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中国精品科技期刊2020

气相色谱-质谱联用法测定茶叶包装纸中9, 10-蒽醌含量

梁剑锋, 李亚, 魏诗琴, 乔如颖, 陈美伴

梁剑锋,李亚,魏诗琴,等. 气相色谱-质谱联用法测定茶叶包装纸中9, 10-蒽醌含量[J]. 食品工业科技,2021,42(12):246−252. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2020080128.
引用本文: 梁剑锋,李亚,魏诗琴,等. 气相色谱-质谱联用法测定茶叶包装纸中9, 10-蒽醌含量[J]. 食品工业科技,2021,42(12):246−252. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2020080128.
LIANG Jianfeng, LI Ya, WEI Shiqin, et al. Determination of 9, 10-Anthraquinone in Tea Packaging Paper by GC-MS/MS[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(12): 246−252. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306. 2020080128.
Citation: LIANG Jianfeng, LI Ya, WEI Shiqin, et al. Determination of 9, 10-Anthraquinone in Tea Packaging Paper by GC-MS/MS[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(12): 246−252. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306. 2020080128.

气相色谱-质谱联用法测定茶叶包装纸中9, 10-蒽醌含量

基金项目: 广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2021KY0674)
详细信息
    作者简介:

    梁剑锋(1982−),男,硕士,高级工程师,研究方向:茶叶生产加工与食品安全,E-mail:ljf117117@163.com

    通讯作者:

    李亚(1983−),女,硕士,高级工程师,研究方向:食品安全与检测,E-mail:123906970@qq.com

  • 中图分类号: TS207.3

Determination of 9, 10-Anthraquinone in Tea Packaging Paper by GC-MS/MS

  • 摘要: 建立气相色谱-质谱联用(GC-MS-MS)检测茶叶包装纸中9, 10-蒽醌方法。样品采用丙酮-正己烷混合溶液提取,提取液经离心、氮吹浓缩后,过弗罗里硅土固相萃取柱SPE净化,净化液进入气质联用仪分析,仪器采用DB-5MS气相色谱柱(20 m×0.18 mm×0.18 μm)分离,选择多反应监测模式扫描,内标法定量。结果表明,该方法在10~200 ng/mL质量浓度范围内具有良好的线性关系,线性回归方程为Y=0.23249X+0.001203,拟合度R2为0.9989,方法检出限为3 μg/kg,定量限为10 μg/kg,加标回收率在89.3%~98.7%之间,相对标准偏差(RSD)为3.01%~4.42%。该方法适用于茶叶包装纸中9,10-蒽醌定性定量检测。
    Abstract: A gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS-MS) method was established for the detection of 9, 10-anthraquinone in tea packaging paper. The sample was extracted with acetone-n-hexane mixed solution, and then the extract was concentrated by centrifugation and nitrogen blowing, and then purified by SPE with a Florisil solid phase extraction column. The purified liquid was analyzed by a gas-mass spectrometer. The instrument used DB-5MS gas chromatography. Column (20 m×0.18 mm×0.18 μm) was separated, scanning in multi-reaction monitoring mode was selected, and internal standard method was used for quantification. The results showed that the method had a good linear relationship in the mass concentration range of 10~200 ng/mL, the linear regression equation was Y=0.23249X+0.001203, the fit R2 was 0.9989, the detection limit of the method was 3 μg/kg, the limit of quantification was 10 μg/kg, the recovery rate of standard addition was 89.3%~98.7%, and the relative standard deviation (RSD) was 3.01%~4.42%. This method was suitable for the qualitative and quantitative detection of 9, 10-anthraquinone in tea packaging paper.
  • 中国茶叶历史悠久、种类繁多,深受国人喜爱。近年来中国的茶叶为更多世界各地人们所接受,据统计全球160多个国家和地区30多亿人有饮茶的习惯[1]。茶叶的饮用安全一直以来是消费者和茶叶生产加工者共同关注的问题,其关键是确保饮用茶叶不会对人体构成任何的健康风险[2]。相关研究表明茶叶饮用是否安全主要受农药残留、重金属残留和真菌毒素等方面的影响[3],而随着研究的不断深入,发现茶叶中含有新型的污染物如蒽醌、高氯酸盐、邻苯二甲酸酯类化合物[4-5]。2014年10月欧盟发布NO1146/2014规定:茶叶中蒽醌最高限量为20 μg/kg[6],这一规定出台导致2014年我国出口茶叶出现同比下降,其中输出欧盟茶叶中不符合限量要求的27批次茶叶中,因蒽醌超标多达8批次而居首位[7],蒽醌超标问题给我国茶叶出口带来一定冲击。

    9,10-蒽醌是一种醌类化合物,容易溶解于苯、甲苯、乙醇、乙醚和氯仿等有机溶液,不溶于水,国际癌症研究机构将其列为“对人类可能致癌”(2B组)物质,对人体有一定毒性[8];其常存在于高等植物和低等植物地衣类、真菌类代谢物中;9,10-蒽醌也可人工合成,主要用于染料生产的中间体,还是做纸制品印花的导氧剂[9]。目前,许多造纸企业将蒽醌作为添加剂在造纸过程中使用,有研究表明蒽醌可以通过包装纸和硬纸板等纤维制品迁移到相应食品中而造成污染[10-11]。已报道的蒽醌检测方法主要有紫外-可见分光光度法[12-15]、高效毛细管电泳法[16-17]、高效液相法[18-20]、气相色谱-质谱法[21]、气相色谱-串联质谱法[22-25]及比色定量法[26-27],尚无适用于茶叶包装纸中蒽醌检测方法。目前检测包装纸中蒽醌主要参考国标GB/T 230204-2008《茶叶中519种农药及相关化学品残留量的测定气相色谱-质谱法》中蒽醌的检测方法[28],但该方法为定性方法,且不适合包装纸等富含植物纤维的复杂基质中微量蒽醌的测定。因此,基于对样品前处理、优化色谱条件等手段,建立一种快速、准确、适合常见茶叶包装纸基质的蒽醌气相色谱-质谱内标定量分析方法,对研究茶叶中蒽醌来源,从而控制蒽醌污染物由包装纸迁移至茶叶,保障茶叶消费者饮用安全,消除欧盟技术壁垒具有积极意义。

    茶叶包装纸样品 市场上购买的袋装、纸箩装、盒装等纸质包装茶叶,取其中的包装纸(牛卡纸、铜版纸、特种纸、白纸板)作为分析研究样品;9,10-蒽醌标准物品CAS号:84-65-1,纯度99.0% 德国DrEhrenstorfer公司;D8-蒽醌CAS号:10439-39-1,纯度99.0% 美国TRC公司;丙酮,色谱纯 美国Honeywell公司;正己烷,色谱纯 德国Merck公司;无水硫酸镁,分析纯 国药集团化学试剂有限公司;SPE小柱1000 mg/6 mL,弗罗里硅土 美国安捷伦公司。

    Agilent Intuvo9000-7000D三重四极杆气相质谱联用仪配电子轰击离子化源及Masshunter色谱处理软件 美国安捷伦公司;Multi reax涡旋混合器 德国heidolph公司;X-30R离心机 德国Beckman公司;NAI-DCY-12G氮吹仪 上海那艾精密仪器有限公司;CPA225D型电子天平 德国Sartoriu公司;Million Q超纯水器 美国Milli-pore公司。

    将包装纸样品裁剪成小碎纸,混匀后分成两份,一份用于检测,另外一份保存在棕色样品瓶中备用。取样品0.50 g于50 mL聚乙烯离心管中,加入5.0 mL超纯水浸泡30 min,加入内标D8-蒽醌储备液16.7 μL和15.0 mL丙酮-正己烷混合提取溶液(V+V=1+4),超声提取30 min,加入3.0 g无水硫酸钠镁,立即摇匀,然后置于冷冻离心机(转速4000 r/min,温度4 ℃)离心10 min。移取6.0 mL上清液于15mL离心管中,35 ℃氮气吹干。2.0 mL丙酮-正己烷洗脱液(V+V=1+39)溶解残渣,待净化[29]

    首先用5.0 mL丙酮-正己烷(V+V=1+39)洗脱液淋洗SPE小柱,弃去流出液,然后上样待净化液,加入10.0 mL丙酮-正己烷(V+V=1+39)洗脱液洗脱目标分析物,收集所有流出液于35 ℃氮气吹干,1.0 mL丙酮-正己烷(V+V=1+39)洗脱液溶解残渣,过0.22 μm有机滤膜于进样小瓶,滤液供上机测定。

    色谱柱:美国安捷伦科技有限公司DB-5MS柱(20 m×0.18 mm×0.18 μm);载气:氦气(纯度≥99.999%);流速:1.0 mL/min;进样口温度:280 ℃;进样方式:不分流;进样量:1 μL;柱温箱升温程序:初始温度120 ℃,以30 ℃/min升至280 ℃,保持3 min。

    电离模式:电子轰击(EI),70 eV;检测模式:多反应监测(MRM),监测离子对和其他参数见表1;离子源温度:230 ℃;传输线温度:280 ℃;碰撞气:高纯氮气,流量为1.0 mL/min;溶剂延迟:3 min。

    表  1  质谱仪检测参数
    Table  1.  Detection parameters of mass spectrometer
    化合物名称母离子(m/z)子离子(m/z)碰撞能量(ev)驻留时间(ms)
    9,10蒽醌208.0152.0/180.0*22/1040
    D8-蒽醌内标216.0160.0/118.020/1040
    注:*为定量离子。
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    称取9,10-蒽醌标准品25.3 mg于25 mL容量瓶中,用丙酮定容至刻度,然后用丙酮稀释成 1.00 μg/mL的9,10-蒽醌标准储备液,置于4 ℃冰箱中避光保存。

    称取D8-蒽醌标准品10.1 mg于10 mL容量瓶中,用丙酮定容至刻度,然后用丙酮稀释成 100 μg/mL 的D8-蒽醌内标储备液,置于4℃冰箱中避光保存。

    临用前,吸取10、20、50、100、200 μL的9,10-蒽醌标准储备液(1.00 μg/mL)于1.0 mL容量瓶中,分别各加入5 μL的 D8-蒽醌内标储备液(100 μg/mL),用丙酮逐级稀释成的浓度分别为10、20、50、100、200 ng/mL的9,10-蒽醌标准使用液, D8-蒽醌内标浓度为0.50 μg/mL。以9,10-蒽醌浓度为横坐标,定量离子对(208.0>180.0)的峰面积与内标峰面积比为纵坐标,绘制标准曲线。

    以保留时间和定性离子对定性,以定量离子对响应值进行定量,实验数据、图谱处理采用安捷伦气质联用仪自带分析软件MassHunter GC/MS Acquisition(版本B.07.06.2704,18-Jul-2017),图表制作采用Origin7.5,试样中9,10-蒽醌含量计算公式为

    w=A×ρS×VAS×m

    式中:w为试样中9,10-蒽醌的含量,mg/kg;A为样品溶液中9,10-蒽醌和D8-蒽醌的峰面积比;As为标准溶液中9,10-蒽醌和D8-蒽醌的峰面积比;ρs为标准溶液中9,10-蒽醌的质量浓度,µg/mL;V为样品提取溶液体积,mL;m为试样的质量,g。

    计算结果以重复条件下获得2次独立测定结果的算术平均值表示。

    由于包装纸富含植物纤维,基质较复杂,必须采用能够把目标物与基质干扰物很好的分离的气相色谱柱[30]。试验目标分析物9,10-蒽醌为弱极性物质,根据被分析物质的物化性质及相似相溶原理,本文试验考察DB-5MS、HP-5MS、VF-5MS、DB-1701P四种不同型号弱极性气相色谱柱分离检测效果。通过检测加标茶叶包装纸(加标量:100 ng/mL)及改变色谱条件观察目标物与干扰物分离情况评价色谱柱效果,不同色谱柱对目标物分离情况见图1图4

    图  1  DB-5MS色谱柱总离子流图
    Figure  1.  Total ion flow diagram of DB-5MS column
    图  2  HP-5MS色谱柱总离子流图
    Figure  2.  Total ion flow diagram of HP-5MS column
    图  3  VF-5MS色谱柱总离子流图
    Figure  3.  Total ion flow diagram of VF-5MS column
    图  4  DB-1701P色谱柱总离子流图
    Figure  4.  Total ion flow diagram of DB-1701P column

    试验考察的DB-5MS、HP-5MS、VF-5MS、DB-1701P四款色谱分离柱均属于弱极分离柱,其中DB-5MS、HP-5MS、VF-5MS三款色谱柱在分离性能上近似等同于以(5%-苯基)-甲基聚硅氧烷为填充物的色谱柱。四款色谱柱在具体填充料上有所区别:DB-5MS色谱柱填充料为5%苯基和95%二甲基亚芳基硅氧烷,HP-5MS色谱柱填充料为5%苯基和95%二甲基聚硅氧烷,VF-5MS色谱柱填充料为高惰性5%苯基甲基聚硅氧烷,DB-1701P色谱柱填充料为(14%-氰丙基-苯基)-甲基聚硅氧烷。四款色谱柱由于在填充料方面组成不同,导致它们在对目标分析物9,10-蒽醌进行分离时,在出峰时间、响应值、基线分离等关键性能指标上存在一定差别。对比上面四个不同色谱柱的总离子流图可以发现:DB-5MS色谱柱的出峰时间比其他两款色谱柱明显要快,在响应值、基线分离方面与其他三款色谱柱差别不大,而且由于DB-5MS色谱柱具有极低柱流失特性,更适合在GC/MS/MS上检测目标物9,10-蒽醌,因此试验采用DB-5MS色谱柱进行分离检测。

    气相色谱进样口温度选择过高,会导致样品中目标分析物9,10-蒽醌在进样口分解,降低回收率而影响结果的准确性和灵敏度;而进样口温度选择过低,则导致样品中目标分析物9,10-蒽醌未完全汽化,同样影响结果的准确性和灵敏度。本文实验考查240~300 ℃之间的进样口温度,以目标分析物9,10-蒽醌的质谱响应值大小为考核指标(每个温度重复测定2次取平均值),结果见图5

    图  5  不同进样口温度对9,10-蒽醌响应值影响
    Figure  5.  Effect of different inlet temperature on 9,10 anthraquinone response values

    图5可以发现,随着进样口温度从240 ℃开始升高,9,10-蒽醌在质谱的响应值持续增大,说明在一定的温度范围内,增加进样口温度能够提高样品中9,10-蒽醌目标分析物的汽化率,同时增加检测响应值;进样口温度超过270 ℃后,随着温度升高,9,10-蒽醌在质谱中的响应值出现下降的趋向,原因可能是由于进样口温度过高,样品中的部分9,10-蒽醌在进样口部分被分解,导致响应值出现下降。综合分析,采用270 ℃作为进样口温度比较合适[31]

    本实验在色谱条件优化后进行全扫描(Scan)得到目标分析物9,10-蒽醌的质谱图(见图6),选择质核比大,相对丰度比较高的作为目标产物离子,然后采用多反应检测方式扫描(MRM)。根据目标物离子信息,结合检测灵敏度,最终选择208.0>152.0为定性离子对,208.0>180.0为定量离子对,选取10 eV、22 eV分别作为定量和定性离子对的碰撞能量。

    图  6  9,10-蒽醌离子流图和质谱图
    Figure  6.  Ion flow and mass spectra of 9,10-anthraquinone

    按照本文1.3的实验条件进行测定,以9,10-蒽醌的浓度为横坐标,以定量离子对的峰面积与内标峰面积比值为纵坐标,制作标准曲线。以3倍信噪比(S/N)计算出检出限(limit of detection,LOD),10倍信噪比计算出定量限(limit of quantity,LOQ)。

    结果表明,9,10-蒽醌在10~200 ng/mL的质量浓度范围内具有良好的线性关系,线性回归方程为Y=0.23249X+0.001203,拟合度R2为0.9989,方法检出限为3 μg/kg,定量限为10 μg/kg。

    选择气相色谱质谱联用方法测定样品,包装纸样品的某些基质可能会对目标物的离子具有较强的增强或抑制效应,因此选择内标法定量分析目标物具有较高的灵敏度和准确性。制备四种不同空白基质样品溶液,对空白样品进行10、50、100 ng/mL 3个浓度的添加水平实验,样品不添加蒽醌D8内标采用外标标准曲线进行定量分析,外标法标准曲线:y=0.564516x+0.001421,拟合度R2为0.9950,具体结果见表2

    表  2  不同溶剂9,10-蒽醌的加标回收率和相对标准偏差
    Table  2.  Recovery and relative standard deviation of 9,10-anthraquinone in different solvents
    标准稀释溶剂添加水平(ng/mL)回收率(%)RSD(%)
    丙酮1081.7~84.04.67
    5083.2~85.44.03
    10086.4~88.93.69
    牛卡纸空白基质样品溶液1080.7~82.14.92
    5081.8~84.04.59
    10084.1~86.43.99
    特种纸空白基质样品溶液1080.2~83.04.81
    5082.7~85.14.44
    10084.9~87.83.63
    铜版纸空白基质样品溶液1082.5~85.24.59
    5085.9~89.04.08
    10085.5~88.73.88
    白纸板空白基质样品溶液1081.7~83.34.87
    5084.4~87.04.52
    10086.1~90.13.59
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    在采用外标曲线定量情况下,分别考察采用丙酮、空白基质溶液配制9,10-蒽醌加标浓度为10、50、100 ng/mL的样品,从表2结果可以看出,它们在加标回收率、相对标准偏差方面相差不大,试验说明可以采用丙酮作为9,10-蒽醌标准工作曲线的配制溶剂,其效果与采用空白基质样品配制的标准工作曲线不存在明显差异。

    选取未检出9,10-蒽醌的牛卡纸、铜版纸、特种纸、白纸板4种茶叶包装纸样品,各称取0.5 g于500 mL离心管中,分别添加质量浓度为10、50、100 ng/mL标准溶液,每个添加水平取6份平行样,充分混匀后,按照最佳前处理和色谱分析条件进行测定,回收率处于89.3%~98.7%范围,相对标准偏差(RSD)为3.01%~4.42%,具体结果见表3;由于目前茶叶包装纸中9,10-蒽醌检测尚未有相应国家标准方法,参考茶叶中蒽醌检测的进口检测方法SN/T 4777-2017,与试验方法做同样的加标回收试验,具体结果见表4

    表  3  9,10-蒽醌加标回收率和相对标准偏差(n=6)
    Table  3.  Recovery and relative standard deviation of 9,10-anthraquinone
    样品种类添加水平(ng/mL)回收率(%)RSD(%)
    牛卡纸1089.3~93.94.42
    5091.1~95.53.83
    10093.4~97.22.99
    特种纸1090.9~94.93.92
    5093.2~96.13.50
    10094.5~97.83.21
    铜版纸1089.0~92.54.25
    5091.1~94.53.72
    10094.3~96.03.11
    白纸板1089.5~93.94.01
    5092.4~95.53.62
    10095.5~98.73.01
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    表  4  方法SN/T 4777-2017试验回收率和相对标准偏差(n=6)
    Table  4.  Recovery and relative standard deviation of method SN/T 4777-2017 (n=6)
    样品种类添加水平(ng/mL)回收率(%)RSD(%)
    牛卡纸1079.2~83.45.89
    5081.9~85.44.92
    10086.9~89.23.56
    特种纸1078.9~84.05.52
    5082.1~86.54.62
    10085.5~89.54.12
    铜版纸1082.9~86.75.01
    5085.9~89.54.09
    10087.3~90.93.55
    白纸板1086.5~91.24.69
    5088.4~92.94.01
    10090.5~95.43.42
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    从以上试验数据可以发现,本文试验方法与参考方法SN/T 4777-2017在加标回收率、相对标准偏差方面结果接近,表明该试验方法符合GB/T 27404-2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》中回收率和精密度的要求[32]

    随机采集市场销售茶叶包装纸20份,其中牛卡纸、铜版纸、特种纸、白纸板各5份。其中蒽醌检出率9份,检出率45%。牛卡纸检出率最高为60%,铜版纸检出率最低为20%。通过实际样品检测结果可以看出,茶叶包装纸确实含有9,10-蒽醌污染物,存在迁移到茶叶的安全风险。本文的试验方法适用于茶叶包装纸中9,10-蒽醌的检测。

    本文通过对四种常见茶叶包装材质牛卡纸、铜版纸、特种纸、白纸板进行样品前处理和色谱条件优化,实现了对茶叶常见四种包装材料中9,10-蒽醌的测定。该方法在10~200 ng/mL质量浓度范围内具有良好的线性关系,线性回归方程为Y=0.23249X+0.001203,拟合度R2为0.9989,方法检出限为3 μg/kg,定量限为10 μg/kg,加标回收率在89.3%~98.7%之间,相对标准偏差(RSD)为3.01%~4.42%,达到较好检测效果。方法具有简单易操作、线性范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,能够满足对茶叶中蒽醌污染源包装纸中9,10-蒽醌的分析检测要求,适用于茶叶包装纸中蒽醌污染的监测与控制。

  • 图  1   DB-5MS色谱柱总离子流图

    Figure  1.   Total ion flow diagram of DB-5MS column

    图  2   HP-5MS色谱柱总离子流图

    Figure  2.   Total ion flow diagram of HP-5MS column

    图  3   VF-5MS色谱柱总离子流图

    Figure  3.   Total ion flow diagram of VF-5MS column

    图  4   DB-1701P色谱柱总离子流图

    Figure  4.   Total ion flow diagram of DB-1701P column

    图  5   不同进样口温度对9,10-蒽醌响应值影响

    Figure  5.   Effect of different inlet temperature on 9,10 anthraquinone response values

    图  6   9,10-蒽醌离子流图和质谱图

    Figure  6.   Ion flow and mass spectra of 9,10-anthraquinone

    表  1   质谱仪检测参数

    Table  1   Detection parameters of mass spectrometer

    化合物名称母离子(m/z)子离子(m/z)碰撞能量(ev)驻留时间(ms)
    9,10蒽醌208.0152.0/180.0*22/1040
    D8-蒽醌内标216.0160.0/118.020/1040
    注:*为定量离子。
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    表  2   不同溶剂9,10-蒽醌的加标回收率和相对标准偏差

    Table  2   Recovery and relative standard deviation of 9,10-anthraquinone in different solvents

    标准稀释溶剂添加水平(ng/mL)回收率(%)RSD(%)
    丙酮1081.7~84.04.67
    5083.2~85.44.03
    10086.4~88.93.69
    牛卡纸空白基质样品溶液1080.7~82.14.92
    5081.8~84.04.59
    10084.1~86.43.99
    特种纸空白基质样品溶液1080.2~83.04.81
    5082.7~85.14.44
    10084.9~87.83.63
    铜版纸空白基质样品溶液1082.5~85.24.59
    5085.9~89.04.08
    10085.5~88.73.88
    白纸板空白基质样品溶液1081.7~83.34.87
    5084.4~87.04.52
    10086.1~90.13.59
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    表  3   9,10-蒽醌加标回收率和相对标准偏差(n=6)

    Table  3   Recovery and relative standard deviation of 9,10-anthraquinone

    样品种类添加水平(ng/mL)回收率(%)RSD(%)
    牛卡纸1089.3~93.94.42
    5091.1~95.53.83
    10093.4~97.22.99
    特种纸1090.9~94.93.92
    5093.2~96.13.50
    10094.5~97.83.21
    铜版纸1089.0~92.54.25
    5091.1~94.53.72
    10094.3~96.03.11
    白纸板1089.5~93.94.01
    5092.4~95.53.62
    10095.5~98.73.01
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    表  4   方法SN/T 4777-2017试验回收率和相对标准偏差(n=6)

    Table  4   Recovery and relative standard deviation of method SN/T 4777-2017 (n=6)

    样品种类添加水平(ng/mL)回收率(%)RSD(%)
    牛卡纸1079.2~83.45.89
    5081.9~85.44.92
    10086.9~89.23.56
    特种纸1078.9~84.05.52
    5082.1~86.54.62
    10085.5~89.54.12
    铜版纸1082.9~86.75.01
    5085.9~89.54.09
    10087.3~90.93.55
    白纸板1086.5~91.24.69
    5088.4~92.94.01
    10090.5~95.43.42
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-13
  • 网络出版日期:  2021-06-02
  • 刊出日期:  2021-06-14

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