1、食品仪器分析技术食品仪器分析技术 项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用【知识目标】1、掌握质谱法的特点和相关术语。2、掌握质谱仪的基本结构、工作原理及质谱法的应用。3、掌握色谱-质谱联用系统的特点和相关术语。4、掌握色谱-质谱联用仪的基本构造及各部件基本作用。5、了解色谱-质谱联用时要解决的重要问题、联用的接口及实验技术。4、了解色谱-质谱联用在食品检测中的应用。5、掌握色谱-质谱联用技术定性和定量分析的依据和基本方法。【技能目标】1、色谱-质谱联用技术中色谱和质谱各部分的作用。2、色谱-质
2、谱联用时要解决的重要问题、联用的接口及实验技术。3、质谱仪和色谱-质谱联用仪的基本构造及基本操作程序。4、色谱-质谱联用仪的日常维护与保养。5、色谱-质谱联用在食品检测中的应用。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用一、离子的主要类型在质谱中出现的离子有：分子离子、同位素离子、碎片离子等。1.分子离子分子丢失一个外层价电子而形成的带正电荷的离子，称为分子离子（常用M+表示，也称为母体离子）。2.同位素离子 组成有机化合物常见的十几种元素如C、H、O、N、S、C1、Br等（除F、P、I以外）都有
3、同位素。由于以上元素（F、P、I除外）都有同位素，在质谱中会出现由不同质量的同位素形成的峰，称为同位素峰。同位素峰的强度比与同位素的丰度比是相当的。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用3.碎片离子碎片离子是由分子离子进一步产生键的断裂而形成的。由于键断裂位置不同，同一个分子离子可产生不同大小的碎片离子，而其相对量与键断裂的难易有关，即与分子结构有关。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用（三）质谱的表示方法质谱的表示方法有三种：质谱图、质谱表和元素图。质谱图有两种：峰形图（7-1）和条图（7-2），目前大部分质谱都用条图表示。图
4、 7-1 峰形图图7-2 条图项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用学习情景一学习情景一 质谱仪的认知与质谱法的应用质谱仪的认知与质谱法的应用一、质谱仪的基本结构 质谱仪基本结构示意图质谱法是将样品离子化，变为气态离子混合物，并按质荷比分离的分析技术。质谱仪是实现上述分离分析技术,从而测定物质的质量与含量及其结构的仪器。质谱仪的种类繁多，一般均由五大部分组成，即进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器和记录器组成。此外还包括真空系统和电气系统等辅助设备。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用1.真空系统 质谱仪的离子产生及经过系统
5、必须处于高真空状态，通常离子源的真空度应达1.310-41.310-5Pa。质量分析器中应达1.310-6Pa。若真空度过低，则会造成离子源灯丝损坏、本底增高，副反应增多，从而使谱图复杂化。一般质谱仪都采用机械泵预抽真空后，再用高效率扩散泵连续运行以保持真空。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用2.进样系统 若样品是气体或挥发性液体，可用如图7-5所示的进样系统，贮样器内的压力约为1Pa，比电离室内压力高12个数量级。因此，样品便从贮样器部分通过隔膜而扩散进人电离室。进样系统项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 3.离子源 离
6、子源是样品分子的离子化场所，其作用是使试样中的原子、分子电离成离子。它的性能对质谱仪和分辨率等有很大的关系。常用的离子源有以下几种。（1）电子流轰击离子源（EI）在外电场作用下，用铼或钨丝产生的热电子流（8100eV）去轰击样品，产生各种离子，这是最常用的一种方法。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用化学电离源生成的（M+1）离子比较明显，（M+1）失去两个H，产生明显的（M-1）分子离子峰。此外，还有其他类型的离子源，如场致电离源（FI）、场解吸附离子源（FD）、快原子轰击离子源（FAB）等。其中FD特别适合于对一些难气化或热稳定性差的样品作定性鉴定和结构测
7、定。)1(425MCHCHRHCH（2）化学电离源（CI）它是将反应气体（如甲烷）预先电离，生成分子离子（CH+），然后再与反应气体作用，生成高度活性的二级离子CH5+，CH5+再与样品进行离子分子反应：项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用4.质量分析器 质量分析器是质谱计的重要组成部分，它的作用是将离子室产生的离子，按照质荷比的大小分开并排列成谱。（1）四极杆质量分析器（Q-MS）四极杆质量分析器示意图1阴极；2电子；3离子；4离子源；5检测器四极杆质量分析器具有质量轻、体积小、操作方便、扫描速度快等特点，常用于色谱-质谱联用仪。项目七项目七 质谱法及其在食
8、品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用（2）离子阱质量分析器（IT-MS）离子阱结构示意图离子阱具有结构简单，易于操作，灵敏度高的特点。在有机质谱中已用于构成离子阱质谱仪与气相色谱仪的小型台式联用装置上。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用5.离子检测器和记录器 经过质量分析器出来的离子流只有10-910-10A，离子检测器的作用就是将这些强度非常小的离子流接受下来并放大，然后送到显示单元和计算机数据处理系统，得到所要分析的谱图和数据。目前使用较多的是电子倍增器。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用二、质谱法的应用 质谱图
9、可提供有关分子结构的许多信息，可以比较方便地测出未知分子的相对分子质量、化学式和结构式，因此。质谱分析的定性能力特别强。1、相对分子质量的测定 从分子离子峰可以准确地测定该物质的相对分子质量，这是质谱解析的独特优点，它比经典的相对分子质量测定方法（如冰点下降法、沸点上升法、渗透压力测定等）迅速而准确，且所需试样量少（一般0.lmg）。由于在质谱中最高质荷比的离子峰不一定是分子离子峰，因此，测定未知物质相对分子质量的关键是分子离子峰的判断。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用（1）分子离子稳定性的一般规律 分子离子的稳定性与分子结构有关。碳数较多，碳链较长（有例
10、外）和有支链的分子，分裂概率较高，其分子离子的稳定性低；具有键的芳香族化合物和共轭链烯，分子离子的稳定性高。分子离子稳定性的顺序为：芳香环共扼链烯脂环化合物直链的烷烃类硫醇酮胺酯醚分支较多的烷烃类醇。在判断分子离子峰时应注意以下一些问题。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用（2）分子离子峰质量数的规律（氮律）由C、H、O组成的有机化合物，分子离子峰的质量一定是偶数。而由C、H、O、N组成的化合物，含奇数个N，分子离子峰的质量数是奇数；含偶数个N，分子离子峰的质量则是偶数。这一规律称为N律。凡不符合N律者，就不是分子离子峰。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的
11、应用质谱法及其在食品分析中的应用（3）分子离子与邻近峰的质量差是否合理 如有不合理的碎片峰，就不是分子离子峰。例如分子离子不可能裂解出两个以上的氢原子和小于一个甲基的基团，故分子离子峰的左面，不可能出现比分子离子峰质量小314个质量单位的峰；若出现质量差15或18，这是由于裂解出CH3或一分子水，因此这些质量差都是合理的。表7-2列出了从有机化合物易于裂解出的游离基（附有黑点的）和中性分子的质量差，这对判断质量差是否合理和解析裂解过程有重要参考价值。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用（4）M+1峰 某些化合物（如醚、酯、胺、酞胺等）形成的分子离子不稳定，分子
12、离子峰很小，甚至不出现；但M+1峰却相当大，这是由于分子离子在离子源中捕获一个H而形成的。（5）M-1峰 有些化合物没有分子离子峰，但M-1峰却较大，醛就是一个典型的例子。因此在判断分子离子峰时，应注意形成M+1或M-1峰的可能性。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用2、化学式的确定 各元素具有一定的同位素天然丰度，因此不同的化学式，其（M+1）/M和（M+2）/M的百分比都有所不同。若以质谱法测定分子离子峰及分子离子的同位素峰（M+1，M+2）的相对强度，就能根据（M+1）/M和（M+2）/M的百分比来确定化学式。质谱法还可用于分子结构的鉴定、混合物的定量分
13、析以及无机痕量分析。稳定同位素来“标记”各种化合物。用它作为示踪物，有时也可以用同位素的量，通过测定质谱中碎片离子和分子离子以此来确定化学反应中有关化合物的变化情况。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用学习情景二学习情景二 气相色谱气相色谱-质谱联用仪的认知与应用质谱联用仪的认知与应用学生认知:气相色谱法质谱法联用，简称气质联用，英文缩写GC-MS，是一种结合气相色谱和质谱的特性，在试样中鉴别不同物质的方法。气相色谱（GC）具有极强的将复杂混合物中的各个组分分离开的能力，但它对未知化合物的定性能力较差，通常只是利用组分的保留特性来定性，这在欲定性的组分完全未知
14、或无法获得组分的标准样品时，对组分定性分析就十分困难了；而质谱（MS）可以确定待测物的分子量、分子式，对未知化合物具有独特的鉴定能力，且灵敏度极高。但是，质谱只能对纯物质定性，对混合组分定性无能为力。基于上述原因，将气相色谱与质谱采用适宜的接口联接起来，诞生了气相色谱-质谱联用仪。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 一、气相色谱-质谱联用仪(一)气相色谱-质谱联用仪的分类 按照仪器的机械尺寸，可以粗略地分为大型、中型、小型三类气质联用仪；按照仪器的性能，可以粗略地分为高档、中档、低档三类气质联用仪或研究级和常规检测级两类；按照质谱技术，可分为气相色谱-四极杆
15、质谱、气相色谱-离子阱质谱、气相色谱-飞行时间质谱等；按照质谱仪的分辨率，可分为高分辨率（通常分辨率高于5000）、中分辨率（通常分辨率在1000和5000之间）、低分辨率（通常分辨率低于1000）气质联用仪。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用气相色谱-质谱联用色谱仪（如图为Agilent 6890N-5973N气相色谱-质谱联用仪）是由三个主要部分组成：即气相色谱部分、质谱部分和数据处理系统。Agilent 6890N-5973N气相色谱/质谱联用仪项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 气相色谱法是一种以气体作为流动相的柱
16、色谱分离分析方法。作为一种分离和分析有机化合物有效方法，气相色谱法特别适合进行定量分析，但由于其主要采用对比未知组分的保留时间与相同条件下标准物质的保留时间的方法来定性，使得当处理复杂的样品时，气相色谱法很难给出准确可靠的鉴定结果。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 质谱法的基本原理是将样品分子置于高真空（3）：氟甲喹、萘啶酸、奥索利酸、西诺沙星、恩诺沙星、单诺沙星诺、诺美沙星、氧氟沙星均为1.0g/kg；环丙沙星为2.5g/kg；沙拉沙星、诺氟沙星、培氟沙星、吡哌酸为2.0g/kg；依诺沙星3.0g/kg。动物组织中各种化合物定量限（S/N10）：氟甲喹、
17、萘啶酸、奥索利酸、西诺沙星、恩诺沙星、单诺沙星诺、诺美沙星、氧氟沙星均为3g/kg；环丙沙星为8g/kg；沙拉沙星、诺氟沙星、培氟沙星、吡哌酸为6g/kg；依诺沙星10g/kg。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 2.原理 用0.1 mol/L EDTA-Mcllvaine缓冲液(pH4.0)提取样品中的喹诺酮类抗生素，经过滤和离心后上清液经HLB固相萃取柱净化,高效液相色谱-质谱测定，用阴性样品基质加标外标法定量。3.主要仪器与耗材 高效液相色谱-串联质谱仪，固相萃取仪；HLB固相萃取柱(200 mg,6mL)或其他等效柱。4.试剂 除特殊注明外，本法所用
18、试剂均为色谱纯，水为GB/T6682规定的一级水。柠檬酸：分析纯；磷酸氢二钠：分析纯；甲醇；乙腈；甲醇一乙腈溶液：40+60（体积比）；甲酸(99%)；氢氧化钠：分析纯；乙二胺四乙酸二钠：分析纯。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 喹诺酮类药物标准物质：恩诺沙星（enrofloxacin，CAS：93106-60-6）、诺氟沙星（norfloxacin，CAS：70458-96-7）、培氟沙星(pefloxacin，CAS：6159-55-3)、环丙沙星（ciprofloxacin，CAS：85721-331）、氧氟沙星（ofloxacin，CAS：8241
19、9-36-1）、沙拉沙星(sarafloxacin，CAS：98105-99-8)、依诺沙星(enoxacin，CAS：74011-58-8)、洛美沙星(lomefloxacin，CAS：98079-51-7)、吡哌酸(pipemdilic acid，CAS：51940-44-4)、萘啶酸nalidixic acid，CAS：389-08-2、奥索利酸(oxolinic acid，CAS：14698-29-4)、氟甲哇(flumequinc，CAS：42835-25-6)、西诺沙星(cinoxacin，CAS：28657-80-9)、单诺沙星(danofloxacin，CAS：74011-58
20、-8)(纯度99%)。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 5.溶液配制 5.1磷酸氢二钠溶液 0.2 mol/L。称取71.63 g磷酸氢二钠，用水溶解，定容至1000 mL。5.2柠檬酸溶液:0.1mol/L 称取21.01g柠檬酸，用水溶解，定容至1000 mL。5.3 Mcllvaine缓冲溶液 将1000mL0.1mol/L柠檬酸溶液(4.3.10)与625 mL0.2 mol/L磷酸氢二钠溶液4.3.9)混合，必要时用盐酸或氢氧化钠调节pH至4.0士0.05。5.4 EDTA-Mcllvaine缓冲溶液 0.1moll/L。称取60.5g乙二胺四乙
21、酸二钠（4.3.8）放人1625mLMcllvaine缓冲溶液(4.3.11)中，振摇使其溶解。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 5.5 甲醇水溶液 5%(体积分数)。5.6 甲酸水溶液 0.2%(体积分数)。6.标准溶液的普招 6.1 标准储备液 分别称取0.0100 g标准品(4.3.15)置于10mL棕色容量瓶中，用甲醇溶解并定容至刻度，标准储备液浓度为1mg/ml，-20冰箱中保存，有效期3个月。6.2标准工作液 将以上各标准储备液(4.3.16.1)稀释，配成混合标准溶液。各组分浓度为10g/mL，此标准工作液于4保存，可保存3个月。项目七项目七
22、 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 7.操作步骤 7.1 样品制备 制样操作过程中应防止样品受到污染或残留物含量发生变化。将现场采集的动物肌肉和动物内脏样品放入小型冷冻箱中运输到实验室，在-10以下保存，一周内进行处理。取适量新鲜或冷冻解冻的动物组织样品去筋、捣碎均匀。7.2提取 称取均质动物肌肉组织、肝脏、肾脏试样5.0 g(精确到0.01g，置于50 mL聚丙烯离心管中，加人20mL0.1 mo1/L EDTA-Mcllvaine缓冲溶液（4.3.12），1000r/min旋涡混合1min，超声提取10min，10000r/min离心5min（温度低于5），提取三次
23、，合并上清液。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 7.3净化 HLB固相萃取柱(200 mg,6 mL)，使用时用6 mL甲醇洗涤、6 rnL水活化。将（2）中提取的溶液以2 mL/min3mL/min的速度过柱，弃去滤液，用2 mL 5%甲醇水溶液淋洗，弃去淋洗液，将小柱抽干，再用6mL甲醇洗脱并收集洗脱液。洗脱液用氮气吹干，用1mL 0.2%甲酸水溶液溶解，1000 r/min旋涡混合1 min，用于上机测定。7.4基质加标标准工作曲线的制备 将混合标准工作液用初始流动相逐级稀释成2.5g/L100g/L，的标准系列溶液。称取与试样基质相应的阴性样品5.
24、0g，加入标准系列溶液1.0 mL，按照6中方法与试样同时进行提取和净化。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 8.样品测定 8.1 高效液相色谱参考条件 色谱柱：Waters ACQUITY UPLC BEH C18柱(100 mrn*2.1 mm，1.7m)或其他等效柱；流速：0.2mL/min；柱温：40；进样体积：20L；流动相：A40+60甲醇-乙腈溶液；B0.2%甲酸水溶液梯度淋洗，14种喹诺酮的总离子流图见下书中图7-15。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用 8.2 质谱参考条件 a）电离源:电喷雾正离子模式；
25、b）毛细管电压：2.0 kV；c）射频透镜电压：0V；d）源温度度：110；e）脱溶剂气温度：350；f）脱溶剂气流量：500 L/h；g）电子倍增电压：650 V；h）喷撞室压力：0.28Pa；质谱扫描方式：多反应监测离子（MRM）见书中表7-5。8.3定量分析 采用基质加标标准工作曲线法进行定量分析。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用（二）食品中甜蜜素的检测 甜蜜素，化学名称为环已基氨基磺酸钠，其甜度是蔗糖的3050倍，口味极似蔗糖，无余苦味，且耐候性好。甜蜜素是2011年4月22日国家卫生部公布的易滥用的食品添加剂中28类的一种，主要应用在调味品、保健
26、食品、调理食品、罐头食品、盐渍菜等相关食品(包括辅料中添加酱油、醋、调料酒)、化妆品之甜味、糖浆、糖衣、甜锭、肉制品、奶茶。不仅作为甜味剂替代糖精钠和蔗糖用在食品中，而且在农业中把甜蜜素用于苹果、梨、蕃茄等农作物，以增加果实甜味，缩短果实成熟期，是很有发展前途的果实催熟剂；在医药中甜蜜素代替蔗糖用于药物制剂中，用于治疗糖尿病、肥胖病患者，或用来配制小而易贮存的固体制剂。如果经常食用甜蜜素含量超标的食品，就会因为摄入过量对人体的肝脏和神经系统造成危害。项目七项目七 质谱法及其在食品分析中的应用质谱法及其在食品分析中的应用（三）食品中违法添加物的测定 近年来,在食品中违法使用工业合成染料的事件频繁发生，如在卤制鸡腿，鸡翅的过程中添加酸性橙，在腊肠的制作中加入玫瑰红(罗丹明B),在辣椒酱中添加苏丹红等,给人民的健康和社会的稳定造成极大危害.工业合成染料主要用于纺织品，皮革制品及木制品的染色，具有高毒，致畸，致癌，致突变等毒性作用，是政府明令禁止使用于食品着色的物质。The End
