zh_采用基于TOF的方法对婴儿配方奶粉中的食品包装迁移物质和其它化学污染物进行化学分析

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1 Melvin Gay, 1 Antonietta Gledhill 2 1 沃特世亚太公司 ( 新加坡 ), 2 沃特世公司 ( 英国曼彻斯特 ) 应用优势 明确鉴定婴儿配方奶粉容器中的潜在 有害食品包装迁移物质 目的鉴定婴儿配方奶粉容器中的潜在有害食品包装迁移物质 利用 MS E 的数据采集功能, 通过单次 进样即可同时采集低能量母离子 (MS) 和高能量碎片离子 (MS E ) 用于化合物鉴定和确证 简介包装已成为食品生产工艺中不可缺少的环节 食品包装不仅能够保护消费者免受微生物 食品生物学变化以及化学变化带来的不利影响, 从而延长保质期, 还能使食品便于运输 使用 MarkerLynx MS ChemSpider 以及其 它软件工具进行结构解析和化合物鉴定 Xevo G2 QTof 的 MS/MS 功能与市售标准品 配合使用可进行化合物确证 近年来, 食品包装的安全问题广受关注, 因为化学物质有可能会从接触食品的包装材料向食品中迁移 例如, 塑料膜材料中的双酚 A(BPA) 1,2 和双酚 A 二缩水甘油醚 (BADGE) 会浸出到液体食品模拟物中, 这引发了严重的健康问题和法律问题 该事件促使欧盟 3 和美国食品药品监督管 4 理局的法规变得更加严格, 以便监管食品包装有害物质向食品中迁移的现象, 从而更好地保障消费者安全 婴儿配方奶粉包装罐的内表面涂覆有环氧材料内衬层, 用以分隔食品与罐体金属 但这层惰性涂层有着严重的安全隐患, 因此人们正在积极研究此类表面涂层中的潜在污染物可能发生的迁移行为 沃特世解决方案 ACQUITY UPLC 系统 Xevo G2 QTof MS E 数据采集 Elemental Composition( 元素组成 ) MarkerLynx XS 应用软件 食品包装使用的涂层材料多种多样, 具体取决于包装的类型以及要包装的食品 在很多情况下, 分析人员并不清楚包装具体采用了哪种涂层材料来保护食品, 因此要鉴定可能会从包装迁移到食品中的潜在有害化学物质非常困难 本应用纪要介绍了一种将 TOF 筛查和化学计量学工作流程相结合的方法, 实验采用该方法比较了包装材料之间的异同, 鉴定了婴儿配方奶粉容器中的食品包装迁移物质 关键词食品包装,TOF 筛查, 化学计量学, 婴儿配方奶粉, 苯代三聚氰胺 1

2 实验 LC 条件 LC 系统 : ACQUITY UPLC 运行时间 : 10 min 色谱柱 : ACQUITY BEH C µm, 2.1 x 100 mm 柱温 : 40 C 流动相 A: 0.1% 甲酸水溶液 流动相 B: 0.1% 甲酸甲醇溶液 流速 : 0.45 ml/min 进样体积 : 5.0 µl,pluno 进样 UPLC 梯度详见表 1 时间 (min) 流速 (ml/min) %A %B 曲线 1 初始 表 min 筛查运行的 ACQUITY UPLC 梯度 MS 条件 MS 系统 : Xevo G2 QTof 电离模式 : ESI+ 扫描时间 : 0.2 s 毛细管电压 : 2.4 kv 采样锥孔电压 : 30.0 V 提取锥孔电压 : 4.0 V 离子源温度 : 150 C 脱溶剂气温度 : 500 C 脱溶剂气流速 : 1000 L/h 锥孔气流速 : 20 L/h 质量范围 : m/z 接下页 样品前处理婴儿配方奶粉购自当地超市 清空包装容器中的内含物, 清洗容器并用氮气干燥 将包装罐加热至 110 C, 维持 5 min, 以促使包装迁移物质向罐表面移动, 然后向罐内加入 100 ml 甲醇 / 水 (50:50) 取出 2 ml 样品等份 ( 第 0 天 ), 储存在 -80 C 冰箱中 将罐体及其中的剩余溶剂在 40 C 下温育, 按以下时间点收集 2 ml 样品等份 : 第 和 8 天 ; 样品等份在分析之前均须储存于 -80 C 环境下 采用表 1 中的 UPLC 梯度和所列参数分析样品 结果与讨论目前, 有关具体哪些组分会从婴儿配方奶粉容器向奶粉中迁移的文献数量非常有限, 因此我们采用了以下研究方法 该系列实验的分析流程见图 1 这种类型的方法也适用于其它需比较对照样品和测试样品的食品相关实验 在本实验中, 对照样品为 T = 0 时的包装萃取样品, 而测试样品则为 T = 和 8 天时的包装萃取样品 UPLC 和 Xevo G2 QTof 高分离度的色谱分离高灵敏度和精确质量 MarkerLynx XS 峰处理和峰提取利用化学计量学方法鉴定标志化合物 MS E 和 Chemspider 已鉴定标志化合物的结构解析 MassFragment 评估搜索到的化合物建议结构 MS/MS 测量 : 采集标准品数据并与样品结果进行对比 图 1. 用于包装迁移物质分析的 TOF 筛查工作流程 2

3 MS E 条件低能量 : 6 ev 高能量梯度 : 20~35 ev 考虑到该分析的困难程度, 本研究选用了 ACQUITY UPLC 系统和 Xevo G2 QTof ACQUITY UPLC 系统的高分离度结合精确质量数测定性能 MS E 数据和 Xevo G2 QTof 的 MS/MS 功能, 使得该筛查平台成为了执行此分析的绝佳选择 MS/MS 条件设置质量 : 扫描时间 : 碰撞能量 : 质量范围 : m/z 1.0 s 25.0 ev m/z 数据采集完成后, 使用 MarkerLynx XS 应用软件 ( 基于化学计量学的软件包 ) 进行数据处理 我们首先采用主成分分析 (PCA) 法进行了分析, 目的是研究包装材料经过八天的采样时间发生了哪些变化 比较样品的操作非常简单, 结果如图 2 所示 根据样品组着色的成分 [1] 和成分 [2] 的分值 LockSpray 条件化合物 : 亮氨酸脑啡肽质量 : m/z (MS E ); m/z ; m/z (MS/MS) 流速 : 25 µl/min 毛细管电压 : 2.7 kv 碰撞能量 : 21.0 ev 空白 空白第 0 天第 1 天第 2 天第 5 天第 6 天第 8 天合并 图 2. 经历不同温育时间后样品的 PCA 模型 不同采样天数的样品重复进样所得的结果分组明显 ( 组内重现性良好 ), 而第 0 天与第 8 天的样品分析结果之间差异很大 接下来我们使用正交偏最小二乘法 (OPLS) 模型 ( 用于组间比较 ) 直接比较了第 0 天和第 8 天的结果 图 3 为采用 OPLS 模型生成的 S-Plot, 对比了两个样品组 ( 第 0 天与第 8 天 ) 的结果 3

4 根据样品组着色的成分 [1] 和成分 [2] 的分值 OPLS OPLS 模型 第 0 天第 8 天 S-Plot( 第 8 天 = -1, 第 0 天 = 1) S-Plot 标志物可靠性 0.53min 2.33min 变量量级 趋势图 趋势图 (0.53 min 和 2.33 min 处的组分, 按样品绘制 ) 第 0 天 第 8 天 图 3. 采用 OPLS 模型生成的 S-Plot 表明, 保留时间为 0.53 和 2.33 min 的组分含量有所增加 BPI 色谱图表明这两种组分在第 和 8 天时的浓度逐渐升高 利用趋势图 ( 图 3) 进一步对数据进行可视化之后, 我们发现保留时间为 0.53 min 和 2.33 min 的两种化合物第 8 天的浓度与第 0 天相比有所上升 BPI 色谱图 ( 第 和 8 天 ) 也表明这两种化合物的浓度逐渐升高, 与图 3 所示的趋势一致 接下来我们进一步研究了这些未知成分, 以解析其结构并进行化合物鉴定 结构解析采用的是 MS E 数据, 该数据通过单次常规采集即可获取 MS E 是一种简单 无偏差的平行数据采集技术, 分析人员无需进行多次进样即可获得每种可检测组分的精确质量 低能量母离子 (MS) 信息以及高能量碎片离子 (MS E ) 信息 4

5 使用 MS E 数据配合精确质量测量结果, 通过 ChemSpider( 鉴定未知组分的元素组成, 然后利用 MassFragment 软件评估建议结构, 结果如图 4 所示 结合 MS E ChemSpider 和 MassFragment 软件给出的信息可鉴定出保留时间为 2.33 min 的化合物为苯代三聚氰胺 (2,4- 二氨基 - 6- 苯基 -1,3,5- 三嗪 ), 化学式 C 9 H 9 N 5 苯代三聚氰胺与三聚氰胺属于同类物质, 常用于与饱和聚酯树脂交联, 是罐体涂层的常用材料 图 4. 为 S-Plot 中保留时间 2.33 min 组分的碎片离子 ( 含质量偏差 ) 分配的建议结构 接下来我们使用市售苯代三聚氰胺标准品进行了进一步的确证分析, 使用 Xevo G2 QTof 对标准品和第 8 天的样品进行了 MS/MS 分析 标准品和样品中质量数为 m/z 的母离子 ( 对应苯代三聚氰胺 ) 产生的碎片离子谱图相同 ( 如图 5 所示 ), 从而确证了 2.33 min 处色谱峰的鉴定结果 苯代三聚氰胺标准品 第 8 天的样品 图 5. 苯代三聚氰胺标准品 ( 绿色 ) 和第 8 天的样品 ( 红色 ) 的 MS/MS 分析结果 选择的母离子为 m/z 5

6 结论 本实验将 ACQUITY UPLC Xevo G2 QTof 与多种数据分析软件工具 ( 例如 MarkerLynx XS 和 MassFragment) 相结合, 成功地对婴儿配方奶粉容器中的苯代三聚氰胺进行了结构解析和鉴定 Xevo G2 QTof 的 MS E 功能可在单次快速筛查运行中, 同时采集低能量母离子 (MS) 和高能量碎片离子 (MS E ) 数据, 从而实现化合物的明确鉴定 使用 MarkerLynx XS 软件可轻松生成 PCA 和 OPLS 模型, 用以鉴别不同天数的样品之间的差异 MS E 碎片离子数据与精确质量数结果相结合可进一步提高结构解析的可靠性和准确性 参考文献 1. Petersen H, Biereichel A, Burseg K, Simat TJ, Steinhart H. Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess. Bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) migrating from packaging material disappears in food: reaction with food components. 25: , Cao XL, Dufresne G, Belisle S, Clement G, Falicki M, Beraldin F, Rulibikiye A. J Agric Food Chem. Levels of bisphenol A in canned liquid infant formula products in Canada and dietary intake estimates. 56: , Regulation (EC) No 1935/2004 of the European Parliament and Council of 27 October 2004 on materials and articles intended to come into contact with food and repealing Directives 80/590/EEC and 89/109/EEC. Official J Eur Union, L338 of : U.S. Food and Drug Administration (FDA). 21CFR : Resinous and polymeric coatings (2002). MassFragment 软件可通过预测和分配精确质量数质谱谱图信息中的碎片结构, 辅助标志物结构解析 将 Xevo G2 QTof 的 MS/MS 功能与市售标准品配合使用可确证苯代三聚氰胺等化合物的鉴定结果 在 ACQUITY UPLC 系统中样品和标准品的保留时间相同, 进一步提高了苯代三聚氰胺鉴定结果的可靠性 扫一扫, 关注沃特世微信 沃特斯中国有限公司沃特世科技 ( 上海 ) 有限公司 Waters, The Science of What's Possible, ACQUITY UPLC, UPLC 和 Xevo 是沃特世公司的注册商标 MarkerLynx, MassFragment 和 LockSpray 是沃特世公司的商标 其它所有商标均归各自的拥有者所有 2011 年沃特世公司中国印刷 2011 年 3 月 ZH LB-PDF 北京 : 上海 广州 成都 香港 免费售后服务热线 800 (400)

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