凝胶渗透色谱-气相色谱-串联质谱在分析检测中的应用研究

（西安万隆制药股份有限公司，西安 710119）

凝胶渗透色谱-气相色谱-串联质谱（Gel Permeation Chromatography-Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，GPC-GC-MS/MS） 是一种基于凝胶渗透色谱GPC 与气相色谱-串联质谱GC-MS/MS 完美的有机结合的综合性分析技术[1-2]。凝胶渗透色谱的作用原理是依据分子大小进行分离，可将脂肪、植物色素、生物蛋白质等大分子与特殊小分子实现高效分离。具有独立的清洗泵，可配备多种规格净化柱及对应的流动相，拥有独有的色谱柱保护系统，使用寿命较长[3]。然而，常规的凝胶渗透色谱净化方法具有速度慢、有机溶剂使用量大、无法完成自动连续样品分析等不足。气相色谱-质谱仪是拥有气相色谱仪的高效分离能力与质谱仪独特的选择性、灵敏度、分子结构鉴定能力相结合的分析仪器。定性能力强、定量分析精度有所提升[4-5]。气相色谱-质谱仪的分析对象局限于在300℃左右及以下可以汽化、并且能离子化的样品，对在加热过程中易分解的、极性太强的化合物不适合。当样品复杂或者理化性质难以预知时，需要依靠与其他检测方法联用，才能获得直观肯定的检测结果[6]。GPC-GC-MS/MS 是GPC和GC-MS/MS 两种检测技术的融合与发展，展示了新技术下的在线分析理念，对目标化合物具有更高的分析效率、灵敏度、重现性，可一次完成多种成分的在线分析，具备经济、高效、快捷等特点，引起了科学研究领域的极大关注[7-8]。多检测仪器联用是提高检测效率、提升复杂样品检测质量的发展趋势[9]。

GPC-GC-MS/MS 分析检测技术的工作原理是首先将样品进行快速的前处理，然后进入GPC 柱子完成样品的浓缩静置，实现样品的快速净化，接着采用GC-MS 进行多组检测分析，从而在检测范围内获得良好的线性关系，满足分析要求[10-13]。GPC-GC-MS/MS 分析检测技术示意图见图1所示。

近年来，相关工作者凭借GPC-GC-MS/MS 检测技术测定鱼中8 种酚类内分泌干扰物的方法研究、动物源性食品中氯霉素检测、水产品中的持久性有机污染物、海带中扑草净残留量、玉米粉中10 种真菌毒素等方面取得了较大进展[14-18]。GPC-GC-MS/MS 分析技术已经在药品开发、能源化工、农药残留分析、聚合物材料、生物工程、食品安全等众多领域获得了广泛应用。随着广大科研人员的深入研究及仪器检测的快速发展，GPC-GC-MS/MS 技术已经成为分析检测领域的研究热点[19-20]。

图1 GPC-GC-MS/MS 分析检测技术示意图Fig.1 The schematic diagram of GPC-GC-MS/MS analysis and detection

目前，GPC-GC-MS/MS 研究类报道虽然逐年增多，然而有关GPC-GC-MS/MS 在多领域、复杂样品中分析检测方面的研究综述尚很少见。本文查阅了大量的中英文文献，发现GPC-GC-MS/MS 在各项研究中逐渐发挥着重要性与优势，但尚未见GPC-GCMS/MS 的分析检测应用研究综述类报道。因此，本文从农药残留、辐照标志物、半挥发性成分、增塑剂、光引发剂、激素残留、多环芳烃类有机污染物的分析与检测、赋香剂等八大方面总结报道了GPC-GC-MS/MS 较为新颖的应用研究实例，并展望了其发展前景。

1 GPC-GC-MS/MS 分析检测应用研究进展

1.1 GPC-GC-MS/MS 检测农药残留

三唑酮（Triadimefon）是一种高效、低毒、作用时间长、吸收强的三唑类杀菌剂。该药品具有双向传导功能，被植物吸收后，可在植物体内迅速传导。并且具有预防、铲除、治疗和熏蒸作用，持效期较长。同时对锈病和白粉病具有预防和治疗作用[21-22]。腐霉利（Procymidone）属于一种低毒性杀菌剂，作用机制是抑制菌体内甘油三酯的合成，具有保护和治疗的双重作用。该药物属于一种内吸性杀真菌剂，对葡萄孢属和核盘菌属真菌有特效，使用剂型比较广泛，主要包括50%可湿性粉剂、30%颗粒熏蒸剂、25%流动性粉剂等。能防治果树、蔬菜作物的灰霉病、菌核病，对苯丙咪唑产生抗性的真菌亦有效[23-24]。目前，这两种农药残留的检测方法主要是GC-MS、液相色谱-串联四极杆质谱法（Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，LC-MS）、超临界流体色谱-串联质谱法（Supercritical Fluid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，SFC-MS）[25-27]。这些检测技术虽比较可靠有效，但是在复杂样品、多体系环境中检测会有一定局限性，开发更加便捷、高效的联合检测技术显得十分必要。因此，建立一种快速、安全可靠的新型药物残留检测方法是至关重要的。

张群等[28]建立了GPC-GC-MS/MS 同时测定番石榴中三唑酮和腐霉利的分析方法。试验中采用乙腈提取番石榴样品，经氯化钠洗涤、乙酸乙酯和环己烷混合溶剂溶解、GPC 净化处理获得待测品，经外标法定量。结果显示三唑酮和腐霉利定量限分别为0.01 mg/kg 和0.005 mg/kg，线性关系良好。平均回收率为77.4%～100.7%，相对标准偏差为5.0%～9.6%，该检测方法可满足番石榴中两种农药残留的检测需求，为食品中杀菌剂的残留检测分析提供参考。

吴兆凤等[29]建立了GPC-GC-MS/MS 测定奶粉中有机氯农药残留的分析方法。待检样品经浓缩仪处理，再经平行浓缩仪浓缩，自动进样到质谱进行检测分析。结果表明在5～100 μg/L 浓度范围内测试结果呈线性相关，检出限＜0.5 μg/kg、加标回收实验回收率为70%～95%，相对标准偏差＜10%，该检测分析方法安全可靠、灵敏度高。

封利会[30]等建立了GPC-GC-MS/MS 测定蔬菜水果中多种农药的分析方法。工艺优化选取醋酸和乙酸钠的乙腈缓冲液对样品进行提取处理，再用混合固相分散液净化后测定，采用外标法进行定量分析。测试结果表明农药均在2～200 ng/mL 范围内呈现优良的线性关系，线性相关系数均大于0.995，检测方法快速、可靠，灵敏度和选择性有较大优势。

Zhu B Q 等[31]建立了GPC-GC-MS/MS 测定茶叶中多种农药的分析方法。试验中选择分散固相萃取吸附剂，获得了良好的线性相关系数，线性相关系数均大于0.99，检出限在0.5～5.0 μg/kg 范围内，获得了一种简便、快速，灵敏度高的茶叶中农药残留测定方法。

1.2 GPC-GC-MS/MS 检测食品中辐照标志物

辐照技术（Irradiation Technology）是重要的现代食品保鲜杀菌及特殊医疗用品灭菌消毒的新型加工技术，它的灭菌工艺容易控制，只需调节辐照剂量，灭菌彻底、不存在热对流和气体扩散等问题，整个过程在常温下就可进行，可连续大规模生产，其发展前景较好、应用广阔[32]。同时，食品辐照保藏及运输、医疗用品辐射的监督管理工作仍处于初期阶段，需要实施相配套的监管制度与日益成熟的检测手段，辐照食品的安全性也是人们密切关注之问题[33]。

2-十二烷基环丁酮（2-dodecylcyclobutanone，2-DCB）是食品中常见的辐解产物，对于含脂类辐照食品而言，2-DCB 作为特异性辐解产物用于该类食品的鉴别已经获得了广泛认可，其在食品中的分析检测能力显得十分重要[34]。目前，相关研究工作者主要采用的是GC-MS 和LC-MS，样品的前处理途径主要包括溶剂萃取、固相萃取两大方法。然而这些处理方法存在一定的局限性，比如溶剂萃取前处理所得的样品容易被复杂的基质干扰检测结果、固相萃取法所使用的固相萃取小柱为高耗材，检测成本高[35-37]，建立一套高效、简便、适合复杂系统的2-DCB 检测方法十分迫切。

邵彪等[38]在前期相关研究的基础上建立了GPCGC-MS/MS 测定肉松与乳粉中2-DCB 的含量。实验中开发了一种简便的样品前处理方法：将待测样品首先经正己烷超声提取、浓缩，提取液利用GPC 净化处理、收集流分直接联机在线浓缩装置进行浓缩、经有机滤膜过滤后即可。采用多反应监测模式。测试结果表明在10～1 000 μg/L 范围内2-DCB 具有良好的线性关系，平均加标回收率在73.5%～98.2%之间，相对标准偏差在6.2%以内。对辐照肉松与乳粉结果分析，可以判定未经辐照的样品未检出2-DCB，而辐照处理的样品均有检出。该研究团队运用GPCGC-MS/MS 成功测定了肉制品中2-DCB 的含量，方法操作简单、灵敏度高、自动化批量处理重现性良好，特别是采取监测定量离子对及多对定性离子对的方式，借助它们之间丰度比例关系进行定性确证，从而避免复杂基质带来的样品检测的干扰[39]。

1.3 GPC-GC-MS/MS 检测葡萄酒中半挥发性成分

葡萄酒优异的品质一直是人们所追求的目标，酒体中微生物的添加及其种类差异、挥发性化合物的总浓度、气味活性值、酒体的丰满度、口感的平衡及其发酵时间等均影响着葡萄酒品质[40-41]。尤其是葡萄酒中的易挥发成分，其种类、浓度与葡萄酒品质密切相关，受到了相关研究者的关注，开发快速、稳定可靠的该易挥发成分的分析检测方法是开发高品质葡萄酒的研究热点[42]。

刘永明等[43]建立了一种GPC-GC-MS/MS 操作简单、高效测定葡萄酒中多种易挥发性成分的分析检测方法。实验中以我国7 个葡萄酒主要产区的135 个样品为研究对象，重点优化了GPC 的收集时间、提取剂选择、提取时间等工艺参数，结果表明易挥发性成分的浓度与其峰面积均展现出优异的线性关系。获得了不同品质的葡萄酒中8 种主要半挥发性成分的含量范围，通过数据的比较与分析，对评价葡萄酒的风格、典型性和酿酒质量等技术指标提供了新的评价思路与方法。

1.4 GPC-GC-MS/MS 检测食用油中增塑剂

邻苯二甲酸酯（Phthalic Acid Esters，PAEs）属于一类脂溶性化合物，一般通过邻苯二甲酸酐与醇类物质反应制备，是目前广泛使用的一种增塑剂。该类化合物具备不同程度的毒性，严重的可干扰人体正常的生理代谢[44-45]。随着人们绿色、安全、环保意识的不断提升，邻苯二甲酸酯类增塑剂的添加计量及分析检测能力受到人们的关注[46]。邻苯二甲酸酯类较为常用的检测方法包括高效液相色谱法、气相色谱法以及傅立叶变换红外光谱法三种，这些检测方法虽然均能满足一般样品的检测需求，但是存在的缺点也不容忽视。单一的高效液相色谱法测试条件选择十分繁琐，测试前的样品准备工作耗费大量时间；单一的气相色谱法存在稳定性和重现性较差等不足；傅立叶变换红外光谱法劣势是灵敏度较低、基体干扰大、样品需进行严格的分离提纯[47]。开发多种仪器联用检测技术是食品与药品中邻苯二甲酸酯类化合物检测的发展方向。

吴雪等[48]建立了GPC-GC-MS/MS 测定食用油中邻苯二甲酸酯类增塑剂的分析方法。结果显示检出限为0.10～0.46 μg/kg，定量限为0.35～1.52 μg/kg，在2.38～9.52 mg/L 范围内线性关系良好，该方法操作简单，样品分析时间短，具有良好的重复性，该检测方案对食用油中邻苯二甲酸酯类增塑剂的检测提出了指导意义。

丁春瑞等[49]同样建立了GPC-GC-MS/MS 测定植物油中邻苯二甲酸酯类化合物的分析方法，各组分线性关系良好，相关系数在0.992 1 以上，相对标准偏差为3.1%～5.3%，检测方法稳定、可靠。袁荷芳等[50]利用GPC-GC-MS/MS 测定含油食品中16 种邻苯二甲酸酯含量方法。线性关系良好，相关系数在0.9986 以上，相对标准偏差为2.0%～5.0%，验证了GPC-GC-MS/MS 可便捷、稳定检测食品油中的邻苯二甲酸酯类化合物。

1.5 GPC-GC-MS/MS 检测牛奶及包装材料中光引发剂

光引发剂（Photoinitiator） 又称作光敏剂（Photosensitizer）或光固化剂（Photocuring agent），作用机理是经光照可产生自由基并能进一步引发聚合的化合物[51]。理想的光引发剂具备廉价、合成简单、光裂解产物无毒无味、稳定性好，便于长时间储存以及较高的引发效率等特点。近年来，光引发剂在食品、皮革制品、文具、包装材料、药物递送、组织工程、高生物可再生聚合物、光聚合技术等领域应用广泛[52-53]。由于光引发剂使用率高、使用面广，残留过多会对环境、人体造成不同程度的危害，再加上部分光引发剂具有致癌性、皮肤和生殖毒性，开发高效的检测方法一直是相关领域的工作重点。

陶运来等[54]建立了GPC-GC-MS/MS 测定牛奶中外源性的光引发剂的方法，主要包括二苯甲酮（Benzophenone，BP）和4-甲基二苯甲酮（4-Methylbenzophenone，MBP）。测试结果表明开发方法的线性范围为5～100 μg/L，BP 和MBP 的线性相关系数分别为0.997 2 和0.998 4，方法定量限均为0.025 mg/kg。该工作对牛奶中BP 和MBP 光引发剂的检测提供了一种快捷、稳定的检测方法，同时在应对国外食品接触材料的准入要求提供了参考价值。

张居舟等[55]建立了GPC-GC-MS/MS 测定食品包装印刷油墨中二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-二甲氨基苯甲酸乙酯、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苯甲酰苯甲酸甲酯、4-二甲氨基苯甲酸-2-乙基己酯、2，4-二乙基硫杂蒽酮和4-氯二苯甲酮（CBP）等8 种光引发剂。测试表明这些光引发剂线性关系良好，线性相关系数均大于0.997 9，检测过程简单、灵敏度高、准确度好，能满足食品包装印刷油墨中光引发剂的检测要求。

1.6 GPC-GC-MS/MS 检测黄油中激素残留

类固醇激素（Steroid Hormones）又被称作甾体激素，化学结构属于一类四环脂肪烃化合物（Aliphatic Hydrocarbon Compound）。类固醇激素对生物机体调节性功能、免疫调节及生育控制方面有明确的生理作用，尤其是在动物生长、生殖、发育等过程中发挥着不可或缺的重要作用[56]。同时，类固醇激素是一类典型的环境内分泌干扰化合物，对生物体呈现出很强的内分泌干扰效果，对生态和环境造成较大危害，其主要来源于脊椎动物生物体的排放[57]。部分经营者由于追逐高利益，加量使用类固醇激素，导致动物源食品（主要包括黄油、牛肉）中该类物质残留较多，对人体正常的生理代谢、发育成长造成不可逆伤害。开发迅速、可靠的类固醇激素分析检测方法，从源头控制食品质量，是食品安全不可或缺的保障。

赵超敏等[58]设计了一种GPC-GC-MS/MS 测定黄油中6 种类固醇激素残留的方法。样品依次经等体积的乙酸乙酯和环己烷混合溶剂提取、净化除脂、氮气干燥、衍生化处理，样品检测结果表明雄酮、脱氢表雄酮、睾酮、孕酮、雌酮、17β-雌二醇6 种类固醇激素均呈现出良好的线性范围、相对标准偏差小，该分析方法迅速、可靠。

1.7 GPC-GC-MS/MS 检测多环芳烃类有机污染物

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是指分子结构中含有两个或两个以上苯环的芳烃。该类化合物大多具有遗传毒性、突变性和致癌性，对生物机体可造成严重危害，主要对循环系统、神经系统造成损害，被认定为影响人类健康的主要有机污染物[59-60]。多环芳烃化合物的检测与分析一直是食品安全领域的重要课题。

于徊萍等[61]建立了食用油脂中16 种多环芳烃的GPC-GC-MS/MS 测定分析方法。样品首先采用等体积比例的环己烷-乙酸乙酯混合溶剂提取后，经GPC 净化除去样品中的脂质类物质所带来的基质干扰，净化液再进行GC-MS 分析。结果表明16 种多环芳烃的检测限为0.11～1.1 μg/kg，在1.0～50.0 μg/L范围内线性关系良好。

沈习习等[62]建立了GPC-GC-MS/MS 测定北京烤鸭鸭皮中16 种多环芳烃的检测分析方法。测试结果表明：16 种多环芳烃在1～100 μg/L 质量浓度范围内线性关系良好，检出限为0.08～0.39 μg/kg，定量限为0.25～1.29 μg/kg，相对标准偏差为0.7%～13.5%（n=6），该检测方法满足分析要求。

1.8 GPC-GC-MS/MS 检测赋香剂

赋香剂是指有一定的香气和香味质量的化合物，是一类广泛使用的香料。香兰素（Vanillin）及其甲基和乙基衍生物是广泛运用在各种需要增加奶香气息的调香食品中、以及在香皂、牙膏、香水、塑料、医药品领域[63-64]。我国GB 2760—2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中指出：凡使用范围涵盖0～6 个月婴幼儿配方食品不得添加任何食用香料。欧盟专家委员会指出，大剂量赋香剂可导致头痛、恶心、呕吐、甚至损伤肝、肾等，可见香兰素及其衍生物的残留检测十分必要，故开发高效、简便的赋香剂检测方法十分迫切。

郑小严[65]建立了GPC-GC-MS/MS 测定配方奶粉中香兰素和乙基香兰素的方法。该检测技术利用两种目标物在pH＜7 的环境中能以分子形式存在的特性，采用等比例的环己烷和乙酸乙酯混合溶剂提取目标物，再依次经GPC 净化、GC-MS 检测，外标法定量。实验表明对配方奶粉中的香兰素和乙基香兰素的相对标准偏差≤6.77%，定量限为0.10 mg/kg。能有效地消除配方奶粉的基质干扰，具有良好的选择性。该检测手段成本低廉、灵敏度高，能够作为配方奶粉中的香兰素和乙基香兰素含量检测的便捷方法。

2 展望

GPC-GC-MS/MS 检测分析技术已被广泛应用于药品、食品、工业等领域，在样品的分析检测过程中展现出高效的分离度、灵敏度、良好的可靠性与耐用性、直观快捷等诸多优势，在保障目标化合物的分析效率与准确度的基础上，满足多样品、复杂检测体系中的检测要求，尤其在食品与医药领域受到很大的青睐。随着GPC-GC-MS/MS 技术在药物研发、制剂一致性评价、食品有害物质残留检测、功能型化合物的分析检测等方面的研究不断深入，必将更好地服务于新兴行业。GPC-GC-MS/MS 技术目前在检测中成药、中药材领域研究较少，有待相关科研人员进一步努力和探索。随着检测样品的复杂度和多样性、检测高效性和实时性的严格要求，发展更为完善的GPC-GCMS/MS 检测新模式并加以推广应用必将是该领域的发展方向。