食品實(shí)驗(yàn)室儀器種配置

   近年來食品安全及品質(zhì)問題越來越受到人們的關(guān)注。開展食品檢測的實(shí)驗(yàn)室也越來越多。在這些實(shí)驗(yàn)室中由于性質(zhì)不同，檢測的項(xiàng)目不同，而對實(shí)驗(yàn)室籌建和發(fā)展過程中對儀器的購置和選型有著不同的要求。很多在實(shí)驗(yàn)室工作的網(wǎng)友都有關(guān)于實(shí)驗(yàn)室各種各樣的疑問，比如，希望多多提供一些對儀器設(shè)備的特性、配置、選型的介紹等。本文就是一位有經(jīng)驗(yàn)的網(wǎng)友以食品檢測實(shí)驗(yàn)室選購氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)時應(yīng)考慮的問題來做舉例，也算是給初建實(shí)驗(yàn)室及使用者的一些提示和建議。
現(xiàn)在絕大多數(shù)食品檢測實(shí)驗(yàn)室均是配置色-質(zhì)聯(lián)用儀，單獨(dú)使用質(zhì)譜儀檢測的已經(jīng)非常少了。*單獨(dú)使用的是應(yīng)用同位素質(zhì)譜儀檢測蜂蜜等食品中的同位素比，以確定產(chǎn)品是否摻偽。本文主要介紹一下GC-MS購置時需要考慮的主要性能及功能。GC-MS是高分離功能的GC與能提供被測物質(zhì)分子信息的MS聯(lián)用分析儀器。兩種儀器功能互補(bǔ)，使儀器的分析功能更強(qiáng)大。例如：質(zhì)譜能提供被測物的特定分子信息，對化合物的定性更加準(zhǔn)確。但是，質(zhì)譜無法區(qū)分同分異構(gòu)體，而色譜分離同分異構(gòu)體很容易。所以，色-質(zhì)聯(lián)用儀的功能是1+1>2?，F(xiàn)在GC-MS的GC部分均采用高分離性能的毛細(xì)管色譜，可以選配不同類型的進(jìn)樣口，如：zui常用的分流/不分流進(jìn)樣口和(溫度/壓力)可編程控制進(jìn)樣口。柱箱多級程序升溫控制。在談到氣質(zhì)聯(lián)用性能時，現(xiàn)在國內(nèi)市場上比較常見品牌的主流型號GC的性能、功能并無多大差異。故在GC方面不再做比較。MS的類型有多種，通常是按照分析器的類型來分，有四極桿質(zhì)譜、離子阱質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、四極桿串聯(lián)質(zhì)譜、高分辨磁質(zhì)譜等。不同廠家的不同型號的MS 性能、功能、價(jià)格或者說性價(jià)比都存在較大差異。所以，本文將主要圍繞MS進(jìn)行論述。目前食品檢測實(shí)驗(yàn)室配置使用的GC-MS聯(lián)用儀多配置低分辨MS，這類儀器以目標(biāo)化合物的定性、定量為主，兼有一定的未知物定性功能。選用這類儀器有兩個目的：*， 也是主要目的，是對食品中殘留物進(jìn)行分析。 
既然是用于殘留物分析，儀器的靈敏度至關(guān)重要，也是選儀器時首先應(yīng)考慮的。但這不是*的指標(biāo)(特別是不能僅看標(biāo)稱指標(biāo))，還要綜合考慮儀器的分辨率、質(zhì)量穩(wěn)定性、質(zhì)量范圍、動態(tài)線性范圍、抗污染能力(包括儀器離子源、預(yù)四極等部件的清洗維護(hù)是否方便)、以及軟件操作是否方便等。GC-MS在殘留物的分析中應(yīng)用愈來愈普遍，是因?yàn)镸S是一個通用型檢測器，對大多數(shù)有機(jī)化合物都有比較好的響應(yīng)。
另一方面，四極桿質(zhì)譜檢測時有一個選擇離子方式(SIM方式)，與全掃描方式相比可以提高檢測靈敏度2、3個數(shù)量級，檢測靈敏度較氫火焰檢測器(FID)、火焰光度檢測器(FPD)、氮磷檢測器(NPD)高，稍遜于電子俘獲檢測器(ECD)對有機(jī)多鹵素化合物的檢測。殘留物分析多為目標(biāo)物檢測，所以，用SIM方式檢測既有廣譜性(對化合物的響應(yīng)而言)，又有特異性(對不同化合物各自的特征離子而言)，因而特別適合用于多種殘留物的檢測，提高分析效率?，F(xiàn)在儀器公司買儀器時所列出的技術(shù)指標(biāo)有：靈敏度、分辨率、質(zhì)量穩(wěn)定性、質(zhì)量范圍、動態(tài)線性范圍等。市場上廠家標(biāo)稱的靈敏度為什么這么高?現(xiàn)在表述靈敏度是用八氟萘(OFN)，如：EI+，1pg OFN信/噪(S/N)>100。現(xiàn)在的信/噪比是RMS(均方根)方式，數(shù)值上與過去的靈敏度值相比高了很多。過去信/噪比是峰-峰比，即：信號的峰高/基線噪音的峰高，比較一目了然，自己拿尺子量都能量出來。但據(jù)廠家說，在選擇基線噪音時有人為誤差。現(xiàn)在廠家將信/噪比編成固定的程序，比如信號值與固定時間段(如1~2min，其實(shí)這段時間的基線是比較平的)噪音的比值。但現(xiàn)在的測定方式廠家其實(shí)同樣有很多偷手，比如測試時用廠家自帶的短測試柱(10m或15m)，質(zhì)量的掃描范圍減少，進(jìn)樣量增加(過去是空氣-樣液-空氣1μL，而現(xiàn)在1μL是包括針頭死體積)。沒辦法，現(xiàn)在廠家為了競爭都這樣做，用戶也只好跟著走。所以，現(xiàn)在僅看廠家的標(biāo)稱指標(biāo)是不夠的。做靈敏度指標(biāo)時應(yīng)該注意哪些問題?(1)應(yīng)該先做分辨率，在保證單位質(zhì)量分辨時，再做靈敏度。如下圖所示，可以采用一種近似方法，即，半峰高處的峰寬不小于1/2峰寬(此圖轉(zhuǎn)載自www.antpedia。。ｃｏｍ網(wǎng)dingdang的“談?wù)動袡C(jī)質(zhì)譜的分辨率”一文。在此表示感謝。)。靈敏度與分辨率成反比，若為了靈敏度而損失分辨率，會降低了質(zhì)譜定性功能。(2)質(zhì)量掃描范圍也應(yīng)有規(guī)定，比如：OFN，200-300amu，掃描范圍減小也能提高信/噪比。這些限制性條件應(yīng)在談合同時就確定下來。(3)檢測電壓應(yīng)該是正常檢測時的工作電壓，不同型號的質(zhì)譜儀因參數(shù)表示的含義有差異，所以，各家儀器推薦使用的檢測電壓值也不同。但是，做靈敏度測試時的電壓不應(yīng)高于推薦正常使用時的工作電壓。否則在實(shí)際工作時就會有問題，因?yàn)閷?shí)際樣品檢測時是有基質(zhì)干擾的，高電壓不能提高信/比，而且還會使電子倍增器壽命降低?，F(xiàn)在國內(nèi)出現(xiàn)了一些過分強(qiáng)調(diào)，或者說廠家過分宣傳自己儀器靈敏度高的現(xiàn)象，導(dǎo)致現(xiàn)在標(biāo)稱的靈敏度越來越高，聽說RMS信/噪比都有給出1000的了。其實(shí)做標(biāo)準(zhǔn)品的指標(biāo)只是個參考，將來做基質(zhì)復(fù)雜的實(shí)際樣品(如動物內(nèi)臟)能得到好的、穩(wěn)定的結(jié)果才是關(guān)鍵?，F(xiàn)在有儀器的單位越來越多了，可以在購儀器前做一個實(shí)際樣品到各家儀器上實(shí)測一下，并且了解一下各種儀器用戶的反應(yīng)，這比僅僅比指標(biāo)更好。儀器的其它指標(biāo)一般不會有太大問題。對于低分辨質(zhì)譜，分辨率達(dá)到單位分辨一般沒有問題。質(zhì)量范圍現(xiàn)在多標(biāo)稱為2~1025(或1500)u，這個質(zhì)量范圍對于GC-MS夠用了。因?yàn)椋珿C-MS分析物是揮發(fā)或半揮發(fā)物質(zhì)，分子量一般不會太大。*要注意的是若做污染物十溴聯(lián)苯(MW 954)和十溴聯(lián)苯醚(MW 970)檢測，不能選質(zhì)量數(shù)小于1025u的(個別廠家的MS質(zhì)量范圍zui高只有800u)。質(zhì)量的穩(wěn)定性一般在0.1amu/8hr，這個指標(biāo)其實(shí)也挺重要的。好的儀器幾個月校正一次質(zhì)量數(shù)即可，差的每周都要校正。雖不影響檢測，但增加操作者的工作量。線性范圍大于10e4，對殘留分析夠用了。這些指標(biāo)驗(yàn)收儀器時均需要按照合同的規(guī)定認(rèn)真做。此外，儀器的一些功能在驗(yàn)收儀器時也一定要都親手做一遍，比如：化學(xué)電離源(CI)的更換、直接進(jìn)樣桿的操作、復(fù)合電離切換方式(EI/CI)、復(fù)合掃描方式(TIC/SIM)等。許多農(nóng)藥含有鹵素和電負(fù)性基團(tuán)，因此有電負(fù)性。負(fù)化學(xué)源(NCI)檢測這類物質(zhì)可以獲得較高靈敏度，這是由于NCI的本底較低，檢測電負(fù)性物質(zhì)時可以獲得更高的信/噪比。對于定性也可以起到補(bǔ)充確證的作用。做NCI時需要通入反應(yīng)氣，所以，要求儀器的真空系統(tǒng)要比較好?，F(xiàn)在廠家提供的GC-MS配置是可以選配的，若配NCI就一定要配置大抽率的真空泵，起碼大于250L/min，zui高配置有2×200L/min。另外，還應(yīng)考慮更換離子源的方便性，有的型號儀器更換離子源可以不破壞真空。殘留分析通常是目標(biāo)物檢測，目標(biāo)物多為農(nóng)藥、獸藥、添加劑、化學(xué)污染物等。這里的定性僅僅是對目標(biāo)物進(jìn)行確證。對于這種定性可以用兩種方法，一是與儀器自帶的NIST譜庫(2006版提供約14萬多張)的質(zhì)譜圖進(jìn)行比對，二是與對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)譜圖進(jìn)行比對。實(shí)際檢測時后者的比對方法更好、更準(zhǔn)確。因?yàn)?，被測物經(jīng)過前處理和毛細(xì)管柱后，基質(zhì)的干擾會使被測物質(zhì)譜圖的離子碎片和豐度比與NIST譜庫的質(zhì)譜圖(通常是由純品直接進(jìn)樣得到的)產(chǎn)生偏差。而且，定量時也需要有標(biāo)準(zhǔn)品。第二個分析功能是對未知物分析這里的未知物并非真正意義上*未知的物質(zhì)，若真是那種*未知的物質(zhì)僅僅靠MS，特別是低分辨的MS對其準(zhǔn)確確證還是很難做到。這里的所謂未知物其實(shí)是已被人們認(rèn)知的物質(zhì)，該物質(zhì)的質(zhì)譜信息已被收錄在了NIST譜庫中，只是我們檢測的物質(zhì)中不知含有這些物質(zhì)中的那一種。比如，不同地域的同一種天然產(chǎn)物產(chǎn)品的成分是不太一樣的，同為玫瑰精油，國產(chǎn)的和進(jìn)口的成分組成存在差異，通過MS分析及與NIST譜庫比對，就能找出兩種精油特征物質(zhì)是什么，量有多少差異，不同在那里。再如，養(yǎng)魚塘里的魚突然死了，搞不清是什么原因，那么就取魚塘里的水化驗(yàn)一下，水里含有什么物質(zhì)并不清楚，這時我們就認(rèn)為水里含有某種未知物。拿到實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)，經(jīng)質(zhì)譜NIST譜庫檢索比對，初步認(rèn)為驗(yàn)出了甲胺磷。為保險(xiǎn)起見，再打一針甲胺磷的標(biāo)準(zhǔn)品，結(jié)果保留時間、離子的豐度比都一致，zui終確定水里含有的甲胺磷是致魚死亡的原因。這類工作在日常工作中遇到的比較少，其對儀器的要求就是檢測得到的質(zhì)譜圖與NIST譜庫的盡可能相近，這樣得到的結(jié)果會更準(zhǔn)確些。所以，這種選擇四極桿質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜或高分辨磁質(zhì)譜。而離子阱質(zhì)譜，特別是內(nèi)源式離子阱質(zhì)譜得到的譜圖與NIST庫譜圖差異要大些。配置選購質(zhì)譜類型的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)1*套質(zhì)譜建議選四極桿，有更多經(jīng)費(fèi)建議配置一些其它類型的根據(jù)前面所述，通常購置*套GC-MS建議選擇四極桿質(zhì)譜。而第二套質(zhì)譜選擇什么類型的質(zhì)譜應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)情況好好斟酌一下。根據(jù)多年實(shí)驗(yàn)室工作的經(jīng)驗(yàn)，建議配置另一類型的MS，因?yàn)槠渌愋偷腗S也各有特點(diǎn)，可以起到功能互補(bǔ)的作用。2離子阱質(zhì)譜擅長做初篩、結(jié)構(gòu)解析和確證離子阱質(zhì)譜可以做多級質(zhì)譜，特別適合用于食品中農(nóng)藥多殘留的初篩，由于有(理論上n=10)功能，可以通過第二級甚至第三級質(zhì)譜較好地排除基質(zhì)干擾，準(zhǔn)確確證。當(dāng)結(jié)果懷疑為陽性時再做進(jìn)一步定性、定量。歐盟一些實(shí)驗(yàn)室都是這樣做。離子阱質(zhì)譜對復(fù)雜樣品檢測的定量重現(xiàn)性不及四極桿質(zhì)譜，但對化合物結(jié)構(gòu)的解析能力較四極桿質(zhì)譜強(qiáng)。離子阱質(zhì)譜分外離子源式和內(nèi)離子源式，外源式離子阱質(zhì)譜的價(jià)格與四極桿質(zhì)譜的高配相當(dāng)，內(nèi)源式離子阱質(zhì)譜價(jià)格與四極桿質(zhì)譜的低配相當(dāng)。3串聯(lián)四極桿質(zhì)譜定量及靈敏度俱佳若經(jīng)費(fèi)充足可以考慮配置四極桿串聯(lián)質(zhì)譜。這類質(zhì)譜可以做 MS-MS，雖不能像離子阱質(zhì)譜做，但一般二級MS也基本夠用了，因?yàn)闄z測的殘留物多為分子量在100~300的小分子化合物。四極桿串聯(lián)質(zhì)譜比單四極桿質(zhì)譜的抗基質(zhì)干擾能力和定性能力更好，與離子阱質(zhì)譜相比定量重現(xiàn)性和檢測靈敏度更好。不同廠家不同型號四極桿串聯(lián)質(zhì)譜的價(jià)格差別比較大，低的僅比高配的單四極桿質(zhì)譜高一些，高的接近2套高配的單四極桿質(zhì)譜。4飛行時間質(zhì)譜擅長做定性和確證與氣相聯(lián)用的飛行時間質(zhì)譜也分為兩種，一種具有高分辨和質(zhì)量數(shù)功能，另一種則更強(qiáng)調(diào)快速檢測能力，常與快速氣相色譜聯(lián)用。對食品檢測實(shí)驗(yàn)室而言，更推薦前者。高分辨和質(zhì)量數(shù)功能對化合物定性更準(zhǔn)確，當(dāng)對檢測結(jié)果有疑義時，換一種模式進(jìn)行確證，有助于對結(jié)果下定論。價(jià)格約合2套中上配置的單四極桿質(zhì)譜。5高分辨磁質(zhì)譜只用于很少的領(lǐng)域高分辨磁質(zhì)譜一般實(shí)驗(yàn)室不會配置，主要用于二噁英、多氯聯(lián)苯等殘留物檢測。而且此類儀器的靈敏度也較高，所以，經(jīng)費(fèi)充足配置一套，對出具的結(jié)果更有信心。一臺高分辨質(zhì)譜可以接2臺GC，分析效率、確證的準(zhǔn)確性、定量的性可同時實(shí)現(xiàn)，還是很不錯的。價(jià)格當(dāng)然也不菲，至少相當(dāng)于4套高配的單四極桿質(zhì)譜。6GPC-GC-MS值得關(guān)注

另外，還想介紹一套凝膠色譜-氣相色譜-質(zhì)譜(GPC-GC- MS)聯(lián)用儀。目前殘留分析的趨勢之一是多殘留分析。進(jìn)行多殘留分析時遇到的一個主要問題就是由于選擇的離子多了，因而基質(zhì)干擾也較嚴(yán)重。為了解決這個問題有兩種做法，一是利用儀器功能，如二級質(zhì)譜功能、高分辨功能等，排除基質(zhì)干擾;二是在前處理凈化上下功夫，盡可能地除去干擾物質(zhì)。前者在文章前面已提到了。而現(xiàn)在介紹的GPC-GC-MS就是將凈化儀器與分析儀器組合成聯(lián)用儀，經(jīng)過在線凈化去除基質(zhì)干擾，有多維色譜的概念在里面。這種分析儀器加在線凈化裝置的儀器組合也是殘留分析儀器發(fā)展的方向之一。這套儀器價(jià)格與高配的單四極桿質(zhì)譜相當(dāng)，值得關(guān)注。