色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

宋菁景，劉 雪，林小暉

（濟(jì)南市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東濟(jì)南 250000）

質(zhì)譜法（Mass Spectrometry，MS）是運(yùn)用不同的離子化技術(shù)將待測(cè)化合物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)離子，再按質(zhì)荷比對(duì)離子進(jìn)行分析檢測(cè)，從而確定物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的一種方法[1]。質(zhì)譜法具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、分析速度快、信息量大和可測(cè)定分子式等特點(diǎn)，在分析測(cè)試領(lǐng)域中備受矚目。

1912年，英國(guó)學(xué)者J. J. Thomson研制出第一臺(tái)質(zhì)譜儀，并由此創(chuàng)立質(zhì)譜分析法。質(zhì)譜儀用于同位素及其相對(duì)豐度的分析測(cè)定。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）儀，使質(zhì)譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化，成為有機(jī)物分析的重要儀器。20世紀(jì)80年代后期，軟離子化技術(shù)的相繼問世，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，LC-MS）儀研制成功，隨著串聯(lián)質(zhì)譜儀的不斷改進(jìn)，質(zhì)譜法的應(yīng)用拓展到分析強(qiáng)極性、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定樣品和生物大分子的研究，迅速成為現(xiàn)代分析化學(xué)最前沿的領(lǐng)域之一。

1 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)概論

色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)將色譜技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)有效地結(jié)合起來，是目前分析復(fù)雜混合物的重要手段。在色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)中，色譜儀相當(dāng)于質(zhì)譜儀的進(jìn)樣和分離系統(tǒng)，質(zhì)譜儀相當(dāng)于色譜儀的檢測(cè)器，在食品檢測(cè)中，常用技術(shù)有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GCMS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）、離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Ion Chromatography-Mass Spectrometry，IC-MS）等。

1.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）

GC-MS法利用GC系統(tǒng)的氣相色譜柱對(duì)未知樣品進(jìn)行分離，分離后的氣態(tài)分子進(jìn)入MS系統(tǒng)，被離子源轟擊成碎片離子，運(yùn)用質(zhì)量分析器根據(jù)質(zhì)荷對(duì)帶電荷的碎片進(jìn)行分離、檢測(cè)和記錄，完成樣品的定性、定量分析[2]。GC-MS法常用于小分子的分離和檢測(cè)。

GC-MS法中MS系統(tǒng)常用的離子源主要有電子轟擊源（EI源）和化學(xué)電離源（CI源）。其中，EI源可以通過分子、離子來確定化合物的分子量，再通過碎片離子推出化合物結(jié)構(gòu)，這種方式適用于正離子的檢測(cè)，但不適用于負(fù)離子檢測(cè)。相比而言，CI源的碎片離子峰少，靈活度強(qiáng)，圖譜相對(duì)簡(jiǎn)單，常作為負(fù)離子的主要檢測(cè)方法。常用的質(zhì)量分析器為四極桿分析器，可檢測(cè)的分子質(zhì)量上限通常是4 000 Da，分辨率約為103。GC-MS法常用來檢測(cè)食品中的農(nóng)藥殘留、獸藥殘留[3]、食品添加劑[4]和塑化劑殘留[5]等。

1.2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）

LC-MS法是以LC系統(tǒng)的液相色譜柱為分離手段、質(zhì)譜為檢測(cè)手段的分離分析方法。隨著大氣壓離子化（Atmospheric Pressure Ionization，API）和基質(zhì)輔助激光解吸離子化（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization，MALDI）技術(shù)的出現(xiàn)，LC-MS技術(shù)得到了快速的發(fā)展。

MS系統(tǒng)的離子源包括電噴霧離子源（Electron Spray Ionization，ESI）、大氣壓化離子源（Atmospheric Pressure Chemical Ionization，APCI）和大氣壓光離子化 源（Atmospheric Pressure Photo-Ionization，APPI），它們可以使試樣組分的離子化在大氣壓條件下完成，離子化率高。目前，幾乎所有的LC-MS聯(lián)用儀都配備了ESI源和APCI源。LC-MS法中的MS系統(tǒng)，根據(jù)質(zhì)量范圍和分辨率，可分為低分辨質(zhì)譜技術(shù)和高分辨質(zhì)譜技術(shù)。低分辨質(zhì)譜技術(shù)采用三重四極桿分析器，高分辨質(zhì)譜技術(shù)多采用磁質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜和靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜等分析器。

LC-MS法可以分析強(qiáng)極性、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定性的化合物，具有分析范圍廣、分離能力強(qiáng)、定性分析結(jié)果可靠、檢測(cè)限低、靈敏度高和分析時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)[6]。LC-MS法常用來檢測(cè)食品中的藥物殘留、持久性有機(jī)污染物、生物毒素以及保健食品中的維生素、類胡蘿卜素和活性多糖等[7-8]。

1.3 離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（IC-MS）

離子色譜法也屬于液相色譜領(lǐng)域，但不同于常規(guī)液相色譜的是，離子色譜配有抑制器，可以有效降低背景，減小儀器噪音，提高儀器檢測(cè)的靈敏度[9]。離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以有效結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多種成分的痕量檢測(cè)。與LC-MS法類似，其離子源多采用ESI源和APCI源，質(zhì)量分析多采用三重四極桿分析器。IC-MS法常用來分析檢測(cè)食品中的氯酸鹽、溴酸鹽[10-11]、單糖、小分子寡糖[12]和有機(jī)酸[13]等。

2 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 GC-MS法在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1.1 GC-MS法檢測(cè)食品中的農(nóng)藥殘留

食品中的農(nóng)藥殘留主要有有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯等。多項(xiàng)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中采用GC-MS法對(duì)食品中的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)，如《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食用菌中503種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》（GB 23200.15—2016）[14]、《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)糧谷中475種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》 （GB 23200.9—2016）[15]等。

多名學(xué)者對(duì)該方法也展開了研究。馬桂娟等[16]將枸杞籽油用乙腈提取，以QuEChERS方法為前處理技術(shù)，在質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（Multiple Reaction Monitoring，MRM）模式下，進(jìn)行基質(zhì)外標(biāo)法定量，建立了氣相色譜三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS） 同時(shí)測(cè)定枸杞籽油中28種農(nóng)藥殘留的方法，能夠滿足枸杞籽油中28種農(nóng)藥殘留的定性和定量分析。楊衛(wèi)花等[17]用石墨化碳黑小柱和氟羅里硅柱雙柱結(jié)合凈化、氮吹濃縮，然后用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 （GC-MS）檢測(cè)大米中農(nóng)藥馬拉硫磷殘留，該方法靈敏度高且可靠。

2.1.2 GC-MS法檢測(cè)食品中的獸藥殘留

薛良辰等[3]利用QuEChERS對(duì)樣品進(jìn)行前處理，通過在線凝膠滲透色譜-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)魚肉中的9種羥基類獸藥殘留進(jìn)行測(cè)定，經(jīng)驗(yàn)證，該方法具有靈敏度高、準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)魚肉中9種羥基類獸藥進(jìn)行定性、定量分析。

2.1.3 GC-MS法檢測(cè)食品中的添加劑

湛嘉等[4]建立了一種簡(jiǎn)便快速的氣相色譜-質(zhì)譜（GC/MS）聯(lián)用檢測(cè)方法，通過GC/MS的選擇離子監(jiān)視模式（Selected Ion Monitoring，SIM）檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)中的多種食品添加劑的檢出。

2.1.4 GC-MS法檢測(cè)食品中的塑化劑

張國(guó)民等[5]應(yīng)用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定了食品中17種危害人體健康的污染物——鄰苯二甲酸酯類（Phthalate Acid Esters，PAEs）塑化劑的含量。選擇了白酒等12種不同類別的食物作為分析樣品，色譜系統(tǒng)用非極性色譜柱（DB-5MS）、程序升溫控制對(duì)樣品進(jìn)行分離；質(zhì)譜系統(tǒng)采用電子轟擊離子源（EI源）和選擇離子監(jiān)測(cè)模式（SIM），對(duì)塑化劑進(jìn)行定性和定量分析，并推測(cè)其中測(cè)出的PAEs可能由生產(chǎn)過程中或之后的運(yùn)輸、包裝等過程中接觸了塑料制品所致。

2.2 LC-MS法在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.2.1 LC-MS法檢測(cè)食品中的藥物殘留

多項(xiàng)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中采用LC-MS法對(duì)食品中的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)[18]。例如，《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 茶葉中448種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測(cè)定 液相色譜-質(zhì)譜法》（GB 23200.14—2016）[19]、《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 果蔬汁和果酒中512種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測(cè)定 液相色譜-質(zhì)譜法》 （GB 23200.14—2016）[20]等。

楊昌彪等[21]建立了液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS/MS）分析方法，對(duì)番茄中18種農(nóng)藥殘留進(jìn)行快速檢測(cè)，樣品經(jīng)QuEChERS方法凈化后，用LC-MS/MS進(jìn)行檢測(cè)。該方法對(duì)濃度為0.006～ 0.100 μg/mL的18種農(nóng)藥殘留均呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，適合批量樣品的檢測(cè)分析。

2.2.2 LC-MS法檢測(cè)食品中的有機(jī)污染物

蔡冬梅等[22]基于超高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜結(jié)合同位素內(nèi)標(biāo)法開發(fā)了蜂毒衍生品中蜂毒肽的準(zhǔn)確定量分析方法，樣本經(jīng)胰蛋白酶酶切后，過固相萃取小柱凈化，然后經(jīng)C18色譜分離，在ESI正離子模式下采用平行反應(yīng)檢測(cè)（Parallel Reaction Monitoring，PRM）進(jìn)行檢測(cè)分析。該方法可準(zhǔn)確定量蜂毒衍生產(chǎn)品中蜂毒肽的含量，保證了產(chǎn)品功效，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2.3 LC-MS法檢測(cè)食品中的生物毒素

邢曉楠[6]篩選出分離最佳色譜條件，并且在MRM模式下進(jìn)行離子檢測(cè)，建立起4種AIPs信號(hào)分子的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）檢測(cè)方法，并研究金黃色葡萄球菌AIPs分子信號(hào)及該分子對(duì)SEA和生物膜形成作用機(jī)理，可以快速準(zhǔn)確地對(duì)AIPs分子定性定量，明確環(huán)境會(huì)影響AIPs分子的產(chǎn)生。

2.2.4 LC-MS法檢測(cè)保健食品中的成分

全文琴等[23]建立起高效液相色譜/電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用分析方法，利用C8色譜柱對(duì)樣品進(jìn)行分離，在電噴霧負(fù)離子模式下，質(zhì)譜對(duì)m/z301、m/z327和m/z269 進(jìn)行選擇離子監(jiān)測(cè)。該方法可快速、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確地測(cè)定魚油樣品中EPA和DHA兩種ω-3PUFA含量。

2.3 IC-MS法在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.3.1 IC-MS法檢測(cè)食品中的氯酸鹽和溴酸鹽

封麗娟等[10]用Dionex AS16離子交換色譜柱、梯度洗脫分離化合物，采用電噴霧離子源負(fù)離子掃描（ESI-），在多反應(yīng)監(jiān)控（MRM）模式下測(cè)定面制品中溴酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽。

高峰等[11]選用高容量、強(qiáng)親水性的陰離子交換柱IonPac AS19進(jìn)行分離，以KOH溶液為淋洗液，采用梯度淋洗，淋洗液經(jīng)過抑制器抑制后直接進(jìn)入質(zhì)譜（ESI-MS），負(fù)離子模式進(jìn)行檢測(cè)，建立一種測(cè)定碳酸飲料中亞氯酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽的離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法，適用于碳酸飲料中亞氯酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽的同時(shí)測(cè)定。

2.3.2 IC-MS法檢測(cè)食品中的單糖、小分子寡糖

張濤等[12]將樣品粉碎后加入去離子水超聲提取，經(jīng)Carbopac PA20色譜柱分離，以EGC在線產(chǎn)生KOH為淋洗液，梯度淋洗，采用柱后補(bǔ)液法（Na+源），串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)，建立了咖啡豆中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、蔗糖、木糖、甘露糖、果糖和核糖的IC-MS分析方法。該方法解決了不同含碳量的糖之間的假陽(yáng)性問題，可實(shí)現(xiàn)咖啡豆中典型單糖和小分子寡糖的同時(shí)測(cè)定。

2.3.3 IC-MS法檢測(cè)食品中的有機(jī)酸

熊治渝等[13]利用離子色譜配備自制富集柱和分離柱對(duì)有機(jī)酸進(jìn)行在線富集和分離，采用質(zhì)譜大氣壓化學(xué)電離源負(fù)離子電離方式（APCI-），在選擇離子監(jiān)控（SIM）模式下對(duì)有機(jī)酸進(jìn)行定性和定量分析，建立了在線富集方式結(jié)合離子色譜-質(zhì)譜（IC-MS）快速分離分析16種有機(jī)酸的方法。該方法樣品前處理簡(jiǎn)單，分離速度快，有機(jī)酸檢測(cè)靈敏度高，適用于多種飼料添加劑樣品中有機(jī)酸添加劑的檢測(cè)。

3 結(jié)語

本文綜述了色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理和分類，通過實(shí)例分析了該技術(shù)在食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用。這類技術(shù)具有分析快速、靈敏度高和定性定量分析的準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。食品行業(yè)的發(fā)展日新月異，對(duì)食品質(zhì)量的監(jiān)管也提出了更高的要求，食品檢驗(yàn)部門的檢驗(yàn)手段應(yīng)隨之更新、提升。一些新出現(xiàn)的有毒有害化合物大都可充分利用該技術(shù)，建立起快速、靈敏、準(zhǔn)確和可靠的檢測(cè)方法，對(duì)其進(jìn)行有效篩選、定性，并分析其安全限度，為保障人們的飲食安全和生命健康提供有力的技術(shù)支撐。