Анализ методов тестирования миграции УФ-красок

УФ-краски широко используются в таких чувствительных областях, как упаковка для пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, благодаря высокой эффективности отверждения и низкому уровню выбросов летучих органических соединений (ЛОС). Однако такие компоненты, как фотоинициаторы и остаточные мономеры, содержащиеся в этих красках, могут мигрировать в упаковочные материалы, представляя потенциальную угрозу безопасности. Поэтому точное тестирование миграции стало ключевым процессом для обеспечения соответствия УФ-красок с низкой миграцией требованиям. В настоящее время в отрасли создана система обнаружения, основанная на тестах с имитацией миграции в сочетании с технологиями газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) и твердофазной микроэкстракции (ТФМЭ).

Основные стандартные системы для тестирования миграции

Стандартизация испытаний на миграцию основана на авторитетных нормативных актах. В разных регионах разработаны строгие предельные значения и рабочие процедуры для миграции УФ-чернил, которые составляют основу аналитической работы.

Регламент ЕС № 10/2011 служит глобальным стандартом для испытаний на миграцию материалов, контактирующих с пищевыми продуктами. Он устанавливает, что общая миграция фотоинициаторов (например, бензофенона (БФ), 4-метилбензофенона (4-МБФ)) в УФ-чернилах не должна превышать 0,6 мг/кг, а уровень миграции ИТК должен быть ≤ 0,05 мг/кг.

Стандарт FDA 21 CFR 175.300 США содержит подробные требования к моделированию испытаний на миграцию в кислых, масляных и водных условиях пищевых продуктов.

Недавно принятый в Китае стандарт GB 4806.14–2023 «Чернила для материалов и изделий, контактирующих с пищевыми продуктами» дополнительно уточняет предельные значения физико-химических показателей: общая миграция ≤ 10 мг/дм² (≤ 60 мг/кг для товаров для младенцев); миграция тяжелых металлов ≤ 1 мг/кг; общее содержание ароматических первичных аминов ≤ 0,01 мг/кг. Все эти стандарты требуют проведения испытаний на миграцию для имитации реальных условий использования и сочетания имитационных экспериментов с инструментальным анализом, что гарантирует точность и практичность результатов.

Ключевые технологии тестирования и аналитические процедуры

Тестирование УФ-чернил с низкой миграцией обычно включает три основных этапа: моделирование миграции → предварительная обработка образца → инструментальный анализ. Среди них комбинированное использование ТФМЭ и ГХ-МС играет ключевую роль в обеспечении точного обнаружения.

1. Моделирование миграции – воспроизведение реальных сценариев использования

Моделирование миграции — критически важный предварительный этап, воспроизводящий реальные условия использования. Выбор пищевых имитаторов и условий тестирования зависит от сценария нанесения чернил. В качестве имитаторов обычно используются дистиллированная вода, 3% раствор уксусной кислоты, 10% раствор этанола и оливковое масло. Температура и продолжительность тестирования должны соответствовать реальным условиям, например: 4 °C для хранения в холодильнике, 45 °C или выше для упаковки горячего розлива. Время миграции обычно составляет 120 минут, но в отдельных случаях может быть увеличено до 24 часов.

Согласно DIN EN 14338 (Германия), абсорбент Tenax может быть использован в качестве имитатора твердых пищевых продуктов для определения миграции методом адсорбционно-десорбционного анализа, широко применяемым при тестировании чернил для картонной упаковки. После моделирования экстракт фильтруется и концентрируется для инструментального анализа.

2. Твердофазная микроэкстракция (ТФМЭ) – эффективное обогащение следовых количеств мигрантов

Метод SPME, высокоэффективной предварительной обработки без использования растворителей, стал предпочтительным для обнаружения летучих мигрантов в УФ-чернилах. Он использует волокно с покрытием для адсорбции целевых соединений из имитатора с последующим прямым вводом в аналитический прибор, объединяющий отбор проб, экстракцию и ввод. Для тестирования фотоинициаторов УФ-чернил критически важны три параметра: тип волокна, температура экстракции (скорость восстановления БФ при 45 °C в 3 раза выше, чем при 4 °C) и время экстракции (обычно 40–60 минут).

3. Газовая хроматография–масс-спектрометрия (ГХ–МС) – точный качественный и количественный анализ

ГХ-МС считается золотым стандартом для обнаружения летучих и полулетучих органических мигрантов (например, фотоинициаторов и остаточных мономеров). Хроматограф разделяет соединения, а масс-спектрометр идентифицирует их по характерным ионным фрагментам, используя базу данных NIST для качественного анализа и внутренние/внешние стандарты для количественного определения. Типичные параметры: источник ионов: электронная ионизация (ЭИ); диапазон масс: 40–400 Да. Этот метод обеспечивает пределы обнаружения всего 0,0012 мкг/л для БП и 0,0040 мкг/л для 4-МБП, с коэффициентами корреляции ≥ 0,99 и степенью извлечения 75,1–95,6%, что полностью соответствует нормативным требованиям к точности.

4. Другие дополнительные методы

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) используется для определения термически нестабильных или высокополярных мигрантов и описана в стандарте GB 4806.14–2023 для определения общего содержания ароматических аминов. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) специализируется на обнаружении миграции тяжелых металлов (Pb, Cd, As и др.) с чувствительностью на уровне ppb, что соответствует нормативному пределу ≤ 1 мг/кг.

Практическое применение методов тестирования

В одном из проектов по тестированию УФ-красок для пищевой упаковки использовался метод SPME-GC-MS с 10%-ным имитатором этанола при температуре 45 °C. Результаты показали миграцию БП в размере 0,36 мкг/л и миграцию 4-МБП в размере 0,21 мкг/л, что значительно ниже предельно допустимой нормы ЕС в 0,6 мг/кг.

Для чернил для упаковки детского питания был проведён дополнительный анализ на тяжёлые металлы методом индуктивно-связанной плазменной масс-спектрометрии (ИСП-МС). Благодаря оптимизации состава чернил миграция свинца была снижена до 0,12 мг/кг (всего 12% от нормативного значения). Анализ методом ВЭЖХ не выявил ароматических аминов, что подтверждает полное соответствие требованиям FDA.

Заключение

Тестирование миграции УФ-печатных красок служит важнейшей гарантией безопасности пищевых продуктов и фармацевтических препаратов. Аналитическая платформа, основанная на методах SPME-GC-MS в сочетании с ВЭЖХ и ИСП-МС, обеспечивает комплексное обнаружение от летучих органических соединений до тяжёлых металлов. Внедрение таких стандартов, как EU 10/2011 и GB 4806.14–2023, обеспечивает чёткое руководство по соблюдению требований. По мере развития технологий УФ-красок с низкой миграцией методы тестирования продолжают совершенствоваться в сторону повышения чувствительности, ускорения анализа и повышения экологической безопасности. Освоение стандартизированных методов обнаружения миграции не только необходимо для производителей чернил для соответствия требованиям доступа на рынок, но и является краеугольным камнем обеспечения безопасности конечной продукции.