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敞開式離子化質譜在食品安全快速篩查中的應用

文檔作者：馬雯, 栗則, 白玉, 劉虎威文檔來源：北京大學化學與分子工程學院		點擊數：	更新時間： 2023年01月29日
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第6 卷第12 期 食品安全質量檢測學報 Vol.6 No.12
2015 年12 月 Journal of Food Safety and Quality Dec. , 2015
基金項目:國家自然科學基金項目(21275012)、國家重大科學儀器設備開發專項(2013YQ510391)
Fund: Supported by the National Natural Science Foundation of China (21275012) and the Ministry of Science and Technology (2013YQ510391)
*通訊作者:劉虎威, 博士, 教授, 主要研究方向為色譜質譜分析。E-mail: hwliu@pku.edu.cn
*Corresponding author: LIU Hu-Wei, Ph.D., Professor, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871,
China.E-mail: hwliu@pku.edu.cn
敞開式離子化質譜在食品安全快速篩查中的應用
馬 雯, 栗 則, 白 玉, 劉虎威*
(北京大學化學與分子工程學院, 北京100871)
摘要: 敞開式離子化質譜(ambient mass spectrometry, AMS)是一種能在大氣壓環境中對樣品進行解吸并
離子化, 從而獲得樣品表面信息的新型質譜技術。由于其具有快速、原位、實時分析等優勢, 近年來被
廣泛應用于食品安全快速篩查領域。本文從霉菌毒素類物質的檢測, 食品中非法添加物的快速篩查, 食
品本身有毒有害物質的鑒定, 食品質量監控, 食品組成成分分析和監測食品中的化學反應六個方面, 綜
述了以實時直接分析(direct analysis in real time, DART)離子化技術為主的AMS 技術在食品安全分析領域
的應用。
關鍵詞: 敞開式離子化質譜; 實時直接分析; 食品安全; 快速篩查
Applications of ambient mass spectrometry for rapid screening in food safety
MA Wen, LI Ze, BAI Yu, LIU Hu-Wei*
(College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China)
ABSTRACT: Ambient mass spectrometry(AMS) is a kind of new techniquesthat performs under atmospheric
pressure environment, allowing the analysis of sample surfaces. Due to the advantages such as high throughput,
real time analysis in situ, no solvent waste, it is widely applied in the rapid screening of food safety. This
review presented the applications of ambient mass spectrometry(especially direct analysis in real time) for rapid
screening in food safety,including the analysis of mycotoxins, illegal additives, toxic and harmful substances,
quality control, food components, and the chemical reactions in food.
KEY WORDS:ambient mass spectrometry; direct analysis in real time; food safety; rapid screening
1 引 言
敞開式離子化質譜(ambient mass spectrometry, AMS)
是一種能在大氣壓環境中對樣品進行解吸并離子化, 從而
獲得樣品表面信息的新型質譜技術。這種質譜技術的最大
優點是無需或只需簡單的樣品前處理過程, 從而大大縮短
分析時間, 實現了高通量分析。由于解吸方式和離子化機
理的不同, 目前已經報道了超過30 種AMS 技術, 例如解
吸電噴霧離子源(desorption electrospray ionization, DESI)[1]、
實時直接分析離子源(direct analysis in real time, DART)[2]、
介質阻擋放電離子源(dielectric barrier discharge ionization,
DBDI)[3]、大氣壓解吸光電離源(desorption atmospheric
pressure photoionization, DAPPI)[4]等。目前, AMS 技術已被
廣泛應用于食品安全篩查[5]、爆炸物監測[6]、司法鑒定[7]、
化學反應監控[8]、生物分子及代謝物表征[9]等領域。由于
儀器的商品化, DART 和DESI 的應用尤其廣泛。本文重點
介紹以DART 技術為主的AMS 技術在食品安全快速篩查
中的應用(見圖1)。4696 食品安全質量檢測學報 第6 卷
圖1AMS 技術在食品安全快速篩查中的應用
Fig.1Applications of ambient mass spectrometry for rapid screening in food safety
2 霉菌毒素類物質的檢測
黃曲霉素是霉菌毒素中毒性最大的一類毒素, 存在
于土壤和各類堅果中, 特別容易污染花生、玉米等糧油食
品, 它的危害性在于對人及動物肝臟組織有破壞作用, 嚴
重時可導致肝癌甚至死亡。Busman 等[10]利用DART 離子
源結合高分辨質譜(mass spectrometry, MS)對玉米中的黃
曲霉毒素AFB1 進行快速篩查。利用13C 標記的內標物可實
現對AFB1 的定量分析, 在4~1000 μg/kg 范圍內呈現線性
響應。隨后, 他們又用同樣的方法對牛奶中的黃曲霉毒素
AFM1 進行定性定量分析[11]。AFM1 是AFB1 在動物體內的
代謝產物, AFB1 在奶牛體內會有部分轉化為AFM1 并分泌
到牛奶中。該方法的定量限為0.1μg/kg, 低于美國聯邦政
府規定的人類消費的牛奶中AFM1 含量不超過0.5μg/kg 的
標準。此外, 還有人利用DART 離子源結合軌道阱高分辨
MS 對小麥玉米中玉米赤霉烯酮等毒素[12]和八角茴香中莽
草毒素[13]進行了鑒定。除了DART 之外, DESI 離子源結合
離子阱MS 也可實現對玉米粒中伏馬菌素B1 的分析[14]。
3 食品藥品中非法添加物的快速篩查
食品當中的非法添加嚴重危害人們的健康。2008 年,
一些違法商家將化工用原料三聚氰胺(melamine, MEL)添
加到嬰幼兒奶粉中, 導致食用該奶粉的很多嬰兒被查出腎
結石。而在2012 年9 月, 新西蘭恒天然集團被查出奶粉中
含有二聚氰胺(dicyandiamine, DCD)物質。Vaclavik 等[15]利
用DART 離子源結合四極桿飛行時間質譜(quadrupole
time-of-flight mass spectrometry, Q-TOF MS)對奶粉及煉乳、
乳酪等奶制品中的MEL 和三聚氰酸進行篩查, 檢出限分
別為170 μg/kg 和450 μg/kg, 遠低于美國食品與藥物管理
局(US Food and Drug Administration, FDA)以及歐盟規定的
2.5 mg/kg 的安全限值。同樣利用DART 離子源結合Q-TOF
MS/MS, Zhang 等[16]對奶粉中的DCD 進行定性和定量分析,
提供了一種快速檢出奶粉中DCD 的有效方法。Yang 等[17]
則利用大氣壓解吸化學電離質譜(DAPCI-MS)對牛奶中的
MEL 進行檢測。質子化MEL 的碎片離子(m/z=85)的強度
與牛奶中MEL 含量正相關, 線性范圍達5 個數量級, 檢出
限則低至3.4×10-15 g/mm2, 并且每個樣品分析僅需幾秒鐘,
大大縮短了分析時間。Liu 課題組[18]用DART 結合Q-TOF
MS/MS 對市售辣椒粉中的4 種蘇丹染料進行了快速篩查。
對DART-MS 的工作氣類型、溫度、DART 孔口與質譜入
口距離和樣品移動速度進行系統優化, 通過簡單的己烷萃
取后, 直接利用熔融玻璃管進樣器(商品名Dip it)蘸取己烷
萃取液進行分析。4 種染料在甲醇中的檢出限為80~100
ng/mL 不等。該方法簡便快速(15 min)并擁有良好的線性(r2
＞0.99)、重現性(n=6, RSD＜15%)和回收率(88%~116%),
適用于食品中蘇丹染料的快速篩查。同樣針對蘇丹染料,
Chen 等[19]和Taverna 等[20]分別利用DESI-MS2 和紙噴霧
MS 進行分析, 檢出限分別為0.01~1.0 pg/mm2 和1 μg/g。
在藥品檢測方面, Liu 課題組[21]利用DART-MS 對中藥降糖
類保健藥中非法添加的西藥進行了快速篩查。通過用甲醇:
水(1:1, V:V)對中藥保健品進行萃取, 之后直接進行DART
分析, 可實現對7 種非法添加成分(格列齊特、格列甲嗪、
二甲雙胍、那格列奈、羅格列酮、格列本脲和格列喹酮)

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