CN115436504B - 裂解气相色谱法测定食品中pp、ps、pe微塑料含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裂解气相色谱法测定食品中PP、PS、PE微塑料含量的方法，本发明通过滤膜过滤的前处理技术，实现样品中三种微塑料的富集，可同时定性、定量食品中三种微塑料，定量限较低，该方法具有良好的重现性和准确性，完善了使用热裂解技术对食品中微塑料的分析方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品(净水器过滤水、食盐)中PP、PS、PE微塑料含量测定的裂解-气相色谱分析方法(Py-GC)。
背景技术
微塑料(Microplastic，MP)是指直径小于5mm的塑料，MP的常见类型有：聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。近年来，由于在食品和与人类有关的环境(如海鲜、蜂蜜、糖、牛奶、啤酒、盐、饮用水、空气和土壤)中广泛检测到MP，且MP的毒性如生长抑制、氧化损伤和免疫应激已被许多实验证明。MP颗粒可以在海洋生物或生物体中积累，并通过食物链移动到更高的营养水平，MP对人类的潜在健康威胁已经造成广泛关注。
MP既是有机物的污染源又是污染物传递的载体，而目前还没有统一的关于食品中MP定性定量方法。针对食品中MP的测定方法主要有热分析法(热重-差示扫描量热法、热溶解-脱附-气相色谱质谱法、裂解气相色谱质谱法)和光谱法。其中光谱法主要用于微塑料的定性分析。热重-差示扫描量热法具有操作简单，样品需求量少的优点，但难以准确有效的确定复杂聚合物类型。热溶解-脱附-气相色谱质谱法可通过改变固相溶解材料及溶解温度对热裂解产物进行选择性的溶解，避免了更多杂质干扰，但不能用于多种微塑料的同时分析。
裂解气相色谱质谱法是检测食品中MP相对成熟的一种方法，对食品中MP的分析具有良好的效果，因进样量小受到一定的限制。裂解气相色谱质谱法检测食品中MP时，因其含量较低，需要通过滤膜过滤法富集。常规方法需将滤膜上的微塑料洗脱后进行检测，本方法采用裂解-气相色谱仪直接分析滤膜上的多种微塑料，无需滤膜与微塑料的分离过程，以达到简化前处理步骤、提高方法灵敏度的目的。
发明内容
本发明目的在于提供一种全面、快速的分析技术，对食品中三种MP(PP、PS、PE)进行定性定量分析。
本发明的技术方案如下：
一种裂解气相色谱法测定食品中PP、PS、PE微塑料含量的方法，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维膜除杂
将玻璃纤维膜置于马弗炉中，500℃保温处理5h除去表面杂质，待用；
所述玻璃纤维膜的孔径为0.22μm，直径为25mm；
(2)实际样品前处理
将液体状实际样品或固体状实际样品的溶液用经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜过滤，然后将玻璃纤维膜烘干，作为待测样品；
所述实际样品例如：净水器过滤水、食盐；
具体的，净水器过滤水的前处理方法为：用玻璃装置取8L净水器过滤水，用经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜过滤，然后将玻璃纤维膜置于100℃烘箱中干燥1h除去水分，待用；
具体的，食盐的前处理方法为：准确称取100g食盐溶于1L超纯水中，用经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜过滤，然后将玻璃纤维膜置于100℃烘箱中干燥1h除去水分，待用；
(3)标准曲线建立
准确称取PP、PS、PE标准物质，分别用体积比1：1的对二甲苯-环己酮溶液溶解，配制成系列标准溶液；将标准溶液均匀注射在经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜上，然后将玻璃纤维膜烘干作为标准样品；将所得标准样品放入裂解杯中，将裂解杯固定在进样杆上，装入裂解器，裂解温度为600℃，待仪器稳定后，推下进样杆，裂解杯随之进入裂解器的加热区，同时启动气相色谱仪进行分析，得到标准样品的Py-GC色谱图；以PP、PS、PE在裂解杯中的绝对进样量为横坐标，标准样品的色谱图中PP、PS、PE特征裂解产物2,4-二甲基-1-庚烯、苯乙烯、1-二十三烯的峰面积为纵坐标，分别建立PP、PS、PE的标准曲线；
具体的，系列标准溶液的配制方法为：将PP、PS、PE标准物质分别与体积比1：1的对二甲苯-环己酮溶液混合，在135℃下加热回流20min，溶解完成后得到标准溶液；系列标准溶液中，PS的浓度为10mg/L、25mg/L、125mg/L、250mg/L，PP的浓度为5mg/L、12.5mg/L、25mg/L、125mg/L、250mg/L，PE的浓度为100mg/L、250mg/L、500mg/L；
具体的分析条件如下：仪器：GC-2010Plus气相色谱仪；裂解器(日本Py-2020iD纵式微型炉)：600℃；裂解器/GC界面温度：320℃；进样口温度：320℃；色谱柱：HP-5毛细管色谱柱(30m×0.25mm i.d.×0.25μm，5％苯基-95％聚二甲基硅氧烷)；程序升温条件：初始40℃保持2min，20℃/min升温至320℃，保持15min；分流比：50：1；载气为高纯氮气，柱流量：1mL/min；检测器：FID；
(4)实际样品检测
将步骤(2)准备好的待测样品放入裂解杯中，将裂解杯固定在进样杆上，装入裂解器，裂解温度为600℃，待仪器稳定后，推下进样杆，裂解杯随之进入裂解器的加热区，同时启动气相色谱仪进行分析(分析条件与步骤(3)中相同)，得到实际样品的Py-GC色谱图；将谱图中特征裂解产物2,4-二甲基-1-庚烯、苯乙烯、1-二十三烯的峰面积代入步骤(3)建立的标准曲线中，计算获得实际样品中PP、PS、PE的含量。
本发明中，实际样品的特征裂解产物2,4-二甲基-1-庚烯、苯乙烯、1-二十三烯可通过气相色谱/质谱法进行鉴别验证，具体的操作方法如下：
将上述步骤(2)中实际样品经过前处理所得待测样品放入裂解杯中进行气相色谱/质谱分析，在裂解温度为600℃下，两种实际样品(净水器过滤水、食盐)分别裂解出特征产物2,4-二甲基-1-庚烯、1-二十三烯(苯乙烯是PS的特征裂解产物，这两种实际样品中未检出)；
分析条件如下：仪器：GCMS-QP2010SE气相色谱-质谱联用仪；裂解器(日本Py-3030D纵式微型炉)离子源：EI；离子源温度：220-250℃；传输线温度：250℃；电子能量70eV；扫描模式：全扫描；扫描周期：0.5s；扫描范围：m/z：50-600amu；气相色谱和裂解器条件与上述步骤(3)中相同。
与现有技术相比，本发明的优点主要体现在：
通过滤膜过滤的前处理技术，实现样品中三种MP的富集；可同时定性、定量食品中三种MP，定量限较低；该方法具有良好的重现性和准确性，完善了使用热裂解技术对食品中微塑料的分析方法。
附图说明
图1为600℃下标准样品的Py-GC色谱图。
图2为玻璃纤维膜在裂解杯中的包覆形状图。
图3为实际样品(净水器过滤水)在600℃下的Py-GC/MS总离子流图。
图4为实际样品(食盐)在600℃下的Py-GC/MS总离子流图。
图5为玻璃纤维膜除杂前后对比图。
图6为三种微塑料特征裂解产物干扰的考察图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
以下实施例中用到的玻璃纤维膜0.22μm孔径，25mm直径，上海兴亚净化材料厂生产。
实施例1玻璃膜除杂前后对比
实验过程中发现所使用的玻璃纤维膜在裂解时会释放出大量杂质，对微塑料定量会产生影响。使用马弗炉在500℃的条件下将玻璃纤维膜烘5h，以除去表面杂质。图5为高温除杂前后玻璃纤维膜以及三种塑料在相应裂解温度下气相色谱图，由图可知玻璃纤维膜在使用马弗炉高温除杂后，释放有机物明显减少，且不会在三种微塑料特征裂解产物保留时间附近出现杂峰。
实施例2三种微塑料的干扰考察
我们考察同时分析三种微塑料时，不同微塑料的裂解产物是否会互相干扰，结果如图6三种微塑料特征裂解产物干扰的考察图所示。以PP为例，图6(a)为PP标准样品溶解液与PS和PE标准样品溶解液在600℃时裂解色谱图，结果表明在PP特征裂解物两种微塑料不会产生干扰，同理，三种微塑料特征裂解产物互不干扰。
实施例3方法学考察
(1)仪器与试剂
气相色谱仪(SHMADZU GC-2010 Plus)、裂解器(Frontier PY-2020iD)、气相色谱-质谱联用仪器(SHMADZU GCMS-QP2010 SE)；PP、PS、PE标准品；净水器过滤水、食盐。
(2)玻璃纤维膜除杂
取玻璃纤维膜(孔径0.22μm，直径25mm)于马弗炉中，500℃烘5h，除去表面杂质，待用；
(3)实际样品前处理：净水器过滤水：用玻璃装置取8L净水器过滤水，用玻璃纤维膜过滤，将玻璃纤维膜烘干后待用；食盐：准确称取100g食盐溶于1L超纯水中，用玻璃纤维膜过滤，将玻璃纤维膜烘干后待用。
(4)标准溶液的配制：准确称取PP、PS、PE标准品，用溶剂溶解配制成系列标准溶液。取PP、PS、PE标准品于烧瓶中，加入10mL体积比为1：1的对二甲苯和环己酮溶液，在135℃的条件下加热回流20min，溶解完成后倒入样品瓶中待用。
系列标准溶液中，PS的标准溶液浓度范围为10mg/L、25mg/L、125mg/L、250mg/L，PP的标准溶液浓度范围为5mg/L、12.5mg/L、25mg/L、125mg/L、250mg/L，PE的标准溶液浓度范围为100mg/L、250mg/L、500mg/L。
(5)PP、PS、PE标准样品的测定：低于500mg/L的标准溶液从溶解的样品瓶中各取10μL标准样品溶液(更高浓度则采用控制取样体积的方式改变绝对进样量)，使用微量取样器从溶解的样品瓶中各取标准样品溶液均匀注射于玻璃纤维膜上，烘干后将玻璃纤维膜卷成圆柱形放入裂解杯中，然后将裂解杯固定在进样杆上，装入裂解器，将裂解器升温至600℃，待仪器稳定后，推下进样杆，该样品杯随之进入裂解器的加热区，同时启动气相色谱仪分析，得到600℃下标准样品的Py-GC色谱图。
(6)实际样品的测定：然后将步骤(2)配制的实际样品用玻璃纤维膜过滤，烘干后将玻璃纤维膜卷成圆柱形放入裂解杯中，将裂解杯固定在进样杆上，装入裂解器，裂解温度为600℃，待仪器稳定后，推下进样杆，裂解杯随之进入裂解器的加热区，同时启动气相色谱仪进行分析，得到600℃下实际样品的Py-GC色谱图。
(7)Py-GC仪器条件
仪器：GC-2010Plus气相色谱仪；裂解器(日本Py-2020iD纵式微型炉)：600℃；裂解器/GC界面温度：320℃；进样口温度：320℃；色谱柱：HP-5毛细管色谱柱(30m×0.25mm i.d.×0.25μm，5％苯基-95％聚二甲基硅氧烷)；程序升温条件：初始40℃保持2min，20℃/min升温至320℃，保持15min；分流比：50：1；载气为高纯氮气，柱流量：1mL/min；检测器：FID。
(8)结果与讨论
以MP在裂解杯中的绝对进样量(PP为0.125μg、0.25μg、1.25μg、2.5μg、12.5μg、25μg；PS为0.25μg、1.25μg、2.5μg、12.5μg、25μg；PE为2.5μg、5μg、12.5μg、25μg、50μg)为横坐标，PP特征裂解产物(2,4-二甲基-1-庚烯)、PS特征裂解产物(苯乙烯)、PE特征裂解产物(1-二十三烯)的峰面积为纵坐标建立标准曲线。实验结果见表1，PP特征裂解产物在PP绝对进样量为0.125-25μg范围内的线性良好，R2大于0.9998，检出限为0.05μg，定量限为0.125μg；PS特征裂解产物在PS绝对进样量为0.25-25μg范围内的线性良好，R2大于0.9991，检出限为0.1μg，定量限为0.25μg；PE特征裂解产物在PE绝对进样量为0.25-50μg范围内的线性良好，R2大于0.9986，检出限为1μg，定量限为2.5μg。
表1 PP、PS和PE特征产物的线性方程、相关系数、线性范围、检出限和定量限
用标准溶液样品(PP、PS绝对进样量均为2.5μg，PE绝对进样量为5μg)进行日内3次平行测定及三日日均3次平行测定，考察方法的重现性，实验结果见表2，日内RSD(n＝3)为0.56-4.94％，日间RSD(n＝9)为8.47-13.55％。
表2 PP、PS和PE特征产物的日内精密度和日间精密度
采用所建立方法对实际样品(9种食盐样品、5种净水器样品，并对其中一种净水器进行连续十天的测定)进行定量分析，实验结果见表3、4。
表3食盐样品中PP、PS和PE含量的测定结果
表3食盐样品中PP、PS和PE含量的测定结果(续表)
表4净水器样品中PP、PS和PE含量的测定结果
为保证试剂样品测定结果的准确性，在食盐、净水器过滤水中各选取一个样品进入质谱定性分析，分别得到实际样品(净水器过滤水)在600℃下的Py-GC/MS总离子流图和实际样品(食盐)在600℃下的Py-GC/MS总离子流图，实际样品的质谱定性数据见表5。
表5实际样品中的微塑料
与当前部分文献里关于盐、水样类食品中微塑料的分析方法进行对比，如下表6所示。光谱法对食品中微塑料分析时主要用于定性和半定量分析，不能进行准确定量。对比文献中Py-GC/MS法，本发明采用的方法在定量限和线性范围方面都是具有优势的，且主要使用气相色谱仪，可以减少大量裂解产物对质谱的污染。
表6本发明与当前盐、水样类食品中微塑料分析方法的对比
Claims (3)
1.一种裂解气相色谱法测定食品中PP、PS、PE微塑料含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)玻璃纤维膜除杂
将玻璃纤维膜置于马弗炉中，500℃保温处理5h除去表面杂质，待用；
所述玻璃纤维膜的孔径为0.22μm，直径为25mm；
(2)实际样品前处理
将液体状实际样品或固体状实际样品的溶液用经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜过滤，然后将玻璃纤维膜烘干，作为待测样品；
所述实际样品为净水器过滤水或食盐；
净水器过滤水的前处理方法为：用玻璃装置取8L净水器过滤水，用经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜过滤，然后将玻璃纤维膜置于100℃烘箱中干燥1h除去水分，待用；
食盐的前处理方法为：准确称取100g食盐溶于1L超纯水中，用经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜过滤，然后将玻璃纤维膜置于100℃烘箱中干燥1h除去水分，待用；
(3)标准曲线建立
准确称取PP、PS、PE标准物质，分别用体积比1：1的对二甲苯-环己酮溶液溶解，配制成系列标准溶液；将标准溶液均匀注射在经过步骤(1)除杂的玻璃纤维膜上，然后将玻璃纤维膜烘干作为标准样品；将所得标准样品放入裂解杯中，将裂解杯固定在进样杆上，装入裂解器，裂解温度为600℃，待仪器稳定后，推下进样杆，裂解杯随之进入裂解器的加热区，同时启动气相色谱仪进行分析，得到标准样品的Py-GC色谱图；以PP、PS、PE在裂解杯中的绝对进样量为横坐标，标准样品的色谱图中PP、PS、PE特征裂解产物2,4-二甲基-1-庚烯、苯乙烯、1-二十三烯的峰面积为纵坐标，分别建立PP、PS、PE的标准曲线；
气相色谱仪的分析条件如下：仪器：GC-2010Plus气相色谱仪；裂解器：600℃；裂解器/GC界面温度：320℃；进样口温度：320℃；色谱柱：HP-5毛细管色谱柱；程序升温条件：初始40℃保持2min，20℃/min升温至320℃，保持15min；分流比：50：1；载气为高纯氮气，柱流量：1mL/min；检测器：FID；
(4)实际样品检测
将步骤(2)准备好的待测样品放入裂解杯中，将裂解杯固定在进样杆上，装入裂解器，裂解温度为600℃，待仪器稳定后，推下进样杆，裂解杯随之进入裂解器的加热区，同时启动气相色谱仪进行分析，分析条件与步骤(3)中相同，得到实际样品的Py-GC色谱图；将谱图中特征裂解产物2,4-二甲基-1-庚烯、苯乙烯、1-二十三烯的峰面积代入步骤(3)建立的标准曲线中，计算获得实际样品中PP、PS、PE的含量。
2.如权利要求1所述的裂解气相色谱法测定食品中PP、PS、PE微塑料含量的方法，其特征在于，步骤(3)中，系列标准溶液的配制方法为：将PP、PS、PE标准物质分别与体积比1：1的对二甲苯-环己酮溶液混合，在135℃下加热回流20min，溶解完成后得到标准溶液；系列标准溶液中，PS的浓度为10mg/L、25mg/L、125mg/L、250mg/L，PP的浓度为5mg/L、12.5mg/L、25mg/L、125mg/L、250mg/L，PE的浓度为100mg/L、250mg/L、500mg/L。
3.如权利要求1所述的裂解气相色谱法测定食品中PP、PS、PE微塑料含量的方法，其特征在于，实际样品的特征裂解产物2,4-二甲基-1-庚烯、苯乙烯、1-二十三烯通过气相色谱/质谱法进行鉴别验证，方法如下：
将步骤(2)中实际样品经过前处理所得待测样品放入裂解杯中进行气相色谱/质谱分析，分析条件为：仪器：GCMS-QP2010SE气相色谱-质谱联用仪；裂解器离子源：EI；离子源温度：220-250℃；传输线温度：250℃；电子能量70eV；扫描模式：全扫描；扫描周期：0.5s；扫描范围：m/z：50-600amu；气相色谱和裂解器条件与步骤(3)中相同。
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