气相色谱质谱联用技术在食品分析中的应用研究精.docx

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气相色谱质谱联用技术在食品分析中的应用研究精

西北大学

硕士学位论文

气相色谱/质谱联用技术在食品分析中的应用研究

姓名：

汤桦

申请学位级别：

硕士

专业：

分析化学

指导教师：

雷根虎

20030522

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气相色谱／质谱联用技术在食品分析中的应用研究

摘要

本文研究了气相色谱／质谱法测定浓缩苹果汁中丁酰肼和多种拟除虫菊酯农药残留分析方法，并分析测定了石榴籽、酸石榴皮、甜石榴皮挥发油的化学成分。

本文由以下六部分组成：

第一部分：

综述。

对食品中农药残留分析方法进展和植物中挥发油成分分析进行了综述。

第二部分：

采用固相萃取技术，用丙酮和正己烷提取，Ｃ１８小柱净化，用ＧＣ／ＭＳ可同时测定浓缩苹果汁中４种拟除虫菊酯类农药的残留量。

方法回收率在９６．６％ｒ１０８．３４％之间，相对标准偏差为１．７２％石．８６％，最低检出浓度在０．０２扯ｇ瓜ｇ￣０．１０“ｇ瓜ｇ之间。

该方法快速、灵敏、准确，各项技术指标均满足农残检测的要求。

第三部分：

采用先在碱性条件下将丁酰肼水解为不对称二甲肼（ｕＤＭＨ），再使水杨醛与ＵＤＭＨ发生衍生化反应的前处理方法，建立了浓缩苹果汁中丁酰肼农药的ＧＣ—ＭＳ测定方法。

方法回收率在９６．『Ｊ％一１０９．１６％之间，相对标准偏差为Ｏ．７２—５￥％，最小检出限为３．ＯＨｇ／ｋｇ。

该方法准确、灵敏、高效，各项技术指标均满足农残检测的要求。

第四部分：

利用水蒸气蒸馏法提取石榴籽中的挥发性组分，经气相色谱／质谱分析，分离出６６个峰，鉴定了５８种化合物，占总峰面积的９４．３１％，其中含量较高的组分是癸烷、风信子质、十一烷、天竺葵醛、十二烷、苯并噻唑、２，６一二叔丁基对甲酚、棕榈酸、二十四烷。

第五部分：

利用水蒸气蒸馏法提取酸石榴和甜石榴皮的挥发组分。

用气相色谱．质谱联用技术分别检出８１个和９１个峰，鉴定了６６种和８２种化合物，分别占总峰面积的９２｜２４％和９８．２２％。

其中含量较高的组分为２，６．二叔丁基对甲酚、肉豆蔻酸、棕榈酸、亚油酸、月桂烷。

第六部分：

采用顶空．气相色谱法对秦龙苦素中的苯、甲苯、对二甲苯、正己烷等有害物质进行分析，并讨论了流速、柱温、水浴温度、平衡时间、进样次

数等对测定的影响。

该方法的测试结果表明：

最小检出限为３ｐｇ／Ｌ～９８ｐ∥Ｌ，相对标准偏差为Ｏ．５９％一２．６４％，样品的回收率为９７．２％ｖ１２０．Ｏ％。

该方法简便、快速、灵敏、重现性好。

关键词：

浓缩苹果汁；丁酰肼；水杨醛；拟除虫菊酯类；残留；固相萃取：

挥发油；石榴籽；酸石榴皮：

甜石榴皮；气相色谱／质谱；秦龙苦素；溶剂残留；顶空．气相色谱法。

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５

独创性声明Ｐ妇狮７

本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注的和致谢的地方外，论文中不包括其他人所发表或撰写过的研究成果，也不包括为获得西北人：

学或其他教阿机构的学位或证书而使用过的资料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：

ｆ仓桦签字只期：

７一’年６月ｇＦ｛

第一章绪论

§ｌ食品中农药残留分析方法研究

§１．１引言

我国是世界上最早使用农药防治农作物有害生物的国家之一，也是农药生产和使用的大国。

农药按其防治对象可分为…杀虫剂、杀菌剂、除草剂、杀螨剂和杀鼠剂等：

按其化学结构可总分为无机类和有机类农药，其中有机类农药包括有机磷类、有机氯类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类和有机金属类农药等。

中国常用农药１５０一１６０种，每年用量在２０万吨左右。

可以说农药在保证农业丰收，促进农作物高产优质，发展高效现代化农业，以及满足人们对农副产品的需求等方面发挥了举足轻重的作用。

然而绝大多数农药都是有毒的，科学试验表明，农药施于农作物上有１０％一２０％附着在作物本体上，其他８０－９０％散落在农作物的周边环境中。

生物本体及生活环境中的农药经过降解、代谢等作用，其含量会降低到一定的水平，我们把残留在环境和生物体内的微量农药，称作农药残留。

农药残留污染环境，危及生物生长，同时会通过食物链在人体内富集，危及人体健康。

农药残留给人类及环境带来的危害问题，不容忽视，国际上不同国家的科研工作者很早就从不同角度和领域研究了农残问题。

其中食品中农药残留的分离分析已成为分析化学领域最活跃的前沿课题之～，国内外学者在这方面作了许多工作，已经发表了一些综述和评论１２。

６】。

食品中农药残留分析是在复杂的基质中对低浓度待测组分进行定性和定量分析，通常需经过样品制备、纯化富集、分离检测和综合分析等步骤。

高效快速的样品制备与前处理方法和检测技术已成为现代分析化学的研究热点…”。

我国的农药残留分析技术始于２０世纪５０年代，那时的农药残留分析技术方法仅限于化学法、比色法和生物测定法，检测方法缺乏专一性，灵敏度也不高。

气相色谱自２０世纪６０年代初应用于农药残留分析，推动了农药残留分析技术的飞速发展，大大提高了农药残留量的检测水平。

高效能的色谱柱可将各组分与杂质分离，高灵敏度和专一性强的检测器，解决了早期分析不能检出的微量农药、代谢物和降解产物的问题。

自２０世纪８０年代以来，高效液相色谱法在农药残留分析中广泛应用于热不稳定和离子型农药及其代谢产物

的分析。

进入９０年代，农药残留分析技术日新月异，其中一些新技术已进入应用阶段，虽尚存在一些理论和技术性难题，但已显示出潜在的应用前景㈦。

农残分析前处理是分析过程的关键步骤，要求提取率高，净化效果好，且少用或不用有机溶剂¨３啦】，以减少污染。

目前已出现了不少新方法和新技术，如自动索氏提取（ＡＳＥ）、固相萃取（ｓＰＥ）、固相微萃取（ｓＰＭＥ）、超临界流体提取（ｓＰＥ）等前处理技术，检测新技术包括超临界流体提取（ｓＦＣ）、毛细管区带电泳（ＣＺＥ）、免疫分析（ＩＡ）、液谱质谱联机（Ｌｃ—Ｍｓ）、传感器技术、直接光谱分析技术等。

§１．２食品中农药残留分析的样品制备与前处理

农药残留分析样品的前处理主要包括提取和净化㈣。

提取是将样品中的农药溶解分离出来的操作步骤，根据农药的性质、样品种类、实验条件，可选用适当的提取方法。

由于某些样品组成复杂，提取后往往还需净化步骤以实现待测物与干扰物的分离。

§１．２．１一些常用的农药残留分析样品前处理技术

１．提取技术

（１）浸渍、漂洗法：

。

将样品浸渍在提取液中，或用提取液漂洗样品。

此法对附着在样品表面的农药残留有很好的提取效果。

（２）振荡法：

在称有样品的容器中加入提取剂，振荡数小时。

此法简便并且提取效果好，较普遍采用

（３）匀浆法：

将样品放在匀浆杯（捣碎杯）中加入提取剂，快速匀浆（捣碎）几分钟，此法简便，快速，效果好，普遍采用。

（４）索氏提取法：

将样品放在索氏提取器管套中，圆底烧瓶中加入提取剂，加热连续提取数小时。

此法为经典提取法，也叫完全提取法，为国际上的标准方法，提取效果好，但提取时间过长，干扰物质较多。

（５）消化法：

样品中加入消化剂，加热使样品消化，再用溶剂将待测农药提取出。

此法多用于不易匀浆，不易捣碎的动物组织样本。

（６）超声波提取法：

样品经粉碎或匀浆捣碎后，加入提取剂，在超声波仪中提取一定时间。

此法已普遍采用。

２．净化方法样品经提取后，由于天然样品的复杂性，往往会同时将干扰组分提取出来，

故需进一步对样品进行净化，排除干扰，常用的净化方法有：

（１）液一液分配法：

利用待测农药与干扰杂质在两种互不相溶的溶剂中溶解度（分配系数）的差异而实现分离。

通常采用极性溶剂和非极性溶剂配成溶剂对进行多次分配，使干扰杂质和待测农药分离，达到净化目的。

（２）吸附柱层析法：

利用混合物中各组分在吸附剂上吸附、解吸附能力的差异而实现分离。

常用的吸附剂有弗罗里硅土、三氧化二铝（中性、酸性、碱性）、硅胶、活性炭、硅藻土等。

（３）磺化法：

浓硫酸与样品提取液中的脂肪、蜡质等干扰物质发生磺化反应，溶于水相中，从而使杂质和农药分离。

（４）凝结沉淀法：

在净化溶液中加入一定量的凝结剂，使溶液中的脂肪、蜡质、蛋白质等干扰物质沉淀析出，再经离心，实现分离净化。

（５）冷冻法：

采用低温处理样品提取液，待脂肪、蜡质、蛋白质等杂质析出后，在低温条件下过滤除掉杂质。

（６）其他方法：

如薄层层析法、离子交换层析法、凝胶渗透层析法、高压液相柱净化法。

３．浓缩方法

（１）自然挥发法：

将待浓缩的溶液置于室温下，使溶剂自然挥发。

此法速度慢，但简便。

（２）吹气法：

采用吹干燥空气或氮气，使溶剂挥发的浓缩。

此法浓缩速度较慢，但简便。

（３）Ｋ・Ｄ浓缩器浓缩法：

采用Ｋ・Ｄ浓缩器装置进行减压蒸馏浓缩。

此法简便，农药不易损失，是较普遍采用的方法。

（４）真空旋转蒸发法：

在减压、加温、旋转条件下浓缩溶剂。

此法速度快，农药不易损失，简便，是最常用的理想浓缩方法。

§１．２．２近期发展的农药残留分析样品前处理新技术

传统的样品前处理方法由于进行多次重复操作往往需要花费大量的时问、使用大量可能造成环境污染的有机溶剂，而且随着要求的检测下限越来越低，农药种类曰趋多样，给分析检测带来一定困难。

２０世纪９０年代以来，一些新的前处理技术不断被引入农药残留分析中，这些新技术的菇同特点是：

节约时间，减

轻劳动强度，节约溶剂，减少样品用量，提高提取或净化效率和提高自动化水平ｆ２４．２５Ｊ。

目前，已报道或已取得广泛应用的新技术有：

固相萃取（ＳＰＥ）、固相微萃取（ｓＰＭＥ）、基质固相分散萃取技术（ＭＳＰＤＥ）、超临界流体提取法（ＳＦＥ）等方法。

１．固相萃取法（ＳＰＥ）

固相萃取法自２０世纪７０年代问世以来，是近年来色谱中发展最快的样品前处理技术之一，它是由液固萃取和液相色谱技术相结合，利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的。

与传统的液．液萃取法（ＬＬＥ）相比，ＳＰＥ具有待测组分与干扰组分分离，操作简单、省时、省力等优点【２６】。

由于ｓＰＥ是一种柱色谱分离过程，分离机理、固定相和淋洗剂的选择等方面与高效液相色谱相类似，目前用于ＨＰＬＣ的填料几乎均可用于ＳＰＥ。

但ｓＰＥ柱的填料粒径大于ＨＰＬｃ填料，色谱柱的柱效远低于ＨＰＬｃ色谱柱，因此适于分离保留性质差别很大的化合物，主要用于处理样品。

ｓＰＥ柱的种类有正相ＳＰＥ柱，其填料主要为硅胶、氧化铝、硅镁吸附剂等；反相ＳＰＥ柱，填料主要为ｃ１８：

另外还有氰基键合相柱（ＣＮ）以及离子交换柱和吸附树脂柱。

ｓＰＥ操作步骤包括柱预处理、加样、洗去干扰组分和回收待测组分４个部分。

其中加到萃取柱上的样品量取决于萃取柱的尺寸、类型、待测组分的保留性质以及待测组分与基质组分的浓度等因素。

ｓＰＥ的另一种分离情况是杂质被保留在柱上，待测组分通过柱，样品被净化但不能富集待测组分，也不能分离保留性质比待测组分更弱的杂质，即净化不完全。

姜会书【２７】利用ＳＰＥ净化样品，用ＧＣ测定了食品中有机氯、有机磷农药残留量、蔬菜和水果中氨基甲酸酯类农药以及蔬菜中的拟除虫菊酯类农药残留量。

Ｐｅｎａｊ“Ｊ用ＬＬＥ提取、ＳＰＥ净化、Ｇｃ．ＭＳ检测植物中的７种苯脲除草剂。

Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ【２９】利用含有３％甲醇溶剂的甲酸．甲酸铵缓冲液（ｐＨ＝３）分离，用ＳＰＥ净化浓缩，毛细管电泳．质谱测定水果蔬菜中的涕必灵农药残留量。

Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ【３０】利用ＳＰＥ与毛细管胶柬电动色谱（ＭＥＫＣ）联用技术同时测定水果和蔬菜中的８种杀虫剂农药残留，加标回收率范围为３０％．１０５％。

Ｄｅｌｇａｄｏｉ３’】用轻石油醚和二氯甲烷的混合溶液提取，Ｃ８的ｓＰＥ柱净化富集，然后分别用ＧＣ．ＥＣＤ和ＧＣ＿ＮＰＤ

检测马铃薯中的氨基甲酸酯类农药。

Ｊｉｍｅｎｅｚ㈣用０ＤＳ柱．氟罗里硅土柱双柱净化，Ｇｃ．ＥｃＤ和Ｇｃ＿ＮＰＤ测定酒中对硫磷等几种常用农药。

ｓ０１ｅａｓ【３３ｌ用ｓＰＥ萃取Ｏ．５ｍＬ的酒样后，直接取ｌ“Ｌ待测组分收集液注入ＧＣ—ＭＳ分析测定三氯杀螨醇、毒鼠磷等１７种农药残留。

２．固相微萃取技术（ＳＰＭＥ）

固相微萃取（ｓＰＭＥ）是８０年代末由加拿大确，ａｔｅｒｌｏｏ大学Ｐａｗｌｉｓｚｙｎ和～ｈｔｕｒｈｅ教授提出的一种简便、快捷、无溶剂的样品制备与前处理技术∽３５ｊ。

ｓＰＭＥ的原理是利用待测物在基体和萃取相间的非均相平衡，使待测组分扩散吸附到石英纤维表面的固定相涂层。

待吸附平衡后，再与气相色谱（Ｇｃ）或高效液相色谱（ＨＰＬＣ）联用，分离和测定待测组分｜３６】。

ＳＰＭＥ与Ｇｃ联用适用于分析挥发有机物。

通过热解析与萃取纤维分离。

ｓＰＭＥ与ＨＰＬｃ的联用技术，通过溶剂的解析作用达到分离效果１３引。

ＳＰＭＥ除具有ＳＰＥ的所有优点外，同时消除了ＳＰＥ中诸如堵塞和使用溶剂的缺点．

ｓＰＭＥ的萃取模式可分为三种：

直接法，即将石英纤维暴露在样品中，主要用于半挥发性的气体、液体样品萃取：

顶空法（３８ｊ，将石英纤维放置在样品顶空中，主要用于挥发性固体或废水水样萃取【３９】；膜方法，将石英纤维放在经过微波萃取及膜处理过的样品中，主要用于难挥发性复杂样品萃取。

Ｅｖａｎｓｌ４ｅ】等用ＳＰＭＥ．ＧＣ．ＭＳ联用方法测定果汁和酒中４种农药残留量，方法线性范围为２０ｐ∥ｍＬ一２０００ｐ∥ｍＬ。

ｃａＳｔｒｏ【４１１采用顶空ＳＰＭＥ萃取植物样品中硫丹、毒死蜱、林丹，用ＧＣ．Ｍｓ定性，用ＧＣ—ＥＣＤ定量。

比较了聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭｓ）、聚丙烯酸酯（ｐＡ）两种固定相涂层萃取效果，在实验浓度范围内ＰＤＭＳ萃取效果最好。

几种待测组分的检测限从ｌｐ咖Ｌ．８ｐ咖Ｌｃｏｒｒｅｉａ㈣用ＳＰＭＥ－ＧＣ—ＥＣＤ联用方法测定酒中９种有机氯和１１种有机磷农药残留，并且讨论了纤维涂层、萃取时间、萃取温度以及纤维暴露在样品中的时间等因素对萃取效果的影响。

３．基质固相分散萃取技术（ＭｓＰＤＥ）

ＭｓＰＤＥ技术是由ｓｔａｒｅｎＢａｒｋｅｒ等首先提出。

原理是：

将涂渍有Ｃ１８等各种聚合物的担体的固相萃取材料与动物组织样品一起研磨，得到半干状态的混合物，并将其作为填料装柱，然后用不同的溶剂淋洗柱子，将各种待测物洗脱下来。

其优

点是不需要进行组织匀浆、沉淀、离心、ｐＨ调节和样品转移等操作步骤。

ＭＳＰＤＥ适用于药物的多残留分析，特别适合于进行一类化合物的分离或单个化合物的分离，内源物或外源物均可。

除动物组织外，此法还适用于植物样品ｆ４３‘４６１。

４．超临界流体提取法（ＳＦＥ）

超临界流体（ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｎｕｉｄ，ｓｃＦ）是指处于ｌ临界温度和临界压力的非凝缩性的高密度流体，其性质介于气体和液体之间，兼具二者的特点。

超临界流体萃取是指利用处于超临界状态的流体为溶剂，萃取样品中待测组分的方法。

提取剂以超临界二氧化碳＂７２１应用最普遍，二氧化碳的临界温度３ｒＣ，临界压力７３ａｔｍ，比较容易达到。

超临界流体粘度小、扩散快，提取过程的质量转移快，因而提取速度快，时间短。

改变温度、压力或添加少量的有机溶剂，可以改变超ｌ临界流体提取剂的溶解力，这一点优于有机溶剂的提取法。

解除压力后，二氧化碳成为气态，容易与提取物分离，用少量有机溶剂收集分析物，然后可灵活地选择检测方法。

二氧化碳惰性、无毒、价格比较便宜是其优势１７３】，但缺点是，只适合于提取非极性及中等极性的分析物（农药）。

目前还在寻求其它提取剂，如氯仿（ｃＨＦ）是很有吸引力的，它对极住分析物（农药）的溶解力强，可以从含脂肪的样品基体中选择提取靶标农药。

近来还发现在超临界二氧化碳中添加３０％的氮，在８０。

ｃ及５４５ａｔｒＩｌ下提取，有机氯及有机磷农药的回收率可提高，而脂肪的提取量也在可以耐受的水平。

§１．３食品中农药残留分析的检测方法

§１．３．１常用的农药残留分析的检测方法

１．薄层色谱法（ＴＬＣ）

薄层色谱法始于１９３８年，基本原理首先由Ｉｚｍａｊｌｏｖ等提出，但到了１９５９年才由Ｓｔａｌｌｌ等发展成近似于现在的薄层色谱法。

薄层色谱法㈣实质上是以固体吸附剂（如硅胶、氧化铝等）为担体，水为固定相溶剂，有机溶剂为流动相所组合的分配型层析分离分析方法。

薄层色谱法不需要特殊的设备和试剂，方法简单，快速，直观，灵活，但是灵敏度不高，近年来较少使用，多把它作为分离手段。

２．气相色谱法（ＧＣ）

气相色谱法是目前应用最多的方法，它具有高选择性，高分离效能，高灵敏度，快速等优点。

易气化，气化后又不发生分解的农药均可采用气相色谱法检测６

‘曩ｒｊＥ大掌硪士掌位簧？

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【７６．７８１。

用于气相色谱法的检测器主要有ＦＩＤ、ＥｃＤ、ＴＣＤ、ＦＰＤ、ＮＰＤ等。

气相色谱法使用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱。

３．高效液相色谱法（ＨＰＬＣ）

ＨＰＬｃ可以分