应用多维色谱-质谱联用技术 建立食品中残留物检测新平台（二）

　　1. 二维气相色谱-质谱联用技术

　　1.1 二维气相色谱-质谱联用技术(GC+GC)/MS

　　二维气相色谱是首先发展起来的多维色谱技术，早在1968年，Deans就发明了二维气相色谱技术(GC+GC)，在二维柱子之间采用“气动开关”控制两维之间的切割，并开始将其应用于原油的分析。1980年Ligon等优化了(GC+GC)/MS接口技术，通过压力控制两维之间的传递，采用中间捕集收集样品，实现了真正意义上的自动化。1983年，Stan对原有切割技术进行了改进，采用“Live Switching”切割技术。

　　GC+GC是将第一维分离好的待测物部分切割(heart cut)进入第二维进行进一步的分离分析，因此根据切割的组分又可以分为：单次切割、多次切割进同一根色谱柱、多次切割分别进不同色谱柱。根据切割时间的不同或增加切割次数来实现对感兴趣组分的分离分析。多次切割而保留时间的值不发生变化——这是二维GC的技术难点。根据二维色谱的基本原则，通常第一根色谱柱为非极性色谱柱(主要是按照化合物的沸点进行分离)，如DB-5ms，而第二根色谱柱则要选择一根中等极性或极性色谱柱(主要是按照化合物的极性进行分离)，如DB-17ms。(GC+GC)/MS的流程简图见(图1)。从第1根色谱柱预分离后的部分馏分，被再次进样到第2根色谱柱做进一步分离，其他组分直接经检测器1检测。GC+GC的关键技术是从一维向二维的传递，因此需要选择合适的接口技术，通常接口方式包括阀切换和气动开关。使用阀切换，当从第一根色谱柱流出的组分需要进一步分离时，通过阀切换将这部分送入两根柱子进行分离分析。由于不断的切换会导致压力波动，从而导致后面化合物的保留时间会变化。气动开关是通过流路的阻尼管并调节不同流路的压力实现载有化合物的载气的流向，因此，可以保证流路压力恒定，不会因为多次切割而导致后面化合物保留时间的变化，这种接口方式成为GC+GC主要的接口方式。以前气相色谱自带的检测器如离子火焰检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)可以满足GC+GC分析速度的要求。而现在为了对分离出的物质做初步定性，因此采用质谱作为检测器。

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图1 GC+GC流路示意图

Figure 1 Schematic diagram of GC+GC

　　食品中多种农药残留的分析一般采用GC-MS-SIM方式检测。多残留检测时在每个时间段内选择的离子数会增加，因此会有一些被测物质分不开，且复杂基质(如：葱、姜、蒜等)本底干扰也随之增加。为解决这一问题需要将被测物质分成几组，多次运行，样品前处理也要用复合净化柱。整个方法仍显繁杂和费时。多农残分析属目标物检测，为提高分离度和减少本底干扰，已有人将GC+GC技术应用于食品及环境污染物的分析。Stan等采用GC+GC同时检测食品中100多种有机卤、有机磷农药;Chen等采用GC+GC测定了鱼肉和大米的有机氯农药残留。二维气相色谱对于分离检测多溴二苯醚(PBDEs)和多氯联苯(PCBs)是一项很好的技术，已经成功应用于芝士、牛奶、母乳中这两类化合物的检测，可以同时检测至少15种手性PCBs。

　　1.2 全二维气相色谱-质谱(GC×GC/MS)

　　上世纪90年代在传统GC+GC的基础上发明了GC×GC，它是由Liu和Phillips利用其以前在快速气相色谱中用的调制器开发而来。1999年，Phillips和Zeox公司合作生产了第一台商品化的全二维气相色谱仪器。

　　全二维气相色谱(GC×GC)是把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而成的。在这两个色谱柱之间装有调制器，调制器的作用是：捕集再传送。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(为常用GC-MS色谱柱，规格30m×0.22mm, 0.25μm)分离后的每一个馏分，都先进入调制器，进行聚焦(液氮制冷的冷气使样品冷凝下来)，然后热气再吹在样品冷凝点使样品迅速升温汽化，以脉冲方式送入到第2支色谱柱(快速色谱柱，规格3.5m×0.1mm, 0.1μm)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，由计算机给出全二维色谱的平面二维色谱图，见图2。

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图2 GC×GC流路示意图

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间、被分析物与基质之间的分离效率，同时，还能将分析物按族进行分离。在GC ×GC 色谱图中, 组分分布在一个保留值平面上，而一维色谱是分布在一条保留值线上。把柱1的保留时间作为第一横坐标，柱2 的保留时间为第二横坐标，信号强度为纵坐标，就形成全二维独特的立体三维色谱图，见图3。二维色谱图可由彩色画面表示，颜色的深浅表示响应值大小，浅蓝色表示背景，用深蓝、洋红和白色表示强度的大小, 形成独特的二维轮廓图，见图4。

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图3 全二维独特的三维立体图

Figure 3 Schematic diagram of GC×GC

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图4 全二维独特的二维轮廓图

Figure 4 Schematic diagram of GC×GC

　　由于GC×GC第二维的分析速度特别快，从而对检测器的采集速度提出了更高的要求，飞行时间质谱(TOF)扫描速度快，是GC×GC理想的检测器，也是比较常用的检测器。全二维气相色谱-飞行质谱(GC×GC-TOF MS)已经应用于食品安全领域。Dallüge 等采用GC×GC-TOF MS联用技术测定食品提取物中的农药残留，实验表明：通过全扫描谱图可以检测出58种目标农药残留物。而后Lee优化的GC×GC-TOF MS 可以同时测定饲料中100多种农药残留，检测限在1~20 μg/kg。 Zrostlíková等用GC×GC-TOF MS测定水果中多农药残留，检测限为0.2~30 pg(S/N=5)，其检测能力是一维GC-TOF MS的1.5~50倍。我们实验室也应用GC×GC-TOF MS测定中药材及中药中103种农药残留，检测限在10~200 μg/kg，可以满足残留限量要求。中药材成分非常复杂，过去用GC-MS检测多种农药残留，常常会出现假阳性，后来改用GC-MS/MS检测比较好的解决了这个问题。用GC×GC-TOF MS也能较好的解决这个问题。现在也有快速四级杆质谱作为全二维气相的检测器，其扫描速度可达到20,000 amu/s，基本上可以满足所需的扫描速度。GC×GC-快速四级杆质谱联用技术成功地对香水中的24 种过敏原进行了定量分析，其方法不仅线性范围宽，而且灵敏度非常高，检出限远远低于欧洲法定标准(European Directive 2003 /15 /EC)的最低残留限量;Schmarr等采用GC×GC-快速四级杆质谱联用技术测定酒中的醛类物质。

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