氣相色譜技術(shù)及在糧油食品檢測(cè)中的應(yīng)用

胡桂英，劉盛星

（長(zhǎng)春市糧油衛(wèi)生檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)站，吉林長(zhǎng)春 130103）

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提升，食品種類(lèi)逐漸多樣化，食品安全意識(shí)也在不斷提升，為了確保人們的生命健康，我國(guó)食品監(jiān)管部門(mén)建立了多種食品標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)增加了市場(chǎng)抽檢覆蓋程度。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)也在持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。氣相色譜技術(shù)具有靈敏高度、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于化妝品、藥品、食品、化工以及環(huán)境等領(lǐng)域，本文就氣相色譜技術(shù)以及其在糧油食品檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 氣相色譜技術(shù)

1.1 簡(jiǎn)介

氣相色譜法就是用氣體作為流動(dòng)相的色譜法。氣相色譜法是由英國(guó)科學(xué)家Martin和Synge研究液-液分離色譜時(shí)提出的一種大膽的假設(shè)，并在同年發(fā)表論文，提出“流動(dòng)相不一定是液體，也可以是蒸汽-以永久性氣體帶動(dòng)揮發(fā)性混合物，在色譜柱中通過(guò)裝有浸透不揮發(fā)性溶劑的固體時(shí)，可以得到很好的分離”，從此氣相色譜法正式進(jìn)入科學(xué)界。第一臺(tái)氣相色譜儀是由捷克色譜學(xué)家Jaroslav Janlik在1947年發(fā)明的，有較大的缺陷，后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷研究與改進(jìn)，在1955年時(shí)，第一臺(tái)商業(yè)氣相色譜儀誕生，逐漸被應(yīng)用于科學(xué)研究領(lǐng)域。

氣相色譜法根據(jù)固定相種類(lèi)分為氣固色譜法與氣液色譜法。兩種方法中，流動(dòng)相均為氣體，不同的是氣固色譜法中固定相是固體，如活性炭等；氣液色譜法中固定相為液體，如聚乙二醇[1]。分析用色譜柱通常為毛細(xì)管柱與填充柱，兩種氣相色譜法在檢測(cè)分析中均被廣泛使用。目前，氣相色譜儀已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且提高了分析檢測(cè)的效率。

氣相色譜儀也可與其他分析儀器聯(lián)合使用，如與質(zhì)譜儀相連接從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未知成分的分離與定性分析，這種組合稱為氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用。部分氣質(zhì)聯(lián)用儀還與核磁共振波譜儀相連接，后者作為輔助的檢測(cè)器，這種儀器稱為氣相色譜-質(zhì)譜-核磁共振聯(lián)用。部分色譜-質(zhì)譜-核磁共振聯(lián)用儀還與紅外光譜儀連接，后者作為輔助的檢測(cè)器，這種組合叫做氣相色譜-質(zhì)譜-核磁共振-紅外 聯(lián)用。

1.2 原理

氣相色譜技術(shù)主要是利用待測(cè)成分自身的沸點(diǎn)、吸附能力、熱穩(wěn)定特性等特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同成分的分離與分析，即氣相色譜法適用于易于揮發(fā)且不發(fā)生分解的化合物[2]。將待測(cè)樣品注入進(jìn)樣器中，樣品經(jīng)過(guò)高溫轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)性物質(zhì)，通過(guò)惰性氣體如氮?dú)?、氦氣等流?dòng)相將其帶入色譜柱。由于色譜柱的固定相對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)的吸附或溶解能力不同，即待測(cè)物質(zhì)內(nèi)各組分在色譜柱固定相與流動(dòng)相-載氣之間的分配系數(shù)不同，因此揮發(fā)性物質(zhì)在色譜柱固定相中被載氣與固定相反復(fù)進(jìn)行分配與再分配時(shí)，各組分沿著色譜柱的運(yùn)動(dòng)速度不同。根據(jù)相似相容原理，分配系數(shù)小的組分在固定相中滯留的時(shí)間短，先從色譜柱的尾端流出，分配系數(shù)越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)物質(zhì)的分離純化，通過(guò)檢測(cè)器非電量轉(zhuǎn)換，輸出的電信號(hào)在一定范圍內(nèi)與待測(cè)物質(zhì)的濃度呈線性關(guān)系，最終以色譜圖的方式展現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定量分析。計(jì)算方法通常有外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、峰面積歸一化法等，均能對(duì)待測(cè)成分進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量。

1.3 系統(tǒng)組成

氣相色譜儀主要是由載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)以及檢測(cè)系統(tǒng)4部分組成。

1.3.1 載氣系統(tǒng)

載氣系統(tǒng)的作用是為氣相色譜儀持續(xù)提供流動(dòng)相，通常由氣源瓶、氣體發(fā)生器、壓力控制閥組成。氮?dú)鈱儆诙栊詺怏w，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是氣相色譜檢測(cè)中較為常用的一種載氣。

1.3.2 進(jìn)樣系統(tǒng)

進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣器與氣化室。進(jìn)樣器通常有手動(dòng)微量注射器與自動(dòng)進(jìn)樣器，為提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，自動(dòng)化進(jìn)樣器已經(jīng)逐步取代手動(dòng)微量注射器。待分析樣品被進(jìn)樣器采集后進(jìn)入氣化室，通過(guò)高溫將待分析物質(zhì)氣化，以實(shí)現(xiàn)被流動(dòng)相帶入色譜柱的目的。

1.3.3 分離系統(tǒng)

待測(cè)物質(zhì)的分離主要是依靠色譜柱實(shí)現(xiàn)，色譜柱有固定相與柱管組成，根據(jù)其直徑與固定相的不同，又分為填充柱與毛細(xì)管柱。毛細(xì)管柱作為氣相色譜法分離分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其種類(lèi)的選擇具有關(guān)鍵作用，色譜柱的參數(shù)通常包括固定相種類(lèi)、膜厚、內(nèi)徑以及長(zhǎng)度。在選擇時(shí)需要對(duì)待分析物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、極性、化學(xué)物理特性進(jìn)行分析，如極性或可極化組分樣品能夠在中極性和/或可極化固定相色譜柱上進(jìn)行分析，可以使用含有苯基或類(lèi)似基團(tuán)的固定相，需要更高極性可以選擇聚乙二醇為固定相。薄膜比厚膜洗脫組分快、峰分離好、溫度低，一般常用的膜厚為0.25～0.50 μm，具體可根據(jù)待分析物質(zhì)的沸點(diǎn)進(jìn)行選擇，如流出溫度在100～200 ℃的物質(zhì)可選用1.0～1.5 μm的濾膜；在膜厚不變的情況下，內(nèi)徑的大小關(guān)系到色譜柱對(duì)樣品的承載量，大內(nèi)徑樣品容量大，但降低了色譜柱的分離能力且流失較大，對(duì)復(fù)雜樣品的分離不利；小孔徑能夠提高復(fù)雜樣品的分離度，需要根據(jù)樣品的復(fù)雜程度進(jìn)行選擇判斷。色譜柱的長(zhǎng)度對(duì)樣品的分離影響較小，但增加色譜柱長(zhǎng)度會(huì)延長(zhǎng)樣品的保留時(shí)間，增加分析時(shí)間，降低效率。

部分氣相色譜儀會(huì)配有柱溫箱，為色譜柱提供相應(yīng)的溫度，有研究顯示，有些物質(zhì)在不同的溫度下，其分配系數(shù)有所變化，對(duì)色譜峰形狀以及出峰時(shí)間有影響。

1.3.4 檢測(cè)系統(tǒng)

氣相色譜法中可以使用的檢測(cè)器種類(lèi)較多，最常用的有火焰電離檢測(cè)器與熱導(dǎo)檢測(cè)器。這兩種檢測(cè)器對(duì)很多種分析成分均具有較高的靈敏度與較寬的檢測(cè)范圍。熱導(dǎo)檢測(cè)器屬于通用型檢測(cè)器，適用于在檢測(cè)器溫度條件熱導(dǎo)性能與載氣不同的任何物質(zhì)。火焰電離檢測(cè)器適用于烴類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)，檢測(cè)靈敏度高于熱導(dǎo)檢測(cè)器。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，兩種檢測(cè)器可以分別使用，也可串聯(lián)使用（樣品先進(jìn)入熱導(dǎo)檢測(cè)器，后進(jìn)入火焰電離檢測(cè)器），對(duì)結(jié)果進(jìn)行互相補(bǔ)充。除上述兩種常用的檢測(cè)器還有放電離子化檢測(cè)器（DID，通過(guò)高壓放電來(lái)產(chǎn)生離子）、電子俘獲檢測(cè)器（使用β放射線源（電子流）來(lái)測(cè)量樣品對(duì)電子的俘獲能力）、火焰光度檢測(cè)器、火焰電離檢測(cè)器、霍爾電導(dǎo)檢測(cè)器、氦離子化檢測(cè)器和氮磷檢測(cè)器等，但由于其監(jiān)測(cè)的化合物種類(lèi)較少，在日常使用中并不常見(jiàn)。

1.4 氣相色譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

氣相色譜法利用不同物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，實(shí)現(xiàn)分離。同時(shí)，還具有以下優(yōu)點(diǎn)。①靈敏度較高。在痕量分析方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，其檢測(cè)限可以達(dá)到ng級(jí)別。②檢測(cè)范圍廣。氣相色譜法可以在較寬的濃度范圍內(nèi)進(jìn)行成分的檢測(cè)與分析，濃度與電信號(hào)相關(guān)性較高，具有較好的線性關(guān)系。③分析時(shí)間短。能夠?qū)?fù)雜樣品實(shí)現(xiàn)一次性分析，分析時(shí)間一般在 60 min以內(nèi)，有時(shí)僅需10 min左右。④對(duì)樣品量要求較低。一次分析僅需要進(jìn)樣幾微升，對(duì)于難于獲取的樣品或經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的樣品具有較高的可操作性。⑤自動(dòng)化程度高。實(shí)驗(yàn)人員僅需將預(yù)處理結(jié)束的樣品放置在自動(dòng)進(jìn)樣器中，即可安排其他工作，降低人員工作量，可一次性實(shí)現(xiàn)多樣品的測(cè)定。⑥具有環(huán)保性。在分析過(guò)程中避免使用有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境以及試驗(yàn)人員無(wú)危害?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，氣相色譜法已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中，如應(yīng)用在石油烴的檢測(cè)、污水中陰離子的檢測(cè)、糧油食品中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)、重金屬的檢測(cè)等。

2 氣相色譜技術(shù)在糧油食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 農(nóng)藥殘留情況的檢測(cè)

在農(nóng)業(yè)種植過(guò)程中，需要使用農(nóng)藥來(lái)防治農(nóng)作物病蟲(chóng)害以及控制雜草的生長(zhǎng)，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，部分種植者為了追求效果而過(guò)度使用農(nóng)藥，造成糧油產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)。農(nóng)藥通常由有毒化合物組成，如敵敵畏、滴滴涕、百草枯等具有致癌、致突變等作用[3-4]。痕量的農(nóng)藥殘留通過(guò)富集作用蓄積在人體中，也會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在危害，威脅消費(fèi)者的生命健康。為了確保食品安全，我國(guó)制定了多項(xiàng)不同種類(lèi)產(chǎn)品關(guān)于農(nóng)藥殘留檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如《糙米中50種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量的測(cè)定》 （GB/T 5009.207—2008）、《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 植物源性食品中208種農(nóng)藥及其代謝物殘留量的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法》（GB 23200.113—2018）、 《食品安全國(guó)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(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》 （GB 23200.9—2016）、《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 糧谷和大豆中11種除草劑殘留量的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》 （GB 23200.24—2016）等。在檢測(cè)過(guò)程中利用農(nóng)藥殘留的主要成分均為可揮發(fā)性物質(zhì)且在高溫情況下具有熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，通過(guò)氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)多種成分的定性與定量分析。

2.2 重金屬含量的檢測(cè)

重金屬包括砷、汞、鎘、鉛等元素，其進(jìn)入人體后因無(wú)法代謝而在體內(nèi)沉積，一旦超標(biāo)會(huì)使蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，對(duì)身體造成傷害，出現(xiàn)頭暈、四肢麻木等癥狀，因此對(duì)食品中的重金屬含量進(jìn)行測(cè)定具有重要的意義[5-6]?！妒称钒踩珖?guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑中重金屬限量試驗(yàn)》（GB 5009.74—2014）在該方法中推薦的使用方法為比色法，但該方法不能夠準(zhǔn)確定量。采用氣相色譜法可以對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性與定量，提高分析的靈敏度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高工作效率，降低工作人員工作量。

2.3 食用植物油中抗氧化劑含量的檢測(cè)

植物油是由不飽和脂肪酸和甘油化合而成的化合物，廣泛分布于自然界中，是從植物的果實(shí)、種子、胚芽中得到的油脂，如花生油、豆油、亞麻油、蓖麻油和菜子油等，是居民日常生活中必不可少的民生物品。由于植物油在儲(chǔ)存過(guò)程中，受到溫度、光照等因素的影響，不飽和脂肪酸發(fā)生氧化反應(yīng)，從而降低植物油的品質(zhì)，同時(shí)在氧化還原過(guò)程中可能產(chǎn)生醇類(lèi)等物質(zhì)，人體食用后會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生不利的影響。許多商家為了避免或減少儲(chǔ)存過(guò)程中植物油的氧化反應(yīng)，會(huì)添加抗氧化劑，如沒(méi)食子酸丙酯、叔丁基對(duì)羥基茴香醚等，但添加量超過(guò)人體限度后，同樣會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生傷害?！妒称钒踩珖?guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中9種抗氧化劑的測(cè)定》（GB 5009.32—2016）中利用氣相色譜分離與質(zhì)譜法實(shí)現(xiàn)對(duì)未知成分的分離與分析。

2.4 食用植物油溶劑殘留量的檢測(cè)

食用植物油的生產(chǎn)工藝分為化學(xué)取油法（浸出法）和物理提取法（壓榨法）。在使用化學(xué)取油法時(shí)，會(huì)使用溶劑-6號(hào)溶劑（N,N-二甲基乙酰胺），浸出結(jié)束后需要將其去除，但由于不同企業(yè)的生產(chǎn)工藝、過(guò)程質(zhì)量控制不同，對(duì)N,N-二甲基乙酰胺去除程度也不同。我國(guó)在《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》 （GB 2716—2018）中明確規(guī)定了溶劑殘留限度，并制定了《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中溶劑殘留量的測(cè)定》（GB 5009.262—2016）對(duì)溶劑殘留量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法即為氣相色譜法。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)食品安全意識(shí)的不斷提高，對(duì)食品檢測(cè)方法的靈敏度也提出了更高的要求，氣相色譜法作為一種靈敏度高、自動(dòng)化程度高的檢測(cè)技術(shù)，在糧油食品檢測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，該方法作為一種分離方法與其他檢測(cè)方法連用，加強(qiáng)了對(duì)未知成分的鑒定分析能力。但該方法對(duì)操作人員具有較高的要求，檢驗(yàn)單位需對(duì)操作人員加強(qiáng)培訓(xùn)，充分了解樣品的復(fù)雜性，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。