頂空氣相色譜法測定食用植物油中的六號溶劑殘留量
發布時間：2021-03-28作者：lht來源：點擊：次
頂空分析是一種樣品預處理技術,它是通過樣品基質上方的氣體成分來測定組分在原樣品中的含量。根據頂空取樣和進樣方式的不同,分為靜態頂空和動態頂空(吹掃一捕集)[1]。對于一個給定的平衡系統的平衡狀態下,氣相的組成與樣品原來的組成為正比關系。當用氣相色譜檢測得到濃氣相部分濃度后,就可以算出原來樣品的組成,這就是靜態頂空氣相色譜的理論依據[2,3]。靜態頂空因技術因儀器比較簡單,不需要專門吸附裝置,樣品基質的干擾極小,揮發性樣品組分不會丟失等優點而在環境,食品及食品包裝材料,醫藥等行業得到了廣泛應用[4,5,6,7]。
植物油質量對人民群眾日常生活至關重要,也是食品安全監管的重點[8,9]。植物油加工方法主要有壓榨法及浸出法[10]。我國浸出油生產使用的溶劑是一種以六碳烷烴為主要成分的烷烴、環烷烴、芳香烴的混合物,統稱為六號溶劑[11]。目前,關于食用油溶劑殘留的檢測藍芳等[12]研究了頂空固相微萃取-氣相色譜法,但該方法僅測定正己烷且需專門的萃取設備。王永芳等[13]研究了頂空氣相色譜法,該方法為香型食用植物油的質量控制和品質評價提供了技術參考。溶劑殘留量在GB 2716-2018《食品安全國家標準植物油》[14]中規定,食用植物油(包括調和油)中溶劑殘留最大限量為20 mg/kg,壓榨植物油中不得檢出(檢出值小于10 mg/kg時視為未檢出)。檢測方法為GB/T5009.262-2016《食品安全國家標準食品中溶劑殘留量的測定》[15]。該標準中使用正庚烷做內標,在配制內標液時液時需要用到具有一定毒性的N-N-二甲基乙酰胺[16]。同時每次配制標液需要取取3～150μL濃度液配制5 g標準溶液,操作繁雜。為解決該標準方法的上述缺陷問題,本研究直接用不含溶劑殘留植物油當溶劑,將購買的標準品配制成40 mg/kg的儲備液和使用液,再用該儲備液稀釋其它濃度的標準溶液配制曲線,后直接稱取該系列溶液頂空進樣,避免了每次配制標準溶液的麻煩。同時2 mg/kg的檢出限滿足了國家標準要求[15,16]。利用自動靜態頂空-氣相色譜技術檢測,從曲線中直接讀取檢測結果,簡便、快速,以期為植物油的品質監控提供參考。
2 材料與方法
2.1 儀器及材料
Agilent7890A氣相色譜儀(配有FID檢測器,美國安捷倫公司);Turbomatrix40型自動頂空進樣器、20 mL頂空進樣瓶及壓蓋器一個(美國PE公司);M37610-33CN漩渦振蕩儀(美國賽默飛公司);AB204-E萬分之一電子天平(梅特勒-托列多公司);JY6001電子天平(上海瑞儀器有限公司);其他為實驗室常用設備。
2.2 試劑
六號溶劑:10.0 mg/mL,4.0 mL(N,N-二甲基乙酰胺配制),BW3599,國家糧食局科學研究院。
N,N二甲基乙酰胺(dimethylacetamide,DMA)(分析純,國藥集團化學試劑有限公司)。
無溶劑殘留植物油樣品(可于70℃烘箱中烘2 h)。
40 mg/kg標準儲備液及使用液,將BW3599標準品加入無殘留植物油中,稱量至1000 g(精確至0.1 g)。
10份測試植物油樣品,市場購買所得。
2.3 實驗方法
2.3.1 樣品處理
稱取5.0 g(精確至0.01 g)樣品,進行頂空氣相色譜測定,用工作曲線定量。
2.3.2 測定條件
(1)頂空條件
頂空瓶加熱爐溫為70℃;取樣針溫度為80℃;傳輸線溫度為80℃;樣品平衡時間為50 min;載氣壓力為25.1 psi;頂空瓶中樣品加入量:5.0 g(精確至0.1 mg)。
(2)GC-FID測定條件
色譜柱為ZB-WAX毛細管柱(30 m?0.25 mm,0.25?m);柱箱溫度:恒溫60℃(保留5 min),載氣為高純氮氣,壓力為11.7 psi;平均線速度:26.5 cm/sce;流量:1 mL/min;進樣口溫度:200℃;FID檢測器溫度:240℃;分流進樣,分流比為20:1。
2.3.3 GC-FID定量工作曲線
分別于100 mL比色管中稱取2.50、6.25、12.50、25.00 g40 mg/kg六號溶液儲備液,加無溶液殘留植物油樣品至50.0 g(精確到0.01 g)。渦旋搖勻,得標準測定液,測定液濃度分別為:2.0、5.0、10.0、及20.0 mg/kg,加上儲備液的40.0 mg/kg,共5個濃度系列。
各稱取上述所得測定5.0 g(精確到0.01 g)至頂空瓶中,進行頂空氣相色譜測定,根據峰面積與濃度得工作曲線,同時做空白實驗。
3 結果與分析
3.1 色譜條件的選擇
因6號溶劑為一組峰,在計算時可直接將峰合并一起計算,在選擇2.3.2實驗條件下,所得峰組可滿足檢測要求,因此實驗選用該色譜條件。
3.2 頂空測定條件的選擇
3.2.1 平衡溫度的選擇
取2.2中40 mg/kg標準儲備液5.0 g(精確到0.01 g)樣品分別在40、60、70、80℃平衡50 min頂空進樣測定(其余優化步驟取樣都同此)。結果發現,隨著溫度的升高,峰面積有所增大,靈敏度也有所提高,但是平衡溫度超過60℃時變化趨于平緩。
根據若爾特(Raou1t)定律[17],此現象是由于組分的飽和蒸氣壓隨平衡溫度的增高而變大所造成的。由于平衡溫度過高會引起頂空瓶的耐壓和氣密性等問題,故本研究選取70℃作為樣品平衡溫度。
3.2.2 平衡時間的選擇
將樣品在70℃時分別平衡15、30、50、60 min,然后進行頂空進樣分析。結果表明,響應信號隨著平衡時間的延長而增大,平衡時間超過30 min后變化基本趨于平緩,為考慮測定時間及穩定性問題,本研究選擇50 min作為頂空平衡時間。
3.2.3 稱樣量的選擇
分別稱取3.2中40 mg/kg標準儲備液1.0、2.0、5.0、10.0 g(精確到0.01 g)于頂空瓶中,在70℃下平衡50 min后進樣。作色譜峰峰面積與稱樣量曲線圖,得圖1,由圖1可知:響應值隨著樣品體積的增大而增大。由文獻[2,3]中靜態頂空原理可知,Cg=Co/(β+k)而β=Vg/Vb(Vg、Vb分別為氣相和基質相體積)。當條件平衡時,k值不變;β隨著取樣體積增大而減小,Cg終值增大,峰面積響應就大。所稱的4個質量都能滿足靈敏度的要求,但考慮檢測穩定性,選擇5.0 g(精確到0.01 g)為樣品測定稱樣量。另外,由圖1可知,當樣品量在大于2.0 g后,面積與稱樣量之間變化平緩。
圖1 稱樣量對峰面積的關系影響
由上述平衡溫度、平衡時間及稱樣量的討論可知,經優化后的頂空條件為:稱樣量:5.0 g(精確到0.01 g);平衡時間:50 min;平衡溫度70℃。
3.3 GC-FID分離色譜圖
在優化的實驗條件下,對標準樣品、標準添加樣品、空白樣品及檢出樣品作了檢測得圖2～4的色譜圖。其中圖2為標準樣品色譜圖,3個濃度1為2 mg/kg,2為10 mg/kg,3為40 mg/kg;圖3為標準添加樣品與空白樣品對比色譜圖,其中1為空白樣品,2為20 mg/kg添加樣品色譜圖,3為32 mg/kg添加樣品色譜圖;圖4為測定樣品與標準樣品色譜圖,其中1為未檢出樣品,2為11 mg/kg檢出樣品色譜圖,3為40 mg/kg標準樣品色譜圖。
3.4 線性關系與檢測限
按照2.3.3節配制系列標準溶液,進行頂空氣相色譜分析。用安捷倫軟件自帶分析軟件將峰面積Y對標準溶液濃度X(mg/kg)作圖,建立標準曲線并得回歸方程:Y=2.43X+0.96,相關系數r=0.9980,在2.0～40.0 mg/kg范圍內線性關系良好。同時根據信噪比(S/N=3)計算檢測限為2.0 mg/kg,說明該方法滿足檢測條件。
圖2 標準樣品色譜圖
注:1:2 mg/kg;2:10 mg/kg;3:40 mg/kg。
圖3 標準添加樣品與空白樣品色譜圖
注:1:空白樣品;2:20 mg/kg添加樣品色譜圖;3:32 mg/kg添加樣品色譜圖。
圖4 測定樣品與標準樣品色譜圖
注:1:未檢出樣品;2:11 mg/kg檢出樣品色譜圖;3:40 mg/kg標準樣品色譜圖。
3.5 回收率與精密度
分別稱取40 mg/kg的儲備液5.0、25.0、40.0 g(精確至0.01 g)于100 mL比色管中,再稱取45.0、25.0、10.0 g(精確至0.01 g)不含溶劑殘留的植物油,渦旋,得理論含量為4.0、20.0、32.0 mg/kg的3組濃度樣品,每組樣品各稱樣5平行5.0 g(精確至0.01 g),進行頂空氣相色譜測定,對結果進行分析,以計算方法精密度及回收率(n=5),由表1結果可得樣品的回收率為90.6%～104.0%,相對標準偏差為0.8%～2.0%,說明該方法回收率、精密度良好。
表1 回收率及精密度試驗(n=5)
3.6 空白樣品的獲得
為獲得空白不含溶劑殘留樣品的,稱取2.2中40 mg/kg油樣品5.0 g(精確至0.01 g)在優化條件下進行頂空測定,同時稱取30 g該樣品于200 mL燒杯中,于70℃烘箱中烘2 h,冷卻后稱取5.0 g(精確至0.01 g)于頂空瓶中,在優化條件下進行頂空測定,得圖5。由圖5可知,標準樣品在70℃烘箱中烘2 h后,樣品中溶劑殘留已低于檢出限,因此該獲得空白樣品的方法可行,不對檢測造成干擾。
圖5 標準樣品與烘烤樣品色譜圖
注:1:40 mg/kg樣品70℃烘箱中烘2 h;2:40 mg/kg標準樣品色譜圖
3.7 標準方法與本方法的比較
為進一步驗證GB/T 5009.262-2016[15]方法與本方法的差異,特配制20 mg/kg標準樣品,一個為空白植物油配制,一個樣品為N-N-二甲基乙酰胺配制,在同樣的頂空條件下做檢測,比較譜圖,見圖6。由圖6可知,植物油基質與N-N-二甲基乙酰胺基質色譜圖區別不明顯,因此用空白植物油替代N-N-二甲基乙酰胺的方法可行。
圖6 植物油基質與N-N-二甲基乙酰胺基質色譜圖
注:1:20 mg/kg空白植物油基質;2:20 mg/kg N-N-二甲基乙酰胺基質。
3.8 樣品的測定
利用本研究所建立的方法對所購買的10個樣品進行了六號溶劑的檢測,其中一個樣品測出11 mg/kg的含量,其余為未檢出。
4 結論
本研究所建立的食用植物油中六號溶劑殘留的自動頂空氣相色譜法,檢測快速、簡潔。用空白植物油作溶劑的方法,避免了有毒性的N-N-二甲基乙酰胺的大量使用。標準溶液的配制方式,簡化了標準中的繁雜步驟且實現了一次配制多次使用,減少了工作量。2 mg/kg的檢出限與其他參數,均可滿足標準要求。因此本方法可作為植物油脂中溶劑殘留檢測的參考方法。