赛默飞LCMS和GCMS法测定烘焙食物中的丙烯酰胺

 

陈冰、秦玉荣

文末有彩蛋哦

事件回顾：距离3月31日某致癌刷屏事件已经过去一个大半个月了，朋友圈消停了，网友们也似乎忘记这件事了。然而赛默飞对待食品安全问题向来严谨。追本溯源，事件的起因是一种叫做丙烯酰胺的物质。

那么，丙烯酰胺到底是什么？

    丙烯酰胺是食物发生“美拉德反应”时的一个副产物。

 咖啡里的丙烯酰胺是在烘焙的过程中产生的。美国癌症学会（ACS）指出，只要一个食物里有淀粉，有氨基酸，经过了高温烹饪，那就会产生微量丙烯酰胺，在油炸和烘焙的食品里尤其容易产生。

癌症研究机构（IARC）把丙烯酰胺列在了致癌名单里，但没有把那些含丙烯酰胺的食物也一起列上。美国癌症学会的原话是：“目前没有任何一种癌症类型的风险增加，是明确和摄入丙烯酰胺相关的。”所以说，抛开剂量谈毒性就是 不(shua) 靠(liu) 谱(mang)。

 可是，由于丙烯酰胺分子量较低，极性较高，且缺乏明显的发色团（共轭双键、三键、苯环）等性质，使得定量分析丙烯酰胺很困难。传统上用于测定丙烯酰胺含量的方法有酶联免疫法、溴化法、紫外分光光度法、气相色谱法等。但这些方法检测线高而且操作复杂。那么，有没有一种方法既简单又有很高的灵敏度及准确性？且看赛默飞的液质+气质解决方案：

LCMSMS篇：

TSQ Altis/Quantis 赛默飞一代三重四极杆液质系统

1.检测条件：

色谱柱：Syncronis C18 (100x2.1mm，3μm );

流动相：水 甲醇；梯度洗脱

流速：300 µL/min；进样量：20 µL

质谱条件（ESI+）：

                    表1.离子源设置的参数

喷雾电压/V	4000
气化温度/℃	350
鞘气/arb	30
辅助气/arb	5
反吹气/arb	0
离子传输管温度/℃	350
碰撞气体(Ar)/mTorr	1.5
扫描模式	SRM

表2. SRM模式中的离子对信息

化合物	母离子(Parent)	子离子(Product )	碰撞能量(CE)	S-Lens 电压
丙烯酰胺	72.2	55.3*	11	75
		44.5	54
		27.4	55

*标记为定量离子  

2检测结果

在所建立方法下，丙烯酰胺仪器检出限为0.05ppb，线性范围为：0.1ppb-1000ppb。分别如图1、图2所示：

图1：0.05ppb丙烯酰胺提取离子质谱图

图2：0.1-1000ppb浓度范围内丙烯酰胺线性关系图

图3：低浓度0.1-5ppb范围放大图（丙烯酰胺线性关系图）

选择高于5倍检出限和20倍检出限，即0.25ppb和1ppb重复进样6针计算RSD值，分别为3.5%和1.9%，重复性很好，结果如图4和图5所示。

图4：丙烯酰胺0.25ppb进样6针重复性（3.5%）

图5：丙烯酰胺1ppb进样6针重复性（1.9%）

接下来请看

GCMS篇：

Thermo Scientific ISQ 7000单四极杆GC-MS系统

1. 依据《GB 5009.204-2014》标准，前处理衍生化方法，GCMS采用EI SIM监测模式，监测离子见下表：

衍生后化合物	EI SIM监测模式
2-bromo-propenamide	106，133， 150，152
2-bromo-13C3-propenamide	108，136， 153，155

色谱图如下：

1. 拓展标准，前处理依然采用衍生化方法，由于食品样品基质复杂，干扰严重，采用CI源能消除干扰，提高灵敏度，因此GCMS采用PCI SIM监测模式，监测离子见下表，5ppb标准品提取色谱图见下图：

衍生后化合物	PCI SIM监测模式
2-bromo-propenamide	167，169
2-bromo-13C3-propenamide	170，172

已经颁布的食品中丙烯酰胺的检测范围为10-50ppb, 而在PCI SIM模式下，方法检出限为2ppb,线性范围为5-1000ppb,如figure 6：

1. 拓展标准，由于前处理采用衍生化方法，步骤繁琐，引入误差大，尝试非衍生的前处理方法，GCMS采用EI SIM监测模式，监测离子见下表：

化合物	EI SIM监测模式
Acrylamide	71，55， 44
3C3-acrylamide	74，58

 

方法检出限为5ppb,线性范围为5-500ppb,如figure 3：

 

1. 拓展标准，由于前处理采用衍生化方法，步骤繁琐，引入误差大，尝试非衍生的前处理方法，GCMS采用NCI SIM监测模式，监测离子见下表：

化合物	NCI SIM监测模式
Acrylamide	70
3C3-acrylamide	73

 

方法检出限为2ppb,线性范围为2-500ppb,如figure 4：

另外，由于CI源具有高度选择性，可以降低基质干扰提高灵敏度，下图为未衍生化的薯条样品EI SIM和NCI SIM的谱图比对，图中可见，NCI模式下，基线噪音很低，化合物的响应很高，大大提高了灵敏度。

针对食品中丙烯酰胺分析，Thermo Scientific ISQ 7000单四极杆GC-MS系统提供各解决方案。

Thermo Scientific ISQ 7000 优势：

1. 具有NeverVent技术，真空锁（VPI）和V-Lock技术可以同时实现不泄真空换离子源（以及EI/CI的切换）和不泄真空换色谱柱功能，业界技术
2. 的PPINICI技术，单次进样实现不同保留时间和不同扫描时间内正负离子切换，业界技术
3. 电子流量同时控制 两种 CI 反应气，分析过程中反应气流速可调 ，业界技术
4. “S”型离子通道设计，有效消除中性噪音，提高信噪比和灵敏度，业界技术
5. 独一无二的双灯丝设计，灯丝朝向相同的方向以提高性能并受到电子透镜的保护
6. ExtractaBrite 离子源和高性能AEI源具备的分析物电离能力和高聚焦的离子束，降低了仪器检出限，并确保更高的稳定性以防止可能的污染。

 

彩蛋彩蛋！！

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那么，丙烯酰胺到底是什么？

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癌症研究机构（IARC）把丙烯酰胺列在了致癌名单里，但没有把那些含丙烯酰胺的食物也一起列上。美国癌症学会的原话是：“目前没有任何一种癌症类型的风险增加，是明确和摄入丙烯酰胺相关的。”所以说，抛开剂量谈毒性就是 不(shua) 靠(liu) 谱(mang)。

 可是，由于丙烯酰胺分子量较低，极性较高，且缺乏明显的发色团（共轭双键、三键、苯环）等性质，使得定量分析丙烯酰胺很困难。传统上用于测定丙烯酰胺含量的方法有酶联免疫法、溴化法、紫外分光光度法、气相色谱法等。但这些方法检测线高而且操作复杂。那么，有没有一种方法既简单又有很高的灵敏度及准确性？且看赛默飞的液质+气质解决方案：

LCMSMS篇：

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1.检测条件：

色谱柱：Syncronis C18 (100x2.1mm，3μm );

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流速：300 µL/min；进样量：20 µL

质谱条件（ESI+）：

                    表1.离子源设置的参数

喷雾电压/V	4000
气化温度/℃	350
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反吹气/arb	0
离子传输管温度/℃	350
碰撞气体(Ar)/mTorr	1.5
扫描模式	SRM

表2. SRM模式中的离子对信息

化合物	母离子(Parent)	子离子(Product )	碰撞能量(CE)	S-Lens 电压
丙烯酰胺	72.2	55.3*	11	75
		44.5	54
		27.4	55

*标记为定量离子  

2检测结果

在所建立方法下，丙烯酰胺仪器检出限为0.05ppb，线性范围为：0.1ppb-1000ppb。分别如图1、图2所示：

图1：0.05ppb丙烯酰胺提取离子质谱图

图2：0.1-1000ppb浓度范围内丙烯酰胺线性关系图

图3：低浓度0.1-5ppb范围放大图（丙烯酰胺线性关系图）

选择高于5倍检出限和20倍检出限，即0.25ppb和1ppb重复进样6针计算RSD值，分别为3.5%和1.9%，重复性很好，结果如图4和图5所示。

图4：丙烯酰胺0.25ppb进样6针重复性（3.5%）

图5：丙烯酰胺1ppb进样6针重复性（1.9%）

接下来请看

GCMS篇：

Thermo Scientific ISQ 7000单四极杆GC-MS系统

1. 依据《GB 5009.204-2014》标准，前处理衍生化方法，GCMS采用EI SIM监测模式，监测离子见下表：

衍生后化合物	EI SIM监测模式
2-bromo-propenamide	106，133， 150，152
2-bromo-13C3-propenamide	108，136， 153，155

色谱图如下：

1. 拓展标准，前处理依然采用衍生化方法，由于食品样品基质复杂，干扰严重，采用CI源能消除干扰，提高灵敏度，因此GCMS采用PCI SIM监测模式，监测离子见下表，5ppb标准品提取色谱图见下图：

衍生后化合物	PCI SIM监测模式
2-bromo-propenamide	167，169
2-bromo-13C3-propenamide	170，172

已经颁布的食品中丙烯酰胺的检测范围为10-50ppb, 而在PCI SIM模式下，方法检出限为2ppb,线性范围为5-1000ppb,如figure 6：

1. 拓展标准，由于前处理采用衍生化方法，步骤繁琐，引入误差大，尝试非衍生的前处理方法，GCMS采用EI SIM监测模式，监测离子见下表：

化合物	EI SIM监测模式
Acrylamide	71，55， 44
3C3-acrylamide	74，58

 

方法检出限为5ppb,线性范围为5-500ppb,如figure 3：

 

1. 拓展标准，由于前处理采用衍生化方法，步骤繁琐，引入误差大，尝试非衍生的前处理方法，GCMS采用NCI SIM监测模式，监测离子见下表：

化合物	NCI SIM监测模式
Acrylamide	70
3C3-acrylamide	73

 

方法检出限为2ppb,线性范围为2-500ppb,如figure 4：

另外，由于CI源具有高度选择性，可以降低基质干扰提高灵敏度，下图为未衍生化的薯条样品EI SIM和NCI SIM的谱图比对，图中可见，NCI模式下，基线噪音很低，化合物的响应很高，大大提高了灵敏度。

针对食品中丙烯酰胺分析，Thermo Scientific ISQ 7000单四极杆GC-MS系统提供各解决方案。

Thermo Scientific ISQ 7000 优势：

1. 具有NeverVent技术，真空锁（VPI）和V-Lock技术可以同时实现不泄真空换离子源（以及EI/CI的切换）和不泄真空换色谱柱功能，业界技术
2. 的PPINICI技术，单次进样实现不同保留时间和不同扫描时间内正负离子切换，业界技术
3. 电子流量同时控制 两种 CI 反应气，分析过程中反应气流速可调 ，业界技术
4. “S”型离子通道设计，有效消除中性噪音，提高信噪比和灵敏度，业界技术
5. 独一无二的双灯丝设计，灯丝朝向相同的方向以提高性能并受到电子透镜的保护
6. ExtractaBrite 离子源和高性能AEI源具备的分析物电离能力和高聚焦的离子束，降低了仪器检出限，并确保更高的稳定性以防止可能的污染。

 

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