表面解吸常壓化學電離質譜法直接測定飲料中的抗壞血酸

宋慶浩,王 姜,陳煥文,金欽漢

(1.浙江大學工業系統與控制國家重點實驗室,智能系統與控制研究所,分析儀器研究中心,浙江杭州 310058;2.山東電力工程咨詢院,山東濟南 250013;3.東華理工大學應用化學系,江西撫州 344000)

表面解吸常壓化學電離質譜法直接測定飲料中的抗壞血酸

宋慶浩1,2,王 姜3,陳煥文3,金欽漢1

(1.浙江大學工業系統與控制國家重點實驗室,智能系統與控制研究所,分析儀器研究中心,浙江杭州 310058;2.山東電力工程咨詢院,山東濟南 250013;3.東華理工大學應用化學系,江西撫州 344000)

建立了表面解吸常壓化學電離質譜(SDAPCI-MS)測定飲料中抗壞血酸的方法。采用進樣針取樣,每次取樣不多于5 nL,無需任何樣品預處理,單個樣品測定時間少于0.5 min。該方法對抗壞血酸的檢出限可達1.9×10-9g·mL-1,線性范圍為10-8～10-3g·mL-1,回收率為89.9%～109.6%,相對標準偏差(RSD)為3.2%～5.8%。

表面解吸常壓化學電離質譜(SDAPCI-MS);抗壞血酸;飲料;快速檢測

抗壞血酸(ascorbic acid),即維生素C,是維持機體正常生理功能的重要維生素之一,普遍存在于蔬菜和水果中,或作為藥品和保健品提供,人體不能自身合成。研究表明,抗壞血酸能夠提高人體免疫力,在預防貧血、牙齦出血、壞血病和癌癥,預防和緩解動脈硬化以及保護肝臟等方面都有非常良好的效果。抗壞血酸作為市場上眾多飲料的主要營養物質,是檢測相應飲料質量優劣的重要指標,因此,對復雜基體中抗壞血酸的快速靈敏檢測具有重要的實用意義。

目前,測定抗壞血酸含量常用的方法有:滴定分析法[1-2]、熒光分析法[3]、分光光度法[4]、色譜法[5]以及電化學法[6]等。這些方法各有長處,但一般都有試劑不穩定、操作繁瑣、使用有毒試劑或特異性差等缺點。本工作采用表面解吸常壓化學電離質譜(SDAPCI-MS)技術[7-15],建立一種無需對樣品進行預處理即可對飲料中的抗壞血酸進行直接檢測的方法,該方法對于復雜基體中抗壞血酸含量的測定具有重要的應用價值。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SDAPCI離子源:實驗室自制,裝置圖示于圖1;L TQ-XL型線性離子阱質譜儀:美國Finnigan公司產品,配有 Xcalibur數據處理系統。抗壞血酸(分析純):上海國藥集團產品。準確稱取250 mg抗壞血酸標準品于25 mL棕色容量瓶中,用水溶解后稀釋至刻度,得到10 g·L-1抗壞血酸的標準溶液,用鋁箔做避光保護,放置在冰箱中儲存;4種樣品分別為:某品牌干紅葡萄酒、某品牌橙汁飲料、某品牌混合果蔬飲料、某品牌牛奶果汁飲料,均購于當地超市,實驗中樣品沒有經過任何預處理;實驗用水均為二次蒸餾水。

1.2 實驗條件

設置SDAPCI離子源為正離子檢測模式,質量檢測掃描范圍 m/z50～300,電離電壓3.5 kV,離子傳輸管溫度150℃;放電針與質譜儀接口成30°,用進樣針(鋼針,長15 cm左右)蘸取不多于5 nL的樣品,在樣品正下方放置1根可加熱的電阻絲(圖中未示出),進樣針上的樣品在電阻絲所產生熱氣流的輔助作用下被解吸出來,然后被放電針尖端形成的大量離子電離,形成的樣品離子被引入質譜儀進行分析。實驗中,一級質譜測定時間少于10 s,但二次質譜記錄時間可為0.5 min。在串聯質譜分析時,母離子的選擇窗口為 1.1 u,碰撞時間為 30 ms,碰撞能量為30%,其他參數由L TQ-MS系統自動優化。

圖1 SDAPCI離子源測定飲料中抗壞血酸的裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of surface desorption atmospheric pressure chemical ionization(SDAPCI)for direct detection of ascorbic acid

2 結果與討論

2.1 抗壞血酸的SDAPCI串聯質譜分析

在直接檢測復雜基體樣品中痕量待測組分時,一般采用多級串聯質譜以排除假陽性結果。在正離子檢測模式下獲得的抗壞血酸一級質譜圖示于圖2。由于抗壞血酸為酸性的極性物質,能夠在正離子檢測模式下被質子化,形成比較穩定的[M+H]+峰而被檢測。所得質譜圖比較復雜,準分子離子峰 m/z177的豐度較小,其他眾多的質譜峰可能來自溶液中的其他物質和抗壞血酸的碎片離子,還可能與抗壞血酸本身純度不夠而且容易氧化變質有關。選擇準分子離子峰m/z177進行二級質譜研究,其質譜圖示于圖3a,主要得到特征離子 m/z121、149、159、135,它們分別為母離子丟失2CO、CO、H2O、CH2CO所形成。另外,若選擇二級質譜離子m/z121進行三級質譜實驗,所得的質譜圖示于圖3b,則可產生m/z93、105、79的碎片離子,它們分別為抗壞血酸質子化離子進一步丟失 CO、CH4、CH2CO所形成。為了確保結果的可靠性,還采用ESI-MS方法對抗壞血酸進行了MS/MS譜圖對照分析,所得的二級質譜圖示于圖4。結果發現,抗壞血酸SDAPCI-MS/MS譜與 ESI-MS/MS譜完全吻合,而且也與文獻[16]的結果一致。證明了如果在實際樣品中能夠檢測到信號峰 m/z177,并且在MS/MS譜中觀察到主要特征離子 m/z121、149、159和135,即可以判斷該樣品中含有抗壞血酸。

2.2 工作曲線和精密度

分別配制濃度為 10-8、10-7、10-6、10-5、10-4、10-3g·mL-1抗壞血酸標準溶液,按 1.2方法進行SDAPCI-MS實驗。將二級質譜中獲得的信號扣除背景后,以m/z121的凈響應信號強度表示,每個濃度的標準溶液測定6次,測定的凈響應信號強度及相應的相對標準偏差列于表1。

圖2 正離子模式下抗壞血酸的SDAPCI質譜圖Fig.2 The SDAPCI mass spectrum of ascorbic acid recorded in positive ion detection mode

圖3 抗壞血酸的二級和三級SDAPCI質譜圖a.m/z177的二級質譜;b.m/z121的三級質譜Fig.3 The SDAPCI tandem MS spectra of ascorbic acid a.MS2ofm/z177;b.MS3ofm/z121

圖4 抗壞血酸的特征離子m/z177二級電噴霧質譜圖Fig.4 The ESI-MS/MS spectrum of the ions ofm/z177

信號強度與樣品濃度分別取對數,繪制工作曲線,示于圖 5。在 10-8～10-3g·mL-1范圍內,離子強度的對數(y)與濃度的對數(x)具有較好的線性關系。線性回歸方程為 y=0.037x+3.019,相關系數為 R2=0.994。

2.3 檢出限

對濃度為1×10-8g·mL-1標準溶液進行多次測定,獲得凈響應信號強度平均值為524(n=6),同時測得空白樣品的3倍標準偏差為100.8(S/N=3,n=20),計算得本方法對抗壞血酸的檢出限為1.9×10-9g·mL-1。

表1 精密度測定Table 1 Data obtained in precision study

2.4 準確度實驗

在測定樣品時,同時用標準加入法做回收實驗。分別取4種品牌的飲料按1.2方法進行測定,測得4種飲料中抗壞血酸的含量分別為1.7×10-4、8.7×10-5、2.3×10-5和 6.3×10-8g·mL-1。然后對每種樣品都加入1.0×10-4g·mL-1的抗壞血酸溶液做回收率實驗,單個樣品連續測定 9次,測得加標回收率為89.9%～109.6%,4種添加抗壞血酸的飲料中,抗壞血酸信號強度的相對標準偏差(RSD)在3.8%～5.8%之間。測定結果列于表2。

圖5 用m/z121測定抗壞血酸的工作曲線Fig.5 Calibration curve for determination of ascorbic acid usingm/z121

表2 樣品測定結果(n=9)Table 2 Detection of samples(n=9)

檢測飲料、水果、蔬菜等食品中抗壞血酸的含量,對保證食品的質量、維護人們的身體健康具有重要意義。本實驗對飲料中的抗壞血酸進行快速半定量分析,只要經過簡單的榨汁、研碎、稀釋等處理,此方法同樣適用于對水果、蔬菜、藥品等物質中抗壞血酸的快速測定。另外,如果能解決手動進樣不穩和取樣量不精確等問題,有望實現對抗壞血酸的快速精確定量分析。表面解吸常壓化學電離質譜法具有無需樣品預處理、取樣量少、靈敏度高、快捷方便以及無毒無污染等特點,特別適用于結合小型質譜儀對食品、藥品等復雜基體物質進行快速現場分析。

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Surface Desorption Atmospheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry for Direct Detection of Ascorbic Acid in Beverages

SONG Qing-hao1,2,WANGJiang3,CHEN Huan-wen3,J IN Qin-han1
(1.Research Center f or A nalytical Instrumentation,Institute of Cyber-S ystems and Control,State Key L aboratory of Industrial S ystems and Control,Zhejiang University,Hangzhou310058,China;2.S handong Electric Power Engineering Consulting Institute,J i’nan250013,China;3.Department of A pplied Chemistry,East China Institute ofTechnology,Fuzhou344000,China)

A novel method was developed for direct detection of ascorbic acid in beverages by surface desorption atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry(SDAPCIMS)without any sample pretreatment.Using sample needle sampling,the volume of each sampling was less than 5 nL.The average time for a single sample analysis was less than 0.5 min.The limit of detection for ascorbic acid is 1.9×10-9g·mL-1,and the linear range is 10-8—10-3g·mL-1.The recoveries for four samples spiked with 10-4g·mL-1ascorbic acid are in the range of 89.9%—109.6%,and the relative standard deviations in the range of 3.2%—5.8%.

surface desorption atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry(SDAPCI-MS);ascorbic acid;beverages;rapid analysis

O 657.63

A

1004-2997(2010)05-297-05

2010-02-04;

2010-05-05

東華理工大學研究生創新資金(DYCA10002)資助

宋慶浩(1983～),男,河北館陶人,碩士研究生,從事質譜離子化源研究。E-mail:micesong@163.com

金欽漢(1937～),男,教授、博士生導師,從事分析化學研究。E-mail:qhjin@zju.edu.cn