CN103472181A - 一种检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法 - Google Patents

Abstract

一种检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法，其特征在于：采用乙腈对样品基质中残留的BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX进行提取，萃取液经过有机相滤膜过滤后，利用合相色谱进行分离，紫外检测器检测，最终检测出印刷包装材料中6种化合物的含量。本发明优点如下：首次利用合相色谱技术，建立了印刷包装材料中六种化合物的分析方法；能够在2.5分钟内实现6种相似化合物（同分异构体）的有效分离和定量；所采用的主要流动相为CO₂，有机溶剂消耗极少，从而更加符合绿色环保分析检测的要求；成本低，灵敏度和准确性高，重复性好。

Description

一种检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法

技术领域

本发明属于理化检验技术领域，具体说是一种检测印刷包装材料中二苯甲酮、2-甲基二苯甲酮、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、2-异丙基硫杂蒽酮和4-异丙基硫杂蒽酮化合物的合相色谱分析方法。

背景技术

二苯甲酮（BP）、甲基二苯甲酮（MBP）和异丙基硫杂蒽酮（ITX）是重要的紫外（UV）吸收剂和引发剂，在UV油墨中广泛使用。近期Rhodes等完成的毒理学试验结果表明，BP对试验动物不仅具有致癌作用，而且还有皮肤接触毒性和生殖毒性。2011年，德国宣布召回从比利时进口的冷冻细面条，主要原因是面条包装上印刷油墨所含有的BP渗透到面条中，导致面条被污染，检出BP含量达1747 μg/kg，远远高于欧盟食物链和动物健康常务委员会于2009年规定印刷油墨食品包装中BP和MBP的总特定迁移量须低于600 μg/kg的标准^[1]。2005年，意大利的官方食品管理机构首次报道了婴幼儿奶粉中2-ITX的污染，其迁移量高达120~300 μg/kg^[2]。之后，欧洲食品安全委员会针对牛奶制品和果汁产品中ITX的迁移展开了详细的研究，其中牛奶制品的迁移水平是27~440 μg/L ，而果汁产品为5~249 μg/L^[3]。值得注意的是，Momo等人的研究表明ITX可以和细胞膜的磷脂双分子层发生强烈作用从而影响细胞膜的生理特性，如细胞膜的流动性和细胞膜骨架等^[4]。

超高效合相色谱（UPC²）技术源于超临界流体色谱技术，由于其以超临界二氧化碳（CO₂）为主要的流动相，因此具有黏度低、传质性能好、分离效率高、绿色环保的优势；同时，该系统基于Waters 成熟的UPLC^TM 技术平台，以及亚2 μm 的色谱柱化学技术，使得仪器的可操控性能、重现性、精密度等方面有一个质的进步。

目前，国内外相关文献报道的BP、MBP和ITX常用测定方法有气相色谱-质谱联用法、液相色谱法和超高效液相色谱法^[5~9]。但以上分析方法均存在样品分析时间较长，同分异构体分离效果较差的缺点。此外，采用液相色谱法分析时需要消耗大量有机溶剂，不利于绿色环保分析方法的发展趋势。本案申请人于2012年8月申请了《测定纸质印刷品中16种光引发剂的检测方法》，该方法以气相色谱-质谱为分析仪器，可以在40分钟内有效分析纸质印刷品中的16种光引发剂，其中也包括了DEAB和MK两种物质。上述以气相色谱-质谱为分析仪器的方法要以价格昂贵的高纯氦气为流动相，检验成本高。能否提供一种简便、快速、准确、成本较低的检测方法，已引起相关领域技术人员的关注。

发明内容：

本发明的目的旨在克服现有技术缺陷，采用乙腈对样品基质中残留的BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX进行提取，萃取液经过有机相滤膜过滤后，利用合相色谱进行分离，紫外检测器检测，最终提供一种简便、快速、准确测定印刷包装材料中BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX等6种化合物的分析方法，为相关材料中光引发剂的残留的快速定量提供检测方法依据。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法，即纸质包装材料中BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX的同时快速测定方法，主要包括以下步骤：

(1)样品制备

准确裁取0.5 dm²的纸质印刷包装样品，并将其剪成0.5 cm × 0.5 cm的碎片，置于50 mL具塞三角瓶中，作为纸质印刷包装样品试样。

(2)样品的提取

所采用的提取溶剂为乙腈或乙腈水溶液，其中乙腈水溶液中乙腈的比例不小于50%，提取溶剂添加量一般为20~50 mL。采用有效方式对样品进行提取后，提取液用0.22 μm滤膜过滤，所获得滤液即可进行UPC²分析。

当采用超声提取方式时，超声功率在40~100 Hz，提取时间为30~50分钟；当采用振荡提取方式时，提取时间为1~2 h；当采用加速溶剂提取方式时，提取时间为10分钟，温度为40℃，压力为1500 psi；当采用浸泡静置提取时，浸泡时间不少于12 h。

(3)标准工作溶液的配置

标准工作溶液的配置分为三个步骤，首先配制每一种光引发剂的标准品储备溶液；其次分别取一定体积的单一标准品储备溶液于容量瓶中定容，得到6种光引发剂的混合标准溶液；最后根据样品实际含量需要，逐级稀释混合标准溶液得到系列标准工作溶液。

本步骤中单一标准品储备溶液的配制方法：分别准确称取50 mg光引发剂至不同的10 mL棕色容量瓶，精确至0.1 mg，用乙腈溶解并分别定容，配制成浓度为5 mg/mL的光引发剂的单标准品储备液，在0～4℃条件下密封避光贮存。有效期6个月。

本步骤中混合标准溶液的配制方法：分别准确移取1 mL单标准品储备溶液于50 mL棕色容量瓶中，用乙腈定容至刻度，配制成浓度为100 mg/L混合标准溶液，在0～4℃条件下密封避光贮存。

本步骤中系列标准工作溶液的推荐配置方法：根据样品需要配制合适浓度的系列标准工作溶液。系列标准工作溶液应以乙腈为溶剂，采用混合标准溶液稀释制备系列标准工作溶液。推荐如下配制方法：分别准确移取0.02 mL、0.1 mL、0.2 mL、0.4 mL、1 mL、2 mL混合标准溶液于6个10 mL棕色容量瓶中，用乙腈定容，即得系列标准工作溶液，配制的系列标准溶液浓度为0.2 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、4 mg/L、10 mg/L、20 mg/L。

(4)仪器分析：采用合相色谱进行分离，紫外检测器进行检测，外标法定量。

色谱条件：采用色谱柱为Acquity UPC² CSH Fluoro-Phenyl色谱柱；ABPR压力为1800 psi；色谱柱温度为50℃；进样量为2~5 μL；流动相分别为CO₂（流动相A）和甲醇（流动相B），流速为1.5 mL/min，流动相梯度洗脱程序如表1；紫外检测波长为243~253 nm之间范围内任一波长，推荐采用246 nm或251 nm。

表1 梯度洗脱程序

时间（min）	A%	B%	曲线
				初始	100	0	初始
2.0	90	10	6
				4.0	70	30	6
5.0	70	30	6
				6.0	100	0	6

按照上述条件，所获得的混合标准溶液246 nm检测条件下色谱图如图2。

(5)结果计算

纸质印刷材料样品中光引发剂的含量按式（1）计算：

  ………………………（1）

式中：

C _i    —— 试样中光引发剂i的含量，单位为毫克每平方米（mg/m²）；

C  —— 试样溶液中光引发剂i的浓度，单位为毫克每升（mg/L）；

C ₀    —— 空白样品中光引发剂i的浓度，单位为毫克每升（mg/L）；

V     —— 萃取试样所用的萃取液体积，单位为毫升（mL）；

S   —— 试样的面积，单位为平方分米（dm²）。

与现有技术相比本发明克服了现有技术样品处理方法的不足，优化了仪器检测条件，本发明具有如下效果：

（1）本发明首次利用合相色谱技术，建立了印刷包装材料中BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX的分析方法。

（2）本发明该分析方法能够在2.5分钟内实现6种相似化合物（同分异构体）的有效分离和定量，相比目前常用的分析方法，检测时间显著缩短。

（3）本发明分析方法所采用的主要流动相为CO₂，有机溶剂消耗极少，从而更加符合绿色环保分析检测的要求。

（4）本发明分析方法由于采用了更加廉价和气体流动相，同时分析时间很短，因此能够大大降低检测分析成本。

（5）本发明分析方法灵敏度和准确性高，重复性好。

与本申请人2012年8月申请的专利相比，本发明针对目前较为关注的6种光引发剂，首次利用UPC²建立了一种印刷包装材料中BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX的分析方法。本技术以CO₂为主要流动相，能够在2.5分钟内实现6种化合物的分离与定量分析，可以为该指标的相关检验提供依据。

附图说明

图1   本发明的测定方法流程图

图2  标准溶液色谱示例图

图3   色谱柱的选择示例图

图4   色谱柱温度选择示例图

图5   ABPR压力选择示例图

图2-5中：1：2-MBP，2：BP，3：3-MBP，4：4-MBP；5：2-ITX，6：4-ITX。

具体实施方式

本发明结合实例做进一步描述，但并不是限制本发明。

实例1：

1)  色谱条件

采用色谱柱为Acquity UPC² CSH Fluoro-Phenyl色谱柱；系统背压为1800 psi；色谱柱温度为50℃；进样量为3 μL；流动相分别为二氧化碳（流动相A）和甲醇（流动相B）；柱流速为1.5 mL/min；流动相梯度洗脱程序如前面所列表1。采用紫外波长246 nm进行监测。

2)  标准溶液的配制

分别准确称取50 mg各种光引发剂，精确至0.1 mg，用乙腈溶解并分别定容于10 mL棕色容量瓶中，制备成浓度为5 mg/mL的单一标准品储备液。然后分别准确移取1 mL单一标准品储备溶液于50 mL棕色容量瓶中，用乙腈定容至刻度，制备成浓度为100 mg/L混合标准溶液。以乙腈为溶剂，采用混合标准溶液稀释法配制0.5、1、2、5、10 mg/L的标准溶液，以标准系列峰面积对应标准工作溶液浓度建立线性回归方程。

3)  样品处理

准确裁取0.5 dm²包装样品，将其剪成不大于0.5 cm × 0.5 cm的碎片，置于50 mL具塞三角瓶中，准确加入20 mL 乙腈溶液，超声提取40 min，萃取液经有机膜过滤后直接进行UPC²系统分析。按照上述条件，所获得的混合标准溶液348 nm检测条件下色谱图如图2。

4)  实际样品分析

采用本方法对5种采用UV印刷工艺生产的纸质包装材料进行检测，检测结果（如表2）表明，5种样品均检出一定含量的2-ITX和4-ITX，含量分别为9.06~48.28 mg/m²和2.06~16.47 mg/m²；另外，在2个样品中检出了4-MBP和EDB，但含量相对较低。

表2  实际样品检测结果（单位：mg/m ² ）

样品	2-MBP	BP	3-MBP	4-MBP	OMBB	EDB	4-ITX	2-ITX
									酒包装盒1	—	—	—	1.25	—	1.25	16.47	48.28
酒包装盒2	—	—	—	—	—	—	5.88	25.36
									月饼盒	—	—	—	—	—	—	2.06	9.06
卷烟条包装纸1	—	—	—	1.06	—	0.99	6.11	18.69
									卷烟条包装纸2	—	—	—	—	—	—	5.68	9.25

注：“—”代表未检出

本发明以下以各实例对比方式优选本发明中所限定的较佳具体方案：

实例2：

实验考察的6种光引发剂，具有结构类似，异构体多，难于分离的特点；另外UPC²系统所用色谱柱的种类多，涵盖正相和反相LC的色谱柱类别，因此，实验首先考察不同固定相色谱柱对分离的影响。本实验选择4款固定相差异明显的色谱柱进行条件筛选，分别为ACQUITY UPC² BEH、BEH 2-EP、HSS C18 SB以及CSH Fluoro-Phenyl。实验结果表明（如图3），Acquity UPC² CSH Fluoro-Phenyl色谱柱能够实现这6种化合物的分离，这与氟苯基固定相的对于目标物保留的特异选择性有关。因此本发明最终权利所要求使用的色谱柱为Acquity UPC² CSH Fluoro-Phenyl类型色谱柱。

 

实例3：

本发明考察了不同压力（1600、1800和2000 psi）和不同色谱柱温度（40、50和60℃）对分离效果的影响。实验结果表明（如图4~5），随着压力和色谱柱温度的提高，6种化合物的分离度有所增加，化合物出峰推后，但过高的压力会导致合相色谱系统的压力同样过高，从而超出仪器本身的耐压要求，因此本发明最终权利所要求使用的压力为1800 psi；同时，过高的色谱柱温度会导致化合物出峰较慢，以此本发明最终权利所要求使用的色谱柱温度为50℃。

 

实例4

按照本发明方法的推荐的配制标准工作溶液方法，然后按照本发明方法的仪器条件，进样量为3 μL，紫外检测波长为246 nm。将系列的标准溶液进行UPC²分析后，用外标法绘制标准曲线，纵坐标为各化合物的峰面积，横坐标为各化合物的浓度（mg/L），作各光引发剂的标准工作曲线。6种光引发剂的保留时间、线性回归方程、线性范围、相关系数、方法检出限(逐级稀释样品加标溶液，按照信噪比S/N=3计算获得)见表3。

表3  标准曲线和检测限

从方法评价的结果可以看出，各个化合物分离良好，本方法灵敏度较高，所在0.2~20 mg/L浓度水平范围内线性关系良好（R²>0.9990），满足相关材料中6种受限制物质残留量的检测需求。

 

实例5：

对已知不含有目标光引发剂的印刷包装纸样品（卡纸材质样品，定量为275 g/m²）进行高、中、低不同浓度水平的标准溶液加标回收率试验。准确裁取0.5 dm²包装样品，将其剪成不大于0.5 cm × 0.5 cm的碎片，置于50 mL具塞三角瓶中，准确加入20 mL 乙腈溶液，超声提取40 min，萃取液经有机膜过滤后直接进行UPC²系统分析，每个样品测定5次，回收率及日内精密度测定结果见表4。从方法的评价结果可以看出，本方法平均回收率在81.0~110.9%，重复性（RSD）小于8.5%，说明本方法能够满足方法学的评价要求。

 

实例6

利用本发明方法对20种纸、纸板、纸盒和纸塑复合印刷包装样品进行检测，实验结果与本案申请人于2012年8月申请《测定纸质印刷品中16种光引发剂的检测方法》结果相比较，具有较好的可比性。同时，由于本发明方法采用了当前较为先进的UPC²技术，该技术由于进一步客服了常规气相色谱和液相色谱分析的缺点，在分析时间显著缩短的条件下能够实现同分异构体的有效分离。同时由于采用了CO₂作为主要流动相，因此环保和能耗方面的优势突出，因此可以预见到，本发明技术在未来相关分析领域的应用与扩展方面具有极其广阔的前景。

 

参考文献

[1]  European Commission Health and Consumers Directorate-General. Standing Committee on the Food Chain and Animal Health Section Toxicological Safety Conclusions of the meeting of 06 March 2009. (2009-03-06)[2011-07-18]. http://www.food.gov.uk/science/surveillance/fsisbranch2006/fsis1806.

[2]    Opinion of the scientific panel of food additives, flavourings, processing aids and materials in contact with food on a request from the commission related to 2-isopropyl thioxanthone (ITX) and 2-ethylhexyl-4-dimethylamino benzoate (EHDAB) in food contact materials, EFSA J. 293 (2005) 1 (available at http://www.efsa.eu.int/science /afc/afc opinions/catindex en.html).

[3]    2005 Chronology of Withdrawal of Nestle and Other Liquid Milks, document available at www.ibfan.org/ site2005/abm/paginas/articles/arch art/416-1.doc.

[4]    Momo F, Fabris S,Stevanato R, Biophys. Chem., 2007, 127 (1): 36-40.

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[6]    14. Benetti C, Angeletti R, Binato G, Biancardi A,Biancotto G, Anal. Chim. Acta, 2008, 617 (1): 132-138.

[7]    15. Sanches-Silva A, Pastorelli S, Cruz J, Simoneau C, Castanheira I, Paseiro-Losada P, J.Dairy. Sci., 2008, 91 (3): 900-909.

[8]    张耀海, 焦必宁,周志钦, 分析化学, 2012, 40 (10): 1536-1542.

李中皓，唐纲岭，王庆华等, 现代食品科技, 2011, 27 (10)：1276-1280。

Claims (5)

1.一种检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法，其特征在于：采用乙腈对样品基质中残留的BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX进行提取，萃取液经过有机相滤膜过滤后，利用超高效合相色谱进行分离，紫外检测器检测，最终检测出印刷包装材料中BP、2-MBP、3-MBP、4-MBP、2-ITX和4-ITX六种化合物的含量，具体步骤如下：

(1)样品制备

准确裁取0.5 dm²的纸质印刷包装样品，并将其剪成0.5 cm × 0.5 cm的碎片，置于50 mL具塞三角瓶中，作为纸质印刷包装样品试样；

(2)样品的提取

采用提取溶剂乙腈或乙腈水溶液，提取溶剂添加量为20~50 mL,对样品试样进行提取，将提取液用0.22 μm滤膜过滤后，所获得滤液即进行UPC²分析；

(3)标准工作溶液的配制

配制具有梯度浓度系列的标准工作溶液，配制的系列标准溶液浓度为0.2 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、4 mg/L、10 mg/L、20 mg/L；

(4)仪器分析：采用合相色谱进行分离，紫外检测器进行检测，外标法定量；

色谱条件：采用色谱柱为Acquity UPC² CSH Fluoro-Phenyl色谱柱；ABPR压力为1800 psi；色谱柱温度为50℃；进样量为2~5 μL；流动相分别为A:CO₂和B:甲醇，流速为1.5 mL/min，流动相梯度洗脱程序如表1；紫外检测波长为243~253 nm之间范围内任一波长，推荐采用246 nm或251 nm，

表1 梯度洗脱程序

时间（min） A% B% 曲线 初始 100 0 初始 2.0 90 10 6 4.0 70 30 6 5.0 70 30 6 6.0 100 0 6

(5)结果计算

纸质印刷材料样品中光引发剂的含量按式（1）计算：

  ………………………（1）

式中：

C _i    —— 试样中光引发剂i的含量，单位为毫克每平方米（mg/m²）；

C  —— 试样溶液中光引发剂i的浓度，单位为毫克每升（mg/L）；

C ₀    —— 空白样品中光引发剂i的浓度，单位为毫克每升（mg/L）；

V     —— 萃取试样所用的萃取液体积，单位为毫升（mL）；

S   —— 试样的面积，单位为平方分米（dm²）。

2.根据权利要求1所述的检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法，其特征在于：步骤（2）乙腈水溶液中乙腈的比例不小于50%。

3.根据权利要求1所述的检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法，其特征在于：当采用超声提取方式时，超声功率在40~100 Hz，提取时间为30~50分钟；当采用振荡提取方式时，提取时间为1~2 h；当采用加速溶剂提取方式时，提取时间为10分钟，温度为40℃，压力为1500 psi；当采用浸泡静置提取时，浸泡时间不少于12 h。

4.根据权利要求1所述的检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法，其特征在于：标准工作溶液的配置分为三个步骤，首先配制每一种光引发剂的标准品储备溶液；其次分别取一定体积的单一标准品储备溶液于容量瓶中定容，得到6种光引发剂的混合标准溶液；最后根据样品实际含量需要，逐级稀释混合标准溶液得到系列标准工作溶液。

5.根据权利要求4所述的检测印刷包装材料中二苯甲酮和异丙基硫杂蒽酮类化合物的合相色谱分析方法，其特征在于：

单一标准品储备溶液的配制方法：分别准确称取50 mg光引发剂至不同的10 mL棕色容量瓶，精确至0.1 mg，用乙腈溶解并分别定容，配制成浓度为5 mg/mL的光引发剂的单标准品储备液，在0～4℃条件下密封避光贮存，有效期6个月；

混合标准溶液的配制方法：分别准确移取1 mL单标准品储备溶液于50 mL棕色容量瓶中，用乙腈定容至刻度，配制成浓度为100 mg/L混合标准溶液，在0～4℃条件下密封避光贮存；

系列标准工作溶液的推荐配置方法：根据样品需要配制合适浓度的系列标准工作溶液，系列标准工作溶液应以乙腈为溶剂，采用混合标准溶液稀释制备系列标准工作溶液，推荐如下配制方法：分别准确移取0.02 mL、0.1 mL、0.2 mL、0.4 mL、1 mL、2 mL混合标准溶液于6个10 mL棕色容量瓶中，用乙腈定容，即得系列标准工作溶液，配制的系列标准溶液浓度为0.2 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、4 mg/L、10 mg/L、20 mg/L。

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