應用多維色譜-質譜聯用技術 建立食品中殘留物檢測新平臺（二）

　　1. 二維氣相色譜-質譜聯用技術

　　1.1 二維氣相色譜-質譜聯用技術(GC+GC)/MS

　　二維氣相色譜是首先發展起來的多維色譜技術，早在1968年，Deans就發明了二維氣相色譜技術(GC+GC)，在二維柱子之間采用“氣動開關”控制兩維之間的切割，并開始將其應用于原油的分析。1980年Ligon等優化了(GC+GC)/MS接口技術，通過壓力控制兩維之間的傳遞，采用中間捕集收集樣品，實現了真正意義上的自動化。1983年，Stan對原有切割技術進行了改進，采用“Live Switching”切割技術。

　　GC+GC是將第一維分離好的待測物部分切割(heart cut)進入第二維進行進一步的分離分析，因此根據切割的組分又可以分為：單次切割、多次切割進同一根色譜柱、多次切割分別進不同色譜柱。根據切割時間的不同或增加切割次數來實現對感興趣組分的分離分析。多次切割而保留時間的值不發生變化——這是二維GC的技術難點。根據二維色譜的基本原則，通常第一根色譜柱為非極性色譜柱(主要是按照化合物的沸點進行分離)，如DB-5ms，而第二根色譜柱則要選擇一根中等極性或極性色譜柱(主要是按照化合物的極性進行分離)，如DB-17ms。(GC+GC)/MS的流程簡圖見(圖1)。從第1根色譜柱預分離后的部分餾分，被再次進樣到第2根色譜柱做進一步分離，其他組分直接經檢測器1檢測。GC+GC的關鍵技術是從一維向二維的傳遞，因此需要選擇合適的接口技術，通常接口方式包括閥切換和氣動開關。使用閥切換，當從第一根色譜柱流出的組分需要進一步分離時，通過閥切換將這部分送入兩根柱子進行分離分析。由于不斷的切換會導致壓力波動，從而導致后面化合物的保留時間會變化。氣動開關是通過流路的阻尼管并調節不同流路的壓力實現載有化合物的載氣的流向，因此，可以保證流路壓力恒定，不會因為多次切割而導致后面化合物保留時間的變化，這種接口方式成為GC+GC主要的接口方式。以前氣相色譜自帶的檢測器如離子火焰檢測器(FID)、電子捕獲檢測器(ECD)可以滿足GC+GC分析速度的要求。而現在為了對分離出的物質做初步定性，因此采用質譜作為檢測器。

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圖1 GC+GC流路示意圖

Figure 1 Schematic diagram of GC+GC

　　食品中多種農藥殘留的分析一般采用GC-MS-SIM方式檢測。多殘留檢測時在每個時間段內選擇的離子數會增加，因此會有一些被測物質分不開，且復雜基質(如：蔥、姜、蒜等)本底干擾也隨之增加。為解決這一問題需要將被測物質分成幾組，多次運行，樣品前處理也要用復合凈化柱。整個方法仍顯繁雜和費時。多農殘分析屬目標物檢測，為提高分離度和減少本底干擾，已有人將GC+GC技術應用于食品及環境污染物的分析。Stan等采用GC+GC同時檢測食品中100多種有機鹵、有機磷農藥;Chen等采用GC+GC測定了魚肉和大米的有機氯農藥殘留。二維氣相色譜對于分離檢測多溴二苯醚(PBDEs)和多氯聯苯(PCBs)是一項很好的技術，已經成功應用于芝士、牛奶、母乳中這兩類化合物的檢測，可以同時檢測至少15種手性PCBs。

　　1.2 全二維氣相色譜-質譜(GC×GC/MS)

　　上世紀90年代在傳統GC+GC的基礎上發明了GC×GC，它是由Liu和Phillips利用其以前在快速氣相色譜中用的調制器開發而來。1999年，Phillips和Zeox公司合作生產了第一臺商品化的全二維氣相色譜儀器。

　　全二維氣相色譜(GC×GC)是把分離機理不同而又相互獨立的兩支色譜柱以串聯的方式結合而成的。在這兩個色譜柱之間裝有調制器，調制器的作用是：捕集再傳送。在GC×GC中兩根柱子的分離機制是相互獨立的，經第1支色譜柱(為常用GC-MS色譜柱，規格30m×0.22mm, 0.25μm)分離后的每一個餾分，都先進入調制器，進行聚焦(液氮制冷的冷氣使樣品冷凝下來)，然后熱氣再吹在樣品冷凝點使樣品迅速升溫汽化，以脈沖方式送入到第2支色譜柱(快速色譜柱，規格3.5m×0.1mm, 0.1μm)進行進一步的分離分析，每一個餾分都要同時被洗脫出進入第2根色譜柱，以免與其他餾分發生共洗脫從而影響分離效率，由計算機給出全二維色譜的平面二維色譜圖，見圖2。

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圖2 GC×GC流路示意圖

Figure 2 Schematic diagram of GC×GC

　　研究表明，采用GC×GC可以大大地提高被分析物之間、被分析物與基質之間的分離效率，同時，還能將分析物按族進行分離。在GC ×GC 色譜圖中, 組分分布在一個保留值平面上，而一維色譜是分布在一條保留值線上。把柱1的保留時間作為第一橫坐標，柱2 的保留時間為第二橫坐標，信號強度為縱坐標，就形成全二維獨特的立體三維色譜圖，見圖3。二維色譜圖可由彩色畫面表示，顏色的深淺表示響應值大小，淺藍色表示背景，用深藍、洋紅和白色表示強度的大小, 形成獨特的二維輪廓圖，見圖4。

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圖3 全二維獨特的三維立體圖

Figure 3 Schematic diagram of GC×GC

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圖4 全二維獨特的二維輪廓圖

Figure 4 Schematic diagram of GC×GC

　　由于GC×GC第二維的分析速度特別快，從而對檢測器的采集速度提出了更高的要求，飛行時間質譜(TOF)掃描速度快，是GC×GC理想的檢測器，也是比較常用的檢測器。全二維氣相色譜-飛行質譜(GC×GC-TOF MS)已經應用于食品安全領域。Dallüge 等采用GC×GC-TOF MS聯用技術測定食品提取物中的農藥殘留，實驗表明：通過全掃描譜圖可以檢測出58種目標農藥殘留物。而后Lee優化的GC×GC-TOF MS 可以同時測定飼料中100多種農藥殘留，檢測限在1~20 μg/kg。 Zrostlíková等用GC×GC-TOF MS測定水果中多農藥殘留，檢測限為0.2~30 pg(S/N=5)，其檢測能力是一維GC-TOF MS的1.5~50倍。我們實驗室也應用GC×GC-TOF MS測定中藥材及中藥中103種農藥殘留，檢測限在10~200 μg/kg，可以滿足殘留限量要求。中藥材成分非常復雜，過去用GC-MS檢測多種農藥殘留，常常會出現假陽性，后來改用GC-MS/MS檢測比較好的解決了這個問題。用GC×GC-TOF MS也能較好的解決這個問題。現在也有快速四級桿質譜作為全二維氣相的檢測器，其掃描速度可達到20,000 amu/s，基本上可以滿足所需的掃描速度。GC×GC-快速四級桿質譜聯用技術成功地對香水中的24 種過敏原進行了定量分析，其方法不僅線性范圍寬，而且靈敏度非常高，檢出限遠遠低于歐洲法定標準(European Directive 2003 /15 /EC)的最低殘留限量;Schmarr等采用GC×GC-快速四級桿質譜聯用技術測定酒中的醛類物質。

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未完待續。。。
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