Determination of volatile organic compounds in materials from polystyrene intended for contact with food: comparison of HS-GS/MS and SPME-GC/MS techniques

• Autorzy: Kubica D. , Bal K. , Kaczmarczyk M. , Kaszuba A.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background. Plastic materials intended for contact with food sometimes exhibit unfavorable organoleptic properties which is related to the presence of volatile organic compounds. These substances not only worsen organoleptic properties, but can be very harmful to humans health. For the sake of consumer safety, it is necessary to control such materials for the content of substances harmful to health, as well as the possibility of their migration to food. Therefore, there is a need to have an appropriate and verified analytical method that could be used in the routine analysis of volatile organic substances present in food contact materials. Objective. In this study, the possibilities of the application of HS-GC/MS and SPME-GC/MS analytical techniques for analyses of volatile organic compounds present in polystyrene food contact materials, demonstrating disadvantageous organoleptic properties were evaluated. Materials and methods. On the basis of sensory tests four types of food contact materials (plastic dishes) were selected for the study. The analytical measurement was performed by HS-GC/MS and SPME-GC/MS techniques parallel. Results. In quality examinations of samples the aliphatic and aromatic, saturated and unsaturated hydrocarbons, as well as other compounds, e.g. ketones contamination was estimated. For all the samples a quantitative analysis of the content of styrene, ethylbenzene and cyclohexane was carried out. Additionally, the optimization of SPME analysis parameters was carried out. It was assumed that the optimal SPME extraction conditions for this purposes are: extraction time of 15 - 30 min, extraction temperature of 80°C, CAR/PDMS fibre. Conclusions. The results of this study indicated that from two chosen analytical methods, definitely HS-GC/MS technique was more universal, as well as more comfortable and faster. Sometimes, however additional studies should be undertaken and then it is recommended to use the SPME-GC/MS technique optimized for our purposes.

PL

Wprowadzenie. Opakowania i materiały z tworzyw sztucznych przeznaczone do kontaktu z żywnością niekiedy wykazują niekorzystne właściwości organoleptyczne. Jest to związane z obecnością lotnych związków organicznych. Substancje te nie tylko pogarszają właściwości organoleptyczne, ale mogą być bardzo szkodliwe dla zdrowia człowieka. Ze względu na bezpieczeństwo zdrowotne konsumenta konieczna jest kontrola takich materiałów pod kątem zawartości substancji szkodliwych dla zdrowia, a także możliwości ich migracji z wyrobu do żywności. Istnieje zatem potrzeba dysponowania odpowiednią, sprawdzoną metodą analityczną, która mogłaby być zastosowana w rutynowej analizie lotnych substancji organicznych obecnych w materiałach do kontaktu z żywnością. Cel badań. W niniejszej pracy podjęto się oceny możliwości zastosowania technik HS-GC/MS i SPME-GC/MS do badania lotnych związków organicznych zawartych w wyrobach przeznaczonych do kontaktu z żywnością wykonanych z polistyrenu, a wykazujących niekorzystne właściwości organoleptyczne. Materiał i metody. Na podstawie analizy sensorycznej wytypowano do badań cztery rodzaje wyrobów (naczyń z tworzyw sztucznych) przeznaczonych do kontaktu z żywnością. Badania prowadzono równolegle przy zastosowaniu dwóch technik analitycznych, a mianowicie HS-GC/MS i SPME-GC/MS. Wyniki. W badaniach jakościowych stwierdzono zanieczyszczenie próbek nasyconymi i nienasyconymi węglowodorami alifatycznymi, węglowodorami aromatycznymi, a także innymi jeszcze związkami organicznymi, takimi jak np. ketony. Dla wszystkich próbek wykonano analizę ilościową zawartości styrenu, etylobenzenu i cykloheksanu w oparciu o zmierzone krzywe kalibracyjne. Ponadto przeprowadzono optymalizację parametrów analizy techniką SPME i na tej podstawie stwierdzono, że ekstrakcję SPME należy prowadzić przez 15 do 30 min. w temperaturze 80°C stosując włókno CAR/ PDMS. Wnioski. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że z pośród dwóch wybranych metod analitycznych, zdecydowanie bardziej uniwersalna, a także wygodniejsza w użyciu i szybsza jest technika ze statyczną analizą fazy nadpowierzchniowej, HS-GC/MS. Niekiedy jednak może zajść konieczność przeprowadzenia dodatkowych badań i wtedy warto sięgnąć po zoptymalizowaną dla naszych celów technikę SPME-GC/MS.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Roczniki Państwowego Zakładu Higieny
• Rocznik: 2018
• Tom: 69
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.235-242,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kubica D.

• COBRO – Packaging Research Institute, Warsaw, Poland

autor

Bal K.

• COBRO – Packaging Research Institute, Warsaw, Poland

autor

Kaczmarczyk M.

• COBRO – Packaging Research Institute, Warsaw, Poland

autor

Kaszuba A.

• COBRO – Packaging Research Institute, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Alvarado J.S., Rose C.: Static headspace analysis of volatile organic compounds in soil and vegetation samples for site characterization. Talanta 2004;62(1):17-23.
• 2. Arthur C.L., Pawliszyn J.: Solid phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers. Anal Chem 1990;62(19):2145-2148.
• 3. Bal K., Kaszuba A., Mielniczuk Z., Samsonowska K.: Zastosowanie mikroekstrakcji w fazie stałej (SPME) do identyfikacji związków organicznych migrujących z opakowań z tworzyw sztucznych [Application of solidphase microextraction (SPME) for the identification of organic compounds migrating from plastic packaging]. Opakowanie 2012;10:56-60 (in Polish).
• 4. Ezquerro Ó., Ortiz G., Pons B., Tena M.T.: Determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes in soils by multiple headspace solid-phase microextraction. J Chromatogr A 2004;1035(1):17-22.
• 5. Ezquerro Ó., Pons B., Tena M.T.: Multiple headspace solid-phase microextraction for the quantitative determination of volatile organic compounds in multilayer packagings. J Chromatogr A 2003;999(1-2):155-164.
• 6. Fustinoni S., Giampiccolo R., Pulvirenti S., Buratti M., Colombi A.: Headspace solid-phase microextraction for the determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes in urine. J Chromatogr B Biomed Sci Appl 1999;723(1-2):105-115.
• 7. Garrigós M.C., Marín M.L., Cantó A., Sánchez A. Determination of residual styrene monomer in polystyrene granules by gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr A 2004;1061:21-216.
• 8. Khaksar M.R., Ghazi-Khansari M.: Determination of migration monomer styrene from GPPS (general purpose polystyrene) and HIPS (high impact polystyrene) cups to hot drinks. Toxicol Mech Methods 2009;19(3):257-261.
• 9. Kusch P., Knupp G.: Analysis of residual styrene monomer and other volatile organic compounds in expanded polystyrene by headspace solid-phase microextraction followed by gas chromatography and gas chromatography/mass spectrometry. J Sep Science 2002;25:539-542.
• 10. Kusch P., Knupp G. Headspace-SPME-GC-MS Identification of volatile organic compounds released from expanded polystyrene. J Polym Environ 2004;12(2):83-87.
• 11. Merkle S., Kleeberg K.K., Fritsche J. Recent developments and applications of solid phase microextraction (SPME) in food and environmental analysis - a review. Chromatography 2015;2:293-381.
• 12. Nerin C., Alfaro P., Aznar M., Domeño C.: The challenge of identifying non-intentionally added substances from food packaging materials: A review. Anal Chim Acta 2013;775:14-24.
• 13. Panseri S., Chiesa L.M., Zecconi A., Soncini G., De Noni I.: Determination of volatile organic compounds (VOCs) from wrapping films and wrapped PDO Italian cheeses by using HS-SPME and GC/MS. Molecules 2014;19(7):8707-8724.
• 14. Přikryl P., Kubinec R., Jurdáková H., Ševčík J., Ostrovský I., Soják L., Berezkin V.: Comparison of needle concentrator with SPME for GC determination of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes in aqueous samples. Chromatographia 2006;64(1-2):65-70.
• 15. Sanchisa Y., Yusàa V., Coscollà C.: Analytical strategies for organic food packaging contaminants. J Chromatogr A 2017;1490:22–46.
• 16. Spietelun A., Pilarczyk M., Kloskowski A., Namieśnik J. Current trends in solid-phase microextraction (SPME) fibre coatings. Chem Soc Rev 2010;39(11):4524-4537.
• 17. Vas G., Vékey K. Solid-phase microextraction: a powerful sample preparation tool prior to mass spectrometric analysis. J Mass Spectrom 2004;39(3):233-254.
• 18. Yu B., Song Y., Han L., Yu H., Liu Y., Liu H.: Optimizations of packed sorbent and inlet temperature for large volume-direct aqueous injection-gas chromatography to determine high boiling volatile organic compounds in water. J Chromatogr A 2014;1356:221-229.
• 19. Zang X., Liang W., Chang Q., Wu T., Wang C., Wang Z.: Determination of volatile organic compounds in pen inks by a dynamic headspace needle trap device combined with gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr A 2017;1513:27-34.