全二維氣相色譜-質(zhì)譜法檢測(cè)動(dòng)植物油

時(shí)秋娜，劉占芳，朱 軍，田菲菲

(1.河南警察學(xué)院 刑事科學(xué)技術(shù)系，鄭州 450026； 2.公安部物證鑒定中心，北京 100038；3.島津企業(yè)管理(中國(guó))有限公司，北京 100020)

檢測(cè)分析

全二維氣相色譜-質(zhì)譜法檢測(cè)動(dòng)植物油

時(shí)秋娜1，劉占芳2，朱 軍2，田菲菲3

(1.河南警察學(xué)院 刑事科學(xué)技術(shù)系，鄭州 450026； 2.公安部物證鑒定中心，北京 100038；3.島津企業(yè)管理(中國(guó))有限公司，北京 100020)

為建立動(dòng)植物油的全二維氣相色譜-質(zhì)譜分析方法，選用四甲基氫氧化銨(25%)的無(wú)水甲醇(體積比1∶50)對(duì)樣品進(jìn)行甲酯化衍生，對(duì)二維色譜柱、程序升溫、質(zhì)量掃描范圍、冷吹流量、調(diào)制周期進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：在調(diào)制周期5 s，冷吹流量3 L/min，DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)為一維柱，BP20(2.5 m×0.1 mm×0.1 μm)為二維柱，質(zhì)量掃描范圍(m/z)71～385，程序升溫為初始溫度40℃，保持2 min，以30℃/min升溫至190℃，再以2℃/min升溫至280℃，保持15 min的條件下，動(dòng)植物油中的脂肪酸組成得到了有效分離和準(zhǔn)確檢測(cè)，比氣相色譜-質(zhì)譜法靈敏度、分離效果均提高。為動(dòng)植物油的進(jìn)一步鑒別提供新的分析方法。

全二維氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法；動(dòng)植物油；脂肪酸組成

動(dòng)植物油是人們生活中必不可少的膳食種類，和人們的日常生活聯(lián)系緊密。因此，動(dòng)植物油也成為各類刑事案件中常見(jiàn)的物證，其常以油漬斑痕、脂肪微粒的形式遺留在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，或附著在犯罪嫌疑人的衣服、鞋子、作案工具上，對(duì)其進(jìn)行分析檢驗(yàn)，能夠?yàn)榘讣刹樘峁┚€索，為訴訟提供證據(jù)，具有十分重要的意義。

目前有關(guān)動(dòng)植物油脂肪酸組成的檢驗(yàn)，常見(jiàn)的儀器分析方法有氣相色譜法[1]、氣相色譜-質(zhì)譜法[2]、拉曼光譜法[3]、紅外光譜法[4]、分子熒光光譜法[5]等。但這些方法只能檢測(cè)常見(jiàn)的高含量脂肪酸，對(duì)于某些微量脂肪酸無(wú)法檢測(cè)，且拉曼光譜和分子熒光光譜進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)易出現(xiàn)熒光干擾，影響動(dòng)植物油的進(jìn)一步鑒別區(qū)分。近年來(lái)發(fā)展的全二維氣相色譜(GC×GC) 技術(shù)具有峰容量大[6]、靈敏度高、定性更準(zhǔn)確[7]、能夠?qū)崿F(xiàn)族分離[8]等特點(diǎn)，與質(zhì)譜聯(lián)用，已被廣泛應(yīng)用于石油化工[9]、食品安全[10]、環(huán)境監(jiān)測(cè)[11]及香精香料成分[12]的檢驗(yàn)中，但其在動(dòng)植物油脂肪酸檢測(cè)中的應(yīng)用鮮見(jiàn)報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)利用全二維氣相色譜-質(zhì)譜法分析動(dòng)植物油中的脂肪酸組成，優(yōu)化了分析條件，實(shí)現(xiàn)了脂肪酸的有效分離和準(zhǔn)確認(rèn)定，與普通氣相色譜-質(zhì)譜法相比，靈敏度更高，檢測(cè)到的脂肪酸組成更豐富，有利于動(dòng)植物油的進(jìn)一步鑒別分析,從而能夠?yàn)榘讣k理提供更多的線索，幫助辦案人員縮小偵查范圍，甚至鎖定犯罪嫌疑人。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

花生油、玉米油、葵花籽油、大豆油、橄欖油、山茶油、豬油、牛油、羊油、雞油等動(dòng)植物油分別購(gòu)自北京的大型超市。

37種混合脂肪酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品(Sigma公司)；四甲基氫氧化銨(TMAH)；甲醇、正己烷、乙醚，均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

QP2010 Ultra GC×GC-MS(日本島津公司)，冷噴調(diào)制器ZX1(美國(guó)Zoex公司)，GC Image2.4數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 油脂樣品的甲酯化[13]

先將25%的四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液和無(wú)水甲醇按照體積比1∶50配成甲酯化試劑，然后準(zhǔn)確量取20 μL油脂樣品溶于2 mL乙醚溶液，搖勻，最后分別量取油脂樣品乙醚液和甲酯化試劑各400 μL于樣品瓶中，振搖，形成銨鹽后進(jìn)樣分析。

1.2.2 GC×GC-MS條件

一維色譜柱：DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；二維色譜柱：BP20(2.5 m×0.1 mm×0.1 μm)；進(jìn)樣口溫度280℃；進(jìn)樣量1 μL，分流比30∶1；程序升溫：40℃保持2 min，以30℃/min升溫到190℃，再以2℃/min升溫至280℃保持15 min；離子源溫度200℃；電離能量70 eV；檢測(cè)器電壓1.1 kV；接口溫度280℃；質(zhì)量掃描范圍(m/z)71～385；冷吹流量3 L/min；熱氣溫度370℃；調(diào)制周期5 s；熱噴時(shí)間350 ms。對(duì)二維色譜柱、程序升溫、質(zhì)量掃描范圍、冷吹流量及調(diào)制周期條件進(jìn)行考察。

1.2.3 普通GC-MS條件

色譜柱：FFAP(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度250℃；進(jìn)樣量1 μL；分流比20∶1；程序升溫：80℃保持3 min，以10℃/min升至280℃，保持5 min；離子源溫度230℃；檢測(cè)器電壓1.1 kV；接口溫度230℃；質(zhì)量掃描范圍(m/z)40～500。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品及實(shí)際樣品中脂肪酸的定性主要通過(guò)將其二維譜圖中各峰點(diǎn)質(zhì)譜圖導(dǎo)入NIST譜庫(kù)檢索而實(shí)現(xiàn)，脂肪酸的定量通過(guò)面積歸一化法計(jì)算其相對(duì)含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 GC×GC-MS分析條件的優(yōu)化

2.1.1 柱系統(tǒng)的選擇

GC×GC-MS法是把相互獨(dú)立、分離機(jī)理不同的兩個(gè)色譜柱通過(guò)調(diào)制器以串聯(lián)方式聯(lián)接，經(jīng)一維柱分離的各組分被調(diào)制器聚焦后進(jìn)入二維柱得到進(jìn)一步分離[14]，柱系統(tǒng)的選擇決定了待測(cè)組分的分離效果，一維柱通常為非極性或弱極性的常規(guī)色譜柱，二維柱為短的極性柱[15]。

本實(shí)驗(yàn)選擇非極性的DB-5MS為一維柱，并分別考察了中等極性柱BPX50和強(qiáng)極性柱BP20 為二維柱時(shí)的檢測(cè)效果。圖1為豬油在兩種柱系統(tǒng)條件下得到的二維色譜圖。

圖1 不同柱系統(tǒng)下豬油中檢出脂肪酸組成的二維色譜圖

由圖1可以看出，BP20為二維柱時(shí)，脂肪酸的出峰時(shí)間從26 min提前至16 min，且比BPX50為二維柱時(shí)多檢出7種脂肪酸成分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種柱系統(tǒng)均能實(shí)現(xiàn)動(dòng)植物油中常見(jiàn)脂肪酸的分離和檢測(cè)，但BP20為二維柱時(shí)脂肪酸出峰更早且組成更豐富。因此，選擇DB-5MS為一維柱，BP20 為二維柱為本研究的柱系統(tǒng)。

2.1.2 調(diào)制周期的優(yōu)化

調(diào)制周期為GC×GC體系中兩次熱吹之間的時(shí)間間隔[16]。調(diào)制周期過(guò)長(zhǎng)，某些在一維柱上已分離的組分會(huì)在調(diào)制器重新聚集，不但降低了一維色譜的分辨率，而且不利于二維柱的進(jìn)一步分離；調(diào)制周期過(guò)短，目標(biāo)物會(huì)被多次切割，信號(hào)強(qiáng)度降低，也會(huì)使保留時(shí)間超過(guò)調(diào)制周期的化合物不能及時(shí)流出二維柱，而和下一個(gè)周期的化合物在下一個(gè)周期共流出[17]。本實(shí)驗(yàn)考察了3、4、5、6 s 4個(gè)調(diào)制周期，比較了脂肪酸的信號(hào)強(qiáng)度和分離情況，發(fā)現(xiàn)調(diào)制周期為6 s時(shí)，脂肪酸的切割次數(shù)不足3次，降低了一維色譜的分辨率，調(diào)制周期為3 s時(shí)，脂肪酸的響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度較低，調(diào)制周期為4 s和5 s時(shí)，脂肪酸的響應(yīng)信號(hào)在同一數(shù)量級(jí)，但5 s時(shí)其分離效果更好，且基本不拖尾。因此，確定調(diào)制周期為5 s。

2.1.3 冷吹流量的優(yōu)化

冷吹流量的選擇需根據(jù)待測(cè)物的沸點(diǎn)確定。沸點(diǎn)越高，冷吹流量越小，否則，熱吹無(wú)法將待測(cè)物及時(shí)釋放，會(huì)出現(xiàn)二維譜圖的斑點(diǎn)拖尾；沸點(diǎn)越低，冷吹流量越大，可將沸點(diǎn)低的低分子化合物有效捕集，從而提高二維柱的分離效率，冷吹流量一般為1.5～15.5 L/min。由于動(dòng)植物油中的脂肪酸通常為10～24個(gè)碳原子，沸點(diǎn)相對(duì)較高，因此需選用較小的冷吹流量。本實(shí)驗(yàn)考察了3、5、7 L/min 3種冷吹流量，發(fā)現(xiàn)冷吹流量加大不能明顯改善分離效果，信號(hào)強(qiáng)度雖有所增大，但仍在同一數(shù)量級(jí)，且柱流失明顯增強(qiáng)。因此，選擇冷吹流量為3 L/min。

2.1.4 程序升溫條件的優(yōu)化

為保證目標(biāo)物質(zhì)從一維柱流出后能夠被有效切割3次以上，程序升溫的速率不能太大，一般為0.5～5℃/min[18]。本實(shí)驗(yàn)選擇較小的升溫速率2℃/min，并嘗試從40℃開始，保持2 min后升溫至280℃，保持15 min。結(jié)果顯示，雖然脂肪酸組成分離完全，但整個(gè)程序持續(xù)137 min，耗時(shí)太長(zhǎng)，而動(dòng)植物油中的脂肪酸組成多大于9個(gè)碳原子，均在該程序下40 min后出峰，并且壬酸甲酯的沸點(diǎn)為213℃，因此將升溫程序調(diào)整為40℃開始，保持2 min后，以30℃/min快速升溫至190℃，再以2℃/min升溫至280℃，保持15 min，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程僅需67 min，且動(dòng)植物油中的脂肪酸組成檢測(cè)完全，分離效果好。

2.1.5 質(zhì)量掃描范圍的優(yōu)化

由于二維色譜峰峰形很窄，為提高分析靈敏度及定性定量的準(zhǔn)確性，需要較窄的質(zhì)譜掃描范圍。由于74是大多數(shù)脂肪酸的基峰離子，而C24∶0的分子離子峰為382.4，本實(shí)驗(yàn)將質(zhì)量掃描范圍(m/z)確定為71～385。

2.2 普通GC-MS法與GC×GC-MS法的比較

2.2.1 靈敏度比較

實(shí)驗(yàn)比較了優(yōu)化條件下肉豆蔻酸(C14∶0)的GC×GC-MS和普通GC-MS的信號(hào)差異(見(jiàn)圖2)。由圖2可以看出，普通GC-MS 條件下的C14∶0 峰在GC×GC-MS條件下被調(diào)制成5個(gè)碎片峰，且信號(hào)強(qiáng)度提高了近20倍。

圖2 C14∶0在GC×GC-MS(a)和普通

2.2.2 分離效果比較

實(shí)驗(yàn)考察了37種脂肪酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品在優(yōu)化后的GC×GC-MS條件下和普通GC-MS法檢驗(yàn)時(shí)的分離情況。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各脂肪酸甲酯在優(yōu)化后的GC×GC-MS條件下形成了一維按沸點(diǎn)高低、二維按極性大小完全分離的二維色譜圖，且呈現(xiàn)明顯的族分離特征，可為實(shí)際樣品中脂肪酸的推測(cè)和確定提供依據(jù)。利用普通GC-MS檢驗(yàn)時(shí)，雖然同樣得到了按照沸點(diǎn)高低分離的脂肪酸色譜圖，但C18僅得到5個(gè)色譜峰，其中二維色譜中一維保留時(shí)間相同的C18∶1、C18∶2、C18∶3在普通GC-MS中沒(méi)有得到分離，形成了1個(gè)色譜峰，C20中的C20∶1、C20∶3也呈共流出現(xiàn)象，并且C22∶1、C22∶2亦沒(méi)有完全分離。因此，GC×GC-MS法比普通GC-MS法的分離效果更好。

2.3 動(dòng)植物油樣品脂肪酸組成的檢測(cè)

在優(yōu)化的GC×GC-MS條件下，對(duì)常見(jiàn)動(dòng)植物油脂肪酸組成進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同動(dòng)植物油的脂肪酸組成與含量

注：“-”表示未檢出，保留時(shí)間不同的5種C18∶2和8種C18∶3分別為亞油酸和亞麻酸的不飽和鍵位置異構(gòu)體和順?lè)串悩?gòu)體。

由表1可知，利用GC×GC-MS對(duì)常見(jiàn)動(dòng)植物油進(jìn)行分析，共檢出C14～C24的各類脂肪酸36種，其中利用普通GC-MS法在葵花籽油中無(wú)法檢測(cè)到的C14∶0、C16∶1、C17∶0和C17∶1被檢出，同時(shí)在大豆油中還檢出了5種C18∶2、7種C18∶3的不飽和鍵位置異構(gòu)體和順?lè)串悩?gòu)體，與普通GC-MS相比，靈敏度更高，分離效果更好，檢出成分更豐富。

另外，比較發(fā)現(xiàn)動(dòng)物油中均含有豐富的C14∶0、C16∶1、C17∶0和C17∶1，而植物油中僅葵花籽油中被檢出，且含量很少，由此可將含量較高的C14∶0和C16∶1作為區(qū)分動(dòng)物油和植物油的指標(biāo)物質(zhì)，這與傳統(tǒng)分析方法得到的結(jié)論一致[19]。同時(shí)，羊油、牛油中均檢出C14、C15、C16、C17的甲基烷酸，與雞油、豬油區(qū)分明顯，可據(jù)此將牛油、羊油與其他動(dòng)物油區(qū)分。最后，大豆油在一維保留時(shí)間39～41 min的范圍內(nèi)，二維柱上分離出了5種不同結(jié)構(gòu)的C18∶3，橄欖油中檢出了具有多種生理功能的活性物質(zhì)角鯊烯，可與花生油、玉米油、葵花籽油、山茶油等其他植物油加以區(qū)分。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)優(yōu)化分析條件，建立了全二維氣相色譜-質(zhì)譜法分析動(dòng)植物油中脂肪酸組成的方法，實(shí)現(xiàn)了常見(jiàn)動(dòng)植物油中脂肪酸的有效分離和準(zhǔn)確認(rèn)定，與普通氣相色譜-質(zhì)譜法的檢測(cè)結(jié)果相比，得到了更多的脂肪酸組成，有助于根據(jù)脂肪酸種類及其含量的不同進(jìn)一步區(qū)分動(dòng)植物油，也可為案件偵破提供更多的線索，發(fā)揮更大的作用。

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Detection of fatty acids in animal fats and vegetable oils by comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry

SHI Qiuna1, LIU Zhanfang2, ZHU Jun2, TIAN Feifei3

(1.Department of Criminal Science and Technology, Henan Police College, Zhengzhou 450026，China;2.Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038，China;3.Shimadzu Global COE for Application & Technical Development, Beijing 100020，China)

The fatty acids in animal fats and vegetable oils could be effectively detected by comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry(GC×GC-MS). After methylation of fatty acids with methanol solution of TMAH (volumn ratio 1∶50), the second column, temperature programming, mass scanning range, cold blow flow and modulation period were optimized. The results showed that under the conditions of column set of DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)as the first column, BP20(2.5 m×0.1 mm×0.1 μm)as the second column, modulation period 5 s, cold blow flow 3 L/min, mass scanning range (m/z) 71-385,temperature programming from 40℃(2 min) to 190℃ at 30℃/min, from 190℃ to 280℃ (15 min)at 2℃/min, the fatty acid compositions of animal fats and vegetable oils were separated effectively and determined accurately. Compared with GC-MS, GC×GC-MS method was more sensitive and had better separation effect, which could be the effective method to discriminate different animal fats and vegetable oils.

comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry; animal fat and vegetable oil; fatty acid composition

2016-11-03；

2017-03-23

時(shí)秋娜(1979)，女，講師，碩士，研究方向?yàn)槲⒘课镒C與毒物毒品檢驗(yàn)(E-mail)752252414@qq.com。

TS225; TQ646

A

1003-7969(2017)06-0138-05