引言
1.1 食品接觸材料的重要性與遷移風險
食品接觸材料（FCMs）指與食品直接或間接接觸的材料及制品，包括塑料（如PP、PE、PVC）、金屬（如不銹鋼、鋁）、陶瓷、紙制品、橡膠等，廣泛應用于包裝、容器、廚具等領域。據統計，全球FCMs市場規模已超3000億美元（2023年數據），且隨著食品工業的規模化發展持續增長。
然而，FCMs中的有害物質（如塑化劑（DEHP）、雙酚A（BPA）、重金屬（Pb、Cd）、多環芳烴（PAHs））可能通過遷移作用（Migration）進入食品，對人體健康造成潛在威脅。例如：
塑化劑（DEHP）可干擾內分泌系統，導致兒童性早熟；
雙酚A（BPA）可影響生殖發育，增加乳腺癌、前列腺癌風險；
重金屬（Pb）可損害神經系統，尤其對嬰幼兒危害極大。
因此，遷移量檢測是FCMs安全性評估的關鍵環節，也是法規 Compliance 的核心要求。
1.2 遷移量檢測的法規背景
為保障食品安全，各國/地區均制定了嚴格的FCMs遷移量法規：
歐盟：《EC 1935/2004號條例》是FCMs的框架法規，后續通過《EN 13130系列》《EN 14372》等標準細化檢測方法；
中國：《GB 4806.1-2016 食品接觸材料及制品通用安全要求》是基礎標準，配套《GB 5009.156-2016 食品接觸材料及制品遷移試驗預處理方法》《GB 5009.203-2016 食品接觸材料中鄰苯二甲酸酯的測定》等方法標準；
美國：《FDA 21 CFR Part 177》規定了塑料材料的遷移限量，《FDA 21 CFR Part 181》覆蓋紙制品。
這些法規明確要求：FCMs的**特定遷移量（SML）**必須低于法規限值（如DEHP的SML為0.1mg/kg，BPA的SML為0.05mg/kg），**總遷移量（OML）**需符合通用要求（如歐盟規定OML為60mg/kg）。
食品接觸材料遷移量檢測方法概述
遷移量檢測的核心是模擬食品與材料的接觸條件（如溫度、時間、食品類型），通過萃取/分離技術富集遷移物，再用儀器分析量化其含量。以下是主流方法的詳細介紹：
2.1 氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）
2.1.1 原理與步驟
GC-MS是揮發性/半揮發性有機物（如塑化劑、PAHs、溶劑殘留）的經典檢測方法，結合了氣相色譜（GC）的分離能力與質譜（MS）的定性能力。其步驟如下：
樣品前處理：將FCMs樣品粉碎（≤1mm），用有機溶劑（如正己烷、乙酸乙酯）萃取遷移物（模擬食品中的脂肪成分）；
濃縮凈化：通過旋轉蒸發或氮吹濃縮萃取液，再用固相萃取（SPE）去除基質干擾；
GC分離：將濃縮液注入GC柱（如HP-5MS毛細管柱），利用不同化合物的沸點差異分離；
MS檢測：分離后的化合物進入質譜儀，通過離子碎片圖譜（如EI源）定性，外標法或內標法定量。
2.1.2 優缺點
優點：
靈敏度高（檢測限：ng/g級，如DEHP的LOD為0.1ng/g）；
定性準確（質譜圖譜可匹配NIST數據庫）；
多組分同時檢測（一次進樣可測10+種塑化劑）。
缺點：
需衍生化（對于極性強、難揮發的化合物，如脂肪酸，需用BSTFA衍生化）；
不適合非揮發性化合物（如BPA，沸點高達360℃，需用LC-MS/MS）。
2.1.3 適用范圍
塑化劑（DEHP、DBP、DINP）；
多環芳烴（PAHs，如苯并[a]芘）；
溶劑殘留（如甲苯、乙酸乙酯）。
2.2 液相色譜-質譜聯用（LC-MS/MS）
2.2.1 原理與步驟
LC-MS/MS是極性/非揮發性有機物（如BPA、雌激素、抗生素）的首選方法，結合了液相色譜（LC）的分離能力與串聯質譜（MS/MS）的高靈敏度。其步驟如下：
樣品前處理：用極性溶劑（如甲醇、乙腈）萃取遷移物（模擬食品中的水或酒精成分）；
過濾凈化：通過0.22μm濾膜去除顆粒，避免堵塞LC柱；
LC分離：將濾液注入LC柱（如C18反相柱），利用化合物的極性差異分離；
MS/MS檢測：分離后的化合物進入串聯質譜儀（如電噴霧離子源（ESI）），通過母離子-子離子 transitions（如BPA的m/z 228→133）定量，內標法（如BPA-d16）校正基質效應。
2.2.2 優缺點
優點：
無需衍生化（適合極性化合物，如BPA）；
靈敏度極高（檢測限：pg/g級，如BPA的LOD為0.01pg/g）；
抗干擾能力強（MS/MS的多反應監測（MRM）模式可有效去除基質干擾）。
缺點：
儀器成本高（約50-100萬元）；
維護復雜（需定期更換LC柱、離子源）。
2.2.3 適用范圍
極性有機物（如BPA、雙酚S（BPS）、鄰苯二甲酸酯類（如DEHP的極性類似物））；
水溶性遷移物（如食品包裝中的抗氧化劑（BHT））。
2.3 電感耦合等離子體技術（ICP-OES/ICP-MS）
2.3.1 原理與步驟
ICP技術是重金屬（如Pb、Cd、Hg、As）的主流檢測方法，包括電感耦合等離子體發射光譜（ICP-OES）與電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）。其核心原理是：
ICP-OES：將樣品消解為溶液，注入ICP炬（10000K），元素原子激發后發射特征光譜（如Pb的220.353nm），通過光譜強度定量；
ICP-MS：樣品消解后注入ICP炬，元素離子化后進入質譜儀，通過質荷比（m/z）分離，如Pb的208m/z，定量方式為外標法或內標法（如Rh、Re）。
步驟如下：
樣品消解：將FCMs樣品（如金屬容器、陶瓷）用強酸（如HNO?、HF）消解（微波消解或濕法消解），轉化為澄清溶液；
稀釋定容：將消解液稀釋至合適濃度（如1-10mg/L），避免基質干擾；
ICP檢測：注入ICP儀器，記錄特征光譜（ICP-OES）或離子信號（ICP-MS）。
2.3.2 優缺點對比（ICP-OES vs ICP-MS）
| 指標 | ICP-OES | ICP-MS |
|---|---|---|
| 靈敏度 | 中等（LOD：μg/g級，如Pb的LOD為1μg/g） | 極高（LOD：pg/g級，如Pb的LOD為0.01pg/g） |
| 線性范圍 | 寬（10?-10?） | 較窄（103-10?） |
| 多元素同時檢測 | 支持（一次進樣可測20+種元素） | 支持（一次進樣可測50+種元素） |
| 基質干擾 | 較小（光譜干擾可通過譜線校正） | 較大（需用內標法、碰撞池技術） |
| 成本 | 較低（約20-40萬元） | 較高（約60-100萬元） |
2.3.3 適用范圍
ICP-OES：高濃度重金屬（如食品罐頭中的Pb，含量≥1μg/g）；
ICP-MS：痕量/超痕量重金屬（如嬰兒奶瓶中的Cd，含量≤0.1μg/g）。
2.4 原子吸收光譜（AAS）
2.4.1 原理與步驟
AAS是單元素重金屬的傳統檢測方法，原理是：樣品消解后，元素原子吸收特定波長的光（如Pb的283.305nm），通過吸光度定量（朗伯-比爾定律）。步驟如下：
樣品消解：同ICP技術；
霧化進樣：將消解液霧化（氣動霧化器），注入火焰（如乙炔-空氣火焰）或石墨爐（電熱原子化）；
吸收檢測：記錄特征波長的吸光度，外標法定量。
2.4.2 優缺點
優點：
成本低（約10-20萬元）；
操作簡單（適合中小企業）。
缺點：
靈敏度低（LOD：μg/g級，如Pb的LOD為5μg/g）；
單元素檢測（需更換空心陰極燈，效率低）。
2.4.3 適用范圍
低濃度重金屬（如食品包裝紙中的Pb，含量≥5μg/g）；
單元素常規檢測（如企業內部質量控制）。
2.5 模擬遷移試驗（Static/Dynamic Migration Test）
2.5.1 原理與分類
模擬遷移試驗是法規要求的基礎方法，旨在模擬FCMs與食品的實際接觸條件（如溫度、時間、食品類型），檢測遷移到模擬液（Simulant）中的遷移量。根據接觸方式，分為：
靜態遷移試驗（Static Migration）：將FCMs樣品浸泡在模擬液中（如蒸餾水（Simulant A，模擬水性食品）、3%乙酸（Simulant B，模擬酸性食品）、10%乙醇（Simulant C，模擬酒精性食品）、橄欖油（Simulant D，模擬脂肪性食品）），在規定溫度（如40℃、70℃）下靜置一定時間（如24h、10天），然后檢測模擬液中的遷移量；
動態遷移試驗（Dynamic Migration）：通過循環泵使模擬液持續流經FCMs樣品表面（模擬食品在容器中的流動，如飲料瓶），更接近實際使用條件，但操作復雜。
2.5.2 優缺點
優點：
符合法規要求（如歐盟EN 13130-1、中國GB 5009.156）；
直接反映實際遷移情況（模擬液選擇需匹配食品類型）。
缺點：
耗時（如10天的靜態試驗）；
模擬液的局限性（如橄欖油的萃取效率可能低于真實食品中的脂肪）。
2.5.3 適用范圍
所有FCMs（如塑料包裝、金屬容器、陶瓷餐具）；
法規符合性檢測（如企業申請生產許可證時的 mandatory 試驗）。
主流檢測方法對比分析
為清晰展示各方法的差異，從檢測對象、靈敏度、法規符合性、成本等維度進行對比（見表1）：
表1 食品接觸材料遷移量檢測方法對比
| 方法 | 檢測對象 | 靈敏度 | 法規符合性 | 成本（萬元） | 操作難度 |
|---|---|---|---|---|---|
| GC-MS | 揮發性/半揮發性有機物 | ng/g級 | 符合（EN 13130-1、GB 5009.203） | 30-50 | 中等 |
| LC-MS/MS | 極性/非揮發性有機物 | pg/g級 | 符合（EN 14372、GB 5009.203） | 50-100 | 高 |
| ICP-OES | 重金屬（高濃度） | μg/g級 | 符合（EN 15763、GB 5009.12） | 20-40 | 中等 |
| ICP-MS | 重金屬（痕量/超痕量） | pg/g級 | 符合（EN 15763、GB 5009.12） | 60-100 | 高 |
| AAS | 重金屬（單元素） | μg/g級 | 符合（GB 5009.12） | 10-20 | 低 |
| 模擬遷移試驗（靜態） | 所有FCMs | 取決于后續檢測方法 | 符合（EN 13130-1、GB 5009.156） | 5-10（僅試驗設備） | 低 |
案例分析：塑料包裝中DEHP遷移量檢測
4.1 案例背景
某企業生產的PP塑料包裝（用于食品罐頭）需檢測**鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）**的遷移量，以符合GB 4806.7-2016（塑料食品接觸材料）的要求（DEHP的SML為0.1mg/kg）。
4.2 檢測方法選擇
DEHP是半揮發性有機物，選擇GC-MS作為檢測方法，同時配合靜態遷移試驗（模擬液選擇橄欖油（Simulant D），模擬罐頭中的脂肪成分）。
4.3 試驗步驟與結果
靜態遷移試驗：將塑料樣品（10cm×10cm）浸泡在橄欖油中（液固比=10:1），40℃下靜置10天；
GC-MS檢測：
前處理：用正己烷萃取橄欖油中的DEHP（液液萃取），濃縮至1mL；
色譜條件：HP-5MS柱（30m×0.25mm×0.25μm），進樣口溫度250℃，載氣He（1mL/min）；
質譜條件：EI源（70eV），掃描范圍50-500m/z，DEHP的特征離子為149m/z（定量離子）、279m/z（定性離子）；
結果：
DEHP遷移量：0.05mg/kg（低于SML 0.1mg/kg）；
回收率：92%（加標量0.1mg/kg）；
RSD：3.5%（n=6）。
4.4 結論
該塑料包裝的DEHP遷移量符合法規要求，可用于食品罐頭包裝。
法規與標準對檢測方法的要求
不同地區的法規對檢測方法有明確規定，例如：
歐盟：《EN 13130-1:2004》推薦用GC-MS檢測有機物，《EN 15763:2009》推薦用ICP-MS檢測重金屬；
中國：《GB 5009.203-2016》規定用GC-MS或LC-MS/MS檢測鄰苯二甲酸酯，《GB 5009.12-2017》規定用ICP-MS或AAS檢測鉛；
美國：《FDA 21 CFR Part 177.1520》規定用GC-MS檢測塑料中的塑化劑。
企業在選擇檢測方法時，需優先滿足法規推薦，以避免檢測結果不被認可（如出口歐盟的產品需用EN標準方法）。
遷移量檢測的局限性與未來展望
6.1 現有方法的局限性
模擬液的局限性：模擬液（如橄欖油）無法完全模擬真實食品的成分（如食品中的蛋白質、碳水化合物可能影響遷移效率）；
儀器的局限性：如GC-MS無法檢測非揮發性化合物，ICP-MS易受基體干擾（如高鹽樣品中的Cl?會抑制Pb的信號）；
耗時與成本：靜態遷移試驗需10天，ICP-MS儀器成本高，中小企業難以承擔。
6.2 未來發展方向
快速檢測技術：如**拉曼光譜（Raman Spectroscopy）**可實現原位、無損檢測（如直接檢測塑料包裝中的DEHP，無需前處理），檢測時間縮短至分鐘級；**熒光光譜（Fluorescence Spectroscopy）**可快速檢測BPA（檢測限：ng/g級）；
原位監測技術：如**微流控芯片（Microfluidic Chip）**可模擬食品與FCMs的動態接觸，實時監測遷移量；**傳感器陣列（Sensor Array）**可同時檢測多種遷移物（如塑化劑+重金屬）；
機器學習預測：通過收集大量遷移試驗數據，用**人工神經網絡（ANN）或隨機森林（Random Forest）**預測遷移量，減少試驗次數（如預測不同溫度、時間下的DEHP遷移量）；
環保前處理方法：如固相微萃取（SPME）、**QuEChERS（Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, Safe）**可減少有機溶劑的使用，降低環境負擔。
結論
食品接觸材料遷移量檢測是保障食品安全的關鍵環節，不同檢測方法各有側重：
GC-MS：適合揮發性有機物（如塑化劑）；
LC-MS/MS：擅長極性有機物（如BPA）；
ICP-MS：是痕量重金屬的首選；
模擬遷移試驗：是法規要求的基礎方法。
企業需根據檢測對象、法規要求、成本預算選擇合適的方法。未來，快速檢測、原位監測、機器學習等技術將推動遷移量檢測向更高效、更準確、更環保的方向發展，為FCMs的安全性評估提供更有力的支持。