基于磁性金属有机框架材料的表面辅助激光解吸离子化质谱在食用油快速鉴定中的应用

吴 杰，陈 凌，陈群定，陈伟建，林子俺*

(1.福州大学 化学学院 食品安全与生物分析教育部重点实验室,福建 福州 350116；2.莆田市农业检验监测中心,福建 莆田 351106)

食用油是人类膳食的重要组成部分，现有的市售食用油种类很多，不同食用油的组成成分不同，具有不同的营养价值。但是，近年来频发的“地沟油”事件、“转基因食用油”等问题令人担忧。因此，建立一种快速鉴定食用油的分析方法对于保障食用油质量安全具有重要意义。

目前，食用油的鉴别方法主要有感官法、理化法和仪器法。感官法和理化法虽然简单易行，但准确性差、操作繁琐、无法定量。仪器法(包括紫外/可见、红外、色谱、色谱-质谱联用等[1-5])具有灵敏度高、选择性好等优点，是目前食用油检测的主要手段，但存在谱峰易重叠、背景复杂，检测准确度低，或者样品预处理过程繁琐,需消耗大量有机试剂，易对环境造成污染等问题。因此，迫切需要发展一种更加便捷的检测技术用于食用油的快速鉴定。

高分辨质谱因具有质量范围宽、分析速度快、高通量等优势，近年来在食用油检测领域得到了广泛关注[6-8]。基质辅助激光解吸离子化质谱(MALDI-MS)是一种高效的软电离新型有机质谱[9]，近年来已成为生物大分子分析不可或缺的工具之一。但是传统的MALDI基质在低分子量(m/z<1 000 Da)范围内会产生大量碎片离子，严重干扰小分子物质的测定。此外，由于样品/基质共混结晶不均匀，信号重现性差，难以实现定量分析。基于纳米基质的表面辅助激光解吸离子化质谱(SALDI-MS)有效解决了上述问题[10]，SALDI-MS采用纳米材料替代传统的有机基质，可将分析对象由大分子扩展到小分子。此外,SALDI-MS方法具备更多优势，如样品制备更均匀、信号强度更高、噪声背景更低、重现性更好等，展现出优良的应用前景[11-13]。基于此，本文合成了一种核壳结构的磁性沸石咪唑酯框架-8(Fe3O4@ZIF-8)微球，以市售的常见食用油(包括花生油、猪油、菜籽油)为分析对象，建立了基于Fe3O4@ZIF-8的SALDI-MS方法，探究了样品制备方法对质谱检测信号的影响，并将本方法应用于实际油样的考察。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Tecnai G2 20透射电镜(TEM)；S-4800扫描电镜(SEM)；Nicolet 6700傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)；UV-9000S紫外分光光度计(UV)；Bruker Autoflex speed基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(MALDI-TOF-MS)。

乙二醇、乙酸钠、乙醇、乙腈、硝酸锌、六水三氯化铁(FeCl3·6H2O)、二水合柠檬酸钠 (Na3Cit·2H2O)和六水合硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)购自国药化学试剂有限公司；2-甲基咪唑 (HMeIM)购于百灵威化学技术有限公司；2，5-二羟基苯甲酸(DHB)由Bruker公司提供；花生油、菜籽油、猪油购自本地菜市场，实际样品取自于福州当地一家饭馆。

1.2 磁性金属有机框架材料的制备

1.2.1 Fe3O4磁性微球的制备称取8.1 g FeCl3·6H2O溶于200 mL乙二醇中得到澄清溶液，随后继续加入12.0 g 乙酸钠和2.0 g Na3Cit·2H2O，搅拌溶解。将所得的均一溶液转移到反应釜中，并置于200 ℃烘箱内反应10 h。将所得磁性产物用水和乙醇洗涤后真空干燥。

1.2.2 磁性沸石咪唑酯框架-8(Fe3O4@ZIF-8)的制备配制20 mL含有0.2 mmol 盐酸的50%乙醇溶液，加入Zn(NO3)2(终浓度2 mmol/L)和0.35 g Fe3O4微球，利用超声振荡得到均一的微球分散液。向该溶液中加入40 mL 20 mmol/L 2-甲基咪唑的50%乙醇溶液。将混合溶液于室温下超声反应10 min。利用磁铁分离产物，用50%乙醇溶液洗涤磁性微球，去除未包覆在磁性微球表面的ZIF-8。将洗净后的产物真空干燥。

1.3 MALDI-MS与SALDI-MS样品的制备

称取30 mg DHB基质，加入乙腈-水( 3∶7，体积比)混合溶剂 1 mL，配制成 30 mg/mL的DHB溶液。将Fe3O4@ZIF-8分散在乙醇-水(1∶1，体积比)中并超声处理1 min以形成均匀的悬浮液(2 mg/mL)。

样品制备：(1)干点法：将基质溶液-食用油(8∶2,体积比)混合均匀后，取1 μL点在靶板上，自然干燥。(2)薄层法：取0.8 μL基质溶液点在靶板上，自然干燥后，取0.2 μL食用油点覆在基质表面。(3)三明治法：取0.4 μL基质溶液点在靶板上，自然干燥后，取0.2 μL食用油点覆在基质表面，待自然干燥后，再取0.4 μL基质溶液点在表面，自然干燥，形成三明治夹心结构。

1.4 质谱分析

将样品靶板放入仪器，调整仪器参数为正离子反射模式，离子源电压19 kV，延迟提取120 ns，500次激光照射。连续采集谱图，数据采用软件flexAnalysis(Bruker公司)处理。

2 结果与讨论

2.1 磁性金属有机框架材料的表征

从Fe3O4@ZIF-8的TEM图(图1A)中可以看出，其表面凹凸不平，包覆着大量的ZIF-8纳米晶，ZIF-8包覆层的平均厚度为25 nm。由Fe3O4@ZIF-8的SEM图(图1B)可见，磁性ZIF-8微球呈近似球形，平均粒径为190 nm。与Fe3O4微球的红外光谱图(图1C曲线b)相比，Fe3O4@ZIF-8的红外光谱图(图1C曲线a)出现了新的吸收峰。在3 137、 2 925 cm-1处的吸收峰分别归属于2-甲基咪唑配体的芳香性和脂肪烃类的C—H伸缩振动。1 418 cm-1处的强吸收峰以及900～1 330 cm-1范围内的几个吸收峰分别由咪唑环的伸缩振动和面内弯曲振动引起。420 cm-1处则是Zn—N伸缩振动的特征吸收峰。这些结果都证明ZIF-8已成功地修饰在Fe3O4磁性微球表面。如图1D所示，Fe3O4@ZIF-8悬浮液在400 nm附近表现出强吸收，与仪器的激光光源(λ=337 nm)基本匹配，具有吸收激光能量并将能量转移到分析物上的潜力。

图1 Fe3O4@ZIF-8的透射电镜图(A)、扫描电镜图(B)、红外光谱图(C)与紫外可见吸收光谱图(D)Fig.1 TEM(A)，SEM(B)，FT-IR spectra(C) and UV-Vis spectrum(D) of Fe3O4@ZIF-8

2.2 MALDI-MS鉴别食用油中的甘油三酯

据文献报道，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的区域[12]。TAGs主要由脂肪酸如棕榈酸(P)、油酸(O)、亚油酸(L)和硬脂酸(S)等组成。不同的食用油有不同的TAGs分布，因此TAGs被广泛用作食用油鉴定的指纹图谱[15-16]。本文依据TAGs的分布(表1)进行食用油鉴别。

2.3 样品制备方法对质谱结果的影响

为了考察不同样品制备方法对质谱结果的影响，分别采用干点法、薄层法和三明治法制备了不同的样品，并对花生油进行了检测，结果如图2所示。由图2A～C可以看出，以Fe3O4@ZIF-8为基质制备的样品分布均匀，甜点效应小。对比图2D～F发现，在相同条件下，虽然3种方法均能检测到TAGs信号，但是干点法的谱图信号强度偏低，薄层法的谱图存在分辨率不够、信号未达到基线分离等问题，三明治法的谱图信号强度及分辨率高，实现了基线完全分离。由此可知，采用三明治法制备样品进行检测的效果更理想。

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

图2 不同样品制备方法的点样图及质谱图Fig.2 Images and MS spectra of different sample preparation methodsA,D：dried droplet method;B，E：thin layer method;C，F：sandwich method；*is the peak of TAGs in edible oil unless otherwise noted

2.4 MALDI-MS与SALDI-MS检测标准油样

如图3所示，以DHB和Fe3O4@ZIF-8为基质，分别采用MALDI-MS 和SALDI-MS方法测定花生油、猪油、菜籽油。由图3A可以看出，当以Fe3O4@ZIF-8为基质时，几乎没有背景干扰，质谱信号的信噪比更高，而以DHB为基质时，花生油在m/z907.7处的信噪比为31，而以Fe3O4@ZIF-8为基质时该峰信噪比达到了439。同时SALDI-MS方法能检测到更多的TAGs信号，如花生油中测到[PPO+Na]+(m/z855.7)等一系列质谱峰。同理，菜籽油(图3B)、猪油(图3C)也可观察到更多的TAGs信号以及更高的信噪比。由此可见，SALDI-MS方法比MALDI-MS更灵敏，在食用油鉴定中更具优势。

图3 SALDI-MS和MALDI-MS测定花生油(A)、菜籽油(B)和猪油(C)的质谱图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的标准混合油分析

为了考察Fe3O4@ZIF-8基质在混合样品分析中应用的可行性，配制了一系列不同食用油的混合样品，并采用三明治法进行样品制备，质谱检测。图4为不同比例的花生油和菜籽油的质谱图，可以看到菜籽油中的质谱峰[PLnL+Na]+(m/z875.7)强度随着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为基质可以鉴定混合食用油。

2.6 基于SALDI-MS的实际油样分析

本文以Fe3O4@ZIF-8为基质，考察实际油样检测的可行性。所测实际油样来自于福州当地饭店，经简单过滤处理后，采用三明治法制备样品并进行质谱检测。图5为实际油样的质谱图，由图可知，该实际油样存在花生油(PPL、PPO、OSS)和菜籽油(PLnL、LLLn)的特征峰以及表1中两者共有的TAGs。

3 结 论

制备了磁性金属有机框架材料Fe3O4@ZIF-8，并建立了一种基于该材料的SALDI-MS检测方法。将所建立的SALDI-MS方法用于食用油的鉴定，成功测定出花生油、猪油、菜籽油中TAGs的一系列质谱峰，且谱图背景干扰少，灵敏度高。因此，基于磁性金属有机框架材料Fe3O4@ZIF-8的SALDI-MS可以成功用于食用油的快速鉴定，并有望用于更多实际复杂油样的鉴定。

图4 SALDI-MS测定不同比例混合的花生油与菜籽油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

图5 以Fe3O4@ZIF-8为基质测定实际油样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