常壓火焰離子化質(zhì)譜技術(shù)對食用植物油快速分析的初探

劉小潘，王昊陽，郭寅龍

(中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所，上海有機(jī)質(zhì)譜中心,上海 200032)

常壓火焰離子化質(zhì)譜技術(shù)對食用植物油快速分析的初探

劉小潘，王昊陽*，郭寅龍*

(中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所，上海有機(jī)質(zhì)譜中心,上海 200032)

建立了常壓火焰離子化質(zhì)譜(Ambient flame ionization mass spectrometry，AFI-MS)快速分析食用植物油(橄欖油、芝麻油、花生油和葵花籽油)的方法。AFI-MS檢出食用植物油(橄欖油、芝麻油、花生油和葵花籽油)中的26種甘油三酯和11種甘油二脂。AFI-MS分析顯示，不同的食用植物油(橄欖油、芝麻油、花生油和葵花籽油)得到的質(zhì)譜圖輪廓信息不同。通過對不同食用植物油的甘油三酯相對峰強(qiáng)度進(jìn)行分析，可初步歸納出食用植物油的類型。AFI-MS分析食用植物油的操作簡單，普通的打火機(jī)就可以作為離子源用于食用植物油的分析。這種便捷的離子化技術(shù)可以用于食用植物油的快速分析。

常壓火焰離子化質(zhì)譜；食用植物油；甘油二脂；甘油三酯

食用植物油是甘油和脂肪酸縮合而成的天然高分子化合物，主要成分是甘油三酯(占95%以上),此外還包括了甘油二脂、脂肪醇、脂肪酸、甘油一酯、磷脂等物質(zhì)。食用植物油不僅能夠儲存、釋放能量，而且可為人體提供必要的脂肪酸，是人體必不可少的能源，所以對食用植物油質(zhì)量的分析檢測非常重要。

質(zhì)譜由于具有靈敏度高、分析速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已成功應(yīng)用于油成分的分析和結(jié)構(gòu)鑒定[1-5]。離子源是質(zhì)譜的重要組成部分，離子源的離子化能力決定了質(zhì)譜的應(yīng)用范圍。近年來，各項軟電離技術(shù)的出現(xiàn)實現(xiàn)了對油中成分直接完整的檢測，特別是甘油三酯的分析，如基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)[6-9]、電噴霧電離(ESI)[10-13]、大氣壓化學(xué)電離(APCI)[14-16]，但這些離子化技術(shù)裝置復(fù)雜，需繁瑣的樣品前處理，不利于油的現(xiàn)場、在線、原位分析。實時直接分析(DART)[17-19]和電噴霧解吸電離(DESI)[20-22]技術(shù)的出現(xiàn)，為質(zhì)譜界帶來了革命性的變化，出現(xiàn)了敞開式離子化質(zhì)譜技術(shù)。這種敞開式離子化技術(shù)簡化了樣品前處理過程，甚至無需樣品預(yù)處理，就可實現(xiàn)對樣品的在線、實時、原位分析，這一特點彌補(bǔ)了ESI和MALDI的不足。敞開式離子化質(zhì)譜近年也得到迅猛的發(fā)展，已經(jīng)報道了幾十種敞開式離子化技術(shù)[23-28]。敞開式離子化質(zhì)譜也應(yīng)用于油成分的分析，如電噴霧解吸電離(DESI)[29]、大氣壓光電離(APPI)[30-31]、簡易常壓超聲電離(EASI)[32]。但這些離子化裝置仍較為復(fù)雜，需用光、電壓和氣體等輔助實現(xiàn)離子化。

火焰燃燒可提供能量并產(chǎn)生各種活性種類，具備作為質(zhì)譜離子源的條件。2007年，有文獻(xiàn)對火焰作為離子源的可行性進(jìn)行了理論探討[33]。2015年，本課題組設(shè)計并實現(xiàn)了火焰作為質(zhì)譜離子源的方法，即常壓火焰離子化質(zhì)譜分析技術(shù)(Ambient flame ionization mass spectrometry,AFI-MS)[34]。該離子化方法裝置簡單，無需電壓、激光等輔助，只需要火焰就可以實現(xiàn)有機(jī)分子的快速解吸與離子化。AFI還是一種較為普適的軟電離技術(shù)，可分析氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品，具有與小型便攜質(zhì)譜聯(lián)用實現(xiàn)樣品實時在線現(xiàn)場分析的潛力。本文基于AFI-MS技術(shù)開發(fā)了食用植物油(花生油、橄欖油、葵花籽油、芝麻油)的快速分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

實驗在ThermoFisher 公司的FinniganTSQ(Thermo Finnigan,Quantum AccessTM)三重四極桿質(zhì)譜儀器上進(jìn)行。儀器基本操作條件如下：毛細(xì)管溫度，275 ℃；真空度,2.3×10-6Torr。Xcalibur?software進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(Thermo Fisher Scientific)。

離子源是常壓火焰離子源(AFI),火焰由打火機(jī)提供，火焰尺寸為1.5 cm，燃料氣體為正丁烷，火焰與質(zhì)譜口距離為1.0 cm，火焰溫度約400 ℃。具體裝置參考文獻(xiàn)[34]。用玻璃棒蘸取食用植物油與水的乳液位于火焰的外焰進(jìn)行AFI-MS分析。

實驗中的食用植物油(花生油、葵花籽油、橄欖油、芝麻油)購自當(dāng)?shù)爻校催M(jìn)行進(jìn)一步處理。打火機(jī)購自當(dāng)?shù)爻小＜兯蒑erck公司提供，純度為色譜純。

1.2 樣品制備

取少量食用植物油與水混合渦旋后形成乳液，質(zhì)譜分析前再次進(jìn)行渦旋振蕩，使待分析樣品保持乳液狀態(tài)，實驗中食用植物油與水的比例為1∶10。

2 結(jié)果與討論

2.1 食用植物油與水的比例優(yōu)化

火焰直接接觸食用植物油，一方面高溫可能會導(dǎo)致食用植物油發(fā)生降解氧化等反應(yīng)，而且食用植物油中的主要成分甘油三酯不易解吸，所以直接分析食用植物油幾乎不產(chǎn)生信號；另一方面直接分析食用植物油濃度過大會導(dǎo)致儀器污染。以水作為分散劑，使植物油與水兩種不相溶的液相混合生成乳液，可以稀釋食用植物油，避免濃度過大而污染儀器，且水不會燃燒，避免了食用植物油的高溫降解氧化等反應(yīng)。此外，由于水的比熱容大，在吸收大量熱后，其體積迅速膨脹，避免了食用植物油吸收大量的熱而碎裂，而水在膨脹過程中也有利于食用植物油的解吸。

水與食用植物油分別以100∶1,50∶1,20∶1,10∶1,5∶1,2∶1,1∶1的體積比混合，結(jié)果顯示，兩者的比例為100∶1,50∶1,20∶1時食用植物油的濃度過小，強(qiáng)度較弱，且重現(xiàn)性不好；當(dāng)比例為5∶1,2∶1,1∶1時，油在乳液中的濃度過大，會導(dǎo)致食用植物油污染質(zhì)譜離子入口，不利于分析。因此，實驗選擇水與食用植物油的最佳混合比例為10∶1。

2.2 食用植物油的AFI-MS分析

2.2.1 AFI-MS分析食用植物油水與食用植物油(橄欖油、芝麻油、花生油和葵花籽油)以10∶1混合，渦旋攪拌1 min，生成乳液，移液槍取5 μL乳液涂于玻璃棒尖端，接觸火焰的外焰?；鹧嫒紵梢蕴峁┳銐虻哪芰亢蜏囟?，并產(chǎn)生各種活性種類(如CHO+和H3O+等)，在水的輔助下，使食用植物油解吸并離子化，進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行檢測。

圖1表明，AFI-MS可以檢測到食用植物油中質(zhì)子化的甘油三酯(Triacylglyceride,TAG)的[M+H]+信號。食用植物油是一種復(fù)雜的混合物，主要成分是甘油三酯和少量甘油二酯，酰基鏈的長度和?；溤诟视凸羌芪恢胹n-1,2 或3的不同，生成的甘油三酯也不同。甘油三酯可在AFI-MS條件下順利解吸和離子化得到[M+H]+，也有可能產(chǎn)生碎片離子[TAGs+H-RiCOOH]+，該離子與質(zhì)子化的甘油二脂脫水產(chǎn)物離子[DAGs+H-H2O]+的質(zhì)核比一致。一般sn-1和sn-3位置比中間sn-2位置更易碎裂，分析中性丟失RiCOOH，可用來幫助驗證甘油三酯中甘油骨架連接的?；淸35]。實驗結(jié)果表明AFI-MS分析食用植物油的方法，樣品前處理簡單，只需水與食用植物油以一定的比例混合，即可高通量快速分析食用植物油；而且AFI的實驗裝置簡單快捷，易于操作。

2.2.2 食用植物油的成分鑒定運(yùn)用AFI-MS方法，對食用植物油分析后，發(fā)現(xiàn)每個食用植物油的質(zhì)譜圖均出現(xiàn)一些不同的輪廓信息(圖1)，對于質(zhì)譜圖中的信號進(jìn)行歸屬，初步分析的結(jié)果見表1～2。表中，食用植物油中甘油三酯和甘油二脂的脂肪酸簡稱：L為亞油酸(C18∶2);O為油酸(C18∶1);P為棕櫚酸(C16∶0);Ma為十七烷酸(C17∶0);Ln為亞麻酸(C18∶3)；A為花生酸(C20∶0);S為硬脂酸(C18∶0);G為二十碳烯酸(C20∶1);Mo為Margaroleic 酸(Mo)?；跈z測到的甘油三酯和甘油二脂的信號進(jìn)行歸屬，有些信號可能不止對應(yīng)1種甘油三酯和甘油二脂。甘油二酯在質(zhì)譜分析條件下容易脫水產(chǎn)生[M+H-H2O]+，可能會與甘油三酯的碎片離子交疊，因此在m/z500～650區(qū)域只能給出可能的歸屬結(jié)果(表2)。AFI-MS檢出食用植物油(橄欖油、芝麻油、花生油和葵花籽油)中的26種甘油三酯和11種甘油二脂(表1和表2)。

表1 食用植物油AFI-MS分析結(jié)果中對主要甘油三酯的歸屬

(續(xù)表1)

表2 食用植物油AFI-MS分析結(jié)果中對可能存在的甘油二酯的歸屬

*ECN(等價碳數(shù))

進(jìn)一步對圖1中食用植物油的各種甘油三酯的信號強(qiáng)度進(jìn)行分析，取m/z850～920，然后計算每種甘油三酯的信號強(qiáng)度與m/z850～920間的最高峰的比值，即甘油三酯的相對強(qiáng)度。不同食用植物油中的各種甘油三酯的信號強(qiáng)度不同，相對信號強(qiáng)度可在一定程度上反映不同甘油三酯的相對濃度，因此可以用來初步鑒別不同的食用植物油。在橄欖油中，LLLn，OLO，SOO/SLS/GOP的相對含量較高；在芝麻油中，LLMa，OLMa/OLMo，LLLn的相對含量較高；在花生油中，OOP/SLP，LLMa，LLLn的相對含量較高；在葵花籽油中，LLL/OLLn，OOLn/OLL，OLO的相對含量較高。根據(jù)這些相對含量較高的甘油三酯可以對食用植物油進(jìn)行初步的鑒定和區(qū)分。實驗結(jié)果表明，AFI-MS可以快速檢測并初步鑒定食用植物油中的甘油三酯。

3 結(jié) 論

本文采用常壓火焰離子化質(zhì)譜(AFI-MS)對食用植物油(橄欖油、芝麻油、葵花籽油、花生油)進(jìn)行分析，檢測到食用植物油中多種甘油三酯和甘油二脂，并對甘油三酯的相對峰強(qiáng)度做了分析，對食用植物油(橄欖油、芝麻油、花生油和葵花籽油)進(jìn)行了初步的鑒定分析。該方法前處理簡便，離子化裝置成本低、構(gòu)造簡單，普適性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，可實現(xiàn)常壓火焰離子源對食用植物油的快速分析。

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Preliminary Study on Fast Analysis of Edible Vegetable Oils by Ambient Flame Ionization-Mass Spectrometry

LIU Xiao-pan,WANG Hao-yang*,GUO Yin-long*

(National Center for Organic Mass Spectrometry in Shanghai,Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200032,China)

An analytical method for the rapid analysis of edible vegetable oils was developed by ambient flame ionization mass spectrometry(AFI-MS).The AFI-MS was used to analyze four edible vegetable oils,including olive oil,sesame oil，peanut oil and sunflower oil.26 kinds of triglycerides and 11 kinds of dialycerides in olive oil,peanut oil,sunflower oil,sesame oil were detected by the AFI-MS.In view of the differences of MS profiles of edible vegetable oils(olive oil,sesame oil，peanut oil and sunflower oil),the relative abundances of triglycerides in edible vegetable oils were obtained.The differences of relative abundances were capable of preliminary identification of four edible vegetable oils.The experimental results demonstrated the feasibility and convenience for fast analysis of edible vegetable oils by the AFI-MS.The results showed that the simple and convenient AFI-method is potential for fast analysis of edible vegetable oils.

ambient flame ionization mass spectrometry；edible vegetable oils；dialyceride;triglyceride

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.01.006

2016-09-29；

2016-10-30

國家科技支撐計劃項目(2015BAK45B01)

*通訊作者：郭寅龍，研究員，研究方向:分析化學(xué)，Tel：021-54925300，E-mail:ylguo@sioc.ac.cn 王昊陽，副研究員，研究方向:分析化學(xué)，Tel：021-54925307，E-mail:haoyangwang@sioc.ac.cn

O657.63；TQ645.1

A

1004-4957(2017)01-0037-05