食品中持久性有機污染物檢測的氣質(zhì)聯(lián)用分析方法優(yōu)化

摘 要：為了提升食品樣品中持久性有機污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）的檢測靈敏度和準(zhǔn)確性，本研究采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS/MS）技術(shù)，對檢測方法進行改進。結(jié)果表明，優(yōu)化后的方法在22 min內(nèi)可同時分析11種POPs，檢測靈敏度提高了2～3倍，最低檢測限為0.01 ng·g-1；在0.1～100.0 ng·mL-1，線性關(guān)系良好且相關(guān)系數(shù)均大于0.999；優(yōu)化后的GC-MS/MS方法具有良好的線性關(guān)系、低檢出限和定量限，同時具備高精密度和準(zhǔn)確度，適用于食品中持久性有機污染物的痕量檢測；對200份不同類型食品樣品進行檢測，所有樣品中的POPs含量均未超標(biāo)，驗證了該方法的可靠性和實用價值。

關(guān)鍵詞：持久性有機污染物；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用；食品安全

Optimization of Gas Chromatography-Mass Spectrometry Analysis Methods for the Detection of Persistent Organic Pollutants in Food

XU Meiling， HAN Xiaojie

（Standard Sci-Tech Innovation （Qingdao） Pharmaceutical Technology Co.， Ltd.， Qingdao 266114， China）

Abstract： In order to improve the sensitivity and accuracy of detecting persistent organic pollutants in food samples， this study used gas chromatography-mass spectrometry technology and improved the detection method by optimizing sample pretreatment and chromatographic and mass spectrometry conditions. The results showed that the optimized method can simultaneously analyze 11 POPs within 22 minutes， with a 2～3 fold increase in detection sensitivity and a minimum detection limit of 0.01 ng·g-1; in the concentration range of 0.1 ng·mL-1 to"100.0 ng mL-1， the linear relationship was good and the correlation coefficient was greater than 0.999; the methodological validation results indicate that the optimized GC-MS/MS method has good linear relationship， low detection limit and quantification limit， as well as high precision and accuracy， and is suitable for trace detection of persistent organic pollutants in food; 200 different types of food samples were tested， and the POPs content in all samples did not exceed the standard， verifying the reliability and practical value of the method.

Keywords： persistent organic pollutants; gas chromatography-mass spectrometry; food safety

持久性有機污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）因其高持久性和生物累積性，已成為全球范圍內(nèi)威脅生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的重要污染物[1]。隨著工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的持續(xù)推進，食品中POPs的殘留問題日益嚴(yán)重。準(zhǔn)確檢測食品中的POPs含量，不僅是確保公共健康的重要措施，也是維持生態(tài)平衡的必要手段。本研究通過優(yōu)化氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS/MS）分析方法，旨在提升檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性，為食品安全監(jiān)管提供堅實的科學(xué)依據(jù)。此外，該技術(shù)的改進為復(fù)雜基質(zhì)中痕量POPs的檢測提供了可靠的技術(shù)支持，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

材料：魚類（鱸魚、鮭魚、鱈魚）、肉類（豬肉、牛肉、雞肉）、蔬菜（生菜、番茄、黃瓜）和谷物（大米、小麥、玉米），均為市售。目標(biāo)化合物標(biāo)準(zhǔn)品：α-六氯環(huán)己烷（α-HCH）、γ-六氯環(huán)己烷（γ-HCH）、2，4，4’-三氯聯(lián)苯（PCB-28）、2，2’，5，5’-四氯聯(lián)苯（PCB-52）、2，2’，4，5，5’-五氯聯(lián)苯（PCB-101）、對，對’-二氯二苯二氯乙烯（p，p’-DDE）、2，3’，4，4’，5-五氯聯(lián)苯（PCB-118）、2，2’，3，4，4’，5’-六氯聯(lián)苯（PCB-138）、2，2’，4，4’，5，5’-六氯聯(lián)苯（PCB-153）、2，2’，3，4，4’，5，5’-七氯聯(lián)苯（PCB-180）和2，2’，3，3’，4，4’，5-七氯聯(lián)苯（PCB-170），這些化合物包括了六氯環(huán)己烷類、滴滴涕類以及不同氯代數(shù)的多氯聯(lián)苯，涵蓋了常見的持久性有機污染物種類。正己烷、丙酮、二氯甲烷；無水硫酸鈉；硅膠；氧化鋁；石墨化碳黑。Agilent 7890B氣相色譜儀；7000D三重四極桿質(zhì)譜儀；超聲波清洗器；高速離心機；氮吹儀；HP-5MS色譜柱。

1.2 實驗方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制采用內(nèi)標(biāo)法，使用13C標(biāo)記的2，4，4’-三氯聯(lián)苯（PCB-28）和2，2’，3，4，4’，5，5’-七氯聯(lián)苯（PCB-180）作為內(nèi)標(biāo)物。將各目標(biāo)化合物配制成濃度為100 μg·mL?1的單標(biāo)準(zhǔn)儲備液，再將單標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋成不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液（0.1 ng·mL-1、0.5 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、2.0 ng·mL-1、5.0 ng·mL-1、10.0 ng·mL-1、20.0 ng·mL-1、50.0 ng·mL-1和100.0 ng·mL-1）。內(nèi)標(biāo)溶液的濃度為10 ng·mL-1。所有標(biāo)準(zhǔn)溶液均使用正己烷作為溶劑，并在-20 ℃下避光保存。

1.2.2 樣品前處理

每類食品隨機抽取5個樣品，每個樣品約500 g（魚類取食用部分，去除內(nèi)臟；肉類取瘦肉部分；蔬菜去除根部和外葉；谷物取全部）。所有樣品在采集后立即用錫箔紙包裹并存放于-20 ℃的冰箱。實驗前將樣品解凍至室溫，使用高速組織勻漿機進行充分勻漿，稱取5.0 g勻漿樣品于50 mL離心管中，加入10 mL乙腈，渦旋混合2 min后超聲提取15 min。隨后加入4 g無水硫酸鎂和1 g氯化鈉，渦旋1 min，10 000 r·min-1離心10～15 min，取上清液過0.22 μm微孔濾膜，上機待測[2]。

1.2.3 氣相色譜-質(zhì)譜條件

色譜條件：HP-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；多段升溫策略為初始60 ℃（保持1 min），以25 ℃·min-1升至180 ℃，3 ℃·min-1升至240 ℃，10 ℃·min-1升至300 ℃（保持5 min）；載氣為高純度氦氣；流速為1.2 mL·min-1；理論塔板數(shù)為320 000 plates/m[3]。

質(zhì)譜條件：多反應(yīng)監(jiān)測模式；離子源溫度為250 ℃；電子能量為70 eV[4-5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 條件優(yōu)化

2.1.1 色譜條件優(yōu)化

進樣口溫度控制在220～300 ℃，當(dāng)進樣口溫度為280 ℃時，所有目標(biāo)物均無明顯熱降解。色譜柱升溫程序采用多段升溫策略使關(guān)鍵對映異構(gòu)體分離度從1.2提高到1.8，總分析時間縮短至22 min。載氣流速通過Van Deemter曲線分析確定最佳值1.2 mL·min-1，理論塔板數(shù)達320 000 plates/m。優(yōu)化后各目標(biāo)物峰形對稱、分離度良好（圖1）。

2.1.2 質(zhì)譜條件優(yōu)化

離子源溫度控制在200～300 ℃，當(dāng)離子源溫度為250 ℃時，多數(shù)目標(biāo)物可獲得最佳信號強度；電子能量優(yōu)化范圍在60～80 eV，當(dāng)電子能量為70 eV時，電離效率最高，特征離子豐度比穩(wěn)定。

對11種目標(biāo)物的特征離子對進行優(yōu)化（表1）。碰撞能量為15～25 eV。優(yōu)化后，檢測靈敏度平均提高2～3倍，最低檢測限達0.01 ng·g-1，滿足痕量分析要求。

2.2 方法學(xué)驗證

2.2.1 方法線性方程

使用PCB-28和PCB-180作為內(nèi)標(biāo)，進行內(nèi)標(biāo)法定量。取通過1.2.1方法得到的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進行測定，以目標(biāo)化合物濃度為橫坐標(biāo)，目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)物峰面積比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，平行測定3次。由表2可知，11種目標(biāo)化合物在0.1～100.0 ng·mL-1時，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，說明線性關(guān)系良好。

2.2.2 檢出限與定量限

檢出限（Limit of Detection，LOD）定義為3倍信噪比（S/N）的濃度，定量限（Limit of Quantitation，LOQ）定義為10倍信噪比（S/N）的濃度。由表3可知，α-HCH、γ-HCH和PCB-180的LOD最低，PCB-118的LOD最高，且檢出限和定量限均低于各國對食品中持久性有機污染物的限量要求，表明該方法能夠滿足食品中持久性有機污染物的檢測要求。

2.2.3 精密度與準(zhǔn)確度

精密度通過重復(fù)性和中間精密度來評估。重復(fù)性用同一天內(nèi)平行測定6次的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation，RSD）表示，中間精密度采用連續(xù)3 d測定結(jié)果的RSD表示。準(zhǔn)確度通過加標(biāo)回收率評估，即在3個濃度水平下（0.5 ng·g-1、5.0 ng·g-1、50.0 ng·g-1）進行加標(biāo)回收率實驗。由表4可知，11種目標(biāo)化合物在不同加標(biāo)濃度下的回收率在84.7%～99.1%；重復(fù)性RSD在1.9%～5.8%；中間精密度RSD在3.0%～7.2%。在較高濃度水平（50.0 ng·g-1）下，回收率更接近理論值，而在較低濃度水平（0.5 ng·g-1）下，方法也能保持較好的靈敏度和可靠性。綜上，該方法具有較高的精確性和一致性，適用于痕量分析，能夠為食品中持久性有機污染物的檢測提供可靠的分析依據(jù)。

2.3 樣品測定

2.3.1 優(yōu)化后方法的性能評價

優(yōu)化后的GC-MS/MS方法可在22 min內(nèi)同時分析11種POPs。由圖2可知，在多反應(yīng)監(jiān)測模式下，各目標(biāo)物實現(xiàn)基線分離，峰形對稱，無明顯干擾峰，保證了目標(biāo)化合物定量的準(zhǔn)確性。

2.3.2 不同類型食品樣品中持久性有機污染物的檢測結(jié)果

應(yīng)用本實驗優(yōu)化方法分析200份不同類型食品樣品，其中包括80份谷物、60份蔬菜、40份水產(chǎn)品和20份肉類。由圖3可知，不同類型食品中POPs殘留模式存在差異。且所有樣品中的目標(biāo)物化合物含量均未超過限量標(biāo)準(zhǔn)，但仍需加強監(jiān)測和控制。

3 結(jié)論

優(yōu)化后的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析技術(shù)增強了對食品中持久性有機污染物的檢測能力，不僅提高方法靈敏度和精確度，還對目標(biāo)化合物進行了清晰的基線分離。該方法的最低檢出限為0.01 ng·g-1，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，重復(fù)性RSD在1.9%～5.8%，表現(xiàn)出優(yōu)異的線性關(guān)系和較高的精密度。200份不同類型食品樣品中的持久性有機污染物（POPs）含量均未超過國家限量標(biāo)準(zhǔn)，進一步驗證了該方法在食品安全檢測中的可靠性和實用性。未來，應(yīng)進一步優(yōu)化樣品的前處理技術(shù)，擴大檢測持久性有機污染物的種類，以期將該方法應(yīng)用于更廣泛的食品安全檢測領(lǐng)域，為公共健康和生態(tài)環(huán)境提供堅實的檢測技術(shù)保障。

參考文獻

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[4]胡海，李涵，張紅菱.可蓄積到食物中的持久性有機污染物及其檢測技術(shù)研究進展[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2014，5（2）：463-467.

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作者簡介：徐美玲（1994—），女，山東德州人，本科，助理工程師。研究方向：食品有機污染物檢測。