衍生化氣相色譜法在食品分析中的應用研究進展

王歡　楊靜

摘要氣相色譜只適合分析揮發(fā)性和半揮發(fā)性組分，對高沸點有機物的分析相當困難，而衍生化反應則是解決該問題的有效策略之一。氣相色譜中常見的衍生方法主要有鹵化反應、酯化反應、酰化反應、醚化反應、酯化反應和硅烷化反應，本文對這幾類常用于有機物分離的衍生試劑及應用進展進行較全面的介紹，以期為其推廣應用提供參考。

關鍵詞 衍生化氣相色譜法;食品分析;應用

中圖分類號 R917

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）07-0213-02

氣相色譜法是利用氣體作流動相的色譜分析方法，這要求被分析物質在色譜柱內運行時必須處于氣體狀態(tài)。當樣品在固定相和流動相組成的體系中做相對運動時，具有不同分配系數的組分在兩相間進行多次反復分配，從而達到分離的目的。氣相色譜法根據固定相的物理存在狀態(tài)不同分為氣固色譜法（填充柱氣相色譜法）和氣液色譜法（毛細管氣相色譜法），但目前應用最廣泛的是后者，即毛細管氣相色譜法。該方法具有效能高、靈敏度高、選擇性強、分析速度快、操作簡便等特點，已被廣泛運用。氣相色譜只適合分析揮發(fā)性和半揮發(fā)性組分，對高沸點有機物的分析相當困難，而衍生化反應則是解決該問題的有效策略之一。衍生化氣相色譜法是通過一定的化學反應將不易直接進行氣相色譜分析的有機物轉化為適合分析物質的方法的總稱。衍生化反應能夠降低有機物的極性，增強其揮發(fā)性，改善色譜峰形，增大相鄰峰的分離度，提高其在特定檢測器上的靈敏度"。氣相色譜中常見的衍生方法主要有醚化反應、酰化反應、硅烷化反應、酯化反應、鹵化反應和酯化反應。

1硅烷化反應

幾乎所有含活潑氫的有機醇、酚、酸和胺等化學物都能與硅烷化試劑發(fā)生衍生反應，反應活性順序為醇>酚>羧酸>胺>酰胺，反應活性還受空間位阻的影響，其醇的反應活性為伯醇>仲醇叔醇，胺的反應活性為伯胺>仲胺4-般的反應通式如下：

RCH2OH+（CH3）3SiCIRCH2OSi（CH3）3+HCl;

RCOOH+（CH3）3SiClRCOOSi（CH3）3+HCl;

RCH2NH2+（CH3）3SiCIRCH2NHSi（CH3）3+HCl。

最常用的硅烷化試劑是N，0-雙（三甲基硅）三氟乙酰胺（BSTFA，CAS25561-30-2）、N一甲基一N一三甲基硅烷三氟乙酰胺（MSTFA，CAS24589-78-4）、六甲基二硅胺烷（HMDS，CAS999-97-3）和三甲基氯硅烷（TMCS，CAS75-77-4）;最常用的溶劑是吡定，它能接受反應生成的鹽酸;一些混合硅烷化試劑如HDMS：TMCS：吡啶（2：1：10）和BSTFA：TMCS（99：1），在這些混合衍生試劑中，TMCS并未參與衍生反應，其起到催化劑的作用，使衍生反應不需要加熱，在室溫下即可以發(fā)生B。

2酯化反應

2.1甲醇法

有機酸與甲醇在催化劑的作用下加熱，可以發(fā)生酯化反應，生成有機酸的甲酯：

RCOOH+CH3OH→RCOOCH3+H2O

有機酸與醇反應常用的催化劑有濃硫酸、三氟化硼和三氟乙酸酐。當使用HSO4作催化劑時，需要回流，反應時間較長。若用三氟化硼作催化劑，反應可在室溫下完成，通常是將三氟化硼通人甲醇中配制酯化劑，然后再進行酯化反應4。《食品中脂肪酸的測定》（GB5009.168-2016）即采用了三氟化硼作為催化劑的衍生手段。在脂肪提取物中加人2%氫氧化鈉甲醇溶液8mL，于80C水浴上加熱，使脂肪水解皂化，然后加入15%三氟化硼甲醇溶液，于80C水浴中繼續(xù)加熱2min，然后添加正庚烷和飽和氯化鈉水溶液，靜置分層后，吸取上層正庚烷提取溶液，經無水硫酸鈉脫水處理后，進行氣相色譜分析。

2.2重氮甲烷法

用重氮甲烷作試劑進行酯化，反應式為

RCOOH+CH2N=N→RCOOCH3+N2

副產物N2逸出后，產物很純，反應在室溫下進行，產率很高。例如，美國EPA標準方法測定水中的三氯乙酸就是用溶劑萃取加重氮甲烷酯化，然后用ECD測定的。重氮甲烷有毒，容易爆炸，一般將其溶解在Z醚中使用。

3醚化反應

醇和酚可以與醇反應生成相應的醚，如酚與NaOH成鹽后與碘代烷反應，生成苯醚。一個典型應用是環(huán)境中酚類的檢測。以a一溴代五氟甲苯作為衍生試劑，與苯酚類反應生成含氟的醚，在ECD上有很高的響應值，反應式為

R-OH+BrCH2C&F5→R-O-CH2CFs+HBr

樣品先用丙酮溶解，以K2CO3作催化劑，在加熱條件下反應，轉化率可達到80%～100%。

4酰化方法

酰化法主要用于胺類和醇類化合物的衍生，使用的酰化試劑主要有酐酸和Z烯酮2種，反應式為

RCH2NH2+RCOOOCR→RCH2NHOCR+RCOOH;

RCH2NH2+CH2CO→RCH2NHCOR。

乙烯酮法較理想，此法反應速度快、轉化率高、無副產物。芳香胺與三氟乙酸酐反應可以生成三氟乙酰胺，用于ECD測定。如有機堿及其同系物與三氟Z酸酐在60C時反應5min即可完成。糖類的三氟乙酰化是用氯仿作溶劑，用有機堿作催化劑。一般酰化反應在無水條件下進行，胺和酚類也可以在水溶液中進行。

5展望

衍生化氣相色譜法發(fā)展方向主要為以下4個方面：一是開發(fā)新的衍生試劑，獲得更優(yōu)的衍生效果;二是開發(fā)液體原位衍生技術，簡化提取步驟;三是優(yōu)化衍生程序，縮短衍生時間，提高分析效率;四是研究衍生產物穩(wěn)定技術，使方法適合批處理分析。

6結語

綜上所述，硅烷化反應、酯化反應（甲醇法、重氮甲烷法）醚化反應、酰化方法是目前氣相色譜中常見的衍生方法，能有效地對高沸點有機物進行分析（10-12），為今后開發(fā)新的檢測方法引領方向。

7參考文獻

[1] ONAL A.A review ： Current analytical methods for the determination ofbiogenic amines in foods[J].Food Chemistry ， 2007， 103： 1475- 1486.

[2] FARAJZADEH M A， NOURI N， KHORRAM P.Derivatization and micro-?extraction methods for determination of organic compounds by gaschromatography[J].TrAC Trends in Analytical Chemistry ，2014，55：14-23.

[3] POOLE C F.Alkylsilyl derivatives for gas chromatography[J].Journal of?Chromatography， ，2013， 1296：2-14.

[4] PARK P W ， GOINS R E.In situ preparation of fatty acid methyl esters for?anal lysis of fatty acid composition in foods[J].Journal of Food Science，1994 ，59： 1262- 1266.

[5] FODOR B， MOLNAR -PERL I.The role of derivatization techniques in?the analysis of plant cannabinoids by gas chromatography mass spectro-metry[J].TrAC Trends in Analytical Chemistry ， 2017，95：149- 158.

[6]崔慶新，王方.氣相色譜一質譜聯(lián)用法在食品分析中的應用：在食品營養(yǎng)成分分析中的應用[J].聊城大學學報（自然科學版），2009，22（2）：25-29.

[7]張玉寶.氣相色譜儀的應用及發(fā)展趨勢[J].生命科學儀器，2006（3）：26-28.

[8]湯樺氣相色譜/質譜聯(lián)用技術在食品分析中的應用研究[D].西安：西北大學，2003.

[9]王輝.色譜技術在食品安全檢測中的應用[J].食品安全導刊，2018（12）：81-84.

[10]張帥，叢海林，于冰超高效液相色譜的發(fā)展及在分析領域的應用[J].分析儀器，2017（6）：16-27.

[11]張力天，嚴健，李永偉.氣相色譜一質譜聯(lián)用技術在食品分析中的應用[J].建材與裝飾，2017（22）：144-145.

[12]李紅蕊，楊念.離子色譜法在食品檢測中的應用進展[J].糧食與食品工業(yè)，2018，25（3）：64-66.