气质联用法测定饮料中塑化剂的设计性实验

第29卷第3期2014年6月

摇

UNIVERSITYCHEMISTRY

摇大学化学

Vol.29No.3

摇

Jun.2014

气质联用法测定饮料中塑化剂的设计性实验

(中国科学技术大学化学实验教学中心摇安徽合肥230026)

摇摇摘要摇在气质联用法测定饮料中的16种塑化剂的分析仪器实验中,引入自主设计实验教学,不仅激发了摇摇关键词摇气质联用摇邻苯二甲酸酯摇饮料摇自主设计实验

邵伟*摇孙晴摇盛翔

学生实验的积极性和创造性,同时也对实验教师在实验理解、教学编排和实验准备等方面提出了更高的要求。

摇摇仪器分析实验是中国科学技术大学化学实验中心针对本科生开设的一门基础实验课程,包含12种大中型分析仪器实验。近年来,化学实验中心仪器组对实验课程的安排,实验内容的更新等各方面进行了创新和改革,并将自主设计实验引入实验教学,以此达到教学相长的目的。

摇摇塑化剂是工业上被广泛使用的高分子材料助剂,在塑料中添加这种物质,可以使其柔韧性增强,容DEP等6种邻苯二甲酸酯类塑化剂成分,药品中检出DIDP。随后卫生部紧急发布公告,将邻苯二甲酸酯类物质列入食品中可能违法添加的非食用物质和易滥用的食品添加剂名单。

摇摇近年来,食品安全问题正越来越受到关注,从历年的学生设计实验选题来看,学生对这类涉及到身边事物的题材非常感兴趣,因此,在2011年5月塑化剂事件发生之后,我们选用这一题材设计了新实验,将实验原理,仪器操作与社会生活中的热点话题结合在一起,大大提高了学生的兴趣,取得了很好的效果。

摇摇本实验设计参考国标(GB/T21911—2008),采用全扫描方法和选择离子监测法对饮用水中的16种邻苯二甲酸酯组分进行测定,主要目的是让学生了解气质联用法的原理并掌握仪器的基本构造和基本操作,以及掌握选择离子监测的原理及应用范围。首先,实验中所测的水样是随机的,有实验室提供的矿泉水、市售桶装水、自来水,也有学生自带的饮料等;其次,让学生参考国标自主编辑仪器方法,教师仅进行指导;并且,在实验过程中,让学生自由选择一种或几种塑化剂作为目标,根据全扫描结果或参考国标自主设计选择离子监测方法进行定量测定。因为每组学生所选择测定的塑化剂种类不同,因此所用的选择离子监测方法也各不相同。

摇摇该实验可以提高学生的兴趣及自主性,不仅减少了实验报告雷同的现象,而且学生还能够针对实验中出现的现象及结果进行认真的讨论,并提出心得和建议。1摇实验部分

1.1摇实验仪器与试剂

摇摇ThermoFisherTraceGC/ISQMS气相色谱鄄质谱联用仪,四极杆质量分析器。摇摇邻苯二甲酸酯16种混标(购于Dikma公司),正己烷(分析纯),未知样。

*通讯联系人,E鄄mail:weishao@ustc.edu.cn

易加工,可合法用于工业用途。2011年5月,在食品中先后检出DEHP、DINP、DNOP、DBP、DMP、

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1.2摇样品预处理分析[1鄄2]。

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摇摇取液体样品5.0mL,加入正己烷2.0mL,振荡1min,离心(4000r/min,5min),取上清液进行GC鄄MS

1.3摇GC鄄MS测定条件1.3.1摇色谱条件

摇摇色谱柱为ThermoTR鄄5MS(30m伊0.25mm伊0.25滋m)弹性石英毛细管柱,进样口温度250益,柱温高纯He,载气流速1.0mL/min,分流比10:1,进样量1滋L。

60益,恒温1min,以20益/min升温至220益,保持1min,再以5益/min升温至280益,保持4min。载气为1.3.2摇质谱条件

摇摇EI离子源,电子能量70eV,离子源温度230益,GC鄄MS传输线温度280益,全扫描范围m/z29~450,选择离子监测范围待定,溶剂延迟5min。

2摇实验步骤及结果2.1摇色谱分离

摇摇在给定的色谱条件下,16种混标能得到很好的分离,总离子流图见图1。学生可使用谱库进行检索并与国标样品的出峰顺序进行比较,确定每个峰对应的塑化剂种类。

图1摇16种邻苯二甲酸酯标样的总离子流色谱图

2.2摇质谱分析

摇摇质谱分析过程为:1)对样品进行全扫描分析,通过谱库检索确定色谱图上每个峰对应的邻苯二甲酸酯种类;2)确定每种邻苯二甲酸酯的特征离子;3)确定自己想分析的组分,重新设定其选择离子监测(SIM)条件;4)对标样和未知样进行选择离子监测(SIM)分析以定量。

摇摇以图1中8.79min的峰为例,首先根据其相应的质谱图,通过谱库检索,确定其结构为邻苯二甲酸二乙酯/DEP,其质谱图见图2(a),其断裂机理见图3[3]。确定其特征离子为:m/z121,m/z149,m/z177和m/z222后,设定选择离子监测方法,再次对标样进行选择离子监测,得到的质谱图为图2(b)。

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(a)

图2摇DEP全扫描质谱图(a)和选择离子监测质谱图(b)

(b)

图3摇DEP质谱碎片断裂机理[3]

摇摇在实验后期,由学生自主确定待测的目标组分,根据目标组分确定特征离子,重新设定选择离子监测的仪器条件,进行SIM分析。图4和图5分别是对市售矿泉水水样进行全扫描和选择离子监测所得到的色谱图。通过对比这两张图,学生可以了解到:通过选择离子监测,能够减少基质干扰,让目标产物峰变得更加明显,因此,选择离子监测可以提高检测灵敏度。

图4摇市售矿泉水全扫描模式下的色谱图图5摇市售矿泉水选择离子监测模式下的色谱图

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表1摇本实验所检测16种邻苯二甲酸酯位置及特征离子

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序号12345678101112131415169

保留时间/min

7.9410.6211.4611.8512.4212.9813.4015.6916.0016.9117.3718.1318.2320.8023.538.79

化合物名称/英文缩写

邻苯二甲酸二甲酯/DMP邻苯二甲酸二乙酯/DEP邻苯二甲酸二丁酯/DBP邻苯二甲酸二异丁酯/DIBP

邻苯二甲酸二(2鄄甲氧基)乙酯/DMEP邻苯二甲酸二(2鄄乙氧基)乙酯/DEEP邻苯二甲酸二戊酯/DPP邻苯二甲酸二己酯/DHXP邻苯二甲酸己葵酯[4]

分子式C10H10O4C12H14O4C16H22O4C16H22O4C14H18O6C20H30O4C16H22O6C18H26O4C20H30O4C19H20O4C22H34O4C20H30O6C24H38O4C20H26O4C24H38O4C26H42O4

分子离子(m/z)

194222278278282334310306334312362366390330390418

特征离子(m/z)及丰度比163:77:135:194(100:18:7:6)

149:177:121:222(100:28:6:3)149:223:205:167(100:10:5:2)149:223:205:121(100:5:4:2)149:251:167:121(100:5:4:2)45:72:149:221(100:85:46:2)59:149:193:251(100:33:28:14)

邻苯二甲酸二(4鄄甲基鄄2鄄戊基)酯/BMPP

149:237:219:167(100:22:5:3)104:149:76:251(100:96:91:8)149:91:206:238(100:72:23:4)149:70:251:167(100:8:7:4)149:223:205:278(100:14:9:3)149:167:83:249(100:31:7:4)149:279:167:261(100:7:2:1)

邻苯二甲酸丁基苄基酯/BBP邻苯二甲酸二(2鄄丁氧基)乙酯/DBEP邻苯二甲酸二环己酯/DCHP邻苯二甲酸二正辛酯/DNOP邻苯二甲酸二正壬酯/DNP

邻苯二甲酸二(2鄄乙氧基)己酯/DEHP149:167:279:113(100:29:10:9)

57:149:71:167(100:94:48:13)

2.3摇实验结果

0.033mg/L,邻苯二甲酸二乙酯含量为0.115mg/L(图6,图7);另一组学生测得市售桶装水中邻苯二甲酸二(2鄄乙基)己酯含量为1.37mg/L(图8,图9)。

摇摇使用选择离子监测,单点校正法定量。其中一组学生测得市售矿泉水中邻苯二甲酸二甲酯含量为

图6摇标样SIM色谱图(DMP,DEP段)图7摇市售矿泉水水样SIM色谱图(DMP,DEP段)

3摇实验总结及讨论

摇摇在色谱类仪器分析实验中,由于样品运行的时间较长,容易给学生造成在等待过程中无事可做的印这样学生的思维就必须及时跟进。在样品序列中,首先学生要进行16种混标样品及饮料处理样品的分离及全扫描测试;然后学生再重新设定条件,进行混标样品与饮料处理样品的分离和选择离子监测测

象。为此,实验教师在教学编排上,将实验原理及实验结果的分析讲解穿插在样品的仪器分析时间内,

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图8摇标样SIM色谱图(DEHP段)图9摇市售桶装水SIM色谱图(DEHP段)

试。在第1个样品即混标样全扫描的运行过程中,实验教师讲解质谱的定性处理软件、谱图解析、谱库检索等相关知识,要求学生在这段时间内能够确定出16种塑化剂的出峰位置;在第2个样品(如水样)全扫描的运行过程中,依据设计性实验的特点,教师要求学生针对感兴趣的塑化剂确定实验方案,选择特定的选择离子监测通道,重新建立选择离子监测的方法;在第3个样品即混标样选择离子监测的运行过程中,实验教师会和学生讨论全扫描与选择离子监测出峰的差异,并就选择离子监测的理论点重新进行讲解讨论,以加深学生印象;在第4个样品即水样选择离子监测的运行过程中,针对饮料样品的出峰结果进行讨论,并对一些可能出现假阳性的情况作出说明。可以说,在实验过程中,如果学生没有集中注意力,则实验是进行不下去的。这样通过对时间的合理安排,层层递进,既保证了在较短的时间内能够完成实验,又避免了出现“冷场冶的情况,提高了实验效率。

摇摇气质联用涉及到的知识面比较广泛,包括气相色谱原理、质谱原理、仪器结构、仪器操作、谱图解析、定性定量等等,每一部分展开之后的内容都很多,要想在短短的讲解时间内尽可能地让学生建立起气质联用的概念,就必须尽量用简洁的语言,辅以PPT和Flash动画,表述复杂的现象,让学生听起来浅显易懂。实验教师一定要区分重点、难点,要让学生重点抓住主要内容;对于容易误解的地方,教师可以提出一些问题,使学生加深印象。这些都要求教师必须明确实验的目的和任务,熟悉实验内容,深刻理解实验的基本原理,并详细掌握仪器及工作站的各项操作。教师在实验课开始之前,要调试好仪器并准备好相应的试剂,以确保实验顺利完成;要尽量让每个学生都有接触仪器的机会,以提高其动手能力,切实保证实验课所要达到的效果。对学生在实验中出现的一些不严谨、不规范的操作,教师应及时制止。对实验过程中出现的问题,教师应及时进行引导,分析可能存在的原因并尽可能地提出解决方法,解决学生的疑问。对于操作中要遵循的一些注意事项,也应及时提出,以免发生影响实验进程的误操作。摇摇本实验是对中国科学技术大学原有仪器分析实验的扩充。近年来,色谱及质谱技术的发展很快,将最新的仪器技术尽量传授给学生,是我们努力的方向。通过本实验,学生可以充分接触仪器,参与全部的仪器操作过程,基本了解气质联用应用范围及分析思路,从我们对2009级19系和20系学生的实验效果看,基本达到了预期的教学目的。

参摇考摇文摇献

[1]摇GB/T21911—2008.食品中邻苯二甲酸酯的测定

[2]摇GB/T21928—2008.食品塑料包装材料中邻苯二甲酸酯的测定[3]摇吴惠勤,朱志鑫,黄晓兰,等.分析测试学报,2011,30(10):1079[4]摇海丽萍,王雪芹.中国药事,2012,26(2):1107