基于氣相色譜法的食品安全風險監(jiān)測技術

摘 要：本文探討了氣相色譜法在食品安全風險監(jiān)測中的應用，主要針對農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染物、食品添加劑濫用等食品安全問題，系統(tǒng)分析了從樣品前處理、色譜分離到檢測的全過程。優(yōu)化氣相色譜分析流程，并綜合運用樣品前處理技術、聯(lián)用技術和化學計量學方法，可有效提高復雜基質(zhì)中目標物的檢測靈敏度和準確性，為食品安全風險防控提供重要的技術支撐。

關鍵詞：氣相色譜法；食品安全；風險監(jiān)測

Abstract： This paper discusses the application of gas chromatography in food safety risk monitoring， and in view of pesticide residues， environmental pollutants， abuse of food additives and other food safety problems， systematically analyzed the entire process from sample pretreatment， chromatographic separation to detection. The optimization of the gas chromatography analysis process and the comprehensive application of sample pretreatment techniques， combination techniques， and chemometric methods can effectively improve the detection sensitivity and accuracy of target substances in complex matrices， providing important technical support for food safety risk prevention and control.

Keywords： gas chromatography; food safety; risk monitoring

近年來，我國高度重視食品安全風險監(jiān)測，出臺了《中華人民共和國食品安全法》等一系列法律法規(guī)和政策文件，為保障食品安全提供了制度保障。然而，當前我國食品安全形勢依然嚴峻，農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染物、非法添加劑等問題仍然存在，急需加強食品安全風險監(jiān)測，為風險防控提供必要的科學依據(jù)[1]。氣相色譜法以其高靈敏度、強分離能力等優(yōu)勢，在食品安全風險監(jiān)測領域得到了廣泛應用。本文圍繞氣相色譜法在食品安全風險監(jiān)測中的應用展開論述，以期為提升我國食品安全風險監(jiān)測能力提供參考。

1 食品安全風險監(jiān)測的主要范疇

食品安全風險監(jiān)測是一項復雜的系統(tǒng)工程，涵蓋了從農(nóng)田到餐桌的全過程。其主要包括對農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、重金屬污染、微生物污染以及食品添加劑濫用等方面的監(jiān)測。以農(nóng)藥殘留監(jiān)測為例，有機磷、擬除蟲菊酯、氨基甲酸酯等常見農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，可有效解決農(nóng)作物病蟲害問題，但其極易通過農(nóng)作物、水體等途徑進入食品鏈，給消費者帶來潛在的食品安全隱患。在畜禽養(yǎng)殖過程中，抗生素的濫用可導致其在動物源性食品中的殘留超標，增加細菌耐藥性風險[2]。在食品生產(chǎn)加工過程中，亞硝酸鹽、山梨酸等食品添加劑的不當使用，可能會引發(fā)亞硝胺等有害物質(zhì)的生成。此外，工業(yè)廢水排放、汽車尾氣等環(huán)境污染問題也會導致食品中鉛、汞、鎘等重金屬含量超標；沙門氏菌、李斯特菌、大腸桿菌O157等致病菌在生鮮食品中的污染問題尤為突出，極易引發(fā)群體性食源性疾病。

2 氣相色譜法基本原理分析

氣相色譜法是一種基于化合物在固定相和氣態(tài)流動相之間分配系數(shù)差異而實現(xiàn)分離的分析技術。其基本原理是待測樣品經(jīng)汽化后，在載氣（如氮氣、氦氣等）的吹掃下，進入色譜柱，并在柱內(nèi)與固定相發(fā)生相互作用。由于不同化合物與固定相的親和力不同，其在柱內(nèi)的遷移速率也存在差異，從而實現(xiàn)化合物分離。分離后的物質(zhì)會進入檢測器，然后根據(jù)其信號響應強度和保留時間即可實現(xiàn)定性、定量分析。以農(nóng)藥殘留檢測為例，基質(zhì)中復雜的共存干擾成分會嚴重影響分析結(jié)果的準確性[3]。采用氣相色譜法時，可根據(jù)農(nóng)藥組分的理化性質(zhì)選擇合適的固定相材料，如聚二甲基硅氧烷型、聚乙二醇型、氰丙基苯基型等。樣品在高溫汽化后，各組分在柱內(nèi)與固定相相互作用，即極性農(nóng)藥組分會優(yōu)先與極性固定相結(jié)合，滯留在柱內(nèi)；非極性組分則隨載氣快速流出，從而實現(xiàn)極性/非極性組分的有效分離。同時，由于不同農(nóng)藥組分與固定相的結(jié)合能力不同，其在柱內(nèi)的遷移速率存在差異，這也進一步提高了農(nóng)藥組分的分離效率。此外，檢測器類型多樣，如氫火焰離子化檢測器（Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID）、電子捕獲檢測器（Electron Capture Detector，ECD）、氮磷檢測器（Nitrogen Phosphorus Detector，NPD）和質(zhì)譜檢測器（Meso Scale Discovery，MSD）等，進行農(nóng)藥殘留檢測時，可根據(jù)農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)特點選擇適宜的檢測器，以實現(xiàn)高靈敏度和高選擇性檢測。

3 基于氣相色譜法的食品安全風險監(jiān)測

3.1 農(nóng)藥殘留檢測

氣相色譜法在農(nóng)藥殘留檢測中的應用流程通常包括樣品前處理、色譜分離和檢測器分析等關鍵步驟。樣品前處理旨在從復雜的食品基質(zhì)中提取和富集目標農(nóng)藥組分，常用的前處理技術有液液萃取、固相萃取、固相微萃取和QuEChERS法等。以QuEChERS法為例，它通過在樣品中加入適宜的緩沖鹽和有機溶劑，利用離心力使農(nóng)藥組分從基質(zhì)中分離并富集到有機相中，再經(jīng)凈化處理去除脂類、色素等干擾物質(zhì)，最終獲得純凈的目標組分。而凈化后的樣品經(jīng)汽化進樣口高溫汽化，在載氣的吹掃下進入色譜柱。在色譜柱中，柱溫是影響色譜分離效果的關鍵因素，需根據(jù)農(nóng)藥組分的沸點、極性等特性優(yōu)化柱溫程序，通常采用程序升溫的方式，在不同溫度下實現(xiàn)各組分的最佳分離[4]。分離后的農(nóng)藥進入檢測器，并利用其特征信號實現(xiàn)對各組分的定性和定量分析。例如，使用ECD檢測有機氯和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥，使用NPD檢測有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥，而MSD則可同時兼顧定性和定量需求。需要注意的是，農(nóng)藥殘留檢測通常面臨痕量分析的挑戰(zhàn)，因此需要借助大體積進樣、化學衍生等技術增加進樣量和提高檢測靈敏度。此外，基體效應也是影響分析準確性的重要因素，可通過基體匹配標準曲線、同位素內(nèi)標法等方式進行校正。

3.2 環(huán)境污染物檢測

氣相色譜法在食品中環(huán)境污染物檢測領域應用廣泛，其基本分析流程與農(nóng)藥殘留檢測類似，但在樣品前處理和檢測器選擇方面存在一定差異。在進行樣品前處理時，由于多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等污染物疏水性強，常采用索氏提取、加速溶劑萃取等方法，并利用疏水性有機溶劑充分萃取目標物。提取液經(jīng)濃縮凈化后，再通過硅膠柱、凝膠滲透色譜等實現(xiàn)與脂肪、色素等干擾基質(zhì)的分離。凈化后的目標物經(jīng)高溫汽化，在毛細管柱上實現(xiàn)進一步分離。同時，選擇合適的固定相和柱溫程序是獲得理想分離度的關鍵，如使用DB-5ms型非極性柱可有效分離多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等疏水性污染物，而BP-10型中等極性柱則適合半揮發(fā)性有機污染物的分離。污染物經(jīng)分離后，可采用ECD、FID等檢測器進行高靈敏度檢測[1]。需要特別注意的是，環(huán)境污染物的檢測通常需要兼顧痕量分析和確證分析需求，需借助MSD等質(zhì)譜檢測器提供豐富的質(zhì)譜信息，以實現(xiàn)物質(zhì)準確定性和定量分析。此外，基質(zhì)效應的校正和質(zhì)量控制在復雜基質(zhì)污染物分析中尤為關鍵，通常采用基質(zhì)標準品法構(gòu)建校準曲線，并以替代物、內(nèi)標物質(zhì)手段保證分析過程中基質(zhì)效應得到有效控制[5]。通過對環(huán)境污染物檢測全流程中各關鍵環(huán)節(jié)的系統(tǒng)優(yōu)化，最終實現(xiàn)對污染物的準確定性和定量分析，為污染溯源和風險評估提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 食品添加劑檢測

氣相色譜法在食品添加劑檢測中同樣具有重要作用，尤其適用于揮發(fā)性和半揮發(fā)性添加劑組分的分析。與上述農(nóng)藥殘留和污染物檢測不同，添加劑檢測的樣品前處理通常相對簡單，主要采用溶劑提取、固相萃取等方法富集目標物，再經(jīng)凈化脫脂后進入色譜系統(tǒng)。針對不同添加劑類型，色譜分離條件需進行針對性優(yōu)化。例如，在分析羥基酸類抗氧化劑時，常采用中等極性固定相如HP-FFAP，并輔以化學衍生化處理，以提高其熱穩(wěn)定性和分離效果；而在分析三聚氰胺時，則需要選擇高極性固定相如HP-PLOT Q，并結(jié)合程序升溫實現(xiàn)異構(gòu)體的有效分離。當添加劑成分復雜時，需綜合利用保留時間、光譜信息等實現(xiàn)可靠定性。例如，在檢測亞硝酸鹽時，ECD可靈敏響應其熱解產(chǎn)物NO，而NPD則可避免其他含氮化合物的干擾；在分析復配食品添加劑時，MSD可提供準確的質(zhì)譜圖信息，有助于成分鑒定。此外，由于食品基質(zhì)復雜多樣，基體效應問題尤為突出。采用基體匹配校準、同位素內(nèi)標等策略固然有助于提高定量準確性，但更需注重優(yōu)化樣品前處理方案，確保從源頭控制基體干擾，必要時還需借助多維色譜分離平臺，以進一步提升分離能力。總之，氣相色譜法是食品添加劑檢測領域的常用方法，但仍需圍繞不同添加劑品種和食品基質(zhì)，對分析全流程中的各個關鍵環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)優(yōu)化，進一步提高添加劑的檢測和定量分析的準確性。

3.4 食品真實性鑒別

氣相色譜法在食品真實性鑒別領域發(fā)揮著關鍵作用，通過對食品中特征性成分的定性、定量分析，可實現(xiàn)摻假摻雜行為的有效鑒別。在進行樣品前處理時，根據(jù)摻假特點選擇性富集相應特征成分至關重要。例如，在橄欖油摻假鑒別中，可利用差速萃取技術優(yōu)先提取其中極性較大的游離脂肪酸、甾醇等成分，再采用硅膠柱色譜進一步分離純化，獲得富集的特征性指標物。氣相色譜分離是實現(xiàn)特征性成分準確定性和定量分析的關鍵環(huán)節(jié)。優(yōu)化固定相極性、柱溫程序等參數(shù)，可在復雜的食品基質(zhì)中實現(xiàn)特征性成分與干擾物質(zhì)的有效分離。例如，在蜂蜜摻假檢測中，采用DB-WAX型極性柱可有效分離蜂蜜中的果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖等特征性糖類成分，為鑒別其真實性提供重要指標。此外，不同食品基質(zhì)差異巨大，特征性成分種類繁多，單一檢測器往往難以實現(xiàn)全面準確表征。因此，聯(lián)用技術在真實性鑒別中顯得尤為重要。例如，在酒類摻假檢測中，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀可同時提供保留時間和質(zhì)譜信息，實現(xiàn)酒精度、高級醇、酯類等多種特征成分的準確定性；在植物油摻假檢測中，氣相色譜-感應耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術則可利用其獨特的元素分析能力，實現(xiàn)微量金屬元素指紋圖譜的構(gòu)建，為油品真實性鑒定提供重要依據(jù)?；诖?，采用氣相色譜技術可有效鑒別食品真實性，但仍需根據(jù)摻假特點和基質(zhì)特性，對各個分析環(huán)節(jié)進行針對性優(yōu)化。

4 提升氣相色譜法在食品安全風險監(jiān)測中應用效能的建議

為充分發(fā)揮氣相色譜法在食品安全風險監(jiān)測中的應用效能，可在樣品前處理、色譜分離、檢測手段等環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)優(yōu)化。①應針對不同食品基質(zhì)和目標物特性，優(yōu)選高效、快速、環(huán)保的樣品前處理技術。例如，在對蔬菜中的農(nóng)藥殘留進行檢測時，可利用分子印跡聚合物吸附材料，對目標農(nóng)藥實現(xiàn)選擇性富集和凈化，進而大幅降低基體干擾；在檢測肉制品中獸藥殘留時，則可引入微波輔助提取技術，在提高提取效率的同時最大限度地保留目標物。②色譜分離能力的提升對于復雜食品基質(zhì)中目標物的準確定量分析至關重要。二維氣相色譜技術由于引入了第二根色譜柱，其分離度和峰容量得到明顯提升，如在飲用水中揮發(fā)性有機污染物檢測中，常規(guī)的極性柱難以實現(xiàn)三鹵甲烷、鹵乙酸等污染物與基質(zhì)干擾的有效分離，而采用二維氣相色譜則可輕松實現(xiàn)目標污染物的準確定量。③在檢測手段方面，聯(lián)用技術的廣泛應用極大地拓展了氣相色譜法的應用范圍，如在復雜調(diào)味品摻假檢測中，單一的FID或ECD等檢測器靈敏度不足，易受到基質(zhì)干擾，而采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術，則可因其高選擇性和高靈敏度的優(yōu)勢，實現(xiàn)香豆素、樟腦等摻假特征性成分的痕量檢出。此外，在數(shù)據(jù)處理方面引入化學計量學方法也是提升氣相色譜分析效能的重要途徑，如在嬰幼兒食品真實性鑒別中，化學計量學方法可對其揮發(fā)性成分指紋圖譜進行曲線分辨等化學計量學處理，快速辨別摻假摻雜行為。

5 結(jié)語

氣相色譜法以其優(yōu)異的分離能力和靈敏度，在食品安全風險監(jiān)測領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。但面對日益復雜的食品基質(zhì)和日趨嚴格的檢測要求，仍需根據(jù)不同監(jiān)測對象，對樣品前處理、色譜分離技術和檢測手段等關鍵環(huán)節(jié)進行針對性優(yōu)化。

參考文獻

[1]劉曉燕.氣相色譜法測定食品中的脫氫乙酸[J].現(xiàn)代食品，2022，28（2）：194-196.

[2]師靜雅.食品安全檢測技術中存在的問題與對策分析[J].天津科技，2024，51（7）：59-61.

[3]竺強強.氣相色譜法檢測農(nóng)藥殘留過程中基質(zhì)效應的研究[J].食品界，2024（6）：124-126.

[4]岳方偉，李丹.氣相色譜法在食品質(zhì)量檢測中的應用分析[J].中國食品工業(yè)，2024（11）：101-103.

[5]周鑫.氣相色譜法測定養(yǎng)殖魚類產(chǎn)品農(nóng)藥殘留的分析研究[J].南方農(nóng)機，2024，55（10）：89-91.

作者簡介：謝洪超（1988—），女，廣西來賓人，本科，工程師。研究方向：食品質(zhì)量與安全。