CN103983712B - 应用在线固相微萃取和全二维气相色谱-四级杆质谱法检测橙汁中酮类组分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用在线固相微萃取（online‑SPME）和全二维气相色谱/四级杆质谱（Comprehensive 2DGC/qMS）进行橙汁中酮类组分成分鉴定分析的方法。橙汁样品中的酮类组分采用在线固相微萃取富集，全二维气相色谱‑四级杆质谱检测，采用保留指数和NIST谱库结合的方式对检测化合物进行定性分析，并对全二维色谱无法分离的组分采用节卷积对色谱重叠峰进行准确定量。全二维气相色谱采用两支极性不同的色谱柱对酮类组分进行正交分离，并在调制解调器的作用下进入四级杆质谱完成检测，采用保留时间指数和NIST谱库结合的方式进行定性分析，借助节卷积技术对色谱重叠峰进行准确定量。本发明方法具有高通量、高灵敏度和准确度高的特点，解决了橙汁酮类成分分析分离难、定性难的问题。
Description
技术领域
本发明属于食品安全技术领域，涉及一种应用在线固相微萃取和全二维气相色谱-四级杆质谱法检测橙汁中酮类组分的方法。
背景技术
橙汁营养丰富，口味芳香宜人，是全球颇受欢迎、消费量大的饮料品种。其中橙汁作为主要的橙汁饮品其消费量位居世界前列。近年来，橙汁及其饮料产业随着人们认可度的提高获得了较大的发展，但由于相应质量控制体系的缺乏，其质量掺假、欺骗、有害物质超标等现象仍时有发生。
目前国标对于橙汁安全的监控主要包括基本的理化指标，如GB/T 21731-2008《橙汁及橙汁饮料》中规定可溶性固形物、蔗糖、葡萄糖、果糖和葡萄糖/果糖及橙汁含量的比值和展青霉素，故而主要的关注点也集中在基本理化指标、农药残留和微生物指标方面，如2009年“芬达系列”橙汁和柠檬饮料中测得农药严重超标；2011年8月国家质检总局对160种果蔬汁产品进行抽查约2％的橙汁饮料因菌落总数、霉菌和酵母数超标而不合格；2012年初，可口可乐生产的巴西橙汁含有少量多菌灵农药等等。但是并没有针对橙汁品质的质量标准或者检测标准体系来应对橙汁行业存在的掺假和勾兑现象。2011年台湾饮料塑化剂事件的出现也折射出国内橙汁品质监控体系的缺失，因此研究橙汁中芳香组分是建立橙汁品质标准的基础，对橙汁品质的监控具有重要意义。橙汁中酮类组分是橙汁中芳香成分的重要组成部分。对橙汁的香气具有重要的贡献。
全二维气相色谱-四级杆质谱分析技术是通过将分离机理不同而又相互独立的两支色谱柱以串联的方式结合起来以实现酮类物质的二维分离，在这两个色谱柱之间装有调制器，调制器起捕集再传送的作用。在GC×GC中两根柱子的分离机制是相互独立的，经第1支色谱柱分离后的每一个馏分，都先进入调制器，进行聚焦后再以脉冲方式送入到第2支色谱柱进行进一步的分离分析，每一个馏分都要同时被洗脱出进入第2根色谱柱，以免与其他馏分发生共洗脱从而影响分离效率。
现有检测果汁中酮类物质的方法采用传统的一维气相色谱-质谱法，一维气相色谱的分离能力有限，无法使得所有组分完全分离，单次分析可能只能分析几十种化合物，而全二维气相色谱-四级杆质谱分析技术检测化合物可以达到上百种，其峰容量是一维液相色谱-质谱的几百到几千倍。采用了二维正交分离，能把在一维气相色谱中无法分离的组分得到很好的分离，大大提高分离效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种高通量、高灵敏度、分离效果好的应用在线固相微萃取和全二维气相色谱-四级杆质谱法检测橙汁中酮类组分的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种应用在线固相微萃取和全二维气相色谱-四级杆质谱法检测橙汁中酮类组分的方法，包括以下步骤：
1)橙汁中的酮类组分采用在线固相微萃取提取富集；
2)采用全二维气相色谱进行正交分离，四级杆质谱进行检测；
3)酮类组分定性采用保留时间指数和NIST谱库结合的方式；
4)通过节卷积技术对色谱峰纯度进行判断，对于色谱重叠峰通过不同选择离子进行准确定量分析。
具体地说，包括以下步骤：
1)橙汁中的酮类组分采用在线固相微萃取提取富集
称取5g鲜榨橙汁于10mL顶空进样瓶中，加入2g NaCl，加盖密封。采用全自动固相微萃取和全自动进样方式进行样品的吸附和解吸。
在线固相微萃取条件为：萃取头为85μm Polyacrylate自动式萃取头；样品孵化温度为45℃；孵化平衡10min；萃取头插入样品瓶深度为12mm；萃取时间为20min。
2)采用全二维气相色谱-四级杆质谱检测
使用全二维气相色谱-四级杆质谱仪检测酮类组分：由自动固相微萃取吸附富集酮类组分，吸附于萃取头上的待测物在进样口通过热解析的方式进入全二维气相色谱-四级杆质谱仪中，待测组分经一维色谱柱分离后，经调制解调器加热冷却后进入二维气相色谱柱再分离，通过四级杆质谱全扫描检测。
3)酮类组分定性分析
a)数据分析采用GC image version 2.3；
b)C8-C20的正构烷烃标准品，采用气体进样模式，利用全二维气相色谱-四级杆质谱进行分析，获得C8-C20正构烷烃在一维和二维的保留时间，人为定义C8-C20的正构烷烃的保留时间指数，如原子个数为8的正构烷烃保留时间指数定义为800，以此类推(C原子个数×100)。
c)根据酮类组分的保留时间计算目标化合物的保留时间指数。
d)当样品在EI电离源0.9kv电压的条件下电离时，其质谱图与NIST谱库相比对，当相似度大于设定值，该物质被自动识别。
e)结合保留时间指数和NIST谱库搜索结果对酮类组分进行定性。
4)酮类组分的定量分析
a)对于分离度好的酮类组分直接记录峰面积。
b)对于色谱重叠峰，采用节卷积技术对峰纯度进行判定，当判定峰为多种组分重叠形成的，测通过选择离子方式对重叠峰进行分别定量分析。
所述步骤1)采用在线固相微萃取进行样品的前处理。
所述步骤2)采用全二维气相色谱-四级杆质谱进行检测。
所述的步骤3)中采用保留时间指数与NIST谱库结合的方式进行定性分析。
所述的步骤4)采用节卷积技术对色谱重叠峰进行准确定量。
所述的步骤4)中全二维气相色谱条件：
一维色谱柱为非极性柱DB-1 15m×0.25mm×0.1μm；
二维色谱柱为极性柱BPX-50 15m×0.1mm×0.1μm；
载气：He,流速1.0ml/mL；
进样条件：进样口解析温度为250℃，解析5min。进样口温度为250℃；
柱温箱升温程序：初始温度为35℃，保持1min，然后以3℃/min的升温速率升温至270℃，保持5min；
调制解调器设置：调制周期为6s；冷喷气流量为10mL/min；热喷气温度为325℃，热喷持续时间为350ms；
质谱条件：质谱检测器为四级杆质谱；离子源温度230℃；接口温度280℃；溶剂延迟3min；采用全扫描方式，扫描范围为30m/z-300m/z，扫描频率：20000Hz。
本发明的优点和积极效果如下：
(1)一维气相色谱色谱柱只能是一种极性如非极性或极性，而二维气相色谱可同时使用非极性和极性柱，多种待测物经过一维非极性柱时先按分子大小进行分离，再经过二维极性色谱柱时再按极性再次分离，因此能达到GC×GC的分离效果，使复杂基质能得到高效分离[c1]，因此本发明方法适合成分分析，对于分析橙汁中的酮类组分具有绝对的优势；
(2)未知物的定性通常借助于标准物质，随着仪器分析能力的提高，也可以借助于高分辨质谱进行定性分析。但是对于成分分析而言，待分析组分通常都有上百种，标准物质和高分辨质谱的定性方式会比较耗时、耗资。因此本发明将保留时间指数应用于全二维气相色谱数据的定性分析：当色谱柱和色谱条件相同时，物质的保留时间指数与C原子个数成具有相关性。本发明采用保留时间指数与NIST谱库相结合的方式进行定性分析。
(3)全二维气相色谱由于其分离物质种类较多，需要与之匹配高扫描速度的质谱，本发明使用的四级杆质谱摒弃了传统四级杆质谱扫描速率低的缺点，其扫描速率可以达到30000Hz，能够满足全二维气相色谱对扫描速度的需求。
附图说明
图1为橙汁样品中酮类物质的全二维气相色谱-四级杆质谱图；
图2为正构烷烃的全二维气相色谱-四级杆质谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
1.仪器与试剂
仪器：Shimadzu Q2010Ultra GC/GC/MS，配备AOC-5000Plus自动进样器
乙睛，氯化钠,分析纯。C8-C20正构烷烃标准品(Sigma-Aldrich，1mL)
2、样品处理
称取5g鲜榨橙汁于10mL顶空进样瓶中，加入2g NaCl，加盖密封。采用全自动固相微萃取和全自动进样方式进行样品的富集和解析。在线固相微萃取条件为：萃取头为85μmPolyacrylate自动式萃取头；样品孵化温度为45℃；孵化平衡10min；萃取头插入样品瓶深度为12mm；萃取时间为20min。
3、仪器条件
一维色谱柱为非极性柱DB-1 15m×0.25mm×0.1μm；
二维色谱柱为极性柱BPX-50 15m×0.1mm×0.1μm；
载气：He,流速1.0ml/mL；
进样条件：进样口解析温度为250℃，解析5min。进样口温度为250℃；
柱温箱升温程序：初始温度为35℃，保持1min，然后以3℃/min的升温速率升温至270℃，保持5min；
调制解调器设置：调制周期为6s；冷喷气流量为10mL/min；热喷气温度为325℃，热喷持续时间为350ms；
质谱条件：质谱检测器为四级杆质谱；离子源温度230℃；接口温度280℃；溶剂延迟3min；采用全扫描方式，扫描范围为30m/z-300m/z，扫描频率：20000Hz。
质谱条件：离子源：EI电离源，温度250℃，传输线温度280℃，质量扫描范围50-550amu，采集速率：每秒100张图谱，检测器电压：1750V，电离电压：-70V。数据处理：Pegasus，谱库检索：NIST/PEST He
4、结果分析
(1)获得C8-C20正构烷烃在上述仪器分析条件下的保留时间，如图2所示。图中点为得到的正构烷烃的二维色谱图，从左至右依次为C8H18,C9H20,C10H22,C11H24,C12H26,C13H28,C14H30,C15H32,C16H34,C17H36,C18H38,C19H40,C20H42。
(2)通过在线固相微萃取吸附酮类组分，进行全二维气相色谱-四级杆质谱分析，对鲜榨橙汁中的酮类组分进行检测。采用GC image Verson 2.3自带的保留指数计算方法，计算所有检测到的酮类组分的保留时间指数，根据保留时间指数值，(如表1)，依据化合物的保留时间指数初步估计酮类组分的C原子个数。
(3)通过NIST谱库对待定性酮类组分进行谱库检索，对检测组分进行模糊定性，得到多种可能的结构式，然后结合C原子个数进行最后定性。
(4)对于采用全二维气相色谱无法分离的组分，采用节卷积技术对峰纯度进行判定，对通过选择离子方式实现对重叠酮类组分的准确定量分析。
以图1中目标物1为例，根据一维保留时间计算的保留时间指数为1042，则该化合物的C原子个数为8，然后通过NIST谱库检索排名靠前五种选择为：Acetophenone(C8H8O),Valerophenone(C11H14O),Phenacyl thiocyanate(C9H7NOS),N-[1-(Benzimidoyl-amino)-2,2,2-trifluoro-1-trifluoromethyl-ethyl]-benzamide(C17H13F6N3O),2-(Ethylthio)acetophenone,γ-Chlorobutyrophenone(C10H12OS),结合C原子个数，最终确定该化合物为苯乙酮。
表1橙汁中酮类组分的保留时间指数
Claims (2)
1.一种应用在线固相微萃取和全二维气相色谱-四级杆质谱法检测橙汁中酮类组分的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）样品经全二维气相色谱正交分离后，由四级杆质谱进行检测；
2）采用保留时间指数和NIST谱库结合的方式对酮类组分定性；
3）通过节卷积技术对色谱峰纯度进行判断，对于色谱重叠峰通过不同选择离子进行准确定量分析；
4）全二维气相色谱条件：
一维色谱柱为非极性柱DB-1 15m×0.25mm×0.1 µm；
二维色谱柱为极性柱BPX-50 15m×0.1mm×0.1 µm；
载气：He，流速1.0 mL/min；
5）进样条件：进样口解析温度为250oC，解析5 min；进样口温度为250oC；柱温箱升温程序：初始温度为35~40 oC，保持1~2 min，然后以3~5 oC/min的升温速率升温至270~300oC，保持5~8 min；
6）调制解调器设置：调制周期为6 s；冷喷气流量为10 mL/min；热喷气温度为325oC，热喷持续时间为350 ms；
7）质谱条件：质谱检测器为四级杆质谱；离子源温度230 oC；接口温度280 oC；溶剂延迟3~4 min；采用全扫描方式，扫描范围为30 m/z-300 m/z，扫描频率：20000 Hz。
2.根据权利要求1所述的一种应用在线固相微萃取和全二维气相色谱-四级杆质谱法检测橙汁中酮类组分的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）橙汁中的酮类组分采用在线固相微萃取提取富集
称取小于5 g鲜榨橙汁于10 mL顶空进样瓶中，加入过量 NaCl，加盖密封，采用全自动固相微萃取和全自动进样方式进行样品的吸附和解吸；
2）采用全二维气相色谱-四级杆质谱检测
使用全二维气相色谱-四级杆质谱仪检测酮类组分：由自动固相微萃取吸附富集酮类组分，吸附于萃取头上的待测物在进样口通过热解析的方式进入全二维气相色谱-四级杆质谱仪中，待测组分经一维色谱柱分离后，经调制解调后进入二维气相色谱柱再分离，酮类组分通过四级杆质谱的全扫描检测检测；
3）采用保留时间指数和NIST谱库结合的方式对酮类组分定性
a) 数据分析采用GC image version 2.3；
b) C8-C20的正构烷烃标准品，采用气体进样模式，利用全二维气相色谱-四级杆质谱进行分析，获得C8-C20正构烷烃在一维和二维的保留时间，人为定义C8-C20的正构烷烃的保留时间指数用碳原子个数乘以100得到，如原子个数为8的正构烷烃保留时间指数定义为800，以此类推；
c) 根据酮类组分的保留时间计算目标化合物的保留时间指数；
d) 当样品在EI电离源电离时，其质谱图与NIST谱库相比对，当相似度大于设定值，该物质被自动识别；
e) 结合保留时间指数和NIST谱库搜索结果对酮类组分进行定性；
4）酮类组分的定量分析
a) 对于分离度好的酮类组分直接记录峰面积；
b) 对于色谱重叠峰，采用节卷积技术对峰纯度进行判定，当判定峰为多种组分重叠形成的，测通过选择离子方式对重叠峰进行分别定量分析。
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