何雨 沈涛 施权荟 刘桂华 商贵芹 罗世鹏

Abstract In this study, a gas chromatography-mass spectrometry method for the determination of the migration of tricycledecanedimethanol in food contact materials and products had been established. After the migration test of food contact materials and products by 4% acetic acid, 10% ethanol, 20% ethanol, 50% ethanol, 95% ethanol and isooctane, the water-based simulated solution was extracted by ethyl acetate and concentrated, and other simulants were directly concentrated. The tricycledecanedimethanol showed good linearity in the range of mass concentrations ranging from 0.01 to 0.1 mg/L with correlation coefficients more than 0.997, the limit of detection of the method was 0.004 mg/kg and the limit of quantification was 0.01 mg/kg. The spiked recoveries ranged from 88.6% to 118%, and the relative standard deviation (RSD) was lower than 8%. The method has high accuracy and precision, and can be used to detect the migration of tricycledecanedimethanol in food contact materials and products.

Keywords tricyclodecanedimethanol; migration; food contact materials and products; gas chromatography-mass spectrometry

三环癸烷二甲醇是一类含三元环结构的新型脂环族二元醇，可以用来合成聚丙烯酸酯、聚酯、环氧树脂和聚氨酯等聚合物，能够有效提高聚合物的粘附力、拉伸强度、耐热性、耐候性和耐冲击性。目前由三环癸烷二甲醇制得的聚酯材料已经广泛应用于涂料、润滑油等领域^[1]。毒理学研究表明，三环癸烷二甲醇在大鼠经口实验中半数致死量为2250 mg/kg，同时能够造成皮肤刺激及眼刺激。目前，我国食品安全国家标准未授权其作为食品接触材料的原料树脂或添加剂，根据GB 4806.1—2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品通用安全要求》的规定，如果此类涂料用于食品接触材料的生产时，需对这类未授权物质进行风险管控。

现有文献中对于其他醇类物质的检测研究较为常见，检测方法主要为液相色谱法^[2]、气相色谱法^[3-5]、液相色谱-质谱法^[6-8]、气相色谱-质谱法^[9-13]等，但是对于三环癸烷二甲醇的检测研究较少，仅有气相色谱-质谱法^[13]，且该方法仅对三环癸烷二甲醇进行定性检测，未进行定量分析。目前食品接触材料及制品中的三环癸烷二甲醇的定量检测方法尚属空白。本研究以三环癸烷二甲醇为研究对象，旨在为食品接触材料及制品的安全管控提供一种准确可靠的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

聚酯涂层样片：委托涂料生产企业制备2批涂层样片，每个样品平行制备2份。

三环癸烷二甲醇、1, 12-十二烷二醇标准物质（纯度＞96%，上海泰坦科技股份有限公司）；N-七氟丁酰基咪唑（纯度＞97%，上海泰坦科技股份有限公司）；乙酸、乙醇、异辛烷（分析纯，常州大恒化工有限公司）；丙酮、正己烷、乙酸乙酯、无水硫酸钠、氯化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；甲醇（色谱纯，常州大恒化工有限公司）。

移液器枪头、微孔滤膜（亲水PTFE，25 mm，0.22 μm，上海安谱实验科技股份有限公司）。

1.2 仪器与设备

气相色谱-三重四级杆质谱联用仪（Agilent 7890B-7000D，美国安捷伦科技公司），配EI检测器；色谱柱（Agilent HP-5MS，0.25 μm，0.25 mm×30 m，美国安捷伦科技公司）；分析天平（XS104，梅特勒-托利多有限公司）；离心机（SIGNMA3-15，北京励行仪器有限公司）；纯水仪（IQ 7000，美国 Millipore公司）；数显型多管式涡旋混合器（MVW-2500，上海泰坦科技股份有限公司）；超声波清洗器（SK8200HP，上海科导超声仪器有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 迁移试验

对涂层样片进行迁移实验，水基食品模拟物中迁移试验条件按照GB 31604.1—2015《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验通则》，以及GB 5009.156—2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验预处理方法通则》的要求选择，油脂食品模拟物采用95%乙醇、异辛烷两种化学替代溶剂，迁移试验条件按BS EN 13130—1: 2004 Materials and articles in contact with foodstuffs-Plastics substances subject to limitation的要求选择。迁移试验结束后，迁移试验所得模拟物充分混匀备用。

1.3.2 溶液的配制

标准储备液的配制：用丙酮配制三环癸烷二甲醇质量浓度为1000 mg/L的标准储备液。

内标储备液的配制：用丙酮配制1,12-十二烷二醇质量浓度为1000 mg/L的标准储备液。

4%乙酸标准工作溶液的配制：分别用4%乙酸将标准储备液逐级稀释成0 mg/L、0.01 mg/L、0.02 mg/L、0.04 mg/L、0.06 mg/L、0.08 mg/L、0.10 mg/L的标准中间液，其中，添加内标使之浓度为0.50 mg/L。

萃取：向2.00 mL标准中间液中加入2.00 g氯化钠，混匀，加入15.00 mL乙酸乙酯进行第一次液液萃取，上层萃取液转入圆底烧瓶中，用15.00 mL乙酸乙酯对标准中间液进行第二次萃取，合并两次萃取液。

干燥：向萃取液中加入3.00 g无水硫酸钠，将萃取液转移至鸡心瓶中。

浓缩：将萃取液旋蒸至5 mL左右，将剩余液体转移至顶空瓶中，氮吹至干。

衍生：在顶空瓶中加入2.00 mL正己烷复溶，加入150 μL N-七氟丁酰基咪唑后迅速压盖，混匀后在70℃的烘箱中反应1 h，将顶空瓶取出冷却至室温，加入2.00 mL水，混匀后静置至分层，取上层正已烷经滤膜过滤后待测。

其他标准工作溶液的配制参照4%乙酸标准工作溶液的配制进行操作，萃取、干燥、浓缩、衍生的操作步骤按表1规定进行。

1.3.3 浸泡液前处理

取20.00 mL迁移试验所得浸泡液，按1.3.2节所述的萃取、干燥、浓缩、衍生后待测。

1.3.4 仪器条件

色谱柱：Agilent HP-5MS色谱柱（0.25 μm，0.25 mm×30 m）；程序升温为80℃保持2 min，随后以30℃/min的速率升温至300℃，保持2 min；流速：1.5 mL/min；进样量：1 μL。溶剂延迟：3 min；离子源温度：280℃；四级杆温度：150℃； 接口温度：300℃；扫描模式：SIM；扫描离子：三环癸烷二甲醇161（定量离子）、79、91、119、374、1；12-十二烷二醇：55（定量离子）、96、82。

表1 其他食品模拟物/化学替代溶剂中标准工作液系列配制要求汇总表

Table 1 Summary of preparation requirements for standard working fluid series in other food simulants / chemical alternative solvents

注: “√”为需执行; “—”为无需执行; “※”为在萃取前需额外加入20.0 mL水稀释.

2 结果与分析

2.1 仪器条件优化

2.1.1 检测器的选择

本研究考察了液相色谱DAD检测器、FLD检测器及质谱检测器，均无响应。随后考察了气相色谱FID检测器与气相色谱质谱检测器，在相同条件下，目标物在气相色质谱检测器的响应因子远高于气相色谱FID检测器的响应因子，故选择使用气相色谱质谱检测器。

2.1.2 色谱柱的优化

本研究采用气相色谱质谱法，分别考察了HP-5与DB-WAX两种色谱柱，由于三环癸烷二甲醇标准品为不同立体构型的混标，在气相色谱图中，出现三重峰。当相同浓度时，三环癸烷二甲醇在HP-5的色谱柱上响应更高且峰形更好，故选择使用HP-5的色谱柱。但是在进行长时间的进样考察仪器方法稳定性时，出现了峰展宽现象（图1），可能是色谱柱中的固定相与三环癸烷二甲醇之间的氢键作用力太强所导致，因此，需要将三环癸烷二甲醇衍生来进行改善。

图1 不同时间三环癸烷二甲醇标准溶液的色谱图

Fig.1 Chromatogram of tricyclodecanedimethanol standard solution at different times

2.2 前处理条件优化

2.2.1 衍生试剂的选择

将三环癸烷二甲醇（图2A）分别用N-七氟丁酰基咪唑与N-甲基-N-（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺衍生后进行检测。如图2所示，三环癸烷二甲醇与N-七氟丁酰基咪唑衍生后得到的色谱图（图2B）比三环癸烷二甲醇与N-甲基-N-（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺衍生后得到的色谱图（图2C）峰形更好、响应因子更高。

2.2.2 萃取条件的优化

由于该酰化衍生反应需在无水条件下进行，因此在4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇及50%乙醇模拟物中三环癸烷二甲醇需进行萃取，将其与模拟物分离。根据三环癸烷二甲醇的溶解性、极性可知，需选择与水不互溶、有一定极性的溶剂进行液液萃取，可选择的溶剂有乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷，从溶剂的成本、毒性及操作便捷度等因素综合考虑选择乙酸乙酯作为萃取溶剂。由于三环癸烷二甲醇含有两个羟基，在50%乙醇模拟物中更易形成氢键，萃取效率更低，因此，考察萃取次数时，选择用最难萃取完全的50%乙醇模拟物，考察乙酸乙酯萃取次数，如图3所示，第3次萃取溶液中峰面积约为前两次的5%，前两次萃取总量已达到添加量的95%，因此，使用乙酸乙酯进行两次萃取即可。

图2 三环癸烷二甲醇标准溶液的色谱图

Fig.2 Chromatogram of tricyclodecanedimethanol standard solution

2.2.3 浓缩条件的优化

为了保证方法的灵敏度可以满足检测需求，需对萃取后的溶液进行浓缩。综合考虑仪器检出限、限量要求等因素，萃取液需浓缩10倍，若使用旋转蒸发仪蒸至近干，容易因为旋转蒸发时间过长导致三环癸烷二甲醇损失，回收率降低；若用氮吹仪使样品浓缩10倍，浓缩所需时间至少60 min，且乙酸乙酯挥发对人员防护要求较高，也可能会对实验室环境产生影响。因此，选择先旋蒸掉大部分溶剂然后改用氮吹至近干来实现浓缩要求。

图3 三环癸烷二甲醇衍生后萃取3次的色谱图

Fig.3 Chromatogram of tricyclodecanedimethanol derived from extraction 3 times

2.2.4 定量方法的优化

三环癸烷二甲醇存在3个同分异构体，定量时以3个同分异构体的峰面积之和为纵坐标，以相应的标准工作液中三环癸烷二甲醇浓度为横坐标，进行线性拟合，得到外标法标准曲线。对同一浓度的50%乙醇模拟液进行3个平行加标回收试验，如图4所示，检测结果偏差较大，可能是前处理步骤较为复杂，回收率不稳定，故选择与目标物三环癸烷二甲醇沸点接近且同样具有两个极性基团的1,12-十二烷二醇作为内标，以校正前处理过程带来的误差。

2.3 线性范围、检出限和定量限

绘制校准曲线时，横坐标为各标准工作液中三环癸烷二甲醇浓度与内标物浓度的比值，纵坐标为各标准工作液中三环癸烷二甲醇峰面积与内标峰面积的比值，进行最小二乘方拟合。各食品模拟物或化学替代溶剂中三环癸烷二甲醇质量浓度在0.01～0.1 mg/L之间，线性方程的相关系数r均大于0.997，表明本方法具有良好的线性。采用信噪比法估算检出限（LOD）和定量限（LOQ），分别以S/N≥3、S/N≥10为判定依据。实验结果见表2，从表中数据可知，在6种食品模拟物/化学替代溶剂中三环癸烷二甲醇的检出限均为0.004 mg/L，定量限均为0.01 mg/L，说明该方法对三环癸烷二甲醇迁移量的检测具备较高灵敏度。

2.4 回收率和精密度

采用标准添加样品进行方法验证，以阴性涂层样片浸泡液为空白基质，制备添加浓度分别为0.01 mg/L、0.04 mg/L、0.10mg/L的标准添加样品，每个浓度水平制备7份平行试样，按照优化后的方法分别测定三环癸烷二甲醇的含量，计算其平均回收率和RSD，结果见表3。从表3可见，各食品模拟物中三环癸烷二甲醇的平均回收率为88.6%～118%，RSD在1.1%～8.0%之间，说明本方法具有较好的准确度、重复性。

2.5 实际样品测试

采用本方法对2批聚酯涂层样片在模拟物中迁移出的三环癸烷二甲醇含量进行测定。迁移试验条件及测定结果见表4，典型样品谱图如图5所示。聚酯涂层样片1在6种迁移试验条件下均无三环癸烷二甲醇迁出。聚酯涂层样片2在10%乙醇、20%乙醇和50%乙醇浸泡液中均检出三环癸烷二甲醇，且检出数值随乙醇体积分数的增加而略有上升，可能是因为三环癸烷二甲醇在乙醇中溶解度更高，但95%乙醇模拟物中未检出三环癸烷二甲醇，与其他含有乙醇的食品模拟物相比，95%乙醇的迁移试验条件不包括121℃，1 h的模拟高温灭菌过程，可能三环癸烷二甲醇的迁出的扩散系数受温度影响较大，温度越高，扩散系数越大，迁移量越大。

表4 涂层样品中三环癸烷二甲醇迁移量的检测结果

Table 4 Detection results of tricyclodecanedimethanol migration from coatings samples

注: ND 为未检出

3 结论

本研究建立了食品接触材料及制品中三环癸烷二甲醇迁移量的气相色谱-质谱检测法。经方法性能参数验证实验表明，本方法准确度高、精密度好，且各项性能参数均满足方法验证标准的要求，可用于三环癸烷二甲醇迁移风险排查。聚酯涂层样片迁移试验结果显示，在高温灭菌、接触乙醇含量较高的食品时，三环癸烷二甲醇迁移风险较高，为食品生产企业安全使用涂层制品提供科学依据。

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图4 50%乙醇溶液中3个平行加标回收试验结果（n = 3）

Fig.4 Results of 3 parallel spike recovery tests in 50% ethanol solution (n = 3)

表2 三环癸烷二甲醇的标准工作曲线信息汇总表

Table 2 Summary of standard working curve information of tricyclodecanedimethanol

表3 三环癸烷二甲醇迁移量检测的精密度与回收率试验结果汇总表（n = 7）

Table 3 Summary of test results of precision and recovery of tricyclodecanedimethanol migration detection (n = 7)

图5 典型样品的色谱图

Fig.5 Chromatograms of typical samples

基金项目：宁波市公益性科技计划项目（2021S197）

第一作者：陈雨蒙（1990—），女，汉族，浙江宁海人，本科，助理工程师， 主要从事食品接触材料检验工作，E-mail: 327184168@qq.com

通信作者：王海波（1982—），男，汉族，宁波鄞州人，硕士，高级工程师，主要从事食品接触材料、木制品等领域检测技术研究工作，E-mail: 8330096@qq.com

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