衍生化-氣相色譜法在食品安全檢測中的應用*

李雪瑩，林　晨，王李平，吳凌濤，方　麗，蔡大川，張方圓，林澤鵬

(中國廣州分析測試中心，廣東省分析測試技術公共實驗室，廣東　廣州　510070)

?

衍生化-氣相色譜法在食品安全檢測中的應用*

李雪瑩，林晨，王李平，吳凌濤，方麗，蔡大川，張方圓，林澤鵬

(中國廣州分析測試中心，廣東省分析測試技術公共實驗室，廣東廣州510070)

衍生化-氣相色譜法是利用一定的化學反應對目標分析物進行結構改造，將目標物修飾為低沸點或熱穩定性強的新產物，通過測定產物對目標分析物進行定性和定量分析的一種分析技術。通過對衍生化與氣相色譜聯用技術在食品安全中的應用分析，現具體對烷化法、酰化法、硅烷化法、酯化法等衍生化技術的原理及其在食品安全檢測中的應用，并提出了該技術的注意事項、存在問題及應用前景。

衍生化技術；氣相色譜法：食品安全

氣相色譜技術誕生于20世紀50年代，集分離與分析于一體的一項分析技術。樣品經進樣口高溫瞬間氣化，由惰性氣體(氮氣、氦氣)帶入色譜柱，通過色譜柱的固定液對樣品中組分進行分離，樣品中不同組分在不同的時間進入檢測器，通過檢測器對檢測信號進行收集，通過組分保留時間和峰面積對化合物進行定性和定量分析。20世紀90年代毛細管色譜柱的發明與使用，使氣相色譜技術的應用又上了一個嶄新的臺階。由于其具有分離性能高、靈敏度高和準確高等特點，現已廣泛應用在石化分析、藥物分析、環境分析和食品安全分析等領域。但當目標物為高沸點，熱不穩定性、強極性時，傳統的氣相色譜分析無法對目標物進行準確的定性和定量分析。為解決此類分析難題，衍生化-氣相色譜技術應運而生。

衍生化技術[1]是利用一定的化學反應對目標分析物進行結構改造，將目標物修飾為低沸點或熱穩定性強的新產物，通過對產物的分析從而實現目標分析物定性和定量分析的一種分析技術。其主要是優勢有：①可以提高氣相色譜檢測器對被測物的靈敏度。例如，將鹵素加到一個分子上，則電子捕獲檢測器(ECD)對它的檢測靈敏度提高了幾千倍。②可以改善化合物的色譜行為，提高化合物的熱穩定性和揮發性，減少或消除極性大的化合物可能產生的拖尾。③解決色譜定性的問題，既被測物經衍生與原化合物的保留時間不同，用衍生的標準物就可以對被測物定性和定量分析。針對以上幾種優勢，本文將對各種衍生化技術的原理及其在食品安全檢測中的應用進行了綜述。

1　衍生化技術主要的方法

1.1衍生法的種類及衍生試劑

衍生化法種類較多多，用于氣相色譜分析的衍生化法主要有：烷基化法，硅烷化法，酰化法，酯化法，鹵化法，醚化法，環化法和離子化，成肟或腙等。

1.1.1硅烷化法

硅烷化反應[2]是用硅烷基對目標物中活潑氫進行取代，如羥基、羧基、氨基、巰基、磷酸鹽，常用的硅烷化試劑有：三甲基氯硅烷、六甲基二硅氨烷、N,O-雙三甲基硅基三氟乙酰胺(BSTFA)、二甲基硅烷、二甲基氯硅烷、N,O-雙三甲基硅基乙酰胺(BTA)、特丁基二甲基硅烷基等，其中三甲基硅烷和六甲基二硅氨烷應用最廣。硅烷化通常是指將硅烷基取代目標物分了中活潑氫，目標物中活潑氫被硅烷基取代，降低了整個目標物的極性，從而使得目標物沸點降低，另外活潑氫被取代，其反應位點數目減少，使目標物更加穩定。許多被認為是難揮發的物質和熱不穩定化合物經過硅烷化衍生后，都能成功的對其衍生產物進行色譜分析。如三甲基硅(TMS)衍生試劑與待測物的反應方程式：

1.1.2烷基化法

烷基化反應[2]是將衍生試劑中的烷基移到目標物分子中的過程，使得目標物中引入烷基的反應。衍生試劑分子中烷基取代化合物中的活潑氫。

X為鹵素或其他離去基團，R為烷基基團。衍生產物主要為醚、硫醚、酯，烷基胺，烷基酰胺，通常弱酸基團的烷基化需加強堿性催化劑，酚羥基和羧酸羥基等酸性較強，需弱堿性催化劑。

1.1.3酯化法

酯化[2]是指醇與羧酸或與含氧無機酸生成酯和水。主要用于含羧基或者羥基的化合物，所得到衍生產物一般為低脂肪鏈的酯類，如甲酯、乙酯、丙酯和丁酯，其中甲酯化合物最常見。在酯化衍生法中，常用的酯化試劑有：硫酸-甲醇、鹽酸-甲醇、重氮甲烷、三氯化硼-醇類(C1～C4醇)、氫氧化四甲銨等。

1.1.4?；?/p>

?；磻獮橛袡C分子中氮、氧、碳等原子上引入脂肪?；?芳香族?；姆磻饕糜诹u基、巰基和氨基[3]等?；苌镏苽洹?/p>

在?；苌ㄖ?，常用的酰化試劑有：酰鹵，酸酐[4-6]、酰基咪唑[7]、酰胺及烷基氯甲酸酯等。?；磻鳛楣柰榛拇娣椒?，類似于酯化反應，可通過羧酸或共衍生物的作用將含有活潑氫(如-OH、-SH、-NH)轉化為酯、硫酯或酰胺。含有鹵離的羰基可增強電了捕獲檢測器酞化作用。此類反應可用于化合物中含有醇、酚、硫醇、胺、酰胺、磺酰胺等基團化合物的氣相色譜分析。酸酐衍生反應方程式如下:

1.1.5鹵化法

單質或化合物分子中引入鹵素原子以生產鹵化物的反應過程，通常目標物中含有羥基、羧基、羰基或不飽和鍵等基團。在鹵化衍生法中，常用的鹵化試劑有：鹵素、鹵化氫、氯化亞硫酰、四氟化硫等。方志青等[8]對飲用水中4 種酚類污染物進行溴化衍生，大大提高了方法的靈敏度，方法檢出限低至0.02～0.06 μg/L。

1.1.6環化法

含多個極性官能團的藥物可與環化試劑反應生成環狀衍生物。常用的環化試劑有：烷基取代硼酸，如甲基硼酸、丁基硼酸、 苯基硼酸、 環己基硼酸，其中丁基硼酸衍生效率最好。被測藥物常為順式1,2-和1,3-位二官能團化合物。該類反應條件溫和，反應迅速，反應混合物可直接用于GC分析。

1.1.7醛類、酮類化合物的衍生化法

醛類、酮類化合物通常不需衍生化，但由于食品中基質影響顯著，為了解決食品中檢測的干擾，提高方法的靈敏度，通常對此類物質進行衍生化，主要有成肟或成腙反應[9]。

1.2衍生化條件的研究

對于樣品我們怎樣選擇一種或多種適合的衍生反應，使其衍生轉化成便于氣相色譜分析的物質，對衍生化試劑的要求：①衍生化試劑的純度要高，試劑中不能含有雜質，以免帶到反應中。必要時將試劑精制；②試劑必須能保證生成所要求的衍生物；③試劑必須與流動相相適應；④試劑的性能要穩定。

2　衍生化在氣相色譜分析中的應用

氣相色譜法由于其具有分離效能高、分析速度快、選擇性好等優點而被廣泛應用于環境樣品中的污染物分析、藥品質量檢驗、天然產物成分分析、食品中農藥殘留量測定、工業產品質量監控、精細化工產品分析等生命科學和制備化學領域?，F主要介紹衍生氣相色譜法在食品安全檢測領域中的應用，主要體現在食品中的營養成分、和風味物質的分析，尤其在食品添加劑、農藥殘留等方面的分析。

2.1衍生氣相色譜法在食品添加劑中的應用

食品添加劑中很多添加劑均為極性較強，如山梨酸、苯甲酸、山梨醇等。由于此類添加劑極性強，故采用氣相色譜法對其直接測定時色譜峰拖尾嚴重，靈敏度不高。為解決此問題，楊昌金等[10]利用甲醇-硫酸對山梨酸、苯甲酸進行甲酯化，此方法衍生效率高，出峰快，峰形對稱無拖尾，靈敏度高，回收率為98.5%；隨后胡家元[11]以二甲基甲酰胺作溶劑，采用碘丁酮對苯甲酸和山梨酸衍生化成相應丁酯，此方法回收率在96.3%～103%之間，重復性較好，并且衍生反應于室溫下20 min 內即可對山梨酸和苯甲酸進行完全丁酯化。此外衍生氣相色譜法還廣泛的應用于食品添加劑中的木糖醇[12]、山梨醇[13]、甘露醇[14]等檢測中，都能較好的食品中的各添加劑進行定性和定量分析。

2.2衍生氣相色譜法在食品脂肪酸中的應用

食品中脂肪酸的分析通常采用兩種酯化的方法，將脂肪酸轉換成脂肪酸酯類，再通過氣相色譜進行定性和定量分析，此方法已經得到ISO/AOAC認可。第一種方法：三氟化硼/甲醇進行甲酯化[15-16]。在堿性條件下隊食品進行皂化。將脂肪中的脂肪酸以脂肪酸游鈉鹽的形式游離出來。脂肪酸鈉鹽在三氟化硼/甲醇的作用下轉換成脂肪酸甲酯。如稱取油脂或脂肪酸50 mg 置于10 mL量瓶內，加入2 mL石油醚和苯的混合溶劑(1:1)，輕輕搖動使之溶解。再加入2 mL 0.4.mol/L氫氧化鉀—甲醇溶液，混勻。靜置分層后吸取上清液進行氣相色譜分析。第二種方法：醇解法[17]。脂肪酸在甲醇鈉的催化作用下進行醇解反應，一步實現脂肪酸甲酯化，此方法快速、簡便、具有一定實用價值。

2.3衍生氣相色譜法在食品營養成分中的應用

天然食品中的營養種類較豐富，如肌醇、碘；尹建洪[18]采用乙酸酐對肌醇進行乙?；磻?，衍生化此方法檢出限較低，在奶粉中檢出限為6 mg/g；而食品中的碘通常采用光譜方法或滴定顯色法進行測定，但是其靈敏度較低，林晨等[19]采用氣相色譜衍生化法測定食品中的碘，采用丁酮對碘進行衍生化，得到的碘丁酮在氣相色譜上相應較高，大大提高了方法的檢出限。

3　衍生氣相色譜法存在的問題

①在硅烷化反應體系中要避免使用含有活潑氫的有機試劑；三甲基衍生物對水和酸不穩定，易分解：一定要排除樣品中的水分，可以選用正己烷、苯、吡啶或四氫呋喃等試劑為反應介質；②烷基化衍生化過程中，副產物較多，易破壞色譜柱固定液；③?；磻苌噭┑倪^量及副產物易造成色譜柱壽命較短，故上機前應凈化處理；④衍生化方法應用不當會產生的弊端：如衍生產物分子量過大，前處理步驟過多，需要氮氣吹干衍生試劑等。

4　衍生氣相色譜法未來的發展及期許

衍生化反應和反應類型及反應機理有待于深入研究，衍生氣相色譜法將來發展方向主要是：①研發特異性的衍生試劑，如通用型衍生試劑、手性衍生試劑，污染少且適用于質譜檢測的衍生試劑等。②建立現有試劑的新的衍生方法，做到步驟少、簡單、快速、靈敏等等，盡量減少樣品的前處理時間。③新的衍生化試劑的研究，尤其是極性溶劑中穩定的衍生化試劑。④完善氣相色譜-質譜檢測中目標物衍生產物的計算機譜庫。⑤進一步擴寬現有衍生試劑的應用范圍，特別在農獸藥殘留及食品安全方面的應用。

5　展　望

隨著國家對食品安全的高度關注，食品安全檢測工作將不斷精細，深入，慢慢向痕量分析其甚至超痕量分析的趨勢發展，使得不僅需要先進的儀器設備，更需要緊密聯系其他分析手段，共同改善分離能力，提高檢測靈敏度，必將為食品安全檢測中的痕量甚至超痕量分析發揮積極的作用。

[1]詹興益.衍生氣相色譜及應用[M].長沙：湖南大學出版社,1988:1-4.

[2]魯紅軍.氣相色譜衍生化技術在食品分析中的應用[J].分析與監測，1994(3):26-29.

[3]王珮,王宏.食品中環己基氨基磺酸鈉-氣相色譜法測定原理探討[J].中食品科學，2008,29(2):324-327.

[4]中華人民共和國國家標準.GB/T 5009.119-2003 復合食品包裝袋中二氨基甲苯的測定[S].北京:中國標準出版社,2003.

[5]中華人民共和國進出口商品檢驗行業標準.SN/T 0212.3-1993 出口禽肉中二氯二甲毗咤酚殘留量檢驗方法丙酞化-氣相色譜法[S].北京:中國標準出版社,1993.

[6]中華人民共和國國家標準.GB/T 5750.10-2006 生活飲用水標準方法消毒副產物指標[S].北京:中國標準出版社,2006.

[7]中華人民共和國國家標準.GB/T 18782-2002 調味品中3-氯-1,2-丙二醇的測定[S].北京:中國標準出版社,2002.

[8]方志青,李秋華,賀華中,等.衍生氣相色譜法測定飲用水中4 種酚類污染物[J].四川師范大學學報(自然科學版),2013,36(1):107-110.

[9]武耐英,高偉,馬淮凌.衍生氣相色譜法測定水產品中的甲醛含量[J].商丘師范學院學報,2010,26(9):69-72.

[10]楊昌金,白亞民,張億.衍生化-氣相色譜法測定糖漿劑中苯甲酸與苯甲酸鈉含量[J].色譜,1990,8(6):397-398.

[11]胡家元.醋化衍生氣相色譜新法測定苯甲酸與山梨酸[J].色譜,1994,12(3):215-216.

[12]成福,趙光輝,周娟.氣相色譜毛細管柱對木糖醇產品的測定[J].中國食品添加劑,2005(3):104-108.

[13]馬忠心,于玥,施巖,等.氣相色譜法測定復方乳酸鈉山梨醇注射液中的山梨醇含量[J].天津藥學,2010,22(4):9-11.

[14]王波,徐哲,金順姬,等.氣相色譜法測定蛹蟲草中D-甘露醇的含量[J].長春中醫學院學報,2005,21(2):37-38.

[15]祝偉霞,楊冀州,王彩娟,等.毛細管氣相色譜法測定食用油中15種反式脂肪酸的含量[J].理化檢驗-化學分冊,2015,51(3):375-380.

[16]張志超,余新威,方力,等.氣相色譜法同時測定海產品中37種脂肪酸含量[J].中國衛生檢驗雜志,2014,24(12):1710-1713.

[17]歐陽嘉,曹葉青,樊可可,等.多種油脂的脂肪酸組成分析[J].南京化工大學學報,1997,19(2):84-88.

[18]尹建洪.氣相色譜法測定奶粉中肌醇含量的研究[J].廣東化工,2015,42(16):215-216.

[19]林晨,王李平,吳凌濤,等.灰化法-氣相色譜法測定45種食品中的碘含量[J].分析測試學報,2015,34(7):852-855.

Application of Drivatization-gas Chromatography Method in Food Safety Analysis*

LIXue-ying,LINChen,WANGLi-ping,WULing-tao,FANGLi,CAIDa-chuan，ZHANGFang-yuan,LINZe-peng

(Guangdong Provincial Public Laboratory of Analysis and Testing Technology, China National Analytical Center (Guangzhou), Guangdong Guangzhou 510070, China)

Derivatization-gas Chromatography is a species analysis techniques which uses certain chemical reactions on the target analyte structural transformation, modifies the target to a low boiling point or a new product with strong thermal stability, and achieves quantitative and qualitative analysis of the target through analysis of the product. The principle of alkylation method, acylation, silylation method, esterification and other derivative technology and its application in food safety testing were introduced, and the considerations of the technology, problems and prospects were proposed.

derivatization; gas chromatography; food safety

廣東省省級科技計劃項目(2013B020501005)；廣東省省級科技計劃項目(2013B091604003)；廣東省省級科技計劃項目(2014A040401032)；廣東省省級科技計劃項目(2015B090906023)。

李雪瑩(1992-)，女，工程師，主要從事食品安全分析。

王李平(1985-)，男，助理研究員，食品及藥品的安全質量研究。

O657

A

1001-9677(2016)08-0021-03