色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用

宋菁景 劉雪 林小暉

摘 要：色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是近年來迅速發(fā)展的一類技術(shù)。本文綜述了色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用，分別介紹了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理和技術(shù)特點，并結(jié)合具體實例對各項技術(shù)的應(yīng)用加以闡述。在食品檢驗過程中，應(yīng)根據(jù)未知樣品的特點，選擇適當(dāng)?shù)纳V-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，建立起高效、靈敏的檢測方法，對其進(jìn)行定性定量分析，以保證食品安全。

關(guān)鍵詞：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù);液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù);離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù);食品檢測

Application of Chromatography-Mass Spectrometry in Food Detection

SONG Jingjing， LIU Xue， LIN Xiaohui

（Jinan Center for Food and Drug Control， Jinan 250000， China）

Abstract： Chromatography-mass spectrometry is a type of technology that has developed rapidly in recent years. This paper reviews the application of chromatography-mass spectrometry in food detection. The principles and technical characteristics of GC-MS， LC-MS， and IC-MS， and the application of each technique is described with specific examples. In the process of food inspection， an appropriate chromatography-mass spectrometry technique should be selected according to the characteristics of unknown samples， an efficient and sensitive detection method should be established， and qualitative and quantitative analysis should be carried out to ensure food safety.

Keywords： GC-MS; LC-MS; IC-MS; food testing

質(zhì)譜法（Mass Spectrometry，MS）是運用不同的離子化技術(shù)將待測化合物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)離子，再按質(zhì)荷比對離子進(jìn)行分析檢測，從而確定物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的一種方法[1]。質(zhì)譜法具有靈敏度高、響應(yīng)時間短、分析速度快、信息量大和可測定分子式等特點，在分析測試領(lǐng)域中備受矚目。

1912年，英國學(xué)者J. J. Thomson研制出第一臺質(zhì)譜儀，并由此創(chuàng)立質(zhì)譜分析法。質(zhì)譜儀用于同位素及其相對豐度的分析測定。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）儀，使質(zhì)譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化，成為有機(jī)物分析的重要儀器。20世紀(jì)80年代后期，軟離子化技術(shù)的相繼問世，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，LC-MS）儀研制成功，隨著串聯(lián)質(zhì)譜儀的不斷改進(jìn)，質(zhì)譜法的應(yīng)用拓展到分析強(qiáng)極性、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定樣品和生物大分子的研究，迅速成為現(xiàn)代分析化學(xué)最前沿的領(lǐng)域之一。

1 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)概論

色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)將色譜技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)有效地結(jié)合起來，是目前分析復(fù)雜混合物的重要手段。在色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)中，色譜儀相當(dāng)于質(zhì)譜儀的進(jìn)樣和分離系統(tǒng)，質(zhì)譜儀相當(dāng)于色譜儀的檢測器，在食品檢測中，常用技術(shù)有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）、離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Ion Chromatography-Mass Spectrometry，IC-MS）等。

1.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）

GC-MS法利用GC系統(tǒng)的氣相色譜柱對未知樣品進(jìn)行分離，分離后的氣態(tài)分子進(jìn)入MS系統(tǒng)，被離子源轟擊成碎片離子，運用質(zhì)量分析器根據(jù)質(zhì)荷對帶電荷的碎片進(jìn)行分離、檢測和記錄，完成樣品的定性、定量分析[2]。GC-MS法常用于小分子的分離和檢測。

GC-MS法中MS系統(tǒng)常用的離子源主要有電子轟擊源（EI源）和化學(xué)電離源（CI源）。其中，EI源可以通過分子、離子來確定化合物的分子量，再通過碎片離子推出化合物結(jié)構(gòu)，這種方式適用于正離子的檢測，但不適用于負(fù)離子檢測。相比而言，CI源的碎片離子峰少，靈活度強(qiáng)，圖譜相對簡單，常作為負(fù)離子的主要檢測方法。常用的質(zhì)量分析器為四極桿分析器，可檢測的分子質(zhì)量上限通常是4 000 Da，分辨率約為103。GC-MS法常用來檢測食品中的農(nóng)藥殘留、獸藥殘留[3]、食品添加劑[4]和塑化劑殘留[5]等。

1.2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）

LC-MS法是以LC系統(tǒng)的液相色譜柱為分離手段、質(zhì)譜為檢測手段的分離分析方法。隨著大氣壓離子化（Atmospheric Pressure Ionization，API）和基質(zhì)輔助激光解吸離子化（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization，MALDI）技術(shù)的出現(xiàn)，LC-MS技術(shù)得到了快速的發(fā)展。

MS系統(tǒng)的離子源包括電噴霧離子源（Electron Spray Ionization，ESI）、大氣壓化離子源（Atmospheric Pressure Chemical Ionization，APCI）和大氣壓光離子化源（Atmospheric Pressure Photo-Ionization，APPI），它們可以使試樣組分的離子化在大氣壓條件下完成，離子化率高。目前，幾乎所有的LC-MS聯(lián)用儀都配備了ESI源和APCI源。LC-MS法中的MS系統(tǒng)，根據(jù)質(zhì)量范圍和分辨率，可分為低分辨質(zhì)譜技術(shù)和高分辨質(zhì)譜技術(shù)。低分辨質(zhì)譜技術(shù)采用三重四極桿分析器，高分辨質(zhì)譜技術(shù)多采用磁質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜和靜電場軌道阱質(zhì)譜等分析器。

LC-MS法可以分析強(qiáng)極性、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定性的化合物，具有分析范圍廣、分離能力強(qiáng)、定性分析結(jié)果可靠、檢測限低、靈敏度高和分析時間快等優(yōu)點[6]。LC-MS法常用來檢測食品中的藥物殘留、持久性有機(jī)污染物、生物毒素以及保健食品中的維生素、類胡蘿卜素和活性多糖等[7-8]。

1.3 離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（IC-MS）

離子色譜法也屬于液相色譜領(lǐng)域，但不同于常規(guī)液相色譜的是，離子色譜配有抑制器，可以有效降低背景，減小儀器噪音，提高儀器檢測的靈敏度[9]。離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以有效結(jié)合兩者的優(yōu)勢，實現(xiàn)多種成分的痕量檢測。與LC-MS法類似，其離子源多采用ESI源和APCI源，質(zhì)量分析多采用三重四極桿分析器。IC-MS法常用來分析檢測食品中的氯酸鹽、溴酸鹽[10-11]、單糖、小分子寡糖[12]和有機(jī)酸[13]等。

2 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用

2.1 GC-MS法在食品檢測中的應(yīng)用

2.1.1 GC-MS法檢測食品中的農(nóng)藥殘留

食品中的農(nóng)藥殘留主要有有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯等。多項食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中采用GC-MS法對食品中的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測，如《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食用菌中503種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》（GB 23200.15—2016）[14]、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)糧谷中475種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》（GB 23200.9—2016）[15]等。

多名學(xué)者對該方法也展開了研究。馬桂娟等[16]將枸杞籽油用乙腈提取，以QuEChERS方法為前處理技術(shù)，在質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測（Multiple Reaction?Monitoring，MRM）模式下，進(jìn)行基質(zhì)外標(biāo)法定量，建立了氣相色譜三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS）同時測定枸杞籽油中28種農(nóng)藥殘留的方法，能夠滿足枸杞籽油中28種農(nóng)藥殘留的定性和定量分析。楊衛(wèi)花等[17]用石墨化碳黑小柱和氟羅里硅柱雙柱結(jié)合凈化、氮吹濃縮，然后用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）檢測大米中農(nóng)藥馬拉硫磷殘留，該方法靈敏度高且可靠。

2.1.2 GC-MS法檢測食品中的獸藥殘留

薛良辰等[3]利用QuEChERS對樣品進(jìn)行前處理，通過在線凝膠滲透色譜-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對魚肉中的9種羥基類獸藥殘留進(jìn)行測定，經(jīng)驗證，該方法具有靈敏度高、準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點，可對魚肉中9種羥基類獸藥進(jìn)行定性、定量分析。

2.1.3 GC-MS法檢測食品中的添加劑

湛嘉等[4]建立了一種簡便快速的氣相色譜-質(zhì)譜（GC/MS）聯(lián)用檢測方法，通過GC/MS的選擇離子監(jiān)視模式（Selected Ion Monitoring，SIM）檢測，可以實現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)中的多種食品添加劑的檢出。

2.1.4 GC-MS法檢測食品中的塑化劑

張國民等[5]應(yīng)用氣相色譜-質(zhì)譜法測定了食品中17種危害人體健康的污染物——鄰苯二甲酸酯類（Phthalate Acid Esters，PAEs）塑化劑的含量。選擇了白酒等12種不同類別的食物作為分析樣品，色譜系統(tǒng)用非極性色譜柱（DB-5MS）、程序升溫控制對樣品進(jìn)行分離;質(zhì)譜系統(tǒng)采用電子轟擊離子源（EI源）和選擇離子監(jiān)測模式（SIM），對塑化劑進(jìn)行定性和定量分析，并推測其中測出的PAEs可能由生產(chǎn)過程中或之后的運輸、包裝等過程中接觸了塑料制品所致。

2.2 LC-MS法在食品檢測中的應(yīng)用

2.2.1 LC-MS法檢測食品中的藥物殘留

多項食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中采用LC-MS法對食品中的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測[18]。例如，《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 茶葉中448種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 液相色譜-質(zhì)譜法》（GB 23200.14—2016）[19]、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 果蔬汁和果酒中512種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 液相色譜-質(zhì)譜法》（GB 23200.14—2016）[20]等。

楊昌彪等[21]建立了液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS/MS）分析方法，對番茄中18種農(nóng)藥殘留進(jìn)行快速檢測，樣品經(jīng)QuEChERS方法凈化后，用LC-MS/MS進(jìn)行檢測。該方法對濃度為0.006～0.100 μg/mL的18種農(nóng)藥殘留均呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，適合批量樣品的檢測分析。

2.2.2 LC-MS法檢測食品中的有機(jī)污染物

蔡冬梅等[22]基于超高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜結(jié)合同位素內(nèi)標(biāo)法開發(fā)了蜂毒衍生品中蜂毒肽的準(zhǔn)確定量分析方法，樣本經(jīng)胰蛋白酶酶切后，過固相萃取小柱凈化，然后經(jīng)C18色譜分離，在ESI正離子模式下采用平行反應(yīng)檢測（Parallel Reaction Monitoring，PRM）進(jìn)行檢測分析。該方法可準(zhǔn)確定量蜂毒衍生產(chǎn)品中蜂毒肽的含量，保證了產(chǎn)品功效，具有重要的現(xiàn)實意義。

2.2.3 LC-MS法檢測食品中的生物毒素

邢曉楠[6]篩選出分離最佳色譜條件，并且在MRM模式下進(jìn)行離子檢測，建立起4種AIPs信號分子的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）檢測方法，并研究金黃色葡萄球菌AIPs分子信號及該分子對SEA和生物膜形成作用機(jī)理，可以快速準(zhǔn)確地對AIPs分子定性定量，明確環(huán)境會影響AIPs分子的產(chǎn)生。

2.2.4 LC-MS法檢測保健食品中的成分

全文琴等[23]建立起高效液相色譜/電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用分析方法，利用C8色譜柱對樣品進(jìn)行分離，在電噴霧負(fù)離子模式下，質(zhì)譜對m/z 301、m/z 327和m/z 269進(jìn)行選擇離子監(jiān)測。該方法可快速、簡單、準(zhǔn)確地測定魚油樣品中EPA和DHA兩種ω-3PUFA含量。

2.3 IC-MS法在食品檢測中的應(yīng)用

2.3.1 IC-MS法檢測食品中的氯酸鹽和溴酸鹽

封麗娟等[10]用Dionex AS16離子交換色譜柱、梯度洗脫分離化合物，采用電噴霧離子源負(fù)離子掃描（ESI-），在多反應(yīng)監(jiān)控（MRM）模式下測定面制品中溴酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽。

高峰等[11]選用高容量、強(qiáng)親水性的陰離子交換柱IonPac AS19進(jìn)行分離，以KOH溶液為淋洗液，采用梯度淋洗，淋洗液經(jīng)過抑制器抑制后直接進(jìn)入質(zhì)譜（ESI-MS），負(fù)離子模式進(jìn)行檢測，建立一種測定碳酸飲料中亞氯酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽的離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法，適用于碳酸飲料中亞氯酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽的同時測定。

2.3.2 IC-MS法檢測食品中的單糖、小分子寡糖

張濤等[12]將樣品粉碎后加入去離子水超聲提取，經(jīng)Carbopac PA20色譜柱分離，以EGC在線產(chǎn)生KOH為淋洗液，梯度淋洗，采用柱后補(bǔ)液法（Na+源），串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)檢測，建立了咖啡豆中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、蔗糖、木糖、甘露糖、果糖和核糖的IC-MS分析方法。該方法解決了不同含碳量的糖之間的假陽性問題，可實現(xiàn)咖啡豆中典型單糖和小分子寡糖的同時測定。

2.3.3 IC-MS法檢測食品中的有機(jī)酸

熊治渝等[13]利用離子色譜配備自制富集柱和分離柱對有機(jī)酸進(jìn)行在線富集和分離，采用質(zhì)譜大氣壓化學(xué)電離源負(fù)離子電離方式（APCI-），在選擇離子監(jiān)控（SIM）模式下對有機(jī)酸進(jìn)行定性和定量分析，建立了在線富集方式結(jié)合離子色譜-質(zhì)譜（IC-MS）快速分離分析16種有機(jī)酸的方法。該方法樣品前處理簡單，分離速度快，有機(jī)酸檢測靈敏度高，適用于多種飼料添加劑樣品中有機(jī)酸添加劑的檢測。

3 結(jié)語

本文綜述了色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理和分類，通過實例分析了該技術(shù)在食品檢驗中的應(yīng)用。這類技術(shù)具有分析快速、靈敏度高和定性定量分析的準(zhǔn)確性高等優(yōu)點。食品行業(yè)的發(fā)展日新月異，對食品質(zhì)量的監(jiān)管也提出了更高的要求，食品檢驗部門的檢驗手段應(yīng)隨之更新、提升。一些新出現(xiàn)的有毒有害化合物大都可充分利用該技術(shù)，建立起快速、靈敏、準(zhǔn)確和可靠的檢測方法，對其進(jìn)行有效篩選、定性，并分析其安全限度，為保障人們的飲食安全和生命健康提供有力的技術(shù)支撐。

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