氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在防腐劑檢測(cè)中的應(yīng)用分析

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，簡(jiǎn)稱GC-MS）具有優(yōu)異的分析性能，能夠?qū)κ称窐悠分械膹?fù)雜混合物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定性與定量分析，尤其適用于揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測(cè)。GC-MS在食品防腐劑檢測(cè)中的應(yīng)用涉及食品科學(xué)、分析化學(xué)、公共衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和方法優(yōu)化，GC-MS不僅能夠提高食品防腐劑檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，更能在保障食品安全、維護(hù)公眾健康方面發(fā)揮重要作用。

一、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）概述

（一）技術(shù)原理

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是一種結(jié)合了氣相色譜（GC）和質(zhì)譜（MS）兩種分析技術(shù)的高效檢測(cè)方法，通過氣相色譜儀對(duì)混合物中的組分進(jìn)行分離，并利用質(zhì)譜儀對(duì)分離后的各組分進(jìn)行檢測(cè)和分析，被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜樣品中微量成分的分離、鑒定和定量環(huán)節(jié)。

具體而言，GC-MS的工作原理是基于氣相色譜部分，利用氣體作為移動(dòng)相，通過控制色譜柱內(nèi)的溫度使樣品中的各組分在氣體移動(dòng)相推動(dòng)下，基于其在固定相（色譜柱涂層）上的不同吸附力或溶解度被不同程度地延遲，從而實(shí)現(xiàn)分離。在各組分被色譜柱分離后，會(huì)依序進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行下一步的分析。質(zhì)譜儀的工作原理是利用電子撞擊源將進(jìn)入的分子電離而產(chǎn)生正離子，這些離子隨后被加速并進(jìn)入質(zhì)量分析器，在質(zhì)量分析器中根據(jù)離子質(zhì)荷比進(jìn)行分離，并由探測(cè)器檢測(cè)。

（二）技術(shù)優(yōu)勢(shì)

一是出色的分離能力。氣相色譜可通過不同化合物在氣相色譜柱上的不同滯留時(shí)間實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離，這一過程依賴于樣品中各組分在固定相和移動(dòng)相間的相對(duì)親和力差異。由于不同化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)存在差異，在色譜柱上的移動(dòng)速度也各不相同，有助于實(shí)現(xiàn)有效分離。

二是可對(duì)多組分樣品進(jìn)行高效分析。即在一個(gè)分析周期內(nèi)，GC-MS可以同時(shí)對(duì)樣品中的多種化合物進(jìn)行分離、檢測(cè)和鑒定。

三是靈敏度極高。GC-MS能夠檢測(cè)到極低濃度的化合物，其檢測(cè)限可達(dá)到皮克（pg）級(jí)別，對(duì)于保護(hù)人類健康和環(huán)境安全具有重要作用。

二、食品防腐劑及其檢測(cè)需求分析

（一）食品防腐劑的分類及應(yīng)用

根據(jù)來源，食品防腐劑可以分為化學(xué)防腐劑和天然防腐劑兩大類。

化學(xué)防腐劑是人工合成或化學(xué)改性獲得的化合物，可抑制微生物生長和繁殖或直接殺滅微生物，具有作用范圍廣、效果顯著和成本相對(duì)低廉的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化食品生產(chǎn)。常見的化學(xué)防腐劑包括苯甲酸及其鹽類、山梨酸及其鹽類、對(duì)羥基苯甲酸酯、亞硝酸鹽等，主要用于加工食品、飲料、糕點(diǎn)、肉制品等，以防止霉菌和細(xì)菌生長。

天然防腐劑主要來源于植物、動(dòng)物或微生物，包括各種天然提取物和精油，其防腐機(jī)制多樣，包括抗菌、抗氧化和抑制酶活性等。比如，迷迭香提取物具有強(qiáng)大的抗氧化能力，可用于油脂類食品的防腐；蜂蜜因含有過氧化氫和低pH而具有天然的防腐特性；乳酸菌在發(fā)酵食品中通過產(chǎn)生有機(jī)酸、降低pH，可抑制有害微生物生長。天然防腐劑的優(yōu)點(diǎn)在于安全性高，能夠滿足消費(fèi)者對(duì)健康和自然的追求，但在某些情況下，其防腐效果不如化學(xué)防腐劑穩(wěn)定和顯著。

（二）食品防腐劑檢測(cè)的重要性

合理使用食品防腐劑，有助于保證食品安全，防止食源性疾病。無論是來源于化學(xué)合成還是天然提取，防腐劑的添加必須嚴(yán)格控制在安全范圍內(nèi)，過量使用或?yàn)E用防腐劑不僅會(huì)破壞食品的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，還會(huì)引發(fā)消費(fèi)者的健康問題。因此，要利用精確的檢測(cè)手段對(duì)食品中防腐劑的種類及含量進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，從而有效防范食品安全風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)消費(fèi)者的健康權(quán)益。

不同國家和地區(qū)對(duì)食品添加劑的使用標(biāo)準(zhǔn)存在差異，隨著全球化貿(mào)易的不斷擴(kuò)展及消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量要求的日益提高，食品防腐劑檢測(cè)成為國際食品貿(mào)易中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)進(jìn)出口食品中防腐劑含量的嚴(yán)格監(jiān)測(cè)也成為確保食品在全球市場(chǎng)流通的前提條件。

（三）常見防腐劑的檢測(cè)方法

色譜法特別是液相色譜法（HPLC）和氣相色譜法（GC），具有高分辨率和高精確度，是檢測(cè)食品中過氧化氫殘留的重要手段。液相色譜法依賴不同化合物在移動(dòng)相（溶劑）和固定相（色譜柱）間不同的分配系數(shù)而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離，當(dāng)加入含有過氧化氫的樣品時(shí)，過氧化氫在色譜柱上的行為與其他物質(zhì)不同，可以通過特定檢測(cè)器來準(zhǔn)確檢測(cè)。色譜法具有高靈敏度和較寬的線性響應(yīng)范圍，可以檢測(cè)到非常低濃度的過氧化氫，適用于對(duì)食品安全要求極高的場(chǎng)合。

酶促法利用過氧化氫在特定條件下能夠與某些酶發(fā)生反應(yīng)的特性，通過測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)物變化來定量分析過氧化氫含量。最常用的是過氧化氫酶法，其原理是過氧化氫在過氧化氫酶作用下會(huì)分解產(chǎn)生水和氧氣，并同時(shí)將某種底物氧化，產(chǎn)生顏色變化，測(cè)量顏色的變化程度即可間接測(cè)定過氧化氫的濃度。酶促法的優(yōu)勢(shì)在于特異性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便且不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，適合于快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和大批量樣品的初步篩查。

三、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

在食品防腐劑檢測(cè)中的應(yīng)用

（一）食品中多種防腐劑的同時(shí)定性定量分析

GC-MS結(jié)合了氣相色譜的高效分離能力和質(zhì)譜的精確鑒定能力，能夠在單一分析過程中同時(shí)鑒定和分析食品樣品中的多種防腐劑。具體而言，通過選擇適宜的色譜柱、調(diào)整載氣流速和溫度程序，GC-MS可實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中多種成分的有效分離，而質(zhì)譜分析提供的分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)信息也可用于鑒定各分離出的組分。由此可見，對(duì)于復(fù)雜的食品矩陣，GC-MS技術(shù)可以準(zhǔn)確地對(duì)其防腐劑成分進(jìn)行鑒定。

事實(shí)上，GC-MS不僅能夠鑒定食品中存在的多種防腐劑，還能準(zhǔn)確測(cè)定其含量。通過采用內(nèi)標(biāo)法或外標(biāo)法等定量策略，以及結(jié)合精細(xì)調(diào)節(jié)的質(zhì)譜檢測(cè)參數(shù)如離子選擇監(jiān)測(cè)（SIM）模式等，GC-MS可以實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中防腐劑痕量級(jí)至微量級(jí)的準(zhǔn)確定量，進(jìn)而評(píng)估食品的安全性，還可以監(jiān)控食品加工過程中防腐劑的使用效率，為食品質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)，為食品工業(yè)安全監(jiān)管提供有力的技術(shù)支撐。

（二）食品防腐劑的痕量檢測(cè)與靈敏度分析

GC-MS具備極高的檢測(cè)靈敏度，可通過優(yōu)化色譜分離條件和精細(xì)調(diào)節(jié)質(zhì)譜檢測(cè)參數(shù)對(duì)食品樣品中的防腐劑進(jìn)行高效分離，并準(zhǔn)確鑒定各化合物成分。特別是在離子選擇監(jiān)測(cè)（SIM）模式下，通過聚焦于特定的幾種離子，GC-MS可以顯著提高對(duì)目標(biāo)防腐劑的檢測(cè)靈敏度，探測(cè)極低濃度的防腐劑殘留，達(dá)到微量乃至痕量級(jí)別的檢測(cè)。

食品樣品往往包含復(fù)雜的矩陣，如蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等，這些成分會(huì)對(duì)防腐劑的檢測(cè)造成干擾。GC-MS通過精心設(shè)計(jì)的樣品前處理流程，包括萃取、凈化和衍生化等步驟，可以有效去除或緩解這些干擾物的影響，極大地提升了GC-MS在復(fù)雜食品矩陣中進(jìn)行防腐劑痕量檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

（三）食品安全監(jiān)管中的防腐劑來源追蹤與鑒定

GC-MS能夠提供防腐劑成分的詳細(xì)分子結(jié)構(gòu)信息，這些信息就如同每種防腐劑獨(dú)有的“分子指紋”，可用于精確鑒定食品中防腐劑的種類。因此，GC-MS只需要比對(duì)數(shù)據(jù)庫中已知防腐劑標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)譜圖譜，就能夠識(shí)別食品樣品中的特定防腐劑，并分析其來源。在實(shí)踐中，對(duì)于不同制造商生產(chǎn)的同一種防腐劑，由于原料或生產(chǎn)過程不同，其“分子指紋”上會(huì)留下微妙的差別。GC-MS可準(zhǔn)確捕捉到這些細(xì)微差異，并追溯食品中防腐劑的具體來源，為食品安全監(jiān)管和供應(yīng)鏈管理提供強(qiáng)大的技術(shù)手段。

除了“分子指紋”分析，GC-MS還能結(jié)合穩(wěn)定同位素比率分析（IRMS）進(jìn)一步追蹤防腐劑的來源。不同地理環(huán)境中生產(chǎn)的生物原料，其穩(wěn)定同位素比率會(huì)呈現(xiàn)出特定模式，并反映在通過這些原料合成的防腐劑中。GC-MS聯(lián)合IRMS分析方法能夠準(zhǔn)確測(cè)定防腐劑中特定元素的同位素比率，從而推斷防腐劑的地理來源或原料來源，為食品添加劑的非法添加、偽造和摻假行為鑒定提供依據(jù)。

四、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

的局限性及改進(jìn)策略

（一）局限性

首先，復(fù)雜的操作流程和技術(shù)要求限制了GC-MS的廣泛應(yīng)用。GC-MS操作要求較高，需要具備專業(yè)知識(shí)和技能的人員進(jìn)行樣品的準(zhǔn)備、系統(tǒng)的配置，以及數(shù)據(jù)的分析和解讀。在樣品準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，萃取、濃縮和衍生化等多個(gè)步驟都需要精確控制，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。GC-MS系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置如色譜的選擇、載氣流速、溫度程序以及質(zhì)譜的離子化方式等，也需要根據(jù)具體分析目的進(jìn)行優(yōu)化。得到質(zhì)譜數(shù)據(jù)后，還需要通過專業(yè)軟件進(jìn)行處理和解讀，這不僅需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，還需要對(duì)相關(guān)化合物的譜圖有深入理解。

其次，GC-MS設(shè)備本身及其運(yùn)行的成本較高，對(duì)于一些小型實(shí)驗(yàn)室或發(fā)展中國家的檢測(cè)機(jī)構(gòu)來說是一種經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

最后，在一些非揮發(fā)性或極性較高的化合物檢測(cè)中，GC-MS也存在局限性。這一技術(shù)依賴于樣品的揮發(fā)性，以實(shí)現(xiàn)化合物的有效分離和檢測(cè)，而對(duì)于那些在分析溫度下難以揮發(fā)或在色譜柱上難以有效分離的化合物，如某些大分子多糖類防腐劑等，則無法提供準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。盡管可以通過衍生化等化學(xué)處理步驟改善這些化合物的揮發(fā)性和檢測(cè)性能，但這些額外的處理步驟不僅會(huì)增加樣品準(zhǔn)備的復(fù)雜度和分析時(shí)間，還會(huì)引入額外變量，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來不利影響。

（二）改進(jìn)策略

針對(duì)技術(shù)及成本局限，可以建立共享平臺(tái)，允許多個(gè)機(jī)構(gòu)共用一套設(shè)備，以分?jǐn)偢甙旱脑O(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用，或推廣更經(jīng)濟(jì)性的檢測(cè)技術(shù)，如氣相色譜-火焰離子化檢測(cè)（GC-FID）等，作為GC-MS的輔助或預(yù)篩選工具。而對(duì)于需要高精度分析的樣品，則采用GC-MS進(jìn)行深入檢測(cè)。

針對(duì)非揮發(fā)性或高極性化合物的檢測(cè)局限，可采用衍生化技術(shù)改善被測(cè)物質(zhì)的揮發(fā)性和穩(wěn)定性，使其更適合GC-MS分析。衍生化反應(yīng)可以通過引入揮發(fā)性的保護(hù)基團(tuán)，增加分析物的揮發(fā)性和穩(wěn)定性，提高檢測(cè)效率；也可以使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）作為補(bǔ)充，為那些難以通過GC-MS有效檢測(cè)的非揮發(fā)性或高極性化合物提供有效的分析手段。

作者簡(jiǎn)介：武笑穎（1992-），女，漢族，山東濟(jì)南人，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称窓z測(cè)。