Extractables Analysis of Food Contact Materials Using High-Resolution GC/MS and LC/MS

Význam tématu

Analýza migrujících látek z materiálů přicházejících do styku s potravinami (FCM) je kritická pro zajištění bezpečnosti potravin, souladu s regulacemi a optimalizaci obalových materiálů. Migranty zahrnují těkavé, polo-těkavé i netěkavé látky, proto je nezbytné kombinovat techniky vysokorozlišovací GC/MS a LC/MS pro komplexní neznámou a zaměřenou detekci látek v nízkých koncentracích. Studie předkládaná v posteru demonstruje postupy extrakcí, kombinaci instrumentace a rozšířených knihoven pro široké zachycení možných extrahovatelných a vylučovaných sloučenin (E&L) z různých typů obalů.

Cíle a přehled studie

Hlavní cíle studie byly:

• Porovnat účinnost různých extrakčních rozpouštědel a postupů u tří typů FCM: vakuové plastové sáčky, robustní plastové kontejnery a papírové kartony s povrchovou vrstvou.
• Zajistit co nejkomplexnější profil migrujících látek kombinací GC/Q-TOF a LC/Q-TOF a využitím specializovaných přesných hmotnostních (accurate-mass) E&L knihoven.
• Optimalizovat datové procesování a identifikaci pomocí rozšířených PCDL knihoven, NIST a aplikačně orientovaných databází pro LC/MS.

Použitá metodika

Vzorkování a extrakce:

• Extrahovalo se etanolem, směsí etanol:hexan (1:1), hexanem a isooktanem při 70 °C po dobu 2 hodin; následovalo odstřeďování a analýza supernatantů. Etanolové extrakty byly analyzovány jak GC/Q-TOF (po vhodné přípravě), tak LC/Q-TOF; další analýzy zahrnovaly přímou tepelnou extrakci (thermal desorption) povrchových vrstev papíru a voskových vrstev.
• Pro přímou tepelnou extrakci byly vzorky malých částic povlaku vloženy do GERSTEL TD trubic a zahřáty přímo v TD modulu, což umožnilo oddělení látek pocházejících z povrchových vrstev od matrice.

Instrumentace a analytické podmínky (shrnutí):

• GC/Q-TOF: Agilent 7250 GC/Q-TOF v kombinaci s Agilent 8890 GC; kolona DB-5Q 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm; MMI inlet, splitless injekce 1 µL; použitý režim elektronového ionizačního zdroje zahrnoval jak standardní 70 eV, tak nízkoenergetickou EI (LEEI, ~9–15 eV) pro lepší odvození molekulových iontů a EI MS/MS pro strukturální informace; akviziční rozsah ~50–1000 m/z.
• LC/Q-TOF: Agilent 1290 Infinity II s Revident LC/Q-TOF; Poroshell Aq-C18 a EC-C18 kolony; mobilní fáze voda/methanol s aditivy (NH4Formate, formová kyselina, NH4F); režim Auto MS/MS (pozitivní ionizace i), kolísavé nárazové energie 10/20/40 eV, akviziční rozsah 40–1700 m/z.
• Softwarové zpracování: MassHunter Qualitative a Unknowns Analysis pro GC/MS, Mass Profiler Professional (MPP) pro statistiku GC dat, MassHunter Explorer 2.0 pro iterativní MS/MS a zpracování LC/MS; pro spravování LC/MS knihoven Agilent ChemVista pro integraci veřejných a interních zdrojů.

Použitá instrumentace

• Agilent 7250 GC/Q-TOF a Agilent 8890 GC
• DB-5Q kolona (30 m × 0,25 mm, 0,25 µm), MMI inlet (savetápací liner)
• GERSTEL Thermal Desorption (TD) pro přímou tepelnou extrakci povlaků
• Agilent 1290 Infinity II LC a Revident LC/Q-TOF
• Poroshell Aq-C18 2.1 × 150 mm a Poroshell EC-C18 4.6 × 50 mm kolony
• Dual AJS ESI zdroj, Auto MS/MS režim
• Software: MassHunter Qualitative, Unknowns Analysis, Mass Profiler Professional, MassHunter Explorer, Agilent ChemVista

Hlavní výsledky a diskuse

Rozšířená GC/Q-TOF E&L knihovna:

• Byla sestavena rozšířená PCDL E&L knihovna s více než 500 sloučeninami včetně antioxidantů, UV stabilizátorů, mnoha ftalátů, složek tiskových barev, pigmentů a dalších položek převzatých mimo jiné z FDA CLAP kitů. To významně urychlilo a zpřesnilo identifikace v GC/EI datech.

Porovnání extrakcí a materiálů:

• Etanol poskytl nejširší spektrum extrahovaných tříd sloučenin a nejvíce unikátních nálezů u plastových sáčků a papírových obalů, zatímco u robustních plastových kontejnerů byl nejefektivnější hexan:etanol (1:1).
• Isooctan byl zvláště účinný pro extrakci hydrokabonů, tertbutylových skupin a rozvětvených sekundárních/terciárních alkoholů (např. Irgafos 168 phosphát, 2,6-di-tert-butylbenzoquinone).
• Profily se lišily podle typu FCM: plastové kontejnery byly bohaté na uhlovodíkové frakce; plastové sáčky obsahovaly vedle uhlovodíků i caprolactam, erucamid a cyklické dimery nylonů; papírové kartony vykazovaly nejkomplexnější spektrum, včetně sekundárních metabolitů rostlin, PAH a dalších stopových kontaminantů.

Konkrétní nálezy a trendy:

• Antioxidanty Irganox (např. 1076), Irgafos 168 a jeho fosfát byly převládajícími komponentami ve vzorcích plastových sáčků i kontejnerů a detekovány konzistentně napříč značkami.
• Bisphenol AF byl nalezen ve všech typech testovaných FCM; Bisphenol A byl přítomen stopově v některých plastových vzorcích.
• Rozdíly mezi značkami plastových sáčků byly patrné: některé vzorky měly výrazně vyšší zastoupení mastných esterů a lubrikantů, jiné obsahovaly více surfaktantů, rozpouštědel a produktů degradace plastů; některé vzorky měly unikátní cyklické nylonové oligomery.

Strategie identifikace neznámých:

• Pro lepší odvození molekulových iontů byly použity nízkoenergetické EI spektra a následné EI MS/MS experimenty; u LC/MS se použil iterativní Auto MS/MS a manuální strukturální elucidační krok v MSC. Statistické filtrování (fold-change, odstranění blanků) umožnilo rychle vybrat relevantní příspěvky.

Přínosy a praktické využití metody

Praktický přínos výsledků zahrnuje:

• Robustní workflow pro screening a identifikaci širokého spektra migrujících látek vhodný pro environmentální a potravinářské laboratoře, výzkum i a testování shody s předpisy.
• Možnost cíleného sledování regulovaných i podezřelých nenormativních látek díky rozšířeným accurate-mass knihovnám a integraci GC a LC dat.
• Užitečné nástroje pro výrobce obalů a analytiky při výběru materiálů, návrhu bariérních povrchů a při hodnocení rizika migrace do potravin.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a aplikace v E&L analýzách:

• Dalsí rozšiřování a harmonizace aplikačních knihoven (accurate-mass EI i MS/MS) a zvýšení dostupnosti veřejných spektrálních zdrojů integrováním do nástrojů pro suspektní a non-target screening.
• Automatizace zpracování dat a robustní statistické workflowy pro rychlé odfiltrování artefaktů a blanků a pro prioritizaci biologicky či regulačně relevantních kandidátů.
• Integrace in silico predikcí migrace a toxikologických screeningů s HRMS výsledky pro rychlejší hodnocení rizika.
• Zvýšení throughputu pomocí rychlých GC nebo UHPLC metod a alternativních zdrojů ionizace či ambientních technik pro screening povrchů a balení v reálném provozu.

Závěr

Kombinace vysokorozlišovací GC/Q-TOF a LC/Q-TOF společně s aplikacemi specializovaných accurate-mass knihoven poskytuje rozsáhlé a citlivé řešení pro analýzu extrahovatelných a vylučovaných látek z FCM. Volba rozpouštědla významně ovlivňuje pokrytí tříd sloučenin: etanol poskytuje široké spektrum polarit, izooktan a hexan preferují nepolární frakce. Rozšířené knihovny a pokročilé datové workflowy zrychlují identifikace a zvyšují jistotu anotací, což je zásadní pro regulační a průmyslové aplikace.

Reference

• Poster Reprint ASMS 2026 WP 311: Sofia Nieto, Matthew Curtis, Sierra D. Durham, David Weil, Agilent Technologies, Santa Clara, CA. Extractables Analysis of Food Contact Materials Using High-Resolution GC/MS and LC/MS. Agilent Technologies, Published June 10, 2026.