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《食品科学》:华南农业大学黄晓梅副研究员等:QuEChERS法同时测定水产品中邻苯二甲酸酯及其代谢物的含量

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邻苯二甲酸酯(PAEs)是全球用量最大的增塑剂,约占增塑剂总量的70%,广泛应用于聚氯乙烯材料、食品塑料包装材料等。PAEs可通过膳食摄入、呼吸吸入、皮肤接触等途径进入人体,并在人体内积累或代谢产生邻苯二甲酸单酯(mPAEs),目前在人体血清、母乳等样品中普遍检出PAEs及mPAEs的污染。研究显示,膳食摄入是人体暴露PAEs的最主要途径。

适用于GC-MS分析的生物样品中PAEs的前处理方法包括液-液萃取法、液-液微萃取法、分散液-液微量萃取法、固相萃取法、固态微萃取法、磁性固相萃取法、分子印迹聚合物法、QuEChERS(quick, easy, cheap, effective, rugged, safe)等。其中,QuEChERS具备所需溶剂量和试剂量少、能量需求低、毒性低等特性,被认为是一种绿色的前处理方法,它常与GC-MS联合使用,广泛应用于食品中PAEs的分析。生物样品中PAEs与mPAEs的同时前处理方法仍存在一定的挑战性。

水产品是人类摄入蛋白质的重要食物来源。沉积物是PAEs的重要储藏库,沉积物中积累的PAEs使得水产品暴露PAEs的风险相对较高,且PAEs在水产品体内可代谢形成活性更强的mPAEs;同时,水产品通常采用塑料泡沫箱或塑料袋运输,进一步增加了水产品暴露PAEs的风险;并且水产品中频繁有检出mPAEs的报道,甚至mPAEs的检出率高于其母体PAEs。因此,建立水产品中简洁、高效的PAEs及mPAE同时前处理方法对于评估水产品中PAEs及mPAEs暴露风险评估具有重要意义。随着技术的发展,高分辨质谱的成本不断降低,由于它拥有相对较高的分辨率,能够有效剔除基质干扰,已成为检测mPAEs的重要检测器。

华南农业大学资源环境学院的林伟健、张艺严和黄晓 梅 * 等人以19 种PAEs和9 种mPAEs为目标物,以水产品为研究对象,基于QuEChERS法建立了一种PAEs和mPAEs同时前处理技术,采用LC-HRMS测定PAEs和mPAEs的含量,并通过优化液相色谱条件,实现PAEs及mPAEs中多组同分异构体的基线分离。本研究将为水产品中PAEs与mPAEs的风险评估提供快速高效的检测方法。


一 净化方法的优化





本研究通过基质加标回收实验,对样品采用QuEChERS方法提取后,对提取液不经净化直接上机,或采用不同的净化剂对提取液进一步净化后再上机分析,其中,净化剂1为100 mg C 18 和50 mg无水硫酸镁,净化剂2为100 mg HLB和50 mg无水硫酸镁,净化剂3为100 mg中性硅胶和50 mg无水硫酸镁。 不净化和不同净化剂条件下,PAEs的基质加标回收率如图1A所示。当以100 mg C 18 和50 mg无水硫酸镁为净化剂时,DBP与DDP回收率只有43%和46%,表明 C 18 净化剂在吸附基质的同时,也对目标物DBP和DDP具有较强的吸附作用。当以100 mg HLB和50 mg无水硫酸镁为净化剂时,DBP与DBEP回收率较低,只有60%左右,表明HLB净化剂对DBP和DBEP具有一定的吸附作用;并且DEHP回收率高达约190%。当以100 mg中性硅胶和50 mg无水硫酸镁为净化剂时,DEHP、DHP及DPHP回收率均超过140%。净化剂2和净化剂3条件下,目标物过高的回收率,可能是因为净化填料自身带来的本底值污染。上述过低或过高的回收率无法满足分析的要求,因此,上述3 种净化剂均不适合水产品中目标物的净化。然而,在不净化的条件下,19 种PAEs均能达到良好的回收率(77%~113%)。如图1B所示,尽管在不净化和3 种净化剂条件下,9 种mPAEs的基质加标回收率具有显著差异性,但不同条件下所有mPAEs的回收率均达到85%以上,表明净化与不净化均能满足水产品中mPAEs的分析。这可能是因为乙腈作为提取溶剂不会提取太多的亲脂性成分(包括脂肪和色素等),使得基质对色谱和质谱的干扰较小;并且本方法在前处理过程中添加的QuEChERS EN盐析剂具有吸收脂肪酸、色素等基质的作用,有助于降低提取液中基质的含量。

因此,基于上述实验结果,本研究采用QuEChERS法对水产品中19 种PAEs和9 种mPAEs提取后,直接上机测定目标物。该方法无需复杂的进一步净化步骤,实现了PAEs及mPAEs的同时前处理,大幅缩短前处理时间,极大程度地提高了前处理的效率,并降低了成本。

二 色谱条件优化












本研究的19 种PAEs和9 种mPAEs中分别含有4 组同分异构体和1 组同分异构体,其中DIBP与DBP是最难分离的PAEs同分异构体,MIBP与MBP也很难实现基线分离。本研究考察了上述两组同分异构体在不同色谱柱上的分离效果,结果如图2所示,4 种色谱柱对上述两组同分异构体分离度的大小顺序均为: Accucore TM C 30 <Hypersil GOLD TM C 18 <Poroshell 120 EC C 18 <Kinetex Biphenyl, 表明Kinetex Biphenyl对上述两组同分异构体的分离效果均为最好,且它们均实现了基线分离,同时,其色谱峰峰型对称,没有出现前伸、拖尾等现象。因此,本研究最终选择Kinetex Biphenyl为色谱柱。19 种PAEs和9 种mPAEs的色谱图如图3所示。尽管DBEP与BBP、DNP与DIDP等PAEs及MBzP与MPeP等mPAE在色谱图上没有实现基线分离,但是其所用的定量离子不同,因此在定量分析时不会存在干扰。

三 分析仪器的选择




当采用LC-MS/MS法时,以

m
z
279.15→205.09离子对作为DIBP和DBP的定量离子对,相同质量浓度的标准溶液(100 ng/mL)中二者的峰面积相差约1 个数量级(图4A),但二者的峰面积在UPLC-ESI-Q Orbitrap HRMS上相差较小(图4B),表明二者在LC MS/MS上的灵敏度相差约1 个数量级,但它们在UPLC HRMS上具有类似的灵敏度。此外,本研究通过对基质加标样品进行重复进样,以考察仪器性能的稳定性。当采用LC-MS/MS重复进样时,目标物的响应逐渐下降,第10次进样时目标物的响应甚至只有第1针的一半左右,表明该方法的仪器性能很不稳定。本研究采用UPLC-ESI-Q-Orbitrap HRMS对基质加标样品进行重复进样时,各种目标物的质谱响应偏差低于10%,表明该方法的仪器性能稳定。这可能是因为高分辨质谱相对较高的分辨率能够有效剔除基质对目标物的干扰。因此,本研究选择灵敏度更高、性能更稳定的UPLC-ESI Q-Orbitrap HRMS作为分析方法。

四 方法学验证

4.1 基质效应的考察

本研究在石斑鱼待进样液样品中添加PAEs和mPAEs标准品(200 ng/mL)后,与PAEs和mPAEs溶剂标准品(200 ng/mL)同时进样。结果显示,测定的石斑鱼待进样液加标样品中目标物加标浓度(石斑鱼待进样液加标样品中目标物的浓度减去石斑鱼中目标物浓度)与目标物溶剂标准品浓度的差值小于5%,表明该方法的基质效应可以忽略。因此,本研究采用目标物的溶剂标进行定量分析。

4.2 方法的线性范围、检出限和定量限


配制1、2、5、10、25、50、100、200、500、1 000 ng/mL的标准系列溶液,采用UPLC-ESI-QOrbitrap HRMS对标准系列溶液中19 种PAEs和9 种mPAEs进行定量分析,质量浓度从低到高依次进样。以质量浓度为横坐标(

X
)和峰面积为纵坐标(
Y
) 绘制标准曲线 。仪器检出限以目标物的信号噪音比为3确定。方法检出限定义为程序空白中目标物的浓度加3 倍标准偏差;对于程序空白未检出的目标物,将其仪器检出限作为方法检出限 。方法定量限定义为标准曲线最低点对应的样品浓度
;对于DIBP和DEHP,其方法检出限高于标准曲线最低点的浓度,则将其方法检出限作为方法定量限。 如表2所示,19 种PAEs和9 种mPAEs在相应质量浓度范围内呈良好的线性关系(
R
2 >0.994 0),其方法检出限分别为1~48 ng/g和1~6 ng/g,方法定量限分别为6~60 ng/ g和6 ng/g,可满足检测要求。

尽管本研究PAEs的方法检出限高于GC-MS(贝类,0.38~0.80 ng/g)和GC-MS/MS(海洋生物,0.15~0.78 ng/g),但与LC-MS/MS(食品,0.8~15 ng/g)和LC-HRMS(海产品,2.5~100 ng/g)处于同一水平;本研究mPAEs的方法检出限与LC-MS/MS(鱼,0.1~25.8 ng/g)和LC-HRMS(海产品,1~10 ng/g)处于类似水平。

4.3 方法回收率和重现性


本研究选取目标物水平最低的石斑鱼作为基质进行基质加标回收实验,PAEs和mPAEs的添加水平为100、600、1 000 ng/g,计算其回收率和相对标准偏差(RSD)以评估该方法的准确性和重现性。 如表3所示,不同添加水平PAEs和mPAEs的基质加标回收率分别为71%~120%和87%~119%,批内RSD分别为1%~13%和0.2%~6%,批间RSD分别为2%~19%和1%~18%,表明该方法具有良好的回收率和重现性,且方法稳定可靠,能够满足水产品中19 种PAEs和9 种mPAEs的日常检测要求。

五 方法的普适性


为了考察方法的普适性,本研究将方法扩展至其他动物源性食品(羊肉、鸡蛋、牛奶)和植物源性食品(绿豆、大米、瓜子),各样品的加标回收率如表4所示。所有样品的加标回收率均在75%~120%之间,绝大多数RSD值均小于10%,仅有羊肉、牛奶、大米中各有一个目标物的RSD值在15%~20%之间,表明该方法应用于其他动物源性食品(羊肉、鸡蛋、牛奶)和植物源性食品(绿豆、大米、瓜子)时也具有良好的回收率和重现性。因此,本研究方法不仅适用于水产品,也适用于高油脂样品、高色素样品及高淀粉样品。

六 实际样品分析


依据最优方法对广州市售17 种水产品混合样中PAEs及mPAEs的含量进行测定,结果如表5所示。17 种水产品中,仅检出6 种PAEs,其检出率大小顺序为:DBP(100%)=DIBP(100%)=DEHP(100%)>DNPP(88%)>BMPP(82%)>BBP(53%)。如表5所示,水产品PAEs含量的中值大小顺序为:DBP(12 706 ng/g)>DIBP(219 ng/g)>DEHP(78 ng/g)>BMPP(34 ng/g)>DNPP(28 ng/g)>BBP(22 ng/g)。不同类型水产品中PAEs具有类似的组成特征:所有水产品中最主要的PAEs同系物均是DBP,其次是DIBP和DEHP,最后是BMPP、DNPP和BB P。 值得注意的是,DBP在各种水产品的含量均显著高于其他PAEs,其原因可能如下:一方面,本研究的水产品均是养殖水产品,其暴露PAEs的途径包括经口摄入饲料、微塑料、沉积物等或经皮肤和鳃接触水和沉积 物等 ;研究显示,DBP是水产饲料和水环境中大多数微塑料中最主要的PAEs同系物 ,它也是珠江流域沉积物和地 表水 及其鱼塘沉积物 中主要的PAEs同系物,使得水产品在养殖过程中主要积累DBP。另一方面,DBP是我国最常用的增塑剂 ,水产品在进入流通环节后,农贸市场的水产品通常置于塑料泡沫箱售卖,消费者购买水产品后,通常采用聚乙烯塑料袋包装水产品;DBP是我国聚乙烯塑料袋中检出率最高的PAEs同系物 ,其含量(38.38 μg/g) 比食品级塑料袋(0.727 μg/g) 高约1~2 个数量级,且它可从塑料包装材料向水产品迁移 ,使得水产品在售卖和运输过程中暴露较高含量的DBP。值得注意的是,本研究中各种水产样品均为混合样品,一旦少数样品被污染了高浓度的DBP,将导致混合样品的DBP浓度偏高。

17 种水产品中,仅检出3 种mPAEs,其检出率大小顺序为:MBP(100%)=MIBP(100%)>MEHP(82%)。值得注意的是,这3 种mPAEs的母体化合物的检出率均为100%。如表5所示,水产品中检出mPAEs含量的中值大小顺序为:MBP(221 ng/g)>MIBP(16 ng/g)>MEHP(15 ng/g)。不同类型水产品中mPAEs具有类似的组成特征:MBP均是最主要的mPAEs同系物,且其含量显著高于MIBP和MEHP。这与它们母体化合物的组成特征一致,可能是因为DBP、DIBP、DEHP在生物和非生物介质中具有类似的高降解转化率。

结 论

本研究采用QuEChERS法实现水产品中19 种PAEs和9 种mPAEs的同时前处理,该方法不需要进一步净化步骤,极大程度地节约了实验成本,并提高了实验效率。同时,本研究采用Kinetex Biphenyl液相色谱柱实现4 组PAEs同分异构体和1 组mPAEs同分异构体的基线分离,使得LC-MS方法可以同时检测不同的PAEs及mPAEs同分异构体。此外,本研究还采用UPLC-ESI-Q Orbitrap HRMS实现PAEs和mPAEs的高灵敏度检测,二者的方法检出限分别为1~48 ng/g和1~6 ng/g,基质加标平均回收率分别为71%~120%和87%~119%。本方法具有良好的稳定性和重现性,适用于不同水产品中19 种PAEs和9 种mPAEs的同时快速检测,为水产样品中PAEs和mPAE的痕量分析提供了重要技术手段。

本文《QuEChERS法同时测定水产品中邻苯二甲酸酯及其代谢物的含量》来源于《食品科学》2025年46卷第13期365-339页,作者:林伟健,张艺严,黄育坊,王姣姣,李敏倩,吕辉雄,黄晓梅。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241224-191。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑:俞逸岚;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网


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