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

Extractables analýza materiálů ve styku s potravinami pomocí vysokého rozlišení GC/MS a LC/MS — shrnutí posteru ASMS 2026 (WP 311)

Význam tématu

Chemické látky přítomné v materiálech určených ke styku s potravinami (FCM) se mohou uvolňovat do potravin a představovat riziko pro zdraví i pro shodu s předpisy. Komplexní pokrytí potenciálních migrantů vyžaduje kombinaci GC/MS a LC/MS přístupů, protože zahrnují látky od velmi těkavých až po nepolární a polární nevolatilní sloučeniny. Spolehlivá identifikace (annotace) a zázemí věrohodných spektrálních knihoven jsou klíčové pro rychlou a robustní E&L (extractables & leachables) charakterizaci.

Cíle a přehled studie

• Vyhodnotit různé typy materiálů ve styku s potravinami: vakuové plastové sáčky, robustní plastové kontejnery a papírové obaly s povrchovými úpravami (liner/wax).
• Porovnat účinnost různých rozpouštědel (ethanol, ethanol:hexan 1:1, hexan, isooctan) pro extrakci širokého spektra obsažených chemikálií.
• Využít vysokorozlišovací GC/Q-TOF a LC/Q-TOF platformy spolu s aplikacemi zaměřenými knihovnami pro zvýšení jistoty identifikací.
• Prozkoumat i termické extrakce (TE) povrchových vrstev papírových obalů pro odhalení složek v ochranných vrstvách.

Použitá metodika a instrumentace

• Pro extrakce: vzorky inkubovány v příslušném rozpouštědle při 70 °C po dobu 2 hodin, následné odstředění a analýza supernatantů. Pro studium povrchových vrstev aplikována přímá termická extrakce do GERSTEL TD tuby.
• GC/Q-TOF: Agilent 7250 GC/Q-TOF spojený s Agilent 8890 GC; kolona DB-5Q (30 m × 0,25 mm, 0,25 µm); injekce splitless 1 µL s MMI; použití klasické EI (70 eV) i nízkoenergetické EI pro predikci molekulárních iontů; hmotnostní rozsah ~50–1000 m/z.
• LC/Q-TOF: Agilent 1290 Infinity II se systémem Revident LC/Q-TOF; analytické kolony Poroshell Aq-C18 (2.1×150 mm) a EC-C18 (4.6×50 mm); mobilní fáze voda/methanol modifikovaná NH4Formátem a formiátovou kyselinou a doplňkem NH4F; ESI (Dual AJS) v pozitivním módu s automatickým MS/MS (iterativní) a energiemi kolize 10/20/40 eV; rozsah 40–1700 m/z.
• Datové workflow: MassHunter Qualitative Analysis a Unknowns Analysis pro GC/MS; Mass Profiler Professional (MPP) pro statistiku GC dat; MassHunter Explorer 2.0 pro dávkové zpracování LC/MS MS/MS dat; pro identifikace využity rozšířené přesné-hmotnostní PCDL E&L knihovny, NIST23 a vlastní LC/MS MS/MS databáze zaměřená na FCM.

Hlavní výsledky a diskuse

• Knihovna: Rozšířená přesná-hmotnostní GC E&L knihovna obsahuje nyní přes 500 látek včetně antioxidantů, UV stabilizátorů, široké škály ftalátů, složek tisku, pigmentů a dalších sloučenin relevantních pro potravinářské obaly.
• Komparace rozpouštědel: Ethanol vykázal nejlepší pokrytí různých tříd sloučenin u plastových sáčků a papírových obalů (nejvíce unikátních identit), zatímco směs ethanol:hexan (1:1) byla nejefektivnější pro těžší plastové kontejnery. Isooctan preferentialně extrahoval hydrokarbony a vysoce nepolární látky (např. větvené alkoholy, tert‑butyl obsahující sloučeniny).
• Profil materiálů: Plastové kontejnery byly převážně reprezentovány hydrokarbony a standardními antioxidanty (Irganox 1076, Irgafos 168 a jejich fosfátové deriváty). Plastové sáčky obsahovaly vedle antioxidantů také kaprolaktam, erukamid a cyklické nylon dimery/trimery. Papírové kontejnery měly nejsložitější skladbu — obsahovaly široké spektrum přírodních sekundárních metabolitů, PAH a stopy dalších kontaminantů.
• Bisfenoly: Bisphenol AF byl detekován napříč všemi typy testovaných FCM; bisfenol A se objevil v plastových kontejnerech a sáčcích v trasových hladinách.
• Termická extrakce lineru: Přímá TE menších vzorků voskových nátěrů a papírových vrstev odhalila složky specifické pro povrch — alifatické řetězce (C23–C35), nízkomolekulární alcoholy/ketony/aldehydy (C4–C10) a diterpenoidní kyseliny typické pro jehličnaté zdroje, což pomohlo při lokalizaci zdroje některých migrantů.
• LC/MS výsledky: Iterativní MS/MS zpracované v Exploreru umožnilo filtrování podle vzorku, času a prahových hodnot; zjištěné látky zahrnovaly amidy (C18–C24), alkyl‑ethanolaminy, surfaktanty a cyklické nylon oligomery, přičemž některé polymery/oligomery byly přítomny pouze v konkrétních značkách sáčků.
• Strukturní elucidační přístupy: Kombinace LEEI (nízkoenergetické EI), EI MS/MS a LC/MS MS/MS podporovala návrhy struktur pro dosud neznámé signály a zvyšovala jistotu anotací.

Přínosy a praktické využití metody

• Integrace vysokorozlišovacích GC/Q-TOF a LC/Q-TOF metod poskytuje široké spektrum detekovaných sloučenin od těkavých po vysoce polární nevolatilní látky, což je nezbytné pro úplnou E&L charakterizaci.
• Rozšířené a cílené PCDL/MSMS knihovny výrazně urychlují a zpřesňují anotace, snižují počet neidentifikovaných signálů a zlepšují konzistenci mezi analýzami.
• Metodika umožňuje diferencovat profily různých typů obalových materiálů a identifikovat látky specifické pro značky nebo komponenty (např. povrchové vrstvy), což je důležité pro posouzení původu migrantů a řízení kvality.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozvoj aplikací pro netargetované a suspect screeningové přístupy s integrací veřejných zdrojů (EPA Comptox, MassBank) a interních MS/MS knihoven zlepší pokrytí a opakovatelnost identifikací.
• Rozšíření knihoven o relevantní polymerní oligomery, aditiva a produkty degradace usnadní rutinní monitoring a regulatorní posuzování FCM.
• Větší využití termických technik a cílených postupů pro separaci a přiřazení složek nátěrů a laminátů pomůže rozlišit, zda migrant pochází z primárního nosného materiálu nebo z povrchových úprav.
• Pokročilé softwarové nástroje a AI‑podporované workflows (automatizované anotace, prioritizace signálů, predikce toxicity) budou urychlovat interpretaci velkých datových souborů z kombinovaných HR‑MS metod.

Závěr

Kombinace vysokorozlišovacích GC/Q‑TOF a LC/Q‑TOF metod spolu s rozšířenými E&L knihovnami a vhodně zvolenými extrakčními postupy poskytuje komplexní a robustní platformu pro analýzu migrantů z materiálů ve styku s potravinami. Ethanol a směs ethanol:hexan se ukázaly jako univerzální rozpouštědla pro většinu testovaných materiálů, zatímco nepolární rozpouštědla (isooctan) zvýraznila nepolární hydrokarbony. Termická extrakce povrchových vrstev představuje důležitý doplněk pro identifikaci zdroje migrantů. Implementace těchto přístupů zvyšuje schopnost laboratoří rychle a spolehlivě identifikovat rizikové látky a podporuje rozhodování v oblasti bezpečnosti obalů.

Reference

• NIST Mass Spectral Library 2023 (NIST23).
• FDA Chemical List for Analytical Performance (CLAP) — referenční standardy pro vývoj E&L knihoven.
• Agilent Food Contact Extractables/Leachables Standards Kits (AChemTek) — standardy použité pro budování PCDL.
• MassBank of North America — zdroj MS/MS spekter pro LC/MS databáze (uvedeno jako integrační zdroj).
• Agilent Technologies, Poster WP‑311, ASMS 2026 — autorzy: S. Nieto, M. Curtis, S. D. Durham, D. Weil.