时秋娜，刘占芳，朱 军，田菲菲

(1.河南警察学院 刑事科学技术系，郑州 450026； 2.公安部物证鉴定中心，北京 100038；3.岛津企业管理(中国)有限公司，北京 100020)

检测分析

全二维气相色谱-质谱法检测动植物油

时秋娜1，刘占芳2，朱 军2，田菲菲3

(1.河南警察学院 刑事科学技术系，郑州 450026； 2.公安部物证鉴定中心，北京 100038；3.岛津企业管理(中国)有限公司，北京 100020)

为建立动植物油的全二维气相色谱-质谱分析方法，选用四甲基氢氧化铵(25%)的无水甲醇(体积比1∶50)对样品进行甲酯化衍生，对二维色谱柱、程序升温、质量扫描范围、冷吹流量、调制周期进行优化。结果表明：在调制周期5 s，冷吹流量3 L/min，DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)为一维柱，BP20(2.5 m×0.1 mm×0.1 μm)为二维柱，质量扫描范围(m/z)71～385，程序升温为初始温度40℃，保持2 min，以30℃/min升温至190℃，再以2℃/min升温至280℃，保持15 min的条件下，动植物油中的脂肪酸组成得到了有效分离和准确检测，比气相色谱-质谱法灵敏度、分离效果均提高。为动植物油的进一步鉴别提供新的分析方法。

全二维气相色谱-质谱联用法；动植物油；脂肪酸组成

动植物油是人们生活中必不可少的膳食种类，和人们的日常生活联系紧密。因此，动植物油也成为各类刑事案件中常见的物证，其常以油渍斑痕、脂肪微粒的形式遗留在案发现场，或附着在犯罪嫌疑人的衣服、鞋子、作案工具上，对其进行分析检验，能够为案件侦查提供线索，为诉讼提供证据，具有十分重要的意义。

目前有关动植物油脂肪酸组成的检验，常见的仪器分析方法有气相色谱法[1]、气相色谱-质谱法[2]、拉曼光谱法[3]、红外光谱法[4]、分子荧光光谱法[5]等。但这些方法只能检测常见的高含量脂肪酸，对于某些微量脂肪酸无法检测，且拉曼光谱和分子荧光光谱进行检验时易出现荧光干扰，影响动植物油的进一步鉴别区分。近年来发展的全二维气相色谱(GC×GC) 技术具有峰容量大[6]、灵敏度高、定性更准确[7]、能够实现族分离[8]等特点，与质谱联用，已被广泛应用于石油化工[9]、食品安全[10]、环境监测[11]及香精香料成分[12]的检验中，但其在动植物油脂肪酸检测中的应用鲜见报道。

本实验利用全二维气相色谱-质谱法分析动植物油中的脂肪酸组成，优化了分析条件，实现了脂肪酸的有效分离和准确认定，与普通气相色谱-质谱法相比，灵敏度更高，检测到的脂肪酸组成更丰富，有利于动植物油的进一步鉴别分析,从而能够为案件办理提供更多的线索，帮助办案人员缩小侦查范围，甚至锁定犯罪嫌疑人。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

花生油、玉米油、葵花籽油、大豆油、橄榄油、山茶油、猪油、牛油、羊油、鸡油等动植物油分别购自北京的大型超市。

37种混合脂肪酸甲酯标准品(Sigma公司)；四甲基氢氧化铵(TMAH)；甲醇、正己烷、乙醚，均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

QP2010 Ultra GC×GC-MS(日本岛津公司)，冷喷调制器ZX1(美国Zoex公司)，GC Image2.4数据处理系统。

1.2 实验方法

1.2.1 油脂样品的甲酯化[13]

先将25%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液和无水甲醇按照体积比1∶50配成甲酯化试剂，然后准确量取20 μL油脂样品溶于2 mL乙醚溶液，摇匀，最后分别量取油脂样品乙醚液和甲酯化试剂各400 μL于样品瓶中，振摇，形成铵盐后进样分析。

1.2.2 GC×GC-MS条件

一维色谱柱：DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；二维色谱柱：BP20(2.5 m×0.1 mm×0.1 μm)；进样口温度280℃；进样量1 μL，分流比30∶1；程序升温：40℃保持2 min，以30℃/min升温到190℃，再以2℃/min升温至280℃保持15 min；离子源温度200℃；电离能量70 eV；检测器电压1.1 kV；接口温度280℃；质量扫描范围(m/z)71～385；冷吹流量3 L/min；热气温度370℃；调制周期5 s；热喷时间350 ms。对二维色谱柱、程序升温、质量扫描范围、冷吹流量及调制周期条件进行考察。

1.2.3 普通GC-MS条件

色谱柱：FFAP(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度250℃；进样量1 μL；分流比20∶1；程序升温：80℃保持3 min，以10℃/min升至280℃，保持5 min；离子源温度230℃；检测器电压1.1 kV；接口温度230℃；质量扫描范围(m/z)40～500。

1.2.4 数据处理

脂肪酸甲酯混合标准品及实际样品中脂肪酸的定性主要通过将其二维谱图中各峰点质谱图导入NIST谱库检索而实现，脂肪酸的定量通过面积归一化法计算其相对含量。

2 结果与讨论

2.1 GC×GC-MS分析条件的优化

2.1.1 柱系统的选择

GC×GC-MS法是把相互独立、分离机理不同的两个色谱柱通过调制器以串联方式联接，经一维柱分离的各组分被调制器聚焦后进入二维柱得到进一步分离[14]，柱系统的选择决定了待测组分的分离效果，一维柱通常为非极性或弱极性的常规色谱柱，二维柱为短的极性柱[15]。

本实验选择非极性的DB-5MS为一维柱，并分别考察了中等极性柱BPX50和强极性柱BP20 为二维柱时的检测效果。图1为猪油在两种柱系统条件下得到的二维色谱图。

图1 不同柱系统下猪油中检出脂肪酸组成的二维色谱图

由图1可以看出，BP20为二维柱时，脂肪酸的出峰时间从26 min提前至16 min，且比BPX50为二维柱时多检出7种脂肪酸成分。实验结果表明，两种柱系统均能实现动植物油中常见脂肪酸的分离和检测，但BP20为二维柱时脂肪酸出峰更早且组成更丰富。因此，选择DB-5MS为一维柱，BP20 为二维柱为本研究的柱系统。

2.1.2 调制周期的优化

调制周期为GC×GC体系中两次热吹之间的时间间隔[16]。调制周期过长，某些在一维柱上已分离的组分会在调制器重新聚集，不但降低了一维色谱的分辨率，而且不利于二维柱的进一步分离；调制周期过短，目标物会被多次切割，信号强度降低，也会使保留时间超过调制周期的化合物不能及时流出二维柱，而和下一个周期的化合物在下一个周期共流出[17]。本实验考察了3、4、5、6 s 4个调制周期，比较了脂肪酸的信号强度和分离情况，发现调制周期为6 s时，脂肪酸的切割次数不足3次，降低了一维色谱的分辨率，调制周期为3 s时，脂肪酸的响应信号强度较低，调制周期为4 s和5 s时，脂肪酸的响应信号在同一数量级，但5 s时其分离效果更好，且基本不拖尾。因此，确定调制周期为5 s。

2.1.3 冷吹流量的优化

冷吹流量的选择需根据待测物的沸点确定。沸点越高，冷吹流量越小，否则，热吹无法将待测物及时释放，会出现二维谱图的斑点拖尾；沸点越低，冷吹流量越大，可将沸点低的低分子化合物有效捕集，从而提高二维柱的分离效率，冷吹流量一般为1.5～15.5 L/min。由于动植物油中的脂肪酸通常为10～24个碳原子，沸点相对较高，因此需选用较小的冷吹流量。本实验考察了3、5、7 L/min 3种冷吹流量，发现冷吹流量加大不能明显改善分离效果，信号强度虽有所增大，但仍在同一数量级，且柱流失明显增强。因此，选择冷吹流量为3 L/min。

2.1.4 程序升温条件的优化

为保证目标物质从一维柱流出后能够被有效切割3次以上，程序升温的速率不能太大，一般为0.5～5℃/min[18]。本实验选择较小的升温速率2℃/min，并尝试从40℃开始，保持2 min后升温至280℃，保持15 min。结果显示，虽然脂肪酸组成分离完全，但整个程序持续137 min，耗时太长，而动植物油中的脂肪酸组成多大于9个碳原子，均在该程序下40 min后出峰，并且壬酸甲酯的沸点为213℃，因此将升温程序调整为40℃开始，保持2 min后，以30℃/min快速升温至190℃，再以2℃/min升温至280℃，保持15 min，整个检测过程仅需67 min，且动植物油中的脂肪酸组成检测完全，分离效果好。

2.1.5 质量扫描范围的优化

由于二维色谱峰峰形很窄，为提高分析灵敏度及定性定量的准确性，需要较窄的质谱扫描范围。由于74是大多数脂肪酸的基峰离子，而C24∶0的分子离子峰为382.4，本实验将质量扫描范围(m/z)确定为71～385。

2.2 普通GC-MS法与GC×GC-MS法的比较

2.2.1 灵敏度比较

实验比较了优化条件下肉豆蔻酸(C14∶0)的GC×GC-MS和普通GC-MS的信号差异(见图2)。由图2可以看出，普通GC-MS 条件下的C14∶0 峰在GC×GC-MS条件下被调制成5个碎片峰，且信号强度提高了近20倍。

图2 C14∶0在GC×GC-MS(a)和普通

2.2.2 分离效果比较

实验考察了37种脂肪酸甲酯标准品在优化后的GC×GC-MS条件下和普通GC-MS法检验时的分离情况。

实验发现，各脂肪酸甲酯在优化后的GC×GC-MS条件下形成了一维按沸点高低、二维按极性大小完全分离的二维色谱图，且呈现明显的族分离特征，可为实际样品中脂肪酸的推测和确定提供依据。利用普通GC-MS检验时，虽然同样得到了按照沸点高低分离的脂肪酸色谱图，但C18仅得到5个色谱峰，其中二维色谱中一维保留时间相同的C18∶1、C18∶2、C18∶3在普通GC-MS中没有得到分离，形成了1个色谱峰，C20中的C20∶1、C20∶3也呈共流出现象，并且C22∶1、C22∶2亦没有完全分离。因此，GC×GC-MS法比普通GC-MS法的分离效果更好。

2.3 动植物油样品脂肪酸组成的检测

在优化的GC×GC-MS条件下，对常见动植物油脂肪酸组成进行了检测，结果见表1。

表1 不同动植物油的脂肪酸组成与含量

注：“-”表示未检出，保留时间不同的5种C18∶2和8种C18∶3分别为亚油酸和亚麻酸的不饱和键位置异构体和顺反异构体。

由表1可知，利用GC×GC-MS对常见动植物油进行分析，共检出C14～C24的各类脂肪酸36种，其中利用普通GC-MS法在葵花籽油中无法检测到的C14∶0、C16∶1、C17∶0和C17∶1被检出，同时在大豆油中还检出了5种C18∶2、7种C18∶3的不饱和键位置异构体和顺反异构体，与普通GC-MS相比，灵敏度更高，分离效果更好，检出成分更丰富。

另外，比较发现动物油中均含有丰富的C14∶0、C16∶1、C17∶0和C17∶1，而植物油中仅葵花籽油中被检出，且含量很少，由此可将含量较高的C14∶0和C16∶1作为区分动物油和植物油的指标物质，这与传统分析方法得到的结论一致[19]。同时，羊油、牛油中均检出C14、C15、C16、C17的甲基烷酸，与鸡油、猪油区分明显，可据此将牛油、羊油与其他动物油区分。最后，大豆油在一维保留时间39～41 min的范围内，二维柱上分离出了5种不同结构的C18∶3，橄榄油中检出了具有多种生理功能的活性物质角鲨烯，可与花生油、玉米油、葵花籽油、山茶油等其他植物油加以区分。

3 结 论

本实验通过优化分析条件，建立了全二维气相色谱-质谱法分析动植物油中脂肪酸组成的方法，实现了常见动植物油中脂肪酸的有效分离和准确认定，与普通气相色谱-质谱法的检测结果相比，得到了更多的脂肪酸组成，有助于根据脂肪酸种类及其含量的不同进一步区分动植物油，也可为案件侦破提供更多的线索，发挥更大的作用。

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Detection of fatty acids in animal fats and vegetable oils by comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry

SHI Qiuna1, LIU Zhanfang2, ZHU Jun2, TIAN Feifei3

(1.Department of Criminal Science and Technology, Henan Police College, Zhengzhou 450026，China;2.Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038，China;3.Shimadzu Global COE for Application & Technical Development, Beijing 100020，China)

The fatty acids in animal fats and vegetable oils could be effectively detected by comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry(GC×GC-MS). After methylation of fatty acids with methanol solution of TMAH (volumn ratio 1∶50), the second column, temperature programming, mass scanning range, cold blow flow and modulation period were optimized. The results showed that under the conditions of column set of DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)as the first column, BP20(2.5 m×0.1 mm×0.1 μm)as the second column, modulation period 5 s, cold blow flow 3 L/min, mass scanning range (m/z) 71-385,temperature programming from 40℃(2 min) to 190℃ at 30℃/min, from 190℃ to 280℃ (15 min)at 2℃/min, the fatty acid compositions of animal fats and vegetable oils were separated effectively and determined accurately. Compared with GC-MS, GC×GC-MS method was more sensitive and had better separation effect, which could be the effective method to discriminate different animal fats and vegetable oils.

comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry; animal fat and vegetable oil; fatty acid composition

2016-11-03；

2017-03-23

时秋娜(1979)，女，讲师，硕士，研究方向为微量物证与毒物毒品检验(E-mail)752252414@qq.com。

TS225; TQ646

A

1003-7969(2017)06-0138-05