全二維氣相色譜/飛行時(shí)間質(zhì)譜快速定性篩查食品中32種防腐劑和抗氧化劑

摘 要 建立了全二維氣相色譜/飛行時(shí)間質(zhì)譜法（ GC×GC-TOFMS） 快速定性篩查食品樣品中19種防腐劑和抗氧化劑、13種超范圍使用的非法添加物的方法。以40 mL乙腈為溶劑，對20 g均質(zhì)樣品進(jìn)行液體萃取，萃取液經(jīng)過離心過濾后，使用無水MgSO4脫水（含油樣品使用40 mL正己烷去除油脂）; 萃取液再用乙腈稀釋5倍進(jìn)樣。本方法采用GC×GC二維特征譜圖、TOFMS譜圖庫檢索的定性手段，能在20.5 min內(nèi)快速分離和定性分析食品中19種防腐劑和抗氧化劑。使用GC×GC-TOFMS技術(shù)對含量大于0.3 mg/kg的樣品有較好的靈敏度，而在食品添加劑領(lǐng)域，添加量一般都大于100 mg/kg。因此， 本方法可以作為一種快速定性篩查的手段。

關(guān)鍵詞 全二維氣相色譜; 飛行時(shí)間質(zhì)譜; 防腐劑; 抗氧化劑

1 引 言

使用防腐劑和抗氧化劑可防止食品因微生物引起的腐敗變質(zhì)和延緩油脂或食品成分氧化分解、變質(zhì)，提高食品穩(wěn)定性，使食品在一般的自然環(huán)境中具有一定的保存期。但是，超量、超范圍使用食品添加劑的現(xiàn)象很多。

目前，防腐劑和抗氧化劑的檢測方法主要有液相色譜法、氣相色譜法、毛細(xì)管電泳法、氣相色譜-質(zhì)譜法、液相色譜/質(zhì)譜法和紅外光譜法。上述方法均是針對幾種或某一類食品添加劑的定量檢測方法，不能得到多種添加劑信息，對超范圍非法添加物也不能進(jìn)行監(jiān)測。

全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜（GC×GC-TOFMS）利用GC×GC的正交分離和TOFMS的快速檢測，是非常有前途的分析復(fù)雜環(huán)境毒物的技術(shù)手段，可滿足在最低程度樣品制備、最高分析通量的前提下實(shí)現(xiàn)樣品中多種物質(zhì)分析的要求。目前， GC×GC-TOFMS主要用于石油、煙草和香精香料等的成分分析和多種痕量污染物分析。

本研究利用GC×GC-TOFMS的峰容量大、靈敏度高及分析速度快的特點(diǎn)，通過對色譜-質(zhì)譜條件參數(shù)的優(yōu)化，建立快速定性篩查方法，對我國食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限量添加的19種防腐劑和抗氧化劑（苯甲酸、山梨酸、脫氫乙酸、對苯基苯酚、噻苯咪唑、對羥基苯甲酸芐酯、對羥基苯甲酸丁酯、對羥基苯甲酸甲酯、對羥基苯甲酸辛酯、對羥基苯甲酸乙酯、對羥基苯甲酸異丙酯、對羥基苯甲酸異丁酯 、對羥基苯甲酸正庚酯、二丁基羥基甲苯、己基間苯二酚、叔丁基對羥基茴香醚 、丁基對苯二酚、乙萘酚、乙氧基喹啉）及13種超范圍使用的非法添加物（富馬酸二甲酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸芐酯、桂皮醛、聯(lián)苯、聯(lián)苯酚、2， 4， 4′-三氯-2-羥基-二苯醚、6-氯間甲酚、3， 5-二特丁基-4-羥基苯甲醇、抑霉唑）進(jìn)行快速定性篩查。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

Pegasus 4D全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國LECO公司）；一維柱：RestekRtx-5弱極性柱（10 m×0.18 mm×0.20

@ m），二維柱：Restek Rtx-17極性柱（1 m×0.1 mm×0.10

@ m） 。兩根柱子通過毛細(xì)管連接器以串聯(lián)方式聯(lián)接。

苯甲酸、山梨酸、脫氫乙酸、對苯基苯酚、噻苯咪唑、對羥基苯甲酸芐酯、對羥基苯甲酸丁酯、對羥基苯甲酸甲酯、對羥基苯甲酸辛酯、對羥基苯甲酸乙酯、對羥基苯甲酸異丙酯、對羥基苯甲酸異丁酯 、對羥基苯甲酸正庚酯、二丁基羥基甲苯、己基間苯二酚、叔丁基對羥基茴香醚 、丁基對苯二酚、乙萘酚、乙氧基喹啉、富馬酸二甲酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸芐酯、桂皮醛、聯(lián)苯、聯(lián)苯酚、2，4，4′-三氯-2-羥基-二苯醚、6-氯間甲酚、3，5-二特丁基-4-羥基苯甲醇和抑霉唑（德國Sigma公司）；乙腈和正己烷（色譜純，美國J. T. Baker公司）；無水MgSO4、NaCl（分析純）；水為Milli-Q超純水。食品樣品均購于當(dāng)?shù)爻?。?/p>

2.2 樣品處理和標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取20.00 g樣品，加入40 mL乙腈混合打碎，超聲提取10 min，過濾，在濾液中添加5 g NaCl，振蕩10 min，靜置分層，取上層乙腈溶液。

如果樣品中含油量極低或不含油，乙腈溶液直接加入8 g無水MgSO4脫水，以0.25

@ m膜過濾，用乙腈稀釋5倍進(jìn)樣。

如果樣品含油，萃取溶液使用40 mL乙腈飽和的正己烷除去油脂，再加入8 g無水MgSO4脫水，以0.25

@ m膜過濾，用乙腈稀釋5倍進(jìn)樣。

稱取防腐劑標(biāo)準(zhǔn)品0.05000 g，用乙醇定容至50 mL，配制成1000 mg/L的單標(biāo)儲(chǔ)備液，于－20 ℃條件下保存。使用前，取儲(chǔ)備液配制混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液。

2.3 色譜質(zhì)譜條件

進(jìn)樣口溫度：270 ℃；分流進(jìn)樣，分流比為1∶20；一維：柱初始溫度50 ℃，保持0.2 min，以15 ℃/min程序升溫至280 ℃，保持5 min；調(diào)制時(shí)間：3 s；熱調(diào)制時(shí)間：0.6 s；調(diào)制器溫度：40 ℃；二維：柱初始溫度65 ℃，保持0.2 min，以15 ℃/min程序升溫至295 ℃，保持5 min；

離子源溫度：250 ℃；離子源電壓：70 eV；測定方式：以每秒100 張全譜圖的采集頻率采集質(zhì)量數(shù)范圍為50～500 amu的質(zhì)譜數(shù)據(jù)；色譜-質(zhì)譜接口溫度：280 ℃。

分 析 化 學(xué)第39卷

第5期陳 琦等： 全二維氣相色譜/飛行時(shí)間質(zhì)譜快速定性篩查食品中32種防腐劑和抗氧化劑

3 結(jié)果與討論

3.1 色譜條件優(yōu)化

二維柱的溫度通常要高于一維柱的溫度。增加二維柱溫，可抵消由于揮發(fā)性減少而增加保留，使二維柱的分離只取決于極性，達(dá)到正交分離的效果。實(shí)驗(yàn)證明，在二維柱溫比一維柱柱溫高10～30 ℃時(shí)，對分離效果影響不大。本研究中二維柱溫比一維柱溫高15 ℃，分離效果比較理想。分析物在二維色譜圖中分布均勻。 圖 1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的一維色譜圖

Fig．1 1D-GC chromatogram of standard sample

峰號同表1（Peak number are the same as in Table 1）。

熱調(diào)制時(shí)間在0.4～1.0 s之間，對大部分分析物的峰高影響不大，差異很?。?0%～25%）。本研究中熱調(diào)時(shí)間為06 s。調(diào)制器溫度設(shè)置對調(diào)制后碎片峰的強(qiáng)度比有一定的影響，但不是關(guān)鍵性參數(shù)，本研究中熱調(diào)溫度為40 ℃。

3.2 一維氣相色譜和二維色譜分離效果的比較

因?yàn)樘砑觿┲杏行┪镔|(zhì)性質(zhì)非常相近，很難用傳統(tǒng)的一維色譜進(jìn)行分離（圖 1）。其中， 苯甲酸甲酯與6-氯間甲酚，苯甲酸與苯甲酸乙酯，苯甲酸丙酯、桂皮醛與苯甲酸丁酯，乙萘酚與對羥基苯甲酸乙酯以及苯甲酸芐酯與3，5-二特丁基-4-羥基苯甲醇對羥基苯甲酸月桂酯和對羥基苯甲酸芐酯都不能很好地分離，雖然對一維色譜的升溫程序作了進(jìn)一步優(yōu)化，提高了分離效果，但是要使得所有分析物達(dá)到基線分離仍然很困難。



全二維氣相色譜是把將分離機(jī)理不同且互相獨(dú)立的兩根色譜柱，以串聯(lián)方式聯(lián)接，試樣從進(jìn)樣口導(dǎo)入一維柱后，各化合物根據(jù)沸點(diǎn)不同進(jìn)行第一維分離，然后經(jīng)調(diào)制器聚焦，以脈沖升溫方式進(jìn)入二維柱。一維柱中因沸點(diǎn)相近而未分離的化合物再根據(jù)極性大小不同進(jìn)行第二維分離。全二維用于食品防腐劑和抗氧化劑的定性篩查，相對于一維氣相不僅具有較好分離能力，并且，由于從第一維色譜柱中分離出來的組分，經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后經(jīng)過第二根內(nèi)徑較小的短柱進(jìn)一步分離后，色譜峰變窄，通常第二維的色譜峰峰寬在0.1～0.5 s。由于峰壓縮效應(yīng)，GC×GC檢測靈敏度比一維氣相色譜高數(shù)十倍。由表1和圖2可見，在一維色譜很難分離的物質(zhì)，根據(jù)極性經(jīng)過二維柱可以得到很好地分離。

在實(shí)際樣品定性篩查的時(shí)候，僅使用一維色譜分離時(shí)，由于峰容量不夠，峰重疊十分嚴(yán)重，樣品基質(zhì)帶來的雜質(zhì)峰和待分析物難以分離，而且待分析物之間也不能被完全分離。因此，使用一維色譜很難達(dá)到定性篩查的目的。全二維氣相色譜具有峰容量大、高分辨率、高靈敏度、族分離和分析速度快等特點(diǎn)，在二維氣相色譜下，待分析物之間及待分析物與樣品基質(zhì)的雜質(zhì)峰均能能得到理想的分離效果（圖3）。與二維色譜相比，一維色譜分析從基質(zhì)中提取的防腐劑和抗氧化劑時(shí)，由于基質(zhì)的干擾，9種防腐劑和抗氧化劑（山梨酸、苯甲酸乙酯、苯甲酸丁酯、聯(lián)苯、特丁基對苯二酚、乙萘酚、3， 5-二特丁基-4-羥基苯甲醇、對羥基苯甲酸芐酯和抑霉唑）無法檢出。在對復(fù)雜試樣分析方面，全二維色譜具有獨(dú)特優(yōu)勢。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)樣的二維色譜圖

Fig．2 GC×GC contour plot of standard sample

峰號同表1（Peak number are the same as in Table 1）。

圖3 食品樣品中的一維色譜圖（a）和二維色譜圖（b）的比較

Fig．3 Comparison between GC×GC contour plot （b） and 1D-GC chromatogram （a） of food sample

峰號同表1（Peak number are the same as inTable 1）。

3.3 分析方法的靈敏度

在食品領(lǐng)域，食品添加劑的添加量一般大于100 mg/kg，只要前處理方法的提取效率大于10%，就能保證樣品進(jìn)樣時(shí)的濃度大于1 mg/kg（前處理方法使用2倍于樣品的體積的溶劑進(jìn)行提取，并稀釋5倍）。本方法對32種防腐劑和抗氧化劑的檢出限（表1）均低于0.5 mg/kg，能夠用于食品樣品中防腐劑和抗氧化劑及超范圍使用的非法添加物的篩查。

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Fast Qualitative Analysis of 32 Preservatives and Antioxidants in

Food Sample by Comprehensive Two Dimensional Gas

Chromatography Coupled Time of Flight Mass Spectrometry

CHEN Qi1，2， HUANG Jun-Rong1， LING Yun2，3， ZHANG Feng2， LI Yu-Yu2，

WU Yong-Ning3， CHU Xiao-Gang2

1（Shaanxi University of Science and Technology， Xi′an 710021）

2（Chinese Academy of Inspection and Quarantine， Beijing 100123）

3（Chinese Centre for Disease Control and Prevention， Beijing 100021）

Abstract Comprehensive two dimensional gas chromatography（GC×GC-TOFMS） has been applied to fast qualitative analysis of 32 preservatives， antioxidants in food. GC×GC-TOFMS parameters were evaluated and optimized to yield complete separation for 32 analytes from interference， and to attain the high sensitivity. After optimization， all analytes were separated in 20.5 min and qualitativly analyzed by retention time of GC×GC and mass spectrum library. The method was used to analyze food sample， and the detection limit of most analytes was lower than 0.5 mg/kg， meanwhile， the addition level of food addictives in the field of food industry was usually higher than 100 mg/kg. The method could be used for the rapid qualitative analysis of food preservatives， antioxidants and illegal addictives in food.

Keywords Comprehensive two dimensional gas chromatography; Time of flight mass spectrometry; Preservatives; Antioxidants

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文