淺談氣相色譜—質(zhì)譜技術(shù)在食品分析的應(yīng)用

于躍 孟柯

【摘要】 本文介紹了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理、特點(diǎn)及廣泛的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是食品檢驗(yàn)分析中最有力的工具。

【關(guān)鍵詞】 氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù);食品;應(yīng)用

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.01.012

Abstract： This paper introduces the principle，characteristics and wide application of gas chromatography-mass（GC-MS）spectrometry. It emphasizes that GC-MS is the vital tool in food inspection and analysis.

Key words： GC-MS technology;food;application

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的生活水平不斷提高，食品安全問題已經(jīng)成為社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。近幾年出現(xiàn)的“毒生姜”“瘦肉精”“毒豇豆”“毒奶粉”等事件已嚴(yán)重影響到人們的生活和社會(huì)的穩(wěn)定，這也對(duì)食品檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)技術(shù)提出了更高的要求。目前，很多分析化學(xué)的高新技術(shù)儀器應(yīng)用到食品檢驗(yàn)中，并發(fā)揮了重要的作用。本文就氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用進(jìn)行初步的探討。

1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)介紹

氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，簡(jiǎn)稱氣質(zhì)聯(lián)用，英文縮寫GC-MS）技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過適當(dāng)?shù)拇?lián)將氣相色譜（GC）與質(zhì)譜（MS）結(jié)合起來的一種技術(shù)，GC-MS技術(shù)是最成熟的雙光譜技術(shù)。氣相色譜儀雖具有強(qiáng)大的分離能力，但對(duì)未知樣品的定性能力較差。質(zhì)譜法對(duì)未知樣品具有強(qiáng)大的識(shí)別能力和較高的靈敏度，但需要將檢測(cè)量的組分分成純化的化合物。所以將兩者結(jié)合，揚(yáng)長避短，既彌補(bǔ)了氣相色譜只憑保留時(shí)間很難對(duì)未知組分在復(fù)雜的化合物中進(jìn)行可靠的定性識(shí)別的缺點(diǎn)，又利用了質(zhì)譜較強(qiáng)的識(shí)別能力和高靈敏度的特點(diǎn)，使GC-MS成為食品檢驗(yàn)等部門面對(duì)復(fù)雜化合物能夠準(zhǔn)確定性、定量檢測(cè)的最有力工具。

2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的基本原理

氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)主要是將未知樣品經(jīng)過氣相色譜的載氣帶動(dòng)、色譜柱分離后，利用質(zhì)譜的離子源對(duì)氣態(tài)分子進(jìn)行轟擊，將分子狀態(tài)分解為分子離子態(tài)，進(jìn)而分解成碎片離子。在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下，利用質(zhì)量分析儀根據(jù)M/Z的大小對(duì)樣品進(jìn)行分離。最后，利用質(zhì)量分析儀對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)、記錄，實(shí)現(xiàn)了樣品的定性和定量分析。氣質(zhì)聯(lián)用儀的結(jié)構(gòu)見圖1。

離子源分為電子轟擊源（EI源）和化學(xué)電離源（CI源）。EI源的特點(diǎn)是由分子離子可確定化合物的分子量，由碎片離子可推斷化合物的結(jié)構(gòu)。EI源的方式只能檢測(cè)到正離子，負(fù)離子太弱檢測(cè)不到。CI源的特點(diǎn)是碎片離子峰少，圖譜簡(jiǎn)單，可檢測(cè)負(fù)離子，靈敏度高，缺點(diǎn)是圖譜重現(xiàn)性差，譜庫中無CI源標(biāo)準(zhǔn)譜圖。質(zhì)譜掃描方式包括全掃描（Full Scan）和選擇性離子監(jiān)測(cè)（SIM）。當(dāng)我們拿到一份未知樣品的時(shí)候，首先要對(duì)其進(jìn)行全掃描，全掃描的質(zhì)量范圍應(yīng)該包括所有被測(cè)化合物的分子離子和碎片離子的質(zhì)量，獲得化合物的全掃描譜圖，待測(cè)化合物的分子量和低質(zhì)量的特征碎片決定著掃描的質(zhì)量起點(diǎn)和終點(diǎn)。SIM沒有連續(xù)地掃描一定范圍的質(zhì)量，而是掃描了一些選定的質(zhì)量，以便進(jìn)行有選擇性的分析。所以，氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)綜合了氣相色譜和質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)，使我們面對(duì)復(fù)雜未知的樣品時(shí)，能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)化合物進(jìn)行定性、定量的分析，使氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)具備更廣泛的實(shí)用性。

3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)特點(diǎn)

在GC-MS技術(shù)中，氣相色譜儀作為質(zhì)譜儀的“進(jìn)樣器”，當(dāng)樣品通過色譜柱分離并以純化合物的形式進(jìn)入質(zhì)譜時(shí)，質(zhì)譜儀能充分發(fā)揮質(zhì)譜的優(yōu)勢(shì)。質(zhì)譜儀作為氣相色譜儀的“檢測(cè)器”，色譜中使用的檢測(cè)器，如FID、FPD和ECD均具有局限性，而質(zhì)譜儀可以檢測(cè)幾乎所有具有高靈敏度的化合物[1]。氣相色譜和質(zhì)譜各有優(yōu)缺點(diǎn)，GC-MS技術(shù)可以使兩者互補(bǔ)，充分發(fā)揮氣相色譜的高分離能力和質(zhì)譜鑒定能力。

1）氣相色譜定性分析基于色譜峰的保留時(shí)間，定量分析基于色譜峰的峰面積（或峰高）。氣相色譜作為一種定性、定量的分析方法，具有分離能力強(qiáng)、靈敏度高的特點(diǎn)，但對(duì)于復(fù)雜難分離的未知樣品，氣相色譜的定性偏離的缺點(diǎn)就凸顯出來。

2）質(zhì)譜法是在磁場(chǎng)或電場(chǎng)的作用下，根據(jù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用帶電粒子的質(zhì)荷比（M/Z）來分離和分析離子，確定離子質(zhì)量及其強(qiáng)度大小。其主要作用是根據(jù)特征離子能計(jì)算出化合物的分子量、元素組成、分子結(jié)構(gòu)式、同分異構(gòu)體等信息，具有定性準(zhǔn)確、靈敏度高、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3）氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用解決了氣相色譜定性分析的局限性，質(zhì)譜分析的各種電離模式可以有效的電離各種樣品分子，所有離子經(jīng)質(zhì)譜儀分離后都能被檢測(cè)。獲得化合物的質(zhì)譜圖，GC-MS技術(shù)可以獲得三維信息質(zhì)量、保留時(shí)間和強(qiáng)度[2]。

4）GC-MS技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算機(jī)軟件在分析技術(shù)方面的發(fā)展，不僅提高了儀器的性能，而且能夠更直觀、更簡(jiǎn)便的在計(jì)算機(jī)軟件上去控制儀器，進(jìn)行操作檢測(cè)步驟。從建立方法、儀器進(jìn)樣、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、定性分析和定量分析、光譜數(shù)據(jù)庫檢索和打印圖表輸出等都可以通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，使操作更加簡(jiǎn)潔，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了儀器的使用效率，實(shí)現(xiàn)儀器分析的智能化。

4 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用

GC-MS技術(shù)始于20世紀(jì)末，廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、食品、環(huán)境、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域。特別適用于揮發(fā)性或衍生化合物的分析，在分析檢測(cè)和科研領(lǐng)域中起著越來越重要的作用[3]。我國的蔬菜、水果等生產(chǎn)過程中都會(huì)使用農(nóng)藥（包括有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類等），這就導(dǎo)致這些蔬菜、水果表皮殘留各種不同類型的農(nóng)藥。我國政府的相關(guān)部門頒布的一系列的食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于食品中農(nóng)藥殘留量的檢測(cè)，大部分采用的都是用GC-MS技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

以蔬菜為例，按要求取待測(cè)樣品部位切碎、勻漿樣品備用;稱取10 g試樣加入20 mL乙腈提取，加入2.5 g氯化鈉提取，放入離心機(jī)離心，取上清液進(jìn)行凈化;將凈化后的提取液分別通過Envi-18柱和Envi-Carb柱凈化，并在40 ℃水浴中旋轉(zhuǎn)濃縮，使凈化液溶液體積剩余約為1 mL，并加入40 μL內(nèi)標(biāo)溶液，混勻制成待測(cè)液，用于氣相色譜—質(zhì)譜儀上機(jī)檢測(cè);按實(shí)驗(yàn)方法設(shè)定儀器條件;待測(cè)的每種化合物分別選擇1個(gè)定量離子，2個(gè)定性離子;需要檢測(cè)的離子按照出峰順序，分時(shí)段分別檢測(cè)待測(cè)化合物的保留時(shí)間、定量離子、定性離子以及定量離子與定性離子的豐度比值為（見表1）。檢測(cè)后，如果檢出的色譜峰的保留時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)樣品的一致，而且扣除背景后的樣品質(zhì)譜圖中所選的定性、定量離子都出現(xiàn)，并且離子豐度比與標(biāo)準(zhǔn)樣品的離子豐度比一致，就可判斷樣品中存在這種農(nóng)藥[4]。確證后，按內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量，計(jì)算出農(nóng)藥殘留的含量。

GC-MS技術(shù)克服了傳統(tǒng)氣相色譜檢測(cè)農(nóng)藥殘留效率低、種類單一的弊端，能夠?qū)悠愤M(jìn)行精準(zhǔn)的定性、定量分析并同時(shí)檢測(cè)多種農(nóng)藥的殘留。目前我們國家的食品添加劑有2000余種，包括防腐劑、著色劑、甜味劑、抗氧化劑等，這些種類的添加劑通過GC-MS技術(shù)都能快速準(zhǔn)確的進(jìn)行檢測(cè)分析。白酒中氨基甲酸乙酯的殘留量、植物油中的多環(huán)芳烴的檢測(cè)、食品中苯醚甲環(huán)唑的測(cè)定等也都是用GC-MS技術(shù)的方法對(duì)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確的定性、定量檢測(cè)分析。

5 結(jié)語

GC-MS技術(shù)以其強(qiáng)大的檢測(cè)分析能力已經(jīng)被應(yīng)用到各行各業(yè)的檢驗(yàn)分析部門，當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平在不斷地提高，GC-MS技術(shù)的應(yīng)用功能也在不斷的創(chuàng)新進(jìn)步。民以食為天，食品安全問題一直是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題，GC-MS技術(shù)將是保障國家食品安全最有力的工具。

【參考文獻(xiàn)】

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