親水相互作用色譜-串聯質譜法測定飲用水中的4種甜味劑

2020-12-03 09:28:58劉向凌劉洪忠王鵬坤

廣州化工 2020年22期

劉向凌，劉洪忠，王鵬坤，馬斐

(德州市食品藥品檢驗檢測中心，山東德州 253000)

人工甜味劑(Artificial sweeteners)以其甜度高，成本低，無熱量等優勢被廣泛應用于食品工業。令人擔憂的是，甜味劑的長期使用可能導致葡萄糖耐受不良以及腸道菌群失調[1]；一些流行病學研究認為膀胱癌可能與糖精鈉，甜蜜素的超量使用有關[2]；安賽蜜可能導致DNA損傷[3]。更為嚴峻的是，多篇文獻報導在多個國家污水，自然水體，甚至飲用自來水中發現了人工合成甜味劑[4-5]，Scheurer[6]發現由于甜蜜素，糖精鈉，安賽蜜，三氯蔗糖這4種甜味劑極性大，水溶解性強，穩定性高，自來水生產過程中的凝絮沉淀工藝和氯處理對其幾乎沒有效果，所以進入飲用水的風險很高。

因此有必要建立同時測定飲用水中上述四種甜味劑的檢測方法，對飲用水進行科學監管，避免對人民群眾的身體健康造成不必要的損害。由于水體中甜味劑含量較低，常常須采用如質譜法等靈敏度較高的方法進行檢測。桂建業等[7]采用離子色譜-串聯質譜法對水體中的甜味劑進行了檢測，受限于接口技術，不能充分發揮聯用的優勢。Scheurer[7]采用柱后三羥甲基氨基甲烷(TRIS)加強離子化串聯質譜法測定水體中的人工甜味劑，由于柱后離子化試劑的使用，提高了檢驗的靈敏度。但上述方法需要特殊的設備，并且TRIS可能會長時間導致質譜正離子掃描模式靈敏度變差。

親水相互作用色譜-串聯質譜法可以顯著提高極性化合物的檢測靈敏度。作者采用亞乙基橋雜化硅膠顆粒親水作用色譜柱(BEH HILIC)對水體中上述四種甜味劑進行分離，串聯質譜法測定。甜蜜素，安賽蜜檢出限50 pg/mL，糖精鈉檢出限250 pg/mL，三氯蔗糖檢出限5 ng/mL。在定量限至10倍定量限濃度范圍內線性相關系數R≥0.997，在定量限，2倍定量限，5倍定量限三個水平進行加標實驗，4種甜味劑回收率完全滿足檢驗需求。對于評估飲用水來源污染風險，控制飲用水品質有較強的實用價值，對于服務食品安全監管具有一定的實用意義。

1 實驗

1.1 儀器，試劑與材料

超高效液相色譜-三重四極桿質譜聯用儀(UPLC-MS/MS，Waters Acquity H-class UPLC，Waters Xevo TQD)，Waters；BEH HILIC色譜柱(2.1×50 mm，1.7 μm)，Waters。

乙腈(ACN，LC-MS)，Merck；超純水(Millpore)；PTFE濾膜(0.22 μm，PAL)。

安賽蜜(Acesulfame Potassium)標準物質，三氯蔗糖(Sucralose)標準物質，糖精鈉(Saccharin Sodium)標準物質，甜蜜素(Sodium cyclamate)標準物質，純度≥99%，均購自北京海岸鴻蒙標準物質公司。

1.2 實驗條件

色譜條件：流動相A：乙腈，流動相B：水；流動相流速0.2 mL/min，流動相梯度0～1 min，90%A，1～3 min 90%～40%A，3～5 min 40%A，5.01～7 min，90%A。

質譜掃描模式：MRM，參數見表1。離子源參數：ESI-，Capillary(KV)：2.50，RF(V)：2.5，Extractor(V)：3.00，Source Temperature(℃)：150，Desolvation Temperature(℃)：400，Cone Gas Flow(L/Hour)：50，Desolvation Gas Flow(L/Hour)：700。

表1 4種甜味劑MRM方法參數

1.3 前處理方法

稱取1 g水樣(精確至0.01 g)，置于10 mL容量瓶中，以乙腈定容，經PTFE濾膜過濾后，置于1.5 mL進樣瓶中，供UPLC-MS/MS測定。

2 結果與討論

2.1 色譜柱的選擇

由于四種甜味劑極性較強，選取了2種色譜柱進行了實驗，分別為HSS T3(2.1×100 mm，1.8 μm)色譜柱[8]和BEH HILIC(2.1×50 mm，1.7 μm)色譜柱，T3色譜柱降低了C18鏈配基密度，從而增強了對極性物質的保留能力，HILIC柱為親水相互作用色譜柱，適用于極性物質的分離。流動相為乙腈和水，標準物質濃度100 ng/mL進樣量為2 μL，經上述兩種色譜柱分離后，4種甜味劑總離子流圖分別見圖1和圖2。

圖1 4種甜味劑總離子流圖(HSS T3色譜柱)

圖2 4種甜味劑總離子流圖(HILIC色譜柱)

HSS T3色譜柱對上述四種甜味劑分離效果尚可，安賽蜜出現了拖尾，各物質響應強度5000～50000，HILIC色譜柱各物質出峰時間較短，峰型較為對稱，響應強度10000～1200000，與HSS T3色譜柱相比，安賽蜜，糖精鈉，甜蜜素響應強度有了很大程度的提高。其原因是，使用HILIC色譜柱時，在ESI離子源中。高比例的有機相更有利于液滴的蒸發，從而提高離子化效率[9]。因此選用HILIC色譜柱作為分析用色譜柱。

2.2 流動相的選擇

文獻[10]表明，使用HILC色譜柱時，在流動相中添加適量的緩沖鹽有助于色譜柱硅膠顆粒表面“富水層”的形成，從而增強對極性物質的保留，避免產生保留時間漂移。因此本文對比了乙腈/水，乙腈/水(含10 mmol/L甲酸銨)，乙腈/水(含10 mmol/L乙酸銨)，乙腈/水(含20 mmol/L乙酸銨)四種流動相體系。進行了3次批間實驗，每批進樣50次，考察四種化合物響應強度，批間最大保留時間漂移。結果見表2。

表2 不同流動相4種甜味劑質譜靈敏度及保留時間漂移

使用緩沖鹽后，各物質批間最大保留時間漂移低于僅使用乙腈/水，說明各物質的保留依賴于硅膠顆粒表面“富水層”的形成。但是響應強度有了顯著的降低，經過3次批間實驗，未使用緩沖鹽的保留時間漂移最高僅為0.1 min，完全可滿足實驗需要，因此使用乙腈/水作為流動相。

2.3 凈化方法的選擇

雖然飲用水較為潔凈，但仍含有一定量的無機鹽，細菌以及不溶性微粒。這些物質可能會產生基質效應，影響檢驗靈敏度，堵塞色譜柱。為減少這些物質對檢驗的影響，應當對水樣進行凈化處理。由于4種甜味劑極性較強，難以在基于反相色譜原理的固相萃取柱上實現保留，因此本實驗采用基于親水親脂平衡原理的HLB固相萃取柱對樣品進行凈化，首先以3 mL甲醇，3 mL水活化60 mg Waters HLB固相萃取柱。稱取1 g(精確至0.01 g)水樣，加載至活化后的固相萃取柱上，以1滴每秒的速度過柱，然后以3 mL純化水淋洗，以3 mL 乙腈洗脫，將洗脫液在40 ℃水浴條件下以氮氣緩緩吹至近干，以90%乙腈水溶液(v/v)溶解殘渣，經0.22 μm PTFE濾膜過濾后，供UPLC-MS/MS測定。作為對比實驗，取1 g水樣置于10 mL容量瓶中，以乙腈定容，經0.22 μm PTFE濾膜過濾，供UPLC-MS/MS測定。考察基質效應和2倍定量限水平加標回收率。結果如表3所示。