纸板挺定仪

使用UPLC/Q-Tof液质仪的MSE功能和MassFragment软件对食品包装纸和纸板中的潜在迁移物进行鉴别和结构分析 Malcolm Driffield、1 Antony Lloyd、1 Emma Bradley、1 Dominic Roberts2 1 食品与环境研究所（英国约克） 2 沃特世公司（英国曼彻斯特） 应用优势 ■ MSE数据采集模式，可以一次进样同时得到母离子及其碎片离子数据，从而提高化合物鉴定的可信度。此外它还具有数据溯源的功能。 ■ ChromaLynx&trade XS软件可以对复杂混合物中的所有组分进行快速检测、鉴定和确认。用户可以通过精确质量数信息确定化学式，然后，在化合物数据库中进行搜索、确认结构式。 ■ MassFragment&trade 是一种智能型软件工具，能够自动匹配碎片结构，极大简化了数据处理，并且可在无标准品的情况下进行确认。 沃特世解决方案 ACQUITY UPLC® 系统 ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱 SYNAPT® G2 HDMS&trade 系统 ChromaLynx XS软件 MassFragment软件 关键词 飞行时间质谱筛查、数据库搜索、结构表征、纸、纸板、食品包装、邻苯二甲酸酯 简介 回收纸和纸板有利于环境清洁，还可以缓解森林资源的压力、降低废物处理量。目前，进入回收环节的纸和纸板类型具有一定的限用管制。回收的纸和纸板最终可以用于要求较低的应用领域，例如报纸和杂志、纸板箱和纸板盒，以及要求较高的应用领域，例如食品包装。近年来，科学文献和媒体报道过一些有关回收纸和纸板用于食品包装时出现的问题。食品中检测到来自回收纸和纸板的污染物。印刷报纸和杂志的油墨中发现了矿物烃类化合物，1-2以及邻苯二甲酸盐，例如目录和手册所用粘合剂中的邻苯二甲酸二异丁酯，3以及印刷在纸和纸板外表面的光引发剂和其它成分。4这些类型的化学物在经过回收处理后仍会存在。 本研究是一个大型研究项目中的一部分，此研究项目将调查用于再生型食品包装的纸和纸板来源。5实验检测了四种不同类型的纸来源（纯白色打印纸、报纸和杂志、瓦楞纸板和食品包装纸），并确定了潜在的污染物。配备有高分辨率质谱检测器的超高效液相色谱（UltraPerformanceLC® ）（UPLC® /HR-MS）是一种有效的工具，有助于鉴定食品接触材料和其它领域中的未知化合物。6精确质量数、同位素谱图和碎片信息（如果存在）可用于预测元素组成，然后可将其与含有其潜在结构的数据库进行对比，如果结构匹配，鉴定结果将更加可信。所使用的仪器必须有足够的灵敏度和精确度以确保能够准确鉴定化合物。 本文介绍了如何使用ACQUITY UPLC/SYNAPT G2 HDMS系统以及相关软件检测色谱峰、确定精确质量数并获得元素组分。实验将获得的分析结果与用户准备的含6000多种食品接触材料组分和污染物的数据库进行对比，通过MSE获得的碎片信息，在未使用确证标准品的情况下确定了其中一个待分析的化合物的化学结构。 实验 样品描述 从当地超市采购一组用纸和纸板包装的食品，将食品从包装中取出，切成小块，并充分混合。样品包括早餐谷物、意大利面、冷冻鱼、蛋糕和其它烘焙产品。将一部分混合的样品（5 g）、内标物d10-苯甲酮（100 &mu L，1 mg/mL）和乙醇（20 mL）加入样品瓶中，盖好盖子并震摇过夜。取一部分上清液直接进行分析。 UPLC条件 系统： ACQUITY UPLC 色谱柱： ACQUITY UPLC HSS T3（部件号176001133）150× 2.1 mm，1.8 &mu m 柱温： 45 ℃ 流速： 0.45 mL/min 进样体积： 1 &mu L 流动相A： 水+0.1%甲酸 流动相B： 乙腈+0.1%甲酸 梯度： 时间（min） %A %B 0.0 90 10 15.0 0 100 18.0 0 100 18.1 90 10 20.0 90 10 MS条件 MS系统： SYNAPT G2 HDMS 采集模式： MSE电离模式： 电喷雾正离子 检测的质量数范围： 50至1200 Da 锥孔电压： 25 V 毛细管电压： 1.0 kV 脱溶剂气温度： 500 ℃ 源温度： 120 ℃ 碰撞能量： 低能量 CE = 6 eV， 高能量 CE = 15 - 35 eV 碰撞气体： 氩气 LockMass： 亮氨酸脑啡肽，m/z 566.2771 数据管理： ChromaLynx XS和MassFragment软件 结果与讨论 混合食品包装样品的乙醇提取物的基峰离子色谱图（BPI）如图1所示。 图1. 纸和纸板食品包装乙醇提取物的基峰离子色谱图（低能量电喷雾离子化正离子模式）。 ChromaLynx XS软件可以反卷积解析色谱图，检测出现的所有色谱组分，并为每种确认的组分生成精确的谱图。这些操作均在&ldquo 目标模式&rdquo 下进行，将生成一系列单个峰，然后软件会将这些峰与包含潜在结构的数据库进行对比。软件提取了1380个组分，比TIC图中目测到的要多。充分显示了该软件在极低浓度条件下检测组分的优势ChromaLynx XS将提取目标化合物的准确质谱图，确定它们是否存在。 用户的数据库包含食品接触材料中可能存在的6000多种已知成分、潜在污染物以及衍生和分解产物。列表包括化合物名称和化学式，软件将在其中进行搜索并报告匹配结果。如果具有用标准品进行过分析，则该化合物的保留时间和碎片离子信息也会包含在数据库中。图2为ChromaLynx XS处理数据的示例，包括：（A）总离子流图、（B）目标物列表、（C）提取离子色谱图和（D）13.6min处，峰的相关质谱图，这是一个完整的鉴定过程示例。本样品用含6000种化合物的库进行筛查，最终根据精确质量数总共鉴定出45种化合物。在没有分析标准品的条件下，这些鉴定结果由其同时采集的碎片信息确认。 图2. ChromaLynx XS在13.6min处输出的质谱图，与数据库中的对二甲氨基苯甲酸异辛酯的匹配。A) 总离子流色谱图、B) 目标物列表、C) 13.6min处的提取离子色谱图（m/z 278.2122）和D) 13.6min处色谱峰的质谱图（低能量）。 图3显示：其母离子的质荷比为278.2122，化学式为C17H27NO2。这与数据库中的对二甲氨基苯甲酸异辛酯相匹配，该化合物可以用作喷涂至纸和纸板底物的紫外光固化油墨中的胺助引发剂。[M+H]+母离子的理论精确质量数为m/z 278.2120，与检测结果之间仅存在0.7 ppm的差异。在分析食品包装样品时，并未分析对二甲氨基苯甲酸异辛酯的确证标准品进行鉴定确认。SYNAPTG2 HDMS的运行模式为MSE采集模式，可以一次进样，同时收集该化合物的母离子及碎片离子信息，从而提高了化合物鉴定的可信度。 图3所示为低能量和高能量质谱图，在较高能量下，母离子的强度降低，生成碎片离子。 图3. 13.6 min处色谱峰的质谱图。A) MSE高能量谱图：显示碎片离子，B) MSE低能量谱图：显示分子加合物[M+H]+。 与分子一样，碎片离子的精确质量数也可用于确定潜在的元素组成。MassFragment软件将利用这些潜在的元素组成，根据建议的化合物化学结构（例如对二甲氨基苯甲酸异辛酯）来确认该结构。该软件使用系统化的键断裂信息和一套计分系统，此系统以键断裂的类型和发生的可能性为基础，信息输入程序的过程简单。.mol文件可以从ChemSpider商业库中下载，也可从最常用的化学绘图包得到，然后将其与提供碎片离子信息的MSE质谱图一起导入即可。 根据用户的具体需要，可以对参数进行相应更改。质量数窗口的限值范围非常重要，使用的范围越小，结构匹配的可信度就越高。在本示例中，使用的值是+/- 1 mDa。图4是软件针对13.6min处色谱峰所生成的结果，系统建议的化合物为对二甲氨基苯甲酸异辛酯。 图4. MassFragment输出的报告，其中所示为五个碎片离子的建议结构，增加了鉴定结果的可信度。 所测的五个碎片离子均验证了建议的母体结构&mdash &mdash 对二甲氨基苯甲酸异辛酯中不同键断裂后所得的离子的可能结构，这一结果提高了13.6min处色谱峰鉴定的可信度。图5所示为标记有MassFragment结构的MSE质谱图。此化合物很可能来自纸和纸板上的油墨，7相似化学类型的化合物经过回收处理后也仍会存在。现在，碎片离子和保留时间均与此化合物匹配，它们被反馈到数据库中，从而使得后面的鉴定更加可信。 图5. 13.6 min处色谱峰的MSE质谱图，标记有MassFragment鉴定结果。 结论 本实验采用具有色谱分离、高分辨率地测定准确质量数功能的ACQUITY UPLC/SYNAPT G2 HDMS系统，对食品包装纸和纸板提取物进行分析。此分析可对之前未知的、可能会迁移到食品中的化合物作出值得信赖的鉴定。使用MSE数据采集模式，可以同时收集母离子和碎片离子的信息，采集的数据经过ChromaLynx XS和MassFragment软件的处理后，可获得具有高可信度的鉴定结果。 参考文献 1. Dima G, Verzera A , Grob K. Migration of mineral oil from party plates of recycled paperboard into foods:1. Is recycled paperboard fit for the purpose?2. Adequate testing procedure.Food Additives and Contaminants Part A.2011 28(11): 1619-1628. 2. Vollmer A, Biedermann M, Grundbock F, Ingenhoff JE, Biedermann-Brem S, Altkofer W, Grob K. European Food Research and Technology. 2011 232:175- 182. 3. Gartner S, Balski M, Koc h M, Nehls I. Analysis and migration of phthalates in infant food packed in recycled paperboard.Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009 57(22): 10675-10681. 4. Koivikko R, Pastorelli S, deQuiros ARB, Paseiro-Cerrato R, Paseiro-Losada P, Simoneau C. Food Additives and Contaminants Part A. 2010 27(10): 1478- 1486. 5. Driffield M, Lloyd AS, Lister L, Leak J, Speck D, Bradley EL.Manuscript in preparation. 2013. 6. Driffield M, Bradley EL, Castle L, Coulier L. Identification of unknown migrants from food contact materials.Mass Spectrometry in Food Safety, Methods and Protocols. 2011 357-372. 7. Food Standards Agency (2011) Food Survey Information Sheet 03/11. Migration of selected ink components from printed packaging materials into foodstuffs and screening of printed packaging for the presence of mineral oils.

DRK109 QB/T1057 纸与纸板触屏气动双头耐破度仪，设备用于测定各种单层纸张及不高于2000kpa的薄纸板也可用于丝绸棉布等非纸制品的检测。是国际通用型缪纶（Mullen）式仪器是纸和纸板强度性能检测的基本仪器，本仪器操作简单、性能可靠、技术先进，是科研单位、造纸厂家、包装行业、质检部门的理想设备。DRK109 QB/T1057 纸与纸板触屏气动双头耐破度仪，产品参数：指标 纸张测试 纸板测试测试范围：50—2000kpa；250—6000kpa上、下夹盘间的夹持力：430 kpa； 690 kpa胶膜阻力：凸起高度10mm时,20-40kpa；凸起高度10mm时170-220kpa+18时25°~35°整机精度：1级 (分辨率：0.1 Kpa) ；1级 (分辨率：0.1 Kpa)示值准确度：±0.5%F.S；±0.5%F.S气源压力：0.7MPa （气源自备，可选购）；气源压力液压系统密封性：在测量上限值,1分钟压降2. 全自动测量，智能演算功能。3. 自主研发软件，该纸张破裂强度试验仪|耐破仪自动测量、统计、打印测试结果，并具有数据保存功能；4. 高速微型打印机，打印高速，使用方便，故障低；5. 机电一体化现代设计理念，液压系统，功能强大，结构紧凑，外观美观大方，维修方便。DRK109 纸与纸板触屏气动双头耐破度仪，技术标准：ISO2759 《纸板耐破度的测定》QB/T1057 《纸与纸板耐破度仪》GB1539 《纸板耐破度测定法》GB/T 6545 《瓦楞纸板耐破强度的测定法》GB/T 454 《纸张耐破强度的测定法》注:因技术进步更改资料,恕不另行通知,产品以后期实物为准。

近日，国家食品接触材料检测重点实验室(广东)（IQTC）联合华南理工大学制浆与造纸国家重点实验室以食品接触用原纸板及其原材料为研究对象，对其中的VOCs进行了表征和溯源研究，并在食品科技领域TOP期刊Food Packaging and Shelf Life （JCR Q1，IF=8.749）发表了题为“Characterization of volatile organic compounds in food contact paperboards and elucidation of their potential origins from the perspective of the raw materials”的研究论文。 IQTC李函珂博士为论文第一作者，IQTC李丹研究员和华南理工大学马彤梅教授为共同通讯作者。中山大学公共卫生学院医学统计学系和西班牙萨拉戈萨大学（University of Zaragoza）为本论文合作单位。该研究得到了国家重点研发计划项目2022YFF0607202、2022YFF0607201和广东省自然科学基金2022A1515010334的资助。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2023.10106201.研究背景 纸制品是使用最为广泛的食品接触材料之一，其安全问题一直广受关注，IQTC牵头修订的GB4806.8-2022即将于2023年6月30日起正式实施。由于纸制品所用原材料多为成分复杂的天然植物，如桉树、杨树、竹子、亚麻、棉花等，且其生产过程包括制浆、漂白、成型、施胶、干燥、涂布等多个步骤，期间会引入多种化学品，例如过程助剂、功能性添加剂、天然产物、自氧化产物、聚合物及其降解产物、污染物等，这就导致纸制品中含有的化学物质远比塑料、橡胶等材质的食品接触材料复杂[1]。 在可能导致纸制品安全问题的各种因素中，挥发性有机物（VOCs）更容易得到较高的关注度：一是由于VOCs会加速纤维素降解，从而破坏纸制品的结构并降低食品的保质期；二是由于VOCs相比于其他化合物更容易在消费者进食的过程中被吸入或摄入，故具有潜在风险的VOCs更容易对消费者健康造成负面影响；三是由于某些具有较低气味阈值的VOCs可能会影响所包装食品的感官特性（如气味或异味），从而影响消费者的消费体验和接受程度。鉴于此，食品接触用纸制品中的VOCs得到了较为广泛的研究[2-5]。然而，由于目前采用的VOCs表征技术仍以传统一维GC-MS技术为主，可定性化合物通常不超过40个，难以追溯这些VOCs的来源。02.IQTC的研究 IQTC近年来开展了多项食品接触用纸制品中安全因子表征的相关研究[6-8]，并与国内多家造纸企业建立了良好的合作关系。在本研究中，IQTC从相关企业收集了23批次样品，包括9批次食品接触用原纸板（RPBs）、4批次漂白化学热磨机械浆（BCTMP）、6批次干浆板（DPSs）和4批次桉树木料（WCs），并采用顶空-固相微萃取-全二维气相色谱-四极杆飞行时间质谱（HS-SPME-GCxGC-qTOF-MS）技术对上述样品中的VOCs进行了系统表征。同时，还基于表征结果对食品接触用原纸板中检出的VOCs进行了溯源分析[9]。▲ 图1 食品接触用原纸板及其原材料中的VOCs分布情况 如图1所示，对于RPBs、BCTMP、DPSs和WCs这四种类型的样品，经HS-SPME-GC×GC-QTOF-MS分析，分别定性出331、154、295和191种VOCs，包括芳香烃类化合物、芳香族含氧化合物、萜类及其衍生物、脂肪族含氧化合物、非芳香烃类化合物和其他共6大类化合物，表明GC×GC-qTOF-MS技术在复杂样品的VOCs表征上比传统的GC-MS技术更具优势；另一方面，经进一步统计分析，上述化合物在不同样品中呈现出特异性分布，且检出频次存在较大差异，如：BCTMP中定性出比WCs更多的芳香族含氧化合物，表明桉树木料中的木质素在制浆和漂白过程中发生了解聚；DPSs中的脂肪族含氧化合物分布与RPBs相似，表明前者可能是后者中脂肪族含氧化合物的主要来源；RPBs中出现了较多的烷基苯类化合物（RI=1500~1900），而这些化合物在原材料中均未检出，表明其可能在后续的生产过程中引入。▲ 图2 食品接触用原纸板与其原材料中VOCs的相关性分析 进一步对食品接触用原纸板与其原材料中VOCs进行相关性分析。如图2所示，聚类分析和主成分分析均表明各类样品中检出的VOCs具有显著差异。欧式距离分析表明，WCs与BCTMP和WCs与DPSs的VOCs相似性具有显著差异，这表明DPSs与BCTMP或采用了不同的制浆工艺。此外，Jaccard指数分析表明，DPSs与RPBs比BCTMP与RPBs具有更高的VOCs相似性，表明DPSs或对RPBs中的VOCs贡献更大。▲ 图3 食品接触用原纸板中VOCs的溯源分析 在RPBs中检出的331个VOCs中，153个VOCs在BCTMP、DPSs或WCs中检出，表明这些VOCs可追溯至原材料；而其余178个VOCs仅在RPBs中检出，表明这些VOCs很可能在后续生产流程中产生，其来源包括但不限于涂布添加剂、施胶剂、大分子降解产物、表面活性剂、抗氧化剂、消泡剂、杀菌剂、环境污染物等。03.结论 上述研究表明，食品接触用原纸板及其原材料中的VOCs数量繁多且呈现样品特异性分布。特别值得关注的是，制浆和漂白过程对原纸板中的VOCs有显著影响，且对原纸板中VOCs贡献程度最大的原材料是干浆板。溯源分析表明，相当数量的VOCs是天然存在的化学物质，比如萜类和脂肪族含氧化合物，而亦有相当数量的VOCs与生产过程等人为因素相关，如烃类和芳香族含氧化合物。 IQTC的上述研究也得到了Food Packaging and Shelf Life审稿人的高度认可，其中一位审稿人指出该研究对纸和纸板的测试有很大贡献（The paper contributes highly to the testing of paper and paper boards）。上述研究阐明了食品接触用原纸板及其原材料中VOCs的种类和来源，为相关行业的从业人员提供了有价值的参考，有助于进一步提升纸质食品包装的质量并保障消费者健康。 IQTC也将继续与高校、科研院所和相关企业密切合作，深入研究与食品接触用纸制品中VOCs相关的问题，包括质量问题、安全性问题、感官异味问题等，致力于为行业提供切实可行的技术解决方案。参考文献[1] C.N. Lowe, K.A. Phillips, K.A. Favela, A.Y. Yau, J.F. Wambaugh, J.R. Sobus, A.J. Williams, A.J. Pfirrman, K.K. Isaacs, Chemical Characterization of Recycled Consumer Products Using Suspect Screening Analysis, Environ Sci Technol, 55 (2021) 11375-11387.[2] Ó. Ezquerro, B. Pons, M.a.T. Tena, Development of a headspace solid-phase microextraction–gas chromatography–mass spectrometry method for the identification of odour-causing volatile compounds in packaging materials, J Chromatogr A, 963 (2002) 381-392.[3] M. Czerny, A. Buettner, Odor-active compounds in cardboard, J Agric Food Chem, 57 (2009) 9979-9984.[4] T.V. Caelenberg, I.V. Leuven, P. Dirinck, An Analytical Approach for Fast Odour Evaluation of Recycled Food-Grade Paperboard Materials Using HS-SPME-MS-Nose Technology, Packag Technol Sci, 26 (2013) 161-172.[5] P. Vera, E. Canellas, C. Nerin, Compounds responsible for off-odors in several samples composed by polypropylene, polyethylene, paper and cardboard used as food packaging materials, Food Chem, 309 (2020) 125792.[6] H.-n.Zhong, Y. Zeng, L. Zhu, J.-j. Pan, S.-l. Wu, D. Li, B. Dong, H.-k. Li, X.-h. Wang, H. Zhang, J.-g. Zheng, The occurrence of Mono/Di-Chloropropanol contaminants in food contact papers and their potential health risk, Food Packag Shelf Life, 34 (2022) 101002.[7] H.-n. Zhong, Y. Zeng, D.-y. Yang, Z.-c. Wu, D. Li, H.-x. Sui, J. Gao, Y.-f. Chen, C.-H. Mo, Investigation of factors influencing the release of chloropropanols (3-MCPD and 1,3-DCP) from food contact paper, Food Addit Contam A, 38 (2021) 2036-2044.[8] J.J. Pan, Y.F. Chen, J.G. Zheng, C. Hu, D. Li, H.N. Zhong, Migration of mineral oil hydrocarbons from food contact papers into food simulants and extraction from their raw materials, Food Addit Contam A, 38 (2021) 870-880.[9] H. Li, L. Chen, X. Wu, S. Wu, Q.-z. Su, B. Dong, D. Li, T. Ma, H. Zhong, X. Wang, J. Zheng, C. Nerín, Characterization of volatile organic compounds in food contact paperboards and elucidation of their potential origins from the perspectiveof the raw materials, Food Packag Shelf Life, 37 (2023), 101062.