顶空气相色谱法测定食用植物油中的六号溶剂残留量
发布时间：2021-03-28作者：lht来源：点击：次
顶空分析是一种样品预处理技术,它是通过样品基质上方的气体成分来测定组分在原样品中的含量。根据顶空取样和进样方式的不同,分为静态顶空和动态顶空(吹扫一捕集)[1]。对于一个给定的平衡系统的平衡状态下,气相的组成与样品原来的组成为正比关系。当用气相色谱检测得到浓气相部分浓度后,就可以算出原来样品的组成,这就是静态顶空气相色谱的理论依据[2,3]。静态顶空因技术因仪器比较简单,不需要专门吸附装置,样品基质的干扰极小,挥发性样品组分不会丢失等优点而在环境,食品及食品包装材料,医药等行业得到了广泛应用[4,5,6,7]。
植物油质量对人民群众日常生活至关重要,也是食品安全监管的重点[8,9]。植物油加工方法主要有压榨法及浸出法[10]。我国浸出油生产使用的溶剂是一种以六碳烷烃为主要成分的烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物,统称为六号溶剂[11]。目前,关于食用油溶剂残留的检测蓝芳等[12]研究了顶空固相微萃取-气相色谱法,但该方法仅测定正己烷且需专门的萃取设备。王永芳等[13]研究了顶空气相色谱法,该方法为香型食用植物油的质量控制和品质评价提供了技术参考。溶剂残留量在GB 2716-2018《食品安全国家标准植物油》[14]中规定,食用植物油(包括调和油)中溶剂残留最大限量为20 mg/kg,压榨植物油中不得检出(检出值小于10 mg/kg时视为未检出)。检测方法为GB/T5009.262-2016《食品安全国家标准食品中溶剂残留量的测定》[15]。该标准中使用正庚烷做内标,在配制内标液时液时需要用到具有一定毒性的N-N-二甲基乙酰胺[16]。同时每次配制标液需要取取3～150μL浓度液配制5 g标准溶液,操作繁杂。为解决该标准方法的上述缺陷问题,本研究直接用不含溶剂残留植物油当溶剂,将购买的标准品配制成40 mg/kg的储备液和使用液,再用该储备液稀释其它浓度的标准溶液配制曲线,后直接称取该系列溶液顶空进样,避免了每次配制标准溶液的麻烦。同时2 mg/kg的检出限满足了国家标准要求[15,16]。利用自动静态顶空-气相色谱技术检测,从曲线中直接读取检测结果,简便、快速,以期为植物油的品质监控提供参考。
2 材料与方法
2.1 仪器及材料
Agilent7890A气相色谱仪(配有FID检测器,美国安捷伦公司);Turbomatrix40型自动顶空进样器、20 mL顶空进样瓶及压盖器一个(美国PE公司);M37610-33CN漩涡振荡仪(美国赛默飞公司);AB204-E万分之一电子天平(梅特勒-托列多公司);JY6001电子天平(上海瑞仪器有限公司);其他为实验室常用设备。
2.2 试剂
六号溶剂:10.0 mg/mL,4.0 mL(N,N-二甲基乙酰胺配制),BW3599,国家粮食局科学研究院。
N,N二甲基乙酰胺(dimethylacetamide,DMA)(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)。
无溶剂残留植物油样品(可于70℃烘箱中烘2 h)。
40 mg/kg标准储备液及使用液,将BW3599标准品加入无残留植物油中,称量至1000 g(精确至0.1 g)。
10份测试植物油样品,市场购买所得。
2.3 实验方法
2.3.1 样品处理
称取5.0 g(精确至0.01 g)样品,进行顶空气相色谱测定,用工作曲线定量。
2.3.2 测定条件
(1)顶空条件
顶空瓶加热炉温为70℃;取样针温度为80℃;传输线温度为80℃;样品平衡时间为50 min;载气压力为25.1 psi;顶空瓶中样品加入量:5.0 g(精确至0.1 mg)。
(2)GC-FID测定条件
色谱柱为ZB-WAX毛细管柱(30 m0.25 mm,0.25m);柱箱温度:恒温60℃(保留5 min),载气为高纯氮气,压力为11.7 psi;平均线速度:26.5 cm/sce;流量:1 mL/min;进样口温度:200℃;FID检测器温度:240℃;分流进样,分流比为20:1。
2.3.3 GC-FID定量工作曲线
分别于100 mL比色管中称取2.50、6.25、12.50、25.00 g40 mg/kg六号溶液储备液,加无溶液残留植物油样品至50.0 g(精确到0.01 g)。涡旋摇匀,得标准测定液,测定液浓度分别为:2.0、5.0、10.0、及20.0 mg/kg,加上储备液的40.0 mg/kg,共5个浓度系列。
各称取上述所得测定5.0 g(精确到0.01 g)至顶空瓶中,进行顶空气相色谱测定,根据峰面积与浓度得工作曲线,同时做空白实验。
3 结果与分析
3.1 色谱条件的选择
因6号溶剂为一组峰,在计算时可直接将峰合并一起计算,在选择2.3.2实验条件下,所得峰组可满足检测要求,因此实验选用该色谱条件。
3.2 顶空测定条件的选择
3.2.1 平衡温度的选择
取2.2中40 mg/kg标准储备液5.0 g(精确到0.01 g)样品分别在40、60、70、80℃平衡50 min顶空进样测定(其余优化步骤取样都同此)。结果发现,随着温度的升高,峰面积有所增大,灵敏度也有所提高,但是平衡温度超过60℃时变化趋于平缓。
根据若尔特(Raou1t)定律[17],此现象是由于组分的饱和蒸气压随平衡温度的增高而变大所造成的。由于平衡温度过高会引起顶空瓶的耐压和气密性等问题,故本研究选取70℃作为样品平衡温度。
3.2.2 平衡时间的选择
将样品在70℃时分别平衡15、30、50、60 min,然后进行顶空进样分析。结果表明,响应信号随着平衡时间的延长而增大,平衡时间超过30 min后变化基本趋于平缓,为考虑测定时间及稳定性问题,本研究选择50 min作为顶空平衡时间。
3.2.3 称样量的选择
分别称取3.2中40 mg/kg标准储备液1.0、2.0、5.0、10.0 g(精确到0.01 g)于顶空瓶中,在70℃下平衡50 min后进样。作色谱峰峰面积与称样量曲线图,得图1,由图1可知:响应值随着样品体积的增大而增大。由文献[2,3]中静态顶空原理可知,Cg=Co/(β+k)而β=Vg/Vb(Vg、Vb分别为气相和基质相体积)。当条件平衡时,k值不变;β随着取样体积增大而减小,Cg终值增大,峰面积响应就大。所称的4个质量都能满足灵敏度的要求,但考虑检测稳定性,选择5.0 g(精确到0.01 g)为样品测定称样量。另外,由图1可知,当样品量在大于2.0 g后,面积与称样量之间变化平缓。
图1 称样量对峰面积的关系影响
由上述平衡温度、平衡时间及称样量的讨论可知,经优化后的顶空条件为:称样量:5.0 g(精确到0.01 g);平衡时间:50 min;平衡温度70℃。
3.3 GC-FID分离色谱图
在优化的实验条件下,对标准样品、标准添加样品、空白样品及检出样品作了检测得图2～4的色谱图。其中图2为标准样品色谱图,3个浓度1为2 mg/kg,2为10 mg/kg,3为40 mg/kg;图3为标准添加样品与空白样品对比色谱图,其中1为空白样品,2为20 mg/kg添加样品色谱图,3为32 mg/kg添加样品色谱图;图4为测定样品与标准样品色谱图,其中1为未检出样品,2为11 mg/kg检出样品色谱图,3为40 mg/kg标准样品色谱图。
3.4 线性关系与检测限
按照2.3.3节配制系列标准溶液,进行顶空气相色谱分析。用安捷伦软件自带分析软件将峰面积Y对标准溶液浓度X(mg/kg)作图,建立标准曲线并得回归方程:Y=2.43X+0.96,相关系数r=0.9980,在2.0～40.0 mg/kg范围内线性关系良好。同时根据信噪比(S/N=3)计算检测限为2.0 mg/kg,说明该方法满足检测条件。
图2 标准样品色谱图
注:1:2 mg/kg;2:10 mg/kg;3:40 mg/kg。
图3 标准添加样品与空白样品色谱图
注:1:空白样品;2:20 mg/kg添加样品色谱图;3:32 mg/kg添加样品色谱图。
图4 测定样品与标准样品色谱图
注:1:未检出样品;2:11 mg/kg检出样品色谱图;3:40 mg/kg标准样品色谱图。
3.5 回收率与精密度
分别称取40 mg/kg的储备液5.0、25.0、40.0 g(精确至0.01 g)于100 mL比色管中,再称取45.0、25.0、10.0 g(精确至0.01 g)不含溶剂残留的植物油,涡旋,得理论含量为4.0、20.0、32.0 mg/kg的3组浓度样品,每组样品各称样5平行5.0 g(精确至0.01 g),进行顶空气相色谱测定,对结果进行分析,以计算方法精密度及回收率(n=5),由表1结果可得样品的回收率为90.6%～104.0%,相对标准偏差为0.8%～2.0%,说明该方法回收率、精密度良好。
表1 回收率及精密度试验(n=5)
3.6 空白样品的获得
为获得空白不含溶剂残留样品的,称取2.2中40 mg/kg油样品5.0 g(精确至0.01 g)在优化条件下进行顶空测定,同时称取30 g该样品于200 mL烧杯中,于70℃烘箱中烘2 h,冷却后称取5.0 g(精确至0.01 g)于顶空瓶中,在优化条件下进行顶空测定,得图5。由图5可知,标准样品在70℃烘箱中烘2 h后,样品中溶剂残留已低于检出限,因此该获得空白样品的方法可行,不对检测造成干扰。
图5 标准样品与烘烤样品色谱图
注:1:40 mg/kg样品70℃烘箱中烘2 h;2:40 mg/kg标准样品色谱图
3.7 标准方法与本方法的比较
为进一步验证GB/T 5009.262-2016[15]方法与本方法的差异,特配制20 mg/kg标准样品,一个为空白植物油配制,一个样品为N-N-二甲基乙酰胺配制,在同样的顶空条件下做检测,比较谱图,见图6。由图6可知,植物油基质与N-N-二甲基乙酰胺基质色谱图区别不明显,因此用空白植物油替代N-N-二甲基乙酰胺的方法可行。
图6 植物油基质与N-N-二甲基乙酰胺基质色谱图
注:1:20 mg/kg空白植物油基质;2:20 mg/kg N-N-二甲基乙酰胺基质。
3.8 样品的测定
利用本研究所建立的方法对所购买的10个样品进行了六号溶剂的检测,其中一个样品测出11 mg/kg的含量,其余为未检出。
4 结论
本研究所建立的食用植物油中六号溶剂残留的自动顶空气相色谱法,检测快速、简洁。用空白植物油作溶剂的方法,避免了有毒性的N-N-二甲基乙酰胺的大量使用。标准溶液的配制方式,简化了标准中的繁杂步骤且实现了一次配制多次使用,减少了工作量。2 mg/kg的检出限与其他参数,均可满足标准要求。因此本方法可作为植物油脂中溶剂残留检测的参考方法。