淺談氣相色譜—質譜技術在食品分析的應用

于躍 孟柯

【摘要】 本文介紹了氣相色譜-質譜聯用技術的原理、特點及廣泛的應用，強調了氣相色譜—質譜聯用技術是食品檢驗分析中最有力的工具。

【關鍵詞】 氣質聯用技術;食品;應用

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.01.012

Abstract： This paper introduces the principle，characteristics and wide application of gas chromatography-mass（GC-MS）spectrometry. It emphasizes that GC-MS is the vital tool in food inspection and analysis.

Key words： GC-MS technology;food;application

隨著社會的進步，人們的生活水平不斷提高，食品安全問題已經成為社會廣泛關注的熱點。近幾年出現的“毒生姜”“瘦肉精”“毒豇豆”“毒奶粉”等事件已嚴重影響到人們的生活和社會的穩定，這也對食品檢測機構的檢驗技術提出了更高的要求。目前，很多分析化學的高新技術儀器應用到食品檢驗中，并發揮了重要的作用。本文就氣相色譜-質譜聯用技術在食品分析中的應用進行初步的探討。

1 氣相色譜-質譜聯用技術介紹

氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，簡稱氣質聯用，英文縮寫GC-MS）技術是利用計算機技術，通過適當的串聯將氣相色譜（GC）與質譜（MS）結合起來的一種技術，GC-MS技術是最成熟的雙光譜技術。氣相色譜儀雖具有強大的分離能力，但對未知樣品的定性能力較差。質譜法對未知樣品具有強大的識別能力和較高的靈敏度，但需要將檢測量的組分分成純化的化合物。所以將兩者結合，揚長避短，既彌補了氣相色譜只憑保留時間很難對未知組分在復雜的化合物中進行可靠的定性識別的缺點，又利用了質譜較強的識別能力和高靈敏度的特點，使GC-MS成為食品檢驗等部門面對復雜化合物能夠準確定性、定量檢測的最有力工具。

2 氣相色譜-質譜聯用技術的基本原理

氣質聯用技術主要是將未知樣品經過氣相色譜的載氣帶動、色譜柱分離后，利用質譜的離子源對氣態分子進行轟擊，將分子狀態分解為分子離子態，進而分解成碎片離子。在電場和磁場的共同作用下，利用質量分析儀根據M/Z的大小對樣品進行分離。最后，利用質量分析儀對樣品進行檢測、記錄，實現了樣品的定性和定量分析。氣質聯用儀的結構見圖1。

離子源分為電子轟擊源（EI源）和化學電離源（CI源）。EI源的特點是由分子離子可確定化合物的分子量，由碎片離子可推斷化合物的結構。EI源的方式只能檢測到正離子，負離子太弱檢測不到。CI源的特點是碎片離子峰少，圖譜簡單，可檢測負離子，靈敏度高，缺點是圖譜重現性差，譜庫中無CI源標準譜圖。質譜掃描方式包括全掃描（Full Scan）和選擇性離子監測（SIM）。當我們拿到一份未知樣品的時候，首先要對其進行全掃描，全掃描的質量范圍應該包括所有被測化合物的分子離子和碎片離子的質量，獲得化合物的全掃描譜圖，待測化合物的分子量和低質量的特征碎片決定著掃描的質量起點和終點。SIM沒有連續地掃描一定范圍的質量，而是掃描了一些選定的質量，以便進行有選擇性的分析。所以，氣質聯用技術綜合了氣相色譜和質譜的優點，使我們面對復雜未知的樣品時，能夠快速、準確的對化合物進行定性、定量的分析，使氣質聯用技術具備更廣泛的實用性。

3 氣相色譜-質譜聯用技術特點

在GC-MS技術中，氣相色譜儀作為質譜儀的“進樣器”，當樣品通過色譜柱分離并以純化合物的形式進入質譜時，質譜儀能充分發揮質譜的優勢。質譜儀作為氣相色譜儀的“檢測器”，色譜中使用的檢測器，如FID、FPD和ECD均具有局限性，而質譜儀可以檢測幾乎所有具有高靈敏度的化合物[1]。氣相色譜和質譜各有優缺點，GC-MS技術可以使兩者互補，充分發揮氣相色譜的高分離能力和質譜鑒定能力。

1）氣相色譜定性分析基于色譜峰的保留時間，定量分析基于色譜峰的峰面積（或峰高）。氣相色譜作為一種定性、定量的分析方法，具有分離能力強、靈敏度高的特點，但對于復雜難分離的未知樣品，氣相色譜的定性偏離的缺點就凸顯出來。

2）質譜法是在磁場或電場的作用下，根據帶電粒子的運動規律，利用帶電粒子的質荷比（M/Z）來分離和分析離子，確定離子質量及其強度大小。其主要作用是根據特征離子能計算出化合物的分子量、元素組成、分子結構式、同分異構體等信息，具有定性準確、靈敏度高、檢測速度快等優點。

3）氣相色譜與質譜聯用解決了氣相色譜定性分析的局限性，質譜分析的各種電離模式可以有效的電離各種樣品分子，所有離子經質譜儀分離后都能被檢測。獲得化合物的質譜圖，GC-MS技術可以獲得三維信息質量、保留時間和強度[2]。

4）GC-MS技術的發展促進了計算機軟件在分析技術方面的發展，不僅提高了儀器的性能，而且能夠更直觀、更簡便的在計算機軟件上去控制儀器，進行操作檢測步驟。從建立方法、儀器進樣、數據采集、數據處理、定性分析和定量分析、光譜數據庫檢索和打印圖表輸出等都可以通過計算機軟件實現，使操作更加簡潔，大大縮短了實驗時間，提高了儀器的使用效率，實現儀器分析的智能化。

4 氣相色譜-質譜聯用技術在食品分析中的應用

GC-MS技術始于20世紀末，廣泛應用于生命科學、食品、環境、醫藥、化工等領域。特別適用于揮發性或衍生化合物的分析，在分析檢測和科研領域中起著越來越重要的作用[3]。我國的蔬菜、水果等生產過程中都會使用農藥（包括有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類等），這就導致這些蔬菜、水果表皮殘留各種不同類型的農藥。我國政府的相關部門頒布的一系列的食品安全國家標準中，對于食品中農藥殘留量的檢測，大部分采用的都是用GC-MS技術進行檢測。

以蔬菜為例，按要求取待測樣品部位切碎、勻漿樣品備用;稱取10 g試樣加入20 mL乙腈提取，加入2.5 g氯化鈉提取，放入離心機離心，取上清液進行凈化;將凈化后的提取液分別通過Envi-18柱和Envi-Carb柱凈化，并在40 ℃水浴中旋轉濃縮，使凈化液溶液體積剩余約為1 mL，并加入40 μL內標溶液，混勻制成待測液，用于氣相色譜—質譜儀上機檢測;按實驗方法設定儀器條件;待測的每種化合物分別選擇1個定量離子，2個定性離子;需要檢測的離子按照出峰順序，分時段分別檢測待測化合物的保留時間、定量離子、定性離子以及定量離子與定性離子的豐度比值為（見表1）。檢測后，如果檢出的色譜峰的保留時間與標準樣品的一致，而且扣除背景后的樣品質譜圖中所選的定性、定量離子都出現，并且離子豐度比與標準樣品的離子豐度比一致，就可判斷樣品中存在這種農藥[4]。確證后，按內標法進行定量，計算出農藥殘留的含量。

GC-MS技術克服了傳統氣相色譜檢測農藥殘留效率低、種類單一的弊端，能夠對樣品進行精準的定性、定量分析并同時檢測多種農藥的殘留。目前我們國家的食品添加劑有2000余種，包括防腐劑、著色劑、甜味劑、抗氧化劑等，這些種類的添加劑通過GC-MS技術都能快速準確的進行檢測分析。白酒中氨基甲酸乙酯的殘留量、植物油中的多環芳烴的檢測、食品中苯醚甲環唑的測定等也都是用GC-MS技術的方法對樣品進行準確的定性、定量檢測分析。

5 結語

GC-MS技術以其強大的檢測分析能力已經被應用到各行各業的檢驗分析部門，當前科學技術水平在不斷地提高，GC-MS技術的應用功能也在不斷的創新進步。民以食為天，食品安全問題一直是社會關注的熱點問題，GC-MS技術將是保障國家食品安全最有力的工具。

【參考文獻】

[1] 李少軍，柯良蓉，莊澤龍，等.氣相色譜-質譜聯用法測定糕點制品中的甜蜜素[J].現代食品，2018（20）：96-100.

[2] 肖海燕.氣相色譜-質譜聯用技術在環境檢測中的應用[J].化工設計通訊，2019（1）：229+238.

[3] 蔡仕能.氣相色譜質譜聯用在食品檢驗中的應用[J].食品安全導刊，2015（3）：57-58.

[4] 食品安全國家標準 水果和蔬菜中500種農藥及相關化學品殘留量的測定 氣相色譜-質譜法：GB 23200.8-2016[S].