基于磁性金屬有機(jī)框架材料的表面輔助激光解吸離子化質(zhì)譜在食用油快速鑒定中的應(yīng)用

吳 杰，陳 凌，陳群定，陳偉建，林子俺*

(1.福州大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 食品安全與生物分析教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350116；2.莆田市農(nóng)業(yè)檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心,福建 莆田 351106)

食用油是人類膳食的重要組成部分，現(xiàn)有的市售食用油種類很多，不同食用油的組成成分不同，具有不同的營養(yǎng)價(jià)值。但是，近年來頻發(fā)的“地溝油”事件、“轉(zhuǎn)基因食用油”等問題令人擔(dān)憂。因此，建立一種快速鑒定食用油的分析方法對(duì)于保障食用油質(zhì)量安全具有重要意義。

目前，食用油的鑒別方法主要有感官法、理化法和儀器法。感官法和理化法雖然簡(jiǎn)單易行，但準(zhǔn)確性差、操作繁瑣、無法定量。儀器法(包括紫外/可見、紅外、色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等[1-5])具有靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前食用油檢測(cè)的主要手段，但存在譜峰易重疊、背景復(fù)雜，檢測(cè)準(zhǔn)確度低，或者樣品預(yù)處理過程繁瑣,需消耗大量有機(jī)試劑，易對(duì)環(huán)境造成污染等問題。因此，迫切需要發(fā)展一種更加便捷的檢測(cè)技術(shù)用于食用油的快速鑒定。

高分辨質(zhì)譜因具有質(zhì)量范圍寬、分析速度快、高通量等優(yōu)勢(shì)，近年來在食用油檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注[6-8]?；|(zhì)輔助激光解吸離子化質(zhì)譜(MALDI-MS)是一種高效的軟電離新型有機(jī)質(zhì)譜[9]，近年來已成為生物大分子分析不可或缺的工具之一。但是傳統(tǒng)的MALDI基質(zhì)在低分子量(m/z<1 000 Da)范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量碎片離子，嚴(yán)重干擾小分子物質(zhì)的測(cè)定。此外，由于樣品/基質(zhì)共混結(jié)晶不均勻，信號(hào)重現(xiàn)性差，難以實(shí)現(xiàn)定量分析。基于納米基質(zhì)的表面輔助激光解吸離子化質(zhì)譜(SALDI-MS)有效解決了上述問題[10]，SALDI-MS采用納米材料替代傳統(tǒng)的有機(jī)基質(zhì)，可將分析對(duì)象由大分子擴(kuò)展到小分子。此外,SALDI-MS方法具備更多優(yōu)勢(shì)，如樣品制備更均勻、信號(hào)強(qiáng)度更高、噪聲背景更低、重現(xiàn)性更好等，展現(xiàn)出優(yōu)良的應(yīng)用前景[11-13]。基于此，本文合成了一種核殼結(jié)構(gòu)的磁性沸石咪唑酯框架-8(Fe3O4@ZIF-8)微球，以市售的常見食用油(包括花生油、豬油、菜籽油)為分析對(duì)象，建立了基于Fe3O4@ZIF-8的SALDI-MS方法，探究了樣品制備方法對(duì)質(zhì)譜檢測(cè)信號(hào)的影響，并將本方法應(yīng)用于實(shí)際油樣的考察。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Tecnai G2 20透射電鏡(TEM)；S-4800掃描電鏡(SEM)；Nicolet 6700傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)；UV-9000S紫外分光光度計(jì)(UV)；Bruker Autoflex speed基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(MALDI-TOF-MS)。

乙二醇、乙酸鈉、乙醇、乙腈、硝酸鋅、六水三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、二水合檸檬酸鈉 (Na3Cit·2H2O)和六水合硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)購自國藥化學(xué)試劑有限公司；2-甲基咪唑 (HMeIM)購于百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司；2，5-二羥基苯甲酸(DHB)由Bruker公司提供；花生油、菜籽油、豬油購自本地菜市場(chǎng)，實(shí)際樣品取自于福州當(dāng)?shù)匾患绎堭^。

1.2 磁性金屬有機(jī)框架材料的制備

1.2.1 Fe3O4磁性微球的制備稱取8.1 g FeCl3·6H2O溶于200 mL乙二醇中得到澄清溶液，隨后繼續(xù)加入12.0 g 乙酸鈉和2.0 g Na3Cit·2H2O，攪拌溶解。將所得的均一溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，并置于200 ℃烘箱內(nèi)反應(yīng)10 h。將所得磁性產(chǎn)物用水和乙醇洗滌后真空干燥。

1.2.2 磁性沸石咪唑酯框架-8(Fe3O4@ZIF-8)的制備配制20 mL含有0.2 mmol 鹽酸的50%乙醇溶液，加入Zn(NO3)2(終濃度2 mmol/L)和0.35 g Fe3O4微球，利用超聲振蕩得到均一的微球分散液。向該溶液中加入40 mL 20 mmol/L 2-甲基咪唑的50%乙醇溶液。將混合溶液于室溫下超聲反應(yīng)10 min。利用磁鐵分離產(chǎn)物，用50%乙醇溶液洗滌磁性微球，去除未包覆在磁性微球表面的ZIF-8。將洗凈后的產(chǎn)物真空干燥。

1.3 MALDI-MS與SALDI-MS樣品的制備

稱取30 mg DHB基質(zhì)，加入乙腈-水( 3∶7，體積比)混合溶劑 1 mL，配制成 30 mg/mL的DHB溶液。將Fe3O4@ZIF-8分散在乙醇-水(1∶1，體積比)中并超聲處理1 min以形成均勻的懸浮液(2 mg/mL)。

樣品制備：(1)干點(diǎn)法：將基質(zhì)溶液-食用油(8∶2,體積比)混合均勻后，取1 μL點(diǎn)在靶板上，自然干燥。(2)薄層法：取0.8 μL基質(zhì)溶液點(diǎn)在靶板上，自然干燥后，取0.2 μL食用油點(diǎn)覆在基質(zhì)表面。(3)三明治法：取0.4 μL基質(zhì)溶液點(diǎn)在靶板上，自然干燥后，取0.2 μL食用油點(diǎn)覆在基質(zhì)表面，待自然干燥后，再取0.4 μL基質(zhì)溶液點(diǎn)在表面，自然干燥，形成三明治夾心結(jié)構(gòu)。

1.4 質(zhì)譜分析

將樣品靶板放入儀器，調(diào)整儀器參數(shù)為正離子反射模式，離子源電壓19 kV，延遲提取120 ns，500次激光照射。連續(xù)采集譜圖，數(shù)據(jù)采用軟件flexAnalysis(Bruker公司)處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性金屬有機(jī)框架材料的表征

從Fe3O4@ZIF-8的TEM圖(圖1A)中可以看出，其表面凹凸不平，包覆著大量的ZIF-8納米晶，ZIF-8包覆層的平均厚度為25 nm。由Fe3O4@ZIF-8的SEM圖(圖1B)可見，磁性ZIF-8微球呈近似球形，平均粒徑為190 nm。與Fe3O4微球的紅外光譜圖(圖1C曲線b)相比，F(xiàn)e3O4@ZIF-8的紅外光譜圖(圖1C曲線a)出現(xiàn)了新的吸收峰。在3 137、 2 925 cm-1處的吸收峰分別歸屬于2-甲基咪唑配體的芳香性和脂肪烴類的C—H伸縮振動(dòng)。1 418 cm-1處的強(qiáng)吸收峰以及900～1 330 cm-1范圍內(nèi)的幾個(gè)吸收峰分別由咪唑環(huán)的伸縮振動(dòng)和面內(nèi)彎曲振動(dòng)引起。420 cm-1處則是Zn—N伸縮振動(dòng)的特征吸收峰。這些結(jié)果都證明ZIF-8已成功地修飾在Fe3O4磁性微球表面。如圖1D所示，F(xiàn)e3O4@ZIF-8懸浮液在400 nm附近表現(xiàn)出強(qiáng)吸收，與儀器的激光光源(λ=337 nm)基本匹配，具有吸收激光能量并將能量轉(zhuǎn)移到分析物上的潛力。

圖1 Fe3O4@ZIF-8的透射電鏡圖(A)、掃描電鏡圖(B)、紅外光譜圖(C)與紫外可見吸收光譜圖(D)Fig.1 TEM(A)，SEM(B)，F(xiàn)T-IR spectra(C) and UV-Vis spectrum(D) of Fe3O4@ZIF-8

2.2 MALDI-MS鑒別食用油中的甘油三酯

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，甘油三酯(Triacylglycerols，TAGs)占食用油的90%以上[14]，且主要存在于m/z>800 Da的區(qū)域[12]。TAGs主要由脂肪酸如棕櫚酸(P)、油酸(O)、亞油酸(L)和硬脂酸(S)等組成。不同的食用油有不同的TAGs分布，因此TAGs被廣泛用作食用油鑒定的指紋圖譜[15-16]。本文依據(jù)TAGs的分布(表1)進(jìn)行食用油鑒別。

2.3 樣品制備方法對(duì)質(zhì)譜結(jié)果的影響

為了考察不同樣品制備方法對(duì)質(zhì)譜結(jié)果的影響，分別采用干點(diǎn)法、薄層法和三明治法制備了不同的樣品，并對(duì)花生油進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示。由圖2A～C可以看出，以Fe3O4@ZIF-8為基質(zhì)制備的樣品分布均勻，甜點(diǎn)效應(yīng)小。對(duì)比圖2D～F發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，雖然3種方法均能檢測(cè)到TAGs信號(hào)，但是干點(diǎn)法的譜圖信號(hào)強(qiáng)度偏低，薄層法的譜圖存在分辨率不夠、信號(hào)未達(dá)到基線分離等問題，三明治法的譜圖信號(hào)強(qiáng)度及分辨率高，實(shí)現(xiàn)了基線完全分離。由此可知，采用三明治法制備樣品進(jìn)行檢測(cè)的效果更理想。

表1 甘油三酯(TAGs)的分布Table 1 Distribution of TAGs

圖2 不同樣品制備方法的點(diǎn)樣圖及質(zhì)譜圖Fig.2 Images and MS spectra of different sample preparation methodsA,D：dried droplet method;B，E：thin layer method;C，F(xiàn)：sandwich method；*is the peak of TAGs in edible oil unless otherwise noted

2.4 MALDI-MS與SALDI-MS檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)油樣

如圖3所示，以DHB和Fe3O4@ZIF-8為基質(zhì)，分別采用MALDI-MS 和SALDI-MS方法測(cè)定花生油、豬油、菜籽油。由圖3A可以看出，當(dāng)以Fe3O4@ZIF-8為基質(zhì)時(shí)，幾乎沒有背景干擾，質(zhì)譜信號(hào)的信噪比更高，而以DHB為基質(zhì)時(shí)，花生油在m/z907.7處的信噪比為31，而以Fe3O4@ZIF-8為基質(zhì)時(shí)該峰信噪比達(dá)到了439。同時(shí)SALDI-MS方法能檢測(cè)到更多的TAGs信號(hào)，如花生油中測(cè)到[PPO+Na]+(m/z855.7)等一系列質(zhì)譜峰。同理，菜籽油(圖3B)、豬油(圖3C)也可觀察到更多的TAGs信號(hào)以及更高的信噪比。由此可見，SALDI-MS方法比MALDI-MS更靈敏，在食用油鑒定中更具優(yōu)勢(shì)。

圖3 SALDI-MS和MALDI-MS測(cè)定花生油(A)、菜籽油(B)和豬油(C)的質(zhì)譜圖Fig.3 SALDI-MS and MALDI-MS for peanut oil (A)，canola oil(B)and lard(C) SALDI-MS using Fe3O4@ZIF-8 as a matrix；MALDI-MS using DHB as a matrix;the labels represent the peaks only found by SALDI-MS;*are the peaks of common TAGs detected by SALDI-MS and MALDI-MS

2.5 基于SALDI-MS的標(biāo)準(zhǔn)混合油分析

為了考察Fe3O4@ZIF-8基質(zhì)在混合樣品分析中應(yīng)用的可行性，配制了一系列不同食用油的混合樣品，并采用三明治法進(jìn)行樣品制備，質(zhì)譜檢測(cè)。圖4為不同比例的花生油和菜籽油的質(zhì)譜圖，可以看到菜籽油中的質(zhì)譜峰[PLnL+Na]+(m/z875.7)強(qiáng)度隨著混合油中菜籽油比例的降低而降低，直至消失。由此看出，以Fe3O4@ZIF-8為基質(zhì)可以鑒定混合食用油。

2.6 基于SALDI-MS的實(shí)際油樣分析

本文以Fe3O4@ZIF-8為基質(zhì)，考察實(shí)際油樣檢測(cè)的可行性。所測(cè)實(shí)際油樣來自于福州當(dāng)?shù)仫埖?，?jīng)簡(jiǎn)單過濾處理后，采用三明治法制備樣品并進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)。圖5為實(shí)際油樣的質(zhì)譜圖，由圖可知，該實(shí)際油樣存在花生油(PPL、PPO、OSS)和菜籽油(PLnL、LLLn)的特征峰以及表1中兩者共有的TAGs。

3 結(jié) 論

制備了磁性金屬有機(jī)框架材料Fe3O4@ZIF-8，并建立了一種基于該材料的SALDI-MS檢測(cè)方法。將所建立的SALDI-MS方法用于食用油的鑒定，成功測(cè)定出花生油、豬油、菜籽油中TAGs的一系列質(zhì)譜峰，且譜圖背景干擾少，靈敏度高。因此，基于磁性金屬有機(jī)框架材料Fe3O4@ZIF-8的SALDI-MS可以成功用于食用油的快速鑒定，并有望用于更多實(shí)際復(fù)雜油樣的鑒定。

圖4 SALDI-MS測(cè)定不同比例混合的花生油與菜籽油Fig.4 SALDI-MS for the analysis of peanut oil and canola oil with different volume ratiosA.100% canola oil；B.66.7% canola oil,33.3% peanut oil;C.33.3% canola oil,66.7% peanut oil;D.100% peanut oil；*is the peak of m/z 875.7

圖5 以Fe3O4@ZIF-8為基質(zhì)測(cè)定實(shí)際油樣Fig.5 A real oil sample detected using Fe3O4@ZIF-8 as a matrix the labels represent the characteristic peaks of peanut oil and canola oil;*are the common peaks of peanut oil and canola oil