李雪瑩，林　晨，王李平，吳凌濤，方　麗，蔡大川，張方圓，林澤鵬

(中國(guó)廣州分析測(cè)試中心，廣東省分析測(cè)試技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室，廣東　廣州　510070)

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衍生化-氣相色譜法在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用*

李雪瑩，林晨，王李平，吳凌濤，方麗，蔡大川，張方圓，林澤鵬

(中國(guó)廣州分析測(cè)試中心，廣東省分析測(cè)試技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510070)

衍生化-氣相色譜法是利用一定的化學(xué)反應(yīng)對(duì)目標(biāo)分析物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，將目標(biāo)物修飾為低沸點(diǎn)或熱穩(wěn)定性強(qiáng)的新產(chǎn)物，通過(guò)測(cè)定產(chǎn)物對(duì)目標(biāo)分析物進(jìn)行定性和定量分析的一種分析技術(shù)。通過(guò)對(duì)衍生化與氣相色譜聯(lián)用技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用分析，現(xiàn)具體對(duì)烷化法、?；ā⒐柰榛?、酯化法等衍生化技術(shù)的原理及其在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用，并提出了該技術(shù)的注意事項(xiàng)、存在問(wèn)題及應(yīng)用前景。

衍生化技術(shù)；氣相色譜法：食品安全

氣相色譜技術(shù)誕生于20世紀(jì)50年代，集分離與分析于一體的一項(xiàng)分析技術(shù)。樣品經(jīng)進(jìn)樣口高溫瞬間氣化，由惰性氣體(氮?dú)?、氦?帶入色譜柱，通過(guò)色譜柱的固定液對(duì)樣品中組分進(jìn)行分離，樣品中不同組分在不同的時(shí)間進(jìn)入檢測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)器對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行收集，通過(guò)組分保留時(shí)間和峰面積對(duì)化合物進(jìn)行定性和定量分析。20世紀(jì)90年代毛細(xì)管色譜柱的發(fā)明與使用，使氣相色譜技術(shù)的應(yīng)用又上了一個(gè)嶄新的臺(tái)階。由于其具有分離性能高、靈敏度高和準(zhǔn)確高等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在石化分析、藥物分析、環(huán)境分析和食品安全分析等領(lǐng)域。但當(dāng)目標(biāo)物為高沸點(diǎn)，熱不穩(wěn)定性、強(qiáng)極性時(shí)，傳統(tǒng)的氣相色譜分析無(wú)法對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定量分析。為解決此類(lèi)分析難題，衍生化-氣相色譜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

衍生化技術(shù)[1]是利用一定的化學(xué)反應(yīng)對(duì)目標(biāo)分析物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，將目標(biāo)物修飾為低沸點(diǎn)或熱穩(wěn)定性強(qiáng)的新產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)產(chǎn)物的分析從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分析物定性和定量分析的一種分析技術(shù)。其主要是優(yōu)勢(shì)有：①可以提高氣相色譜檢測(cè)器對(duì)被測(cè)物的靈敏度。例如，將鹵素加到一個(gè)分子上，則電子捕獲檢測(cè)器(ECD)對(duì)它的檢測(cè)靈敏度提高了幾千倍。②可以改善化合物的色譜行為，提高化合物的熱穩(wěn)定性和揮發(fā)性，減少或消除極性大的化合物可能產(chǎn)生的拖尾。③解決色譜定性的問(wèn)題，既被測(cè)物經(jīng)衍生與原化合物的保留時(shí)間不同，用衍生的標(biāo)準(zhǔn)物就可以對(duì)被測(cè)物定性和定量分析。針對(duì)以上幾種優(yōu)勢(shì)，本文將對(duì)各種衍生化技術(shù)的原理及其在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1　衍生化技術(shù)主要的方法

1.1衍生法的種類(lèi)及衍生試劑

衍生化法種類(lèi)較多多，用于氣相色譜分析的衍生化法主要有：烷基化法，硅烷化法，酰化法，酯化法，鹵化法，醚化法，環(huán)化法和離子化，成肟或腙等。

1.1.1硅烷化法

硅烷化反應(yīng)[2]是用硅烷基對(duì)目標(biāo)物中活潑氫進(jìn)行取代，如羥基、羧基、氨基、巰基、磷酸鹽，常用的硅烷化試劑有：三甲基氯硅烷、六甲基二硅氨烷、N,O-雙三甲基硅基三氟乙酰胺(BSTFA)、二甲基硅烷、二甲基氯硅烷、N,O-雙三甲基硅基乙酰胺(BTA)、特丁基二甲基硅烷基等，其中三甲基硅烷和六甲基二硅氨烷應(yīng)用最廣。硅烷化通常是指將硅烷基取代目標(biāo)物分了中活潑氫，目標(biāo)物中活潑氫被硅烷基取代，降低了整個(gè)目標(biāo)物的極性，從而使得目標(biāo)物沸點(diǎn)降低，另外活潑氫被取代，其反應(yīng)位點(diǎn)數(shù)目減少，使目標(biāo)物更加穩(wěn)定。許多被認(rèn)為是難揮發(fā)的物質(zhì)和熱不穩(wěn)定化合物經(jīng)過(guò)硅烷化衍生后，都能成功的對(duì)其衍生產(chǎn)物進(jìn)行色譜分析。如三甲基硅(TMS)衍生試劑與待測(cè)物的反應(yīng)方程式：

1.1.2烷基化法

烷基化反應(yīng)[2]是將衍生試劑中的烷基移到目標(biāo)物分子中的過(guò)程，使得目標(biāo)物中引入烷基的反應(yīng)。衍生試劑分子中烷基取代化合物中的活潑氫。

X為鹵素或其他離去基團(tuán)，R為烷基基團(tuán)。衍生產(chǎn)物主要為醚、硫醚、酯，烷基胺，烷基酰胺，通常弱酸基團(tuán)的烷基化需加強(qiáng)堿性催化劑，酚羥基和羧酸羥基等酸性較強(qiáng)，需弱堿性催化劑。

1.1.3酯化法

酯化[2]是指醇與羧酸或與含氧無(wú)機(jī)酸生成酯和水。主要用于含羧基或者羥基的化合物，所得到衍生產(chǎn)物一般為低脂肪鏈的酯類(lèi)，如甲酯、乙酯、丙酯和丁酯，其中甲酯化合物最常見(jiàn)。在酯化衍生法中，常用的酯化試劑有：硫酸-甲醇、鹽酸-甲醇、重氮甲烷、三氯化硼-醇類(lèi)(C1～C4醇)、氫氧化四甲銨等。

1.1.4?；?/p>

酰化反應(yīng)為有機(jī)分子中氮、氧、碳等原子上引入脂肪?；?芳香族酰基的反應(yīng)，主要用于羥基、巰基和氨基[3]等?；苌镏苽洹?/p>

在?；苌ㄖ校Ｓ玫孽；噭┯校乎｛u，酸酐[4-6]、酰基咪唑[7]、酰胺及烷基氯甲酸酯等。?；磻?yīng)作為硅烷化的代替方法，類(lèi)似于酯化反應(yīng)，可通過(guò)羧酸或共衍生物的作用將含有活潑氫(如-OH、-SH、-NH)轉(zhuǎn)化為酯、硫酯或酰胺。含有鹵離的羰基可增強(qiáng)電了捕獲檢測(cè)器酞化作用。此類(lèi)反應(yīng)可用于化合物中含有醇、酚、硫醇、胺、酰胺、磺酰胺等基團(tuán)化合物的氣相色譜分析。酸酐衍生反應(yīng)方程式如下:

1.1.5鹵化法

單質(zhì)或化合物分子中引入鹵素原子以生產(chǎn)鹵化物的反應(yīng)過(guò)程，通常目標(biāo)物中含有羥基、羧基、羰基或不飽和鍵等基團(tuán)。在鹵化衍生法中，常用的鹵化試劑有：鹵素、鹵化氫、氯化亞硫酰、四氟化硫等。方志青等[8]對(duì)飲用水中4 種酚類(lèi)污染物進(jìn)行溴化衍生，大大提高了方法的靈敏度，方法檢出限低至0.02～0.06 μg/L。

1.1.6環(huán)化法

含多個(gè)極性官能團(tuán)的藥物可與環(huán)化試劑反應(yīng)生成環(huán)狀衍生物。常用的環(huán)化試劑有：烷基取代硼酸，如甲基硼酸、丁基硼酸、 苯基硼酸、 環(huán)己基硼酸，其中丁基硼酸衍生效率最好。被測(cè)藥物常為順式1,2-和1,3-位二官能團(tuán)化合物。該類(lèi)反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)迅速，反應(yīng)混合物可直接用于GC分析。

1.1.7醛類(lèi)、酮類(lèi)化合物的衍生化法

醛類(lèi)、酮類(lèi)化合物通常不需衍生化，但由于食品中基質(zhì)影響顯著，為了解決食品中檢測(cè)的干擾，提高方法的靈敏度，通常對(duì)此類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行衍生化，主要有成肟或成腙反應(yīng)[9]。

1.2衍生化條件的研究

對(duì)于樣品我們?cè)鯓舆x擇一種或多種適合的衍生反應(yīng)，使其衍生轉(zhuǎn)化成便于氣相色譜分析的物質(zhì)，對(duì)衍生化試劑的要求：①衍生化試劑的純度要高，試劑中不能含有雜質(zhì)，以免帶到反應(yīng)中。必要時(shí)將試劑精制；②試劑必須能保證生成所要求的衍生物；③試劑必須與流動(dòng)相相適應(yīng)；④試劑的性能要穩(wěn)定。

2　衍生化在氣相色譜分析中的應(yīng)用

氣相色譜法由于其具有分離效能高、分析速度快、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于環(huán)境樣品中的污染物分析、藥品質(zhì)量檢驗(yàn)、天然產(chǎn)物成分分析、食品中農(nóng)藥殘留量測(cè)定、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控、精細(xì)化工產(chǎn)品分析等生命科學(xué)和制備化學(xué)領(lǐng)域?，F(xiàn)主要介紹衍生氣相色譜法在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在食品中的營(yíng)養(yǎng)成分、和風(fēng)味物質(zhì)的分析，尤其在食品添加劑、農(nóng)藥殘留等方面的分析。

2.1衍生氣相色譜法在食品添加劑中的應(yīng)用

食品添加劑中很多添加劑均為極性較強(qiáng)，如山梨酸、苯甲酸、山梨醇等。由于此類(lèi)添加劑極性強(qiáng)，故采用氣相色譜法對(duì)其直接測(cè)定時(shí)色譜峰拖尾嚴(yán)重，靈敏度不高。為解決此問(wèn)題，楊昌金等[10]利用甲醇-硫酸對(duì)山梨酸、苯甲酸進(jìn)行甲酯化，此方法衍生效率高，出峰快，峰形對(duì)稱(chēng)無(wú)拖尾，靈敏度高，回收率為98.5%；隨后胡家元[11]以二甲基甲酰胺作溶劑，采用碘丁酮對(duì)苯甲酸和山梨酸衍生化成相應(yīng)丁酯，此方法回收率在96.3%～103%之間，重復(fù)性較好，并且衍生反應(yīng)于室溫下20 min 內(nèi)即可對(duì)山梨酸和苯甲酸進(jìn)行完全丁酯化。此外衍生氣相色譜法還廣泛的應(yīng)用于食品添加劑中的木糖醇[12]、山梨醇[13]、甘露醇[14]等檢測(cè)中，都能較好的食品中的各添加劑進(jìn)行定性和定量分析。

2.2衍生氣相色譜法在食品脂肪酸中的應(yīng)用

食品中脂肪酸的分析通常采用兩種酯化的方法，將脂肪酸轉(zhuǎn)換成脂肪酸酯類(lèi)，再通過(guò)氣相色譜進(jìn)行定性和定量分析，此方法已經(jīng)得到ISO/AOAC認(rèn)可。第一種方法：三氟化硼/甲醇進(jìn)行甲酯化[15-16]。在堿性條件下隊(duì)食品進(jìn)行皂化。將脂肪中的脂肪酸以脂肪酸游鈉鹽的形式游離出來(lái)。脂肪酸鈉鹽在三氟化硼/甲醇的作用下轉(zhuǎn)換成脂肪酸甲酯。如稱(chēng)取油脂或脂肪酸50 mg 置于10 mL量瓶?jī)?nèi)，加入2 mL石油醚和苯的混合溶劑(1:1)，輕輕搖動(dòng)使之溶解。再加入2 mL 0.4.mol/L氫氧化鉀—甲醇溶液，混勻。靜置分層后吸取上清液進(jìn)行氣相色譜分析。第二種方法：醇解法[17]。脂肪酸在甲醇鈉的催化作用下進(jìn)行醇解反應(yīng)，一步實(shí)現(xiàn)脂肪酸甲酯化，此方法快速、簡(jiǎn)便、具有一定實(shí)用價(jià)值。

2.3衍生氣相色譜法在食品營(yíng)養(yǎng)成分中的應(yīng)用

天然食品中的營(yíng)養(yǎng)種類(lèi)較豐富，如肌醇、碘；尹建洪[18]采用乙酸酐對(duì)肌醇進(jìn)行乙?；磻?yīng)，衍生化此方法檢出限較低，在奶粉中檢出限為6 mg/g；而食品中的碘通常采用光譜方法或滴定顯色法進(jìn)行測(cè)定，但是其靈敏度較低，林晨等[19]采用氣相色譜衍生化法測(cè)定食品中的碘，采用丁酮對(duì)碘進(jìn)行衍生化，得到的碘丁酮在氣相色譜上相應(yīng)較高，大大提高了方法的檢出限。

3　衍生氣相色譜法存在的問(wèn)題

①在硅烷化反應(yīng)體系中要避免使用含有活潑氫的有機(jī)試劑；三甲基衍生物對(duì)水和酸不穩(wěn)定，易分解：一定要排除樣品中的水分，可以選用正己烷、苯、吡啶或四氫呋喃等試劑為反應(yīng)介質(zhì)；②烷基化衍生化過(guò)程中，副產(chǎn)物較多，易破壞色譜柱固定液；③酰化反應(yīng)衍生試劑的過(guò)量及副產(chǎn)物易造成色譜柱壽命較短，故上機(jī)前應(yīng)凈化處理；④衍生化方法應(yīng)用不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生的弊端：如衍生產(chǎn)物分子量過(guò)大，前處理步驟過(guò)多，需要氮?dú)獯蹈裳苌噭┑取?/p>

4　衍生氣相色譜法未來(lái)的發(fā)展及期許

衍生化反應(yīng)和反應(yīng)類(lèi)型及反應(yīng)機(jī)理有待于深入研究，衍生氣相色譜法將來(lái)發(fā)展方向主要是：①研發(fā)特異性的衍生試劑，如通用型衍生試劑、手性衍生試劑，污染少且適用于質(zhì)譜檢測(cè)的衍生試劑等。②建立現(xiàn)有試劑的新的衍生方法，做到步驟少、簡(jiǎn)單、快速、靈敏等等，盡量減少樣品的前處理時(shí)間。③新的衍生化試劑的研究，尤其是極性溶劑中穩(wěn)定的衍生化試劑。④完善氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)中目標(biāo)物衍生產(chǎn)物的計(jì)算機(jī)譜庫(kù)。⑤進(jìn)一步擴(kuò)寬現(xiàn)有衍生試劑的應(yīng)用范圍，特別在農(nóng)獸藥殘留及食品安全方面的應(yīng)用。

5　展　望

隨著國(guó)家對(duì)食品安全的高度關(guān)注，食品安全檢測(cè)工作將不斷精細(xì)，深入，慢慢向痕量分析其甚至超痕量分析的趨勢(shì)發(fā)展，使得不僅需要先進(jìn)的儀器設(shè)備，更需要緊密聯(lián)系其他分析手段，共同改善分離能力，提高檢測(cè)靈敏度，必將為食品安全檢測(cè)中的痕量甚至超痕量分析發(fā)揮積極的作用。

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Application of Drivatization-gas Chromatography Method in Food Safety Analysis*

LIXue-ying,LINChen,WANGLi-ping,WULing-tao,FANGLi,CAIDa-chuan，ZHANGFang-yuan,LINZe-peng

(Guangdong Provincial Public Laboratory of Analysis and Testing Technology, China National Analytical Center (Guangzhou), Guangdong Guangzhou 510070, China)

Derivatization-gas Chromatography is a species analysis techniques which uses certain chemical reactions on the target analyte structural transformation, modifies the target to a low boiling point or a new product with strong thermal stability, and achieves quantitative and qualitative analysis of the target through analysis of the product. The principle of alkylation method, acylation, silylation method, esterification and other derivative technology and its application in food safety testing were introduced, and the considerations of the technology, problems and prospects were proposed.

derivatization; gas chromatography; food safety

廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B020501005)；廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B091604003)；廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014A040401032)；廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015B090906023)。

李雪瑩(1992-)，女，工程師，主要從事食品安全分析。

王李平(1985-)，男，助理研究員，食品及藥品的安全質(zhì)量研究。

O657

A

1001-9677(2016)08-0021-03