid and 50% ethanol. The extraction solution was concentrated using a rotary evaporator and reconstituted with the initial mobile phase, then filtered through a 0.45 μm microporous membrane. Separation was performed on an Acquity UPLC®BEH C18 column with gradient elution using 0.1% formic acid in acetonitrile and 0.1% formic acid in water as mobile phases. Detection was carried out using a triple quadrupole mass spectrometer in both positive and negative ion modes, and quantification was performed by external standard calibration. Good linearity was achieved in the concentration range of 0.010~10.000 mg/L (R²>0.999), with a limit of quantification of 0.001 mg/kg for both analytes. The average recoveries ranged from 84.9% to 92.3%, with relative standard deviations of 1.86% to 3.67%. The results demonstrated that the proposed method featured rapid and simple sample preparation and high sensitivity.

Graphical abstract

关键词

高关注化合物 / 己内酰胺 / 抗氧化剂1010 / 迁移量 / 高效液相色谱串联质谱法

Key words

High concentration compounds / Caprolactam / Antioxidant 1010 / Migration / UPLC-MS/MS

婴幼儿食品接触材料及制品作为包装婴幼儿食品不可或缺的一部分，其风险管控的科学性和有效性对保障婴幼儿食品安全尤为重要^[1]。当前，婴幼儿食品接触材料及制品仅对部分物质进行限制，如邻苯二甲酸酯类^[2-4]、N-亚硝胺^[5]等。在食品接触材料及其相关领域，高关注化合物^[6]主要指对食品安全和人类健康已被证实有害的已知化学物质以及尚未被相关国家产品标准批准使用、迁移量超出标准限值或毒理学安全阈值的物质。高关注化合物分为有意添加物和非有意添加物，抗氧化剂^[7-8]、增塑剂、UV稳定剂^[9]及生产过程中添加的少量物质等属于有意添加物；聚合物的降解产物、单体残留杂质及反应副产物等^[10-12]属于非有意添加物。目前，许多高关注化合物缺乏标准检测方法^[13]，例如聚丙烯和聚酰胺奶瓶中的抗氧化剂1010以及婴幼儿食品复合包装袋中可能迁移的ε-己内酰胺^[14-15]、环状寡聚物等。现有测定己内酰胺、抗氧化剂1010的方法^[16-18]多为气相色谱法^[19-20]、气相色谱-质谱法^[21]、液相色谱法^[22-25]。这些方法存在假阳性风险或检测时间过长的问题，尚无能够同时快速准确测定两者的液相色谱-串联质谱法报道。因此，建立一种快速准确的液相色谱-串联质谱法十分必要。本研究建立液相色谱-串联质谱法，同时测定婴幼儿食品接触材料中己内酰胺和抗氧化剂1010的迁移量。

1 实验部分

1.1 主要原料

己内酰胺，质量分数99.36%，美国Stanford Chemicals公司；抗氧化剂1010，质量分数98.4%，美国Stanford Chemicals公司；甲酸，色谱级，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙腈，色谱纯，美国Honeywell有限公司；乙醇，色谱纯，德国默克公司；氨水，色谱纯，美国ACS恩科化学有限公司。婴幼儿奶瓶、水杯购自当地市场和电商平台。

1.2 仪器与设备

高效液相色谱串联质谱联用仪，LCMS-8050，日本岛津公司；去离子水发生器，Milli-Q，美国Millipore公司；旋转蒸发仪，RV10V，德国IKA公司。

1.3 样品制备

各标准品用甲醇配制成质量浓度为1 g/L的标准储备液，样品检测时用体积分数4%的乙酸、体积分数50%的乙醇溶液逐级稀释，配制成0.010~10.000 mg/L系列标准工作溶液，现用现配。

1.4 测试条件

色谱条件：色谱柱为Waters BEH C18(50.0 mm×2.1 mm，1.7 μm)；柱温为40 ℃；流动相A为0.1%(体积分数)甲酸水，流动相B为0.1%(体积分数)甲酸乙腈；流速为0.4 mL/min。梯度洗脱程序为0~0.5 min，30% B；0.5~1.5 min，30% B~95% B；1.5~8.0 min，95% B；8.00~8.01 min，95% B~30% B；8.01~10.00 min，30% B。进样体积为5 μL。

质谱条件：离子源为电喷雾离子源(ESI)；扫描方式为正负离子模式；脱溶剂管温度为526 ℃；加热模块温度为400 ℃；DL管温度为250 ℃。检测方式为多重反应监测MRM模式。表1为己内酰胺和抗氧化剂1010质谱参数。

1.5 样品前处理

儿童用水杯、奶瓶属于重复使用的食品接触制品，新购置的水杯、奶瓶用自来水冲洗奶瓶3次，再用三级水冲洗3次，放置晾干后待测；向水杯中加入100 mL的4%乙酸溶液，向奶瓶中加入100 mL的50%乙醇溶液，密封，置于70 ℃水浴锅中放置2 h。样品在酸性和含乙醇食品模拟物中浸泡试验后，经过旋转蒸发仪浓缩后，用初始流动相溶解、定容，过膜上机待测。

2 结果与讨论

2.1 液相色谱条件优化

2.1.1 流动相的选择

实验考察乙腈-水、乙腈-0.1%甲酸水、0.1%甲酸甲醇-0.1%甲酸水、0.1%甲酸乙腈-0.1%甲酸水分别作为流动相待测目标物的分离度和灵敏度。结果表明，含甲酸的流动相可以增强目标化合物的离子化效率，提高响应以及灵敏度。当流动相中有机相和水相的甲酸体积分数均为0.1%时效果最佳。因此，选择0.1%甲酸乙腈-0.1%甲酸水作为流动相。

2.1.2 色谱柱的选择

己内酰胺结构式中含有羰基、亚氨基等基团，属于中低极性化合物，抗氧剂1010属于弱极性化合物，研究比较Shim-pack GIST C18 (100.0 mm×2.1 mm，2.0µm)、Eclipse Plus-C18 RRHD (50.0 mm×3.0 mm，1.8 µm)、Acquity UPLC®BEH C18 (500.0 mm×2.1 mm，1.7 μm)色谱柱对目标物的分离效果。结果表明：采用Shim-pack GIST C18、Eclipse Plus-C18 RRHD色谱柱分离时待测目标物抗氧化剂1010不出峰；采用Acquity UPLC®BEH C18色谱柱分离时，两种待测物质均出峰，化合物峰形对称度良好，灵敏度满足要求。图1为采用Acquity UPLC®BEH C18分离的己内酰胺、抗氧化剂1010的色谱图。

2.1.3 迁移条件的选择

根据GB 31604.1—2023、韩国食品接触材料标准、欧盟法规(EU)NO.10/2011针对不同食品类别给出不同的食品模拟物。表2为各国食品模拟物对比。依据产品的预期接触食品类别，本次实验对象为儿童用水杯和奶瓶，最终迁移条件为4%乙酸、50%乙醇，70 ℃浸泡2 h。

2.2 质谱的定性定量分析

根据两种高关注化合物己内酰胺、抗氧化剂1010分子结构的特征，选用电喷雾正负离子(ESI+/-)电离模式对标准液进行Q1全扫描。分别准确找出各分子离子峰(见质谱条件表1)，继续对其子离子进行Q3全扫描，找出两个以上响应信号较强的离子碎片，和母离子组成目标物离子对，多反应监测(MRM)模式对目标物进行定性以及定量检测。此次研究采用液相进样，在ESI正负离子模式下对1 mg/L己内酰胺标准溶液进行Q1/Scan母离子扫描，得到己内酰胺的[M+H]+分子离子峰质荷比114.16，进一步MS²分析，选定3个响应较强的子离子质荷比69.10、79.10、96.10。进一步优化Q1/Q3偏转电压以及碰撞能。在ESI正负离子模式下对1 mg/L抗氧化剂1010标准溶液进行Q1/Scan母离子扫描，得到己内酰胺的[M-H]-分子离子峰质荷比1 176.652，进一步MS²分析，选定3个响应较强的子离子质荷比205.30、521.10、916.25。图2为己内酰胺和抗氧化剂1010部分碎片裂解规律。

两种物质的裂解机理推断如下：己内酰胺(分子量113.16)，在电喷雾正离子模式(ESI⁺)下质子化，生成准分子离子114.167 [M+H]⁺，对该准分子离子进行二级质谱MS²分析，改变诱导碰撞能量，分子中酰胺键断裂并开环，形成稳定的含氮碎片离子，产生特征碎片离子69.10；抗氧化剂1010(分子量1 177.66)，在电喷雾负离子模式(ESI^-)下脱去质子，生成准分子离子1 176.652 [M-H]^-，对其进行二级质谱MS²分析，该离子优先在酯基位点断键脱去中性碎片[C₁₇H₂₅O₂]，得到碎片离子916.25 [M-H-C₁₇H₂₅O₂]^-，该碎片进一步在苯环与侧链连接处断裂，生成特征碎片205.30 [C₁₄H₂₁O]^-。

2.3 线性范围和定量限

运用液相色谱-串联质谱技术进行样品测定时，通常需要考察基质离子抑制对定量结果的影响。采用空白样品处理液配制标准曲线定量能够减弱基质效应对定量结果准确度的影响。选取事先经过迁移试验，目标物未检出空白样品的浸泡液，加入己内酰胺和抗氧化剂标物溶液，以10倍信噪比计算方法的定量限。表3为己内酰胺和抗氧化剂1010线性回归方程、相关系数(R²)和定量限。

2.4 实际样品测定

按试验方法对从市场购买的19个儿童用水杯以及15个奶瓶进行前处理，测定其中己内酰胺与抗氧化剂1010迁移量。从标准曲线中得到试样溶液中的待测物浓度，结果34个样品均检出己内酰胺，迁移量范围在0.04~4.20 mg/kg，两个样品检出抗氧化剂1010，迁移量范围在0.11~0.14 mg/kg。

2.5 加标回收率及精密度

选定不含待测目标物的奶瓶加入标准物质，实验选取3个添加水平，考察迁移前处理方法的回收率与精密度。添加水平分别为1、5、10 mg/kg，重复测定6次(n=6)。表4为平均回收率与精密度结果。从表4可以看出，平均回收率在84.9%~92.3%范围内，相对标准偏差(RSD)为1.86%~3.67%。这表明该方法具有较高的准确度和良好的重现性，能够满足日常检测要求。

3 结论

研究建立高效液相色谱串联质谱联用法，测定婴幼儿食品接触材料中两种高关注化合物己内酰胺和抗氧化剂1010的迁移量。研究优化样品迁移条件(萃取溶剂)、液相条件以及质谱条件，获得良好的检测条件。该方法准确、灵敏，具有良好的回收率和精密度，可应用于婴幼儿食品接触材料中高关注化合物的定性定量分析。

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基金资助

江西省市场监督管理局科技项目(GSJK202427)