氣相色譜在食品檢測中的應用研究進展

李紅艷 王煒 付嬌嬌 宮萬華 秦青青

摘要：本文介紹了氣相色譜的發展，并對氣相色譜在食品添加劑、食品成分及食品中有害物質殘留檢測方面的應用進行了概述，展望了氣相色譜技術的發展前景。

關鍵詞：氣相色譜;食品檢測;研究進展

與食品安全相關的目標成分具有多樣性、多源性、微量性以及樣品基質復雜等特點，食品安全檢測面臨很大挑戰。氣相色譜技術具有技術和設備成熟、分離效率高、分析速度快、靈敏度高、選擇性好及低成本等特點，特別適合易揮發物質的檢測，是食品安全分析檢測領域普適性好、強有力的檢測手段。分析測試需求的不斷變化對氣相色譜儀器設備和應用技術提出了更高的要求，在線測試、現場測試和批量測試要求氣相色譜儀器更加小型化和更加穩定;針對各種復雜樣本和復雜目標物的深度剖析，要求分離介質和分析技術更加專業化。本文主要介紹氣相色譜的發展及其在食品安全分析檢測方面的應用。

1 氣相色譜技術的發展

氣相色譜（gas chromatography，GC）是20世紀50年代出現的一項分析技術，隨后得以快速發展，成為目前廣泛使用的一種色譜分析方法，原理是利用物質固有的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合成分的分離和分析。氣相色譜儀最核心的組件是色譜柱，樣品或提取液在惰性載氣（N2、He 或H2）的帶動下經過色譜柱，各組份與固定相之間相互作用力的微小差異導致流出的時間產生差異而被分離開，各組分依次進入檢測器，獲得特定的檢測信號，進而進行定性和定量分析[1-3]。氣相色譜技術得以廣泛應用主要得益于氣相色譜柱、樣品前處理方法和檢測器3個方面的技術進步。

氣相色譜柱被認為是氣相色譜儀的心臟，其重要性不言而喻。通常，氣相色譜柱分為2大類：一類是固定相以顆粒填料形式填滿金屬管柱，稱為填充柱;另一類是把固定相涂敷在毛細管的內壁，稱為毛細管柱。填充柱和毛細管柱在外觀、操作、性能和制備上有很大差別。這2類色譜柱在我國的使用都很廣泛，但毛細管色譜柱比填充柱具有更高的柱效、惰性及熱穩定性，且隨著制造工藝水平的提高，在減少固定相流失和延長使用壽命方面都有很大進步，可以與質譜很好地兼容，被認為是氣相色譜柱的發展趨勢。填充柱由于在固定相的選擇上更加靈活多樣，且樣品負荷量比毛細管柱大1—3個數量級，因此在我國的分析測試方法中仍然被采用，部分食品安全檢測標準中同時提供了毛細管柱和填充柱2種分析條件。通過在硅片上刻蝕制得的微型氣相色譜柱具有體積小、溫度控制更精確、能耗低等優點，目前尚處于技術研究開發階段，該技術的應用將進一步促進氣相色譜儀器向微型化、便攜式方向發展。

根據固定相的性質，色譜柱又可分為非極性、極性與手性色譜分離柱等，成熟的色譜柱產品已有幾十個品種，其中最常用的是以聚硅氧烷類固定相交聯多種功能基團的毛細管柱、以聚乙二醇類固定相交聯多種功能基團的毛細管柱和以聚苯乙烯-二乙烯基苯聚合物微球等微粒為固定相的多孔層開管柱。離子液體具有熱穩定性好、表面張力小、可供選擇的有機和無機陰陽離子種類多樣等特點，其作為氣相色譜固定相的研究已取得很大進展，形成了一大批商品化的色譜柱產品，如采用SLB-IL111色譜柱可分析食品中的脂肪酸組成、農藥殘留及增塑劑等。離子液體及其與石墨烯、碳納米管等材料結合形成的特殊性質的固定相在檢測中的應用還有待進一步開發。

2 在食品檢測中的應用

氣相色譜技術在我國食品安全檢測標準體系中得到了廣泛應用。截止目前，我國現行有效的食品理化指標檢驗國家標準有216個，其中3成以上都采用了氣相色譜技術，主要應用于食品添加劑、食品成分及有害物質殘留檢測等方面。

2.1 食品添加劑

氣相色譜技術可用于測定食品中添加劑的種類和含量，幾乎全部的香精香料成分都可以采用氣相色譜分析，對食品中的防腐劑、抗氧化劑均可采用GC-FID的方法進行檢測。其他揮發性有機物添加劑，如面粉中的過氧化苯甲酰等，也可使用氣相色譜進行分析。

2.2 食品成分

食品中的揮發性成分及其含量可以采用氣相色譜法分析，如食用植物油中的脂肪酸組成分析。借助頂空進樣技術，氣相色譜技術還可對啤酒、葡萄酒和飲料的風味組分及質量進行控制分析。

2.3 有害物質殘留

食品中有害物質（含非法添加物）的殘留量是大家關注的焦點，檢測項目也最多。農藥及其他藥物殘留的檢測是食品檢測的重點項目。我國的農業生產依賴于大量農藥的使用，加上早期難分解的高毒農藥在土壤環境中的殘留等原因，目前蔬菜、水果及其他初級農產品中仍然有農藥殘留超標的情況發生。標準中采用了GC-ECD對蔬菜、水果等產品內殘留的有機氯、菊酯類農藥進行檢測，采用了 GC-FPD對有機磷、有機硫類農藥進行檢測，采用了GC-MS對食品中的農藥殘留多組分進行同時篩查和定量分析。氣相色譜技術同樣可以用于畜禽、水產品中獸藥殘留及瘦肉精成分的鑒別和定量分析。

多環芳烴是另一類重要的污染物，具有致突變性和致癌性，通過毛細管色譜柱的高分離能力和質譜的高選擇性可以快速測定煙熏類食品中20多種多環芳烴成分。對于油炸食品在炸制過程中可能產生的具有致癌性的丙烯酰胺，可采用 GC-FID進行定量測定。

食用油中的溶劑殘留是浸出法生產植物油的重要衛生指標，采用頂空進樣的氣相色譜法可以準確測定食用油內殘留的六號溶劑，并具有良好的分離效果。食品包裝袋中有害物質的遷移已成為影響食品安全的潛在因素，特別是塑料食品包裝材料的廣泛應用，其中的多種添加劑與高分子基質之間沒有形成化學共價鍵，在接觸到含有水、醇、酸和油脂的食品時，有向食品中遷移的風險。可利用GC-FID技術檢測塑料制品中的增塑劑和其他添加劑，GC-MS技術的引入可以同時測定多種添加劑成分。

3 總結及展望

綜上所述，隨著國民經濟的快速發展和人民生活水平的提高，食品的種類在不斷增加。除初級農產品生產過程中為預防病蟲害、提高產量和品質使用化學藥物容易引入的危害因素外，在加工過程中，各種新型工藝、添加劑、新型包裝材料等都為食品安全帶來了更多的隱患。氣相色譜技術作為一種較為成熟的分析技術，在國家食品安全監督檢測過程中發揮著重要作用。各種新技術和專用配件的應用，一方面提升了檢測的效率，另一方面保障了檢測的質量;特別是聯用技術的應用大大提升了儀器的整體性能，拓展了應用范圍。在新技術、新材料發展的推動下，氣相色譜技術的發展應趨向于儀器設備小型化、硬件配置專用化、軟件分析智能化和實驗操作簡單化，在食品安全檢測方面有著更為廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 吳烈鈞.氣相色譜檢測方法[M].化學工業出版社，2000.

[2] 劉虎威.氣相色譜方法及應用（第二版）[J].色譜，2007，25（6）：880-880.

[3] 傅若農.近兩年國內氣相色譜的進展[J].分析試驗室，2011，030（005）：88-122.