CN115201346A - 一种包装材料中光引发剂的待测样品制备和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了包装材料中一种或多种光引发剂的一种快速前处理和检测方法，利用开发的快速前处理技术，在一分钟内即可同时实现对食品包装材料的破碎和对高达18种光引发剂的提取。本发明提供的前处理方法由于其高效的提取效率，极大地缩短了前处理的时间；可检测到利用传统方法检测不到的含量低的光引发剂；可实现食品包装材料中光引发剂的完全提取；所需溶剂较之传统处理方法明显减少；测得的检出限和定量限小于利用传统方法测得的数值，灵敏度更高；不需要净化处理，可大大节约成本和人力操作；萃取效率高，测试准确性好，回收率高，重复性好，可满足实际测试的需求。

Description

一种包装材料中光引发剂的待测样品制备和检测方法

技术领域

本发明属于样品处理和检测领域，具体涉及包装材料中光引发剂的快速前处理与检测的方法。

背景技术

食品包装材料中纸质包装材料是现阶段使用最广泛的一种包装材料，这种包装材料价格低廉，加工成本小，而且纸质包装材料有利于生产和装饰，无论存储还是运输都十分方便。

食品包装材料对产品的安全问题有着重要影响，需关注包装材料对产品的危害，尤其关注其是否会对人的身体健康产生影响。

光引发剂又称光固化剂，是一类能引发单体聚合交联固化的化合物，是印刷油墨的主要成分。当印刷油墨中使用对人体有害的光引发剂于食品包装材料时，这些光引发剂会通过接触等途径危害到人体的健康。因此，需要对包装材料中光引发剂的含量进行准确检测。

传统方法中测试样品在进入色谱分离检测前都需要经历繁杂的样品前处理过程，耗费大量的人力、溶剂和时间。随着实际检测中样品数量的增加，如何在较短的时间里快速实现对目标物的完全提取，一直是分析工作者迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有包装材料光引发剂测定存在的缺陷，本发明第一目的在于，提供一种测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，旨在提供一种能快速处理样品，改善样品提取率，避免漏检率的样品处理方法。

本发明还提供了一种包装材料中光引发剂的测定方法。

包装材料中的光引发剂的成分复杂，且很多光引发剂的成分含量低，检出率不高，容易出现漏检的情况，另外，包装材料还对光引发剂具有浸润和吸附作用，这进一步加重了光引发剂的漏检概率。针对该技术状况，行业标准方法不仅处理繁琐，且难于避免对某些光引发剂成分存在漏检，导致假阴性的情况，针对该技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，将待测的包装材料在介质碰撞萃取仪中进行萃取，随后经离心处理，得到待测样品溶液；

所述的萃取剂为醇、丙酮、乙腈、酯、烷烃中的单一溶剂或者互溶的混合溶剂。

本发明研究发现，通过所述的萃取剂和裂解萃取工艺的协同联合，能够意外地有效实现包装材料中的光引发剂的同步、快速、高效提取，有助于避免光引发剂成分的漏检，有助于避免假阴性的情况。

本发明研究发现，所述的萃取剂和裂解萃取工艺的协同联合是改善所述的待测样品光引发剂提取率，降低假阴性的关键。研究还发现，对裂解介质种类、萃取剂成分以及萃取程序的联合控制，有助于进一步协同，进一步改善待测样品光引发剂的提取效果，降低某些难鉴别的光引发剂的漏检情况，不仅如此，还有助于改善测定的回收率、灵敏度等测定效果。

本发明中，所述的醇为C₁～C₄的单元醇；

优选地，所述的酯为C₃～C₆的羧酸酯；

优选地，所述的烷烃为C₃～C₁₂的烷烃或者环烷烃。

作为优选，所述的萃取剂为甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、正己烷、乙酸乙酯中的单一溶剂或者互溶的混合溶剂。

进一步优选，所述的萃取剂为甲醇。采用甲醇作为萃取剂，其和萃取工艺具有更优的协同性，有助于进一步改善待测样品中光引发剂的提取效果，降低漏提率，降低假阴性情况，另外，还有助于进一步改善后续的测定回收率、灵敏度和准确性。

本发明中，待测样品(面积)和萃取剂(体积)的料液比为1～10cm²/mL；进一步优选为4～6cm²/mL。

本发明中，所述的介质碰撞萃取仪例如为MP Biomedicals公司的FastPrep^@-24仪器。

匀磨处理过程中，所用的裂解介质为介质S、介质M或介质D中的至少一种；

其中，介质S为1/8英寸不锈钢珠；

介质M为1/4英寸的圆柱形陶瓷珠；

介质D为1.4mm陶瓷珠；

优选地，所用的裂解介质为介质M。

作为优选，萃取仪的线速度为4m·s^-1～6.5m·s^-1。

本发明中，萃取处理过程中，单次裂解萃取处理的时间小于或等于60s；萃取处理过程的总时间为1～3min。

本发明中，所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯甲酰甲酸甲酯、二苯甲酮、2-甲基二苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮、对-N,N-二甲氨基苯甲酸乙酯、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、对二甲氨基苯甲酸异辛酯、2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基2-吗啉基-1-丙酮、4-异丙基硫杂蒽酮、2-异丙基硫杂蒽酮、联苯基苯甲酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮、4,4-双(二甲基氨基)二苯酮、4,4-双(二乙基氨基)二苯酮中的至少一种；

优选地，所述的光引发剂为其中的两种及以上，进一步优选为其中的18种。本发明技术方案，能够实现高达18种光引发剂的同步提取，避免漏提率，有助于降低假阴性的情况。

本发明中，所述的包装纸为各种食品包装纸。

本发明所述的样品制备方法，对食品包装材料中光引发剂进行萃取操作用时短、提取效率高、消耗溶剂少，可改变传统主要依靠振荡、超声等萃取方式的前处理模式和方法。

本发明还提供了一种包装材料中光引发剂的测定方法，采用所述的方法制得待测溶液，再进行GC-MS测定。

本发明中，可以采用所述的工艺进行提取，随后经过离心分离、膜过滤得到所述的提取液。再将所述的提取液进行GC-MS测定：

本发明中，GC-MS测定条件：使用毛细管色谱柱，固定相：5％苯基/95％甲基聚硅氧烷，规格：[30m(长度)×0.25mm(内径)×0.25μm(膜厚)]；进样口温度设为300℃；载气为氦气(纯度≥99.999％)，恒流流速：1.0mL/min；进样量为1μL，分流进样，分流比为40:1；升温程序：初始温度70℃，以10℃/min的速率升温至300℃，保持5min，后运行模式在300℃条件下保持5min。质谱传输线温度设为300℃；采用电子轰击源(EI)电离方式，电离能量为70eV；离子源温度设为280℃；四极杆温度设为150℃；溶剂延迟6min。

本发明可以根据适配器的特点，对多个样品同时进行批量前处理操作。所用适配器的规格主要有48×2mL，24×2mL，24×4.5mL，12×15mL和2×50mL几种。适配器的规格根据所需处理样品量的多少进行选择。

有益效果

1、针对包装材料中的光引发剂的特殊性以及鉴定难度，本发明创新地提出了一种介质碰撞萃取处理工艺，在该基础上，进一步基于裂解介质、萃取剂、萃取程序等联合控制，能够有效改善光引发剂的提取效果，降低漏提率。本发明方法可快速实现对食品包装材料中高达18种光引发剂的高效提取，极大地缩短了前处理时间，例如，处理时间可以降低至1min，且萃取剂的用量减少，也无需对样品进行净化处理，工艺简单、高效，不仅如此，还能够获得更优的检出效果，有效降低假阴性情况。

2、得益于所述的创新的样品处理方法，本发明技术方案能够测定包装材料中的多达18种的光引发剂，降低假阴性情况，不仅如此，还有助于改善测定的回收率、灵敏度和准确性。

附图说明

图1 18种光引发剂和内标(氘代蒽)的色谱分离图；

图2使用不同萃取剂时光引发剂测试结果的不同(S5：正己烷：乙酸乙酯＝3:7；S8：乙腈：正己烷：乙酸乙酯＝20:9:21)；

图3传统处理方法与新处理方法测试结果的对比；

图4检测饼干包装纸中光引发剂的色谱图；

图5纸质样品在利用新方法处理前后的变化。

具体实施方式：

1)前处理条件优化：针对食品包装材料的硬度及厚度，选用部分具有较大碰撞力的裂解介质进行筛选；针对光引发剂的极性和溶解性，筛选不同的萃取剂；为了实现对光引发剂最大程度的提取，对前处理程序进行优化，且尽可能减少处理时间；考察净化操作对测试结果的影响，判断是否需要增加净化处理步骤。

2)做18种光引发剂的回收率实验。

3)利用GC-MS方法对实际样品进行检测，并对比传统处理方法与新处理方法测试结果的不同，并做精密度实验，进一步考察新处理方法是否满足实际测试需求。

本案例中，除特别声明外，介质碰撞萃取仪设备为MP Biomedicals这个公司生产的，型号为FastPrep^@-24。

本发明中，除特别声明外，单次萃取的时间均为1min，当萃取的时间为1min的倍数，指萃取了多次，且萃取多次时，相互间隔的时间例如为1～2min。

传统方法的前处理方法参考行业标准《YQ/T 31-2013卷烟条与盒包装纸中光引发剂的测定气相色谱-质谱联用法》。

行业标准YQ/T 31-2013的前处理方法：准确裁取10.0cm×5.0cm的样品。将裁取试样剪成约0.5cm×0.5cm的碎片。将剪碎的试样置于50mL具塞三角瓶中，加入20mL水，静置30min，然后加入20mL乙腈和200μL内标溶液(氘代蒽，1mg/mL)，超声萃取40min，静置5min，取4mL上层清液于15mL离心管中，加入3mL正己烷-乙酸乙酯溶液，在涡漩振荡器上以500r/min的线速度振荡5min，静置，取上层清液净化。移取(1.5±0.2)mL上层清液于含有150mg无水硫酸镁、50mg PSA和50mg C18吸附剂的2mL离心管中，在涡旋振荡器上以500r/min的线速度振荡5min，再以5000r/min的线速度离心10min，取上清液进行GC-MS分析。

实施例1：

内标溶液氘代蒽的配置：准确称取100mg的氘代蒽于100mL容量瓶中，用乙腈定容，制得浓度为1mg/mL的内标溶液。该溶液可在冰箱中(4℃)避光保存两个月。

18种光引发剂混合标准曲线工作液的配置：分别准确移取0.01mL,0.04mL,0.1mL,0.2mL,0.4mL,1mL,2.0mL的18种光引发剂的混标溶液(100μg/mL)于7个10mL的容量瓶中，每个容量瓶中准确移入40μL上述内标溶液，最后用乙腈定容。制得的18种光引发剂混标溶液的浓度分别为0.1,0.4,1.0,2.0,4.0,10,20μg/mL。18种光引发剂和内标(氘代蒽)的色谱分离图如附图1所示。

对系列标准工作溶液进行GC-MS分析。以各标准工作溶液中光引发剂与内标物的定量离子峰面积的比值为纵坐标，以各标准工作溶液中光引发剂的含量为横坐标，得到18种光引发剂的标准工作曲线及回归系数(R)，18种光引发剂在0.1～20μg/mL范围内线性关系良好，相关系数R²均大于0.99。测试方法的检出限为0.06～0.18mg/m²，定量限为0.20～0.60mg/m²，其结果远小于利用行业标准方法测得的数值(行业标准方法YQ/T 31-2013中检出限为0.30～0.90mg/m²，定量限为1.00～3.00mg/m²)，结果如表1所示，结果表明该方法灵敏度更高。

表1 18种光引发剂的线性方程、相关系数、检出限和定量限

实施例2：裂解介质的研究：

实验初期选取了部分具有较大碰撞力的裂解介质：介质S，介质M和介质D。其中介质S为1/8英寸不锈钢珠；介质M为1/4英寸柱形陶瓷珠；介质D为1.4mm陶瓷珠。准确裁取10.0cm×5.0cm的样品，将裁取试样剪成约0.5cm×0.5cm的碎片，将其置于分别含不同类型的裂解介质的15mL离心管中，加入10mL萃取剂(正己烷和乙酸乙酯：体积比为3:7的混合溶液)和内标氘代蒽，介质碰撞萃取处理4m·s^-1(线速度),1min；离心(4,000rpm)处理2min，取上清液过滤膜后进行GC-MS分析。为了对比不同裂解介质处理后测试结果的不同，对一实际样品烟用盒包装纸a进行检测，检测结果如表2所示。

表2使用不同裂解介质进行检测的实验结果

通过对比上述实验结果及不同裂解介质处理后包装纸的破坏程度，发现利用介质M进行处理时纸样的破坏程度最彻底，而且测试结果也最高，故选用介质M作为实验的最优裂解介质。

实施例3：萃取剂的研究：

烟用盒包装纸b准确裁取10.0cm×5.0cm的样品，将裁取试样剪成约0.5cm×0.5cm的碎片，将其置于含裂解介质M的15mL离心管中，加入10mL下表中萃取剂和内标氘代蒽，介质碰撞萃取处理4m·s^-1,1min；离心(4,000rpm)处理2min，取上清液过滤膜后进行GC-MS分析。使用不同萃取剂的测试结果如表3所示。传统处理方法按照行业标准《YQ/T 31-2013卷烟条与盒包装纸中光引发剂的测定气相色谱-质谱联用法》进行，并与本方法测试结果对比。附图2可以更直观地看出使用不同萃取剂对测试结果的影响。

表3利用不同萃取剂进行检测的实验结果

备注：1)ND：低于检出限，无法确定其含量；

2)S5：正己烷：乙酸乙酯＝3:7；

3)S8：乙腈：正己烷：乙酸乙酯＝20:9:21。

通过上述表格中的实验结果可以看到利用不同的萃取剂对盒包装纸中的各种光引发剂进行萃取时，由于各个光引发剂的极性和溶解性不同，用不同萃取剂处理后其测试结果也各不相同。综合来看，甲醇是测试盒包装纸中光引发剂的最优萃取剂。随后将其与行业标准方法的测样结果对比发现光引发剂4-MBP，907的测试结果差不多，DETX和EHDBA新处理方法的测试结果远大于传统测试结果，猜测是部分光引发剂不仅存在于包装盒表面，在油墨层内部或者聚合物中也存在，传统的超声前处理无法将其全部萃取出来。对于2-ITX,DEAB,PBZ和EDB，传统方法存在漏检、假阴性情况，而利用本方法则可以检测出其含量，这体现了新方法的优势。

实施例4：萃取工艺例如线速度和时间研究：

对于处理程序的优化实验，利用盒包装纸b进行实验，处理方法为准确裁取10.0cm×5.0cm的样品，将裁取试样剪成约0.5cm×0.5cm的碎片，将其置于含裂解介质M的15mL离心管中，加入10mL萃取剂甲醇和内标氘代蒽，介质碰撞萃取处理程序分别按照下表进行；离心(4,000rpm)处理2min，取上液过滤膜后进行GC-MS分析。从表4中可以看到将处理速度(线速度，由4m·s^-1→6.5m·s^-1)加大发现测得的光引发剂的含量略有减少，分析是由于当处理速度增大后产生热量增多造成光引发剂降解；在合适的线速度以及时间下，有助于进一步改善检出效果。

表4利用不同处理速度和时间进行萃取处理的实验结果

实施例5：净化实验研究

对于新的处理方法是否需要净化处理以减少基质的干扰，随后做了以下对比实验，某包装纸样c分别利用行业标准方法和新开发的方法(做净化处理与不做净化处理)，新方法平行测试2次，具体操作为：准确裁取10.0cm×5.0cm的样品，将裁取试样剪成约0.5cm×0.5cm的碎片，将其置于含裂解介质M的15mL离心管中，加入10mL萃取剂甲醇和内标氘代蒽，介质碰撞萃取处理4m·s^-1,1min；(有净化处理时增加操作：移取(1.5±0.2)mL上层清液于含有150mg无水硫酸镁、50mg PSA和50mg C18吸附剂的2mL离心管中，在涡漩振荡器上以500r/min的线速度振荡5min，离心(4,000rpm)处理2min，取上清液过滤膜后进行GC-MS分析。行业标准方法、新方法(有无净化处理)测试结果对比如表5所示。附图3可以更直观地看出行业标准方法与新的处理方法(无净化)测试结果的不同。

表5净化处理实验对比

备注：ND：低于检出限，无法确定其含量。

通过上述表格中的实验结果可以看到当有净化处理时大部分光引发剂的测试结果几乎无变化，而EHDBA的测试结果则略有减少，分析是净化剂的选择性吸附作用造成的。可见新的处理方法不需要净化处理，更加节约成本和时间。

实施例6：回收率实验研究

随后通过现制的模拟样品(空白卡纸上涂覆混有光引发剂混标的油墨制作而成)利用优化后的方法，进行了回收率实验，即：准确裁取10.0cm×5.0cm的样品，将试样剪成约0.5cm×0.5cm的碎片，将其置于含裂解介质M的15mL离心管中，加入10mL萃取剂甲醇和内标氘代蒽，介质碰撞萃取处理4m·s^-1,1min；离心(4,000rpm)处理2min，取上清液过滤膜后进行GC-MS分析。其结果如表6所示。

表6回收率实验测试结果

如上表所示，分别添加低、高两个水平含量的光引发剂混标溶液，18种光引发剂的加标回收率在85.7％～120.3％之间，说明开发的方法测试准确性较高。

实施例7：样品精密度实验研究

某包装纸样d分别利用行业标准处理方法和优化后的新处理方法对实际样品测试，各平行测试3次；新方法处理操作为：准确裁取10.0cm×5.0cm的样品，将试样剪成约0.5cm×0.5cm的碎片，将其置于含裂解介质M的15mL离心管中，加入10mL萃取剂甲醇和内标氘代蒽，介质碰撞萃取处理4m·s^-1,1min；离心(4,000rpm)处理2min，取上清液过滤膜后进行GC-MS分析。对新的处理方法进行日内精密度和日间精密度实验，其结果如表7所示。日内精密度RSD为0.36％～3.94％，日间精密度RSD为1.55％～5.23％，测试稳定性高，且可以检测到行业标准方法检测不到的低含量的光引发剂。

表7.1传统方法与新方法测试比对及新方法日内精密度实验

表7.2新方法日间精密度实验测试结果

备注：ND：低于检出限，无法确定其含量。

实施例8：实际样品的检测

采用优化后的介质碰撞萃取前处理方法与GC-MS法联用对生活中多种包装材料含有的光引发剂进行了分析。对20个食品(包含牛奶、饼干、方便面、酸奶、一次性纸杯)纸质包装样品进行检测，每个样品平行测试3次。检出阳性样品11个，测试结果如表7所示。其中5个样品中检出1173，2个样品中检出2-MBP，2个样品中检出4-MBP，2个样品中检出184，1个样品中检出BDK，1个样品中检出907，2个样品中检出PBZ，3个样品中检出BP，2个样品中检出MBF，1个样品中检出EHDBA。附图4为饼干包装纸检出4-MBP(0.973mg/m²)和EHDBA(2.452mg/m²)的色谱图。定量结果表明，该方法可快速有效地检测和定量多种光引发剂。附图5展示了纸质样品在利用本发明开发的方法进行处理前后的变化。

表8食品包装材料中光引发剂的检测结果

本发明建立了一种检测食品包装材料中18种光引发剂(PIs)的快速前处理和检测方法，回收率高，测得的检出限和定量限远小于行业标准方法的数值。实际样品分析结果表明本方法快速、简便、萃取效率高、准确性好，可用于食品包装材料中18种光引发剂的高通量处理和检测。并且由于此处理方法的优势，检测光引发剂的灵敏度更高，可以检测到传统方法检测不到的低含量的光引发剂。

Claims (12)

1.一种测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，将待测的包装材料在介质碰撞萃取仪中进行萃取，随后经固液分离，得到待测样品溶液；

所述的萃取剂为醇、丙酮、乙腈、酯、烷烃中的单一溶剂或者互溶的混合溶剂。

2.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，所述的醇为C₁～C₄的单元醇；

优选地，所述的酯为C₃～C₆的羧酸酯；

优选地，所述的烷烃为C₃～C₁₂的烷烃或者环烷烃。

3.如权利要求2所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，所述的萃取剂为甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、正己烷、乙酸乙酯中的单一溶剂或者互溶的混合溶剂。

4.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，所述的萃取剂为甲醇。

5.如权利要求1～4任一项所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，待测样品(纸样的面积)和萃取剂(体积)的料液比为1～10cm²/mL。

6.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，介质碰撞萃取仪的线速度为4m·s^-1～6.5m·s^-1。

7.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，萃取处理过程中，所用裂解介质为介质S、介质M或介质D中的至少一种；

其中，介质S为1/8英寸不锈钢珠；

介质M为1/4英寸的圆柱形陶瓷珠；

介质D为1.4mm陶瓷珠；

优选地，所用的裂解介质为介质M。

8.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，介质碰撞萃取仪为MP Biomedicals公司的FastPrep^@-24仪器。

9.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，萃取处理过程中，单次萃取处理的时间小于或等于60s；萃取处理过程的总时间为1～3min。

10.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯甲酰甲酸甲酯、二苯甲酮、2-甲基二苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮、对-N,N-二甲氨基苯甲酸乙酯、3-甲基二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、对二甲氨基苯甲酸异辛酯、2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基2-吗啉基-1-丙酮、4-异丙基硫杂蒽酮、2-异丙基硫杂蒽酮、联苯基苯甲酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮、4,4-双(二甲基氨基)二苯酮、4,4-双(二乙基氨基)二苯酮中的至少一种；

优选地，所述的光引发剂为其中的两种及以上，进一步优选为其中的18种。

11.如权利要求1所述的测定包装材料中光引发剂的样品处理方法，其特征在于，所述的包装纸为食品包装纸。

12.一种包装材料中光引发剂的测定方法，其特征在于，采用权利要求1～11任一项所述的方法制得待测溶液，离心处理2min，过滤膜后再进行GC-MS测定。

Images