表面解吸常压化学电离质谱法直接测定饮料中的抗坏血酸

宋庆浩,王 姜,陈焕文,金钦汉

(1.浙江大学工业系统与控制国家重点实验室,智能系统与控制研究所,分析仪器研究中心,浙江杭州 310058;2.山东电力工程咨询院,山东济南 250013;3.东华理工大学应用化学系,江西抚州 344000)

表面解吸常压化学电离质谱法直接测定饮料中的抗坏血酸

宋庆浩1,2,王 姜3,陈焕文3,金钦汉1

(1.浙江大学工业系统与控制国家重点实验室,智能系统与控制研究所,分析仪器研究中心,浙江杭州 310058;2.山东电力工程咨询院,山东济南 250013;3.东华理工大学应用化学系,江西抚州 344000)

建立了表面解吸常压化学电离质谱(SDAPCI-MS)测定饮料中抗坏血酸的方法。采用进样针取样,每次取样不多于5 nL,无需任何样品预处理,单个样品测定时间少于0.5 min。该方法对抗坏血酸的检出限可达1.9×10-9g·mL-1,线性范围为10-8～10-3g·mL-1,回收率为89.9%～109.6%,相对标准偏差(RSD)为3.2%～5.8%。

表面解吸常压化学电离质谱(SDAPCI-MS);抗坏血酸;饮料;快速检测

抗坏血酸(ascorbic acid),即维生素C,是维持机体正常生理功能的重要维生素之一,普遍存在于蔬菜和水果中,或作为药品和保健品提供,人体不能自身合成。研究表明,抗坏血酸能够提高人体免疫力,在预防贫血、牙龈出血、坏血病和癌症,预防和缓解动脉硬化以及保护肝脏等方面都有非常良好的效果。抗坏血酸作为市场上众多饮料的主要营养物质,是检测相应饮料质量优劣的重要指标,因此,对复杂基体中抗坏血酸的快速灵敏检测具有重要的实用意义。

目前,测定抗坏血酸含量常用的方法有:滴定分析法[1-2]、荧光分析法[3]、分光光度法[4]、色谱法[5]以及电化学法[6]等。这些方法各有长处,但一般都有试剂不稳定、操作繁琐、使用有毒试剂或特异性差等缺点。本工作采用表面解吸常压化学电离质谱(SDAPCI-MS)技术[7-15],建立一种无需对样品进行预处理即可对饮料中的抗坏血酸进行直接检测的方法,该方法对于复杂基体中抗坏血酸含量的测定具有重要的应用价值。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

SDAPCI离子源:实验室自制,装置图示于图1;L TQ-XL型线性离子阱质谱仪:美国Finnigan公司产品,配有 Xcalibur数据处理系统。抗坏血酸(分析纯):上海国药集团产品。准确称取250 mg抗坏血酸标准品于25 mL棕色容量瓶中,用水溶解后稀释至刻度,得到10 g·L-1抗坏血酸的标准溶液,用铝箔做避光保护,放置在冰箱中储存;4种样品分别为:某品牌干红葡萄酒、某品牌橙汁饮料、某品牌混合果蔬饮料、某品牌牛奶果汁饮料,均购于当地超市,实验中样品没有经过任何预处理;实验用水均为二次蒸馏水。

1.2 实验条件

设置SDAPCI离子源为正离子检测模式,质量检测扫描范围 m/z50～300,电离电压3.5 kV,离子传输管温度150℃;放电针与质谱仪接口成30°,用进样针(钢针,长15 cm左右)蘸取不多于5 nL的样品,在样品正下方放置1根可加热的电阻丝(图中未示出),进样针上的样品在电阻丝所产生热气流的辅助作用下被解吸出来,然后被放电针尖端形成的大量离子电离,形成的样品离子被引入质谱仪进行分析。实验中,一级质谱测定时间少于10 s,但二次质谱记录时间可为0.5 min。在串联质谱分析时,母离子的选择窗口为 1.1 u,碰撞时间为 30 ms,碰撞能量为30%,其他参数由L TQ-MS系统自动优化。

图1 SDAPCI离子源测定饮料中抗坏血酸的装置示意图Fig.1 Schematic diagram of surface desorption atmospheric pressure chemical ionization(SDAPCI)for direct detection of ascorbic acid

2 结果与讨论

2.1 抗坏血酸的SDAPCI串联质谱分析

在直接检测复杂基体样品中痕量待测组分时,一般采用多级串联质谱以排除假阳性结果。在正离子检测模式下获得的抗坏血酸一级质谱图示于图2。由于抗坏血酸为酸性的极性物质,能够在正离子检测模式下被质子化,形成比较稳定的[M+H]+峰而被检测。所得质谱图比较复杂,准分子离子峰 m/z177的丰度较小,其他众多的质谱峰可能来自溶液中的其他物质和抗坏血酸的碎片离子,还可能与抗坏血酸本身纯度不够而且容易氧化变质有关。选择准分子离子峰m/z177进行二级质谱研究,其质谱图示于图3a,主要得到特征离子 m/z121、149、159、135,它们分别为母离子丢失2CO、CO、H2O、CH2CO所形成。另外,若选择二级质谱离子m/z121进行三级质谱实验,所得的质谱图示于图3b,则可产生m/z93、105、79的碎片离子,它们分别为抗坏血酸质子化离子进一步丢失 CO、CH4、CH2CO所形成。为了确保结果的可靠性,还采用ESI-MS方法对抗坏血酸进行了MS/MS谱图对照分析,所得的二级质谱图示于图4。结果发现,抗坏血酸SDAPCI-MS/MS谱与 ESI-MS/MS谱完全吻合,而且也与文献[16]的结果一致。证明了如果在实际样品中能够检测到信号峰 m/z177,并且在MS/MS谱中观察到主要特征离子 m/z121、149、159和135,即可以判断该样品中含有抗坏血酸。

2.2 工作曲线和精密度

分别配制浓度为 10-8、10-7、10-6、10-5、10-4、10-3g·mL-1抗坏血酸标准溶液,按 1.2方法进行SDAPCI-MS实验。将二级质谱中获得的信号扣除背景后,以m/z121的净响应信号强度表示,每个浓度的标准溶液测定6次,测定的净响应信号强度及相应的相对标准偏差列于表1。

图2 正离子模式下抗坏血酸的SDAPCI质谱图Fig.2 The SDAPCI mass spectrum of ascorbic acid recorded in positive ion detection mode

图3 抗坏血酸的二级和三级SDAPCI质谱图a.m/z177的二级质谱;b.m/z121的三级质谱Fig.3 The SDAPCI tandem MS spectra of ascorbic acid a.MS2ofm/z177;b.MS3ofm/z121

图4 抗坏血酸的特征离子m/z177二级电喷雾质谱图Fig.4 The ESI-MS/MS spectrum of the ions ofm/z177

信号强度与样品浓度分别取对数,绘制工作曲线,示于图 5。在 10-8～10-3g·mL-1范围内,离子强度的对数(y)与浓度的对数(x)具有较好的线性关系。线性回归方程为 y=0.037x+3.019,相关系数为 R2=0.994。

2.3 检出限

对浓度为1×10-8g·mL-1标准溶液进行多次测定,获得净响应信号强度平均值为524(n=6),同时测得空白样品的3倍标准偏差为100.8(S/N=3,n=20),计算得本方法对抗坏血酸的检出限为1.9×10-9g·mL-1。

表1 精密度测定Table 1 Data obtained in precision study

2.4 准确度实验

在测定样品时,同时用标准加入法做回收实验。分别取4种品牌的饮料按1.2方法进行测定,测得4种饮料中抗坏血酸的含量分别为1.7×10-4、8.7×10-5、2.3×10-5和 6.3×10-8g·mL-1。然后对每种样品都加入1.0×10-4g·mL-1的抗坏血酸溶液做回收率实验,单个样品连续测定 9次,测得加标回收率为89.9%～109.6%,4种添加抗坏血酸的饮料中,抗坏血酸信号强度的相对标准偏差(RSD)在3.8%～5.8%之间。测定结果列于表2。

图5 用m/z121测定抗坏血酸的工作曲线Fig.5 Calibration curve for determination of ascorbic acid usingm/z121

表2 样品测定结果(n=9)Table 2 Detection of samples(n=9)

检测饮料、水果、蔬菜等食品中抗坏血酸的含量,对保证食品的质量、维护人们的身体健康具有重要意义。本实验对饮料中的抗坏血酸进行快速半定量分析,只要经过简单的榨汁、研碎、稀释等处理,此方法同样适用于对水果、蔬菜、药品等物质中抗坏血酸的快速测定。另外,如果能解决手动进样不稳和取样量不精确等问题,有望实现对抗坏血酸的快速精确定量分析。表面解吸常压化学电离质谱法具有无需样品预处理、取样量少、灵敏度高、快捷方便以及无毒无污染等特点,特别适用于结合小型质谱仪对食品、药品等复杂基体物质进行快速现场分析。

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Surface Desorption Atmospheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry for Direct Detection of Ascorbic Acid in Beverages

SONG Qing-hao1,2,WANGJiang3,CHEN Huan-wen3,J IN Qin-han1
(1.Research Center f or A nalytical Instrumentation,Institute of Cyber-S ystems and Control,State Key L aboratory of Industrial S ystems and Control,Zhejiang University,Hangzhou310058,China;2.S handong Electric Power Engineering Consulting Institute,J i’nan250013,China;3.Department of A pplied Chemistry,East China Institute ofTechnology,Fuzhou344000,China)

A novel method was developed for direct detection of ascorbic acid in beverages by surface desorption atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry(SDAPCIMS)without any sample pretreatment.Using sample needle sampling,the volume of each sampling was less than 5 nL.The average time for a single sample analysis was less than 0.5 min.The limit of detection for ascorbic acid is 1.9×10-9g·mL-1,and the linear range is 10-8—10-3g·mL-1.The recoveries for four samples spiked with 10-4g·mL-1ascorbic acid are in the range of 89.9%—109.6%,and the relative standard deviations in the range of 3.2%—5.8%.

surface desorption atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry(SDAPCI-MS);ascorbic acid;beverages;rapid analysis

O 657.63

A

1004-2997(2010)05-297-05

2010-02-04;

2010-05-05

东华理工大学研究生创新资金(DYCA10002)资助

宋庆浩(1983～),男,河北馆陶人,硕士研究生,从事质谱离子化源研究。E-mail:micesong@163.com

金钦汉(1937～),男,教授、博士生导师,从事分析化学研究。E-mail:qhjin@zju.edu.cn