食品和动物饲料中二噁英类多氯联苯同系物检测方案(气相色谱仪)

作者 Prof. Dr. Peter F u rst Dr. Thorsten Bernsmann Dominik Baumeister Chemical and Veterinary Analytical Institute M i nsterland-Emscher-Lippe (Chemisches und Veterinar- untersuchungsamt， CVUA-MEL) Joseph-Konig-Str. 40 48147 M u nster Germany Chris Sandy Agilent Technologies UK Ltd 610 Wharfedale Road Winnersh Triangle Wokingham Berkshire RG41 5TP UK Agilent 7000 三重串联四级杆 GC/MS测定食品和动物饲料中二噁英类和非二噁英类多氯联苯同系物 应用摘要 食品安全 摘要 应用 Agilent 7000 三重串杆四级杆 GC/MS 开发了两个用于测定食品和动物饲料中不同多氯联苯(PCB)同系物的方法。方法在所需浓度范围内呈现线性响应，另外，对二噁英类PCB 同系物 (dl-PCB) 的定量可低至 pg TEQ/g 水平， 对非二噁英类 PCB 同系物(ndl-PCB)的定量可低至1 ng/g，与 GC/高分辨率质谱(GC-HRMS)测定结果相吻合。该应用论述了 12种dl-PCB同系物——包括8个单邻位取代 PCBs (#105，114，118，123，156，157，167和189)和4个非邻位取代 PCBs (# 77，81， 126 和169)——以及6种被称为“PCB 指示剂”的 ndl-PCB同系物(#28，52，101，138，153和180)的测定方法。 Agilent Technologies 多氯联苯(PCB)是一种高毒性的持久性有机污染物(POP)。其对人体的危害主要表现在诱发癌症，干扰内分泌和造成生殖系统紊乱。直到二十世纪末才明令其禁止使用，此前 PCBs 广泛生产用于数百种工业和商业产品，包括电气产品、液压设备以及作为涂料、塑料和橡胶制品的增塑剂。排放到环境中的 PCB 同系物，可以在动物体内发生生物蓄积从而进入到人类的食物链。 美国[1]和欧盟[2]，[5]的现行法规规定采用同位素稀释毛细管气相色谱-高分辨质谱(GC-HRMS)分析食品和动物饲料中多氯二苯并对二噁英(PCDD)、多氯二苯并呋喃 (PCDF) 和二噁英类多氯联苯同系物(dl-PCB)。安捷伦之前的应用文献记载了气相色谱-三重串联四级杆质谱测定食品和动物饲料中的二噁英和呋喃的方法[3]。 欧盟法规专门规定了食品和动物饲料中允许 PCDD、PCDF和 dl-PCB 的最大浓度[4]，[6]。 dl-PCB 同系物中每个化合物都根据自身毒性与2，3，7，8-四氯二苯并对二噁英(TCDD)的关系被赋予了一个毒性当量因子(TEF)， TCDD 的 TEF 为1。 dl-PCB 中每个化合物在食品和动物饲料样品中的浓度乘以其各自的 TEF再加和得总浓度，以毒性当量(TEQ)表示，表达为 pg TEQ/g 脂肪， pg TEQ/g 鲜重(鱼)或 ng TEQ/kg 干燥程度 88%的饲料。 世界卫生组织(WH0)国际化学品安全规划署(IPCS) 的专家组在1998年最初建立了 PCDD、PCDF 和 dl-PCB 的 TEF值，后来又在2005年进行了重新评估，对一些化合物的 TEF 值做了修改。所以要对 TEF 值以及相应的 TEQ 值以首次发表年份做下标，进行明确标示区分，如 TEFwH098 和TEFwH005， TEQwH098和 TEQwH005·PCDD、PCDF和dl-PCB 的 TEF 值分别列于表1。 表2为欧盟法规规定的特定食物中 PCDD、PCDF和 dl-PCB 的最大限量值(基于TEFwH098)。 表1. WHO于1998年和2005年对PCDD、PCDF和 dl-PCB 的 TEF 评估值列表(斜体为改动后的数值) PCDD 非邻位取代 PCB 2378-TCDD PCB-77 0.0001 0.0001 12378-PeCDD PCB-81 0.0001 0.0003 123478-HxCDD PCB-126 0.1 0.1 123678-HxCDD PCB-169 0.01 0.03 123789-HxCDD 1234678-HpCDD 0.01 0.01 OCDD 0.0001 0.0003 PCDF 非邻位取代 PCB 2378-TCDF 0.1 0.1 PCB-105 0.0001 0.00003 12378-PeCDF 0.05 0.03 PCB-114 0.0005 0.00003 23478-PeCDF PCB-118 0.0001 0.00003 123478-HxCDF PCB-123 0.0001 0.00003 123678-HxCDF PCB-156 0.0005 0.00003 234678-HxCDF PCB-157 0.0005 0.00003 123789-HxCDF PCB-167 0.00001 0.00003 1234678-HpCDF 0.01 0.01 PCB-189 0.0001 0.00003 1234789-HpCDF 0.01 0.01 OCDF 0.0001 0.0003 表3和表4分别列出了欧盟对12种dl-PCB 同系物在某些食品和饲料中总浓度的限量值。 6种ndl-PCB 同系物没有 TEF值，其结果简单地日6种化合物含量的代数和表示。 表3.特定食品中 dI-PCB同系物总量的限值(上限浓度)，数据来自欧盟委员会2006/88 dI-PCB限量值 (TEQwHo98) 食品 肉及肉制品 反刍类动物(牛和羊) 1.0 pg/g 脂肪 圈养家禽类 1.5 pg/g 脂肪 猪 0.5 pg/g脂肪 陆生动物的肝脏及衍生产品 4.0 pg/g脂肪 除鳗鱼类外的鱼肉和海产品及其制品 3.0 pg/g鲜重 欧洲鳗鱼 (Anguilla anguilla)肉及其制品 6.0 pg/g鲜重 奶及奶制品，含乳脂 2.0 pg/g 脂肪 鸡蛋及蛋制品 2.0 pg/g脂肪 表4.特定动物饲料中 dl-PCB 同系物总量的限值(上限浓度)，数据来自欧盟法规2002/32/EC 动物饲料原料 每kg饲料(含水量12%)的限量值 除植物油及其副产品外的植物饲料 0.35 ng TEQ/kg 植物油及其副产品 0.5 ng TEQ/kg 矿源饲料 0.35 ng TEQ/kg 动物脂肪，包括乳脂和蛋脂 0.75 ng TEQ/kg 其他陆生动物制品，包括奶和奶制品，蛋和蛋制品 0.35 ng TEQ/kg 鱼油 14.0 ng TEQ/kg CI -CI #156 CI -CI #157 CI CI ·CI #167 CI CI -CI #189 CI 图1.dl-PCB同系物的化学结构式 CI. CI CI· CI#101 CI CI CI CI CI CI -CI CE ·C CI' CI CII' CI’ CI #153 #180 图2. ndl-PCB 同系物的化学结构式 校准曲线 PBC 同系物混标和13C标记的同位素内标分别来自 CambridgeIsotope Laboratories 和 Wellington Laboratories 公司。 样品制备和分析 测定食品和动物饲料中的 PCDD、PCDF 和 dl-PCB 同系物最通常的前处理步骤首先是进行脂肪提取(用有机溶剂进行索氏提取)，接着用不同的柱色谱法如：酸性硅胶，硅藻土，氧化铝和活性炭等进行净化。最终的萃取液通过不同的溶剂分三部分收集，分别为单邻位取代PCB 同系物和 PCB 指示剂同系物(1a，图3)，非邻位取代 PCB 同系物(1b，图3)，和PCDD/F(2， 图3)。向萃取液中加入一定量的13C标记的同位素内标后，通过小流量氮气吹扫至干，再分别以不同体积的甲苯 (PCDD/F 20 pL， 非邻位取代 PCB40pL， 单邻位取代 PCB/ PCB指示剂250 pL) 进行溶解，进行GC/MS/MS 测定。 图3为样品前处理步骤的流程图 图3.样品萃取和净化的处理流程 样品分析使用Agilent 7890 GC 和 Agilent 7000三重串联四级杆液质联用系统。7890系列气相色谱配备带液态 CO，冷却功能的多模式进样口(MMI)和 HT-850mx0.22 mm， 0.25 um的毛细管色谱柱。 表5列出了单邻位取代 PCB 的气相色谱分析参数，表6为非邻位取代PCB的气相色谱分析参数。表7为通用的质谱分析参数。7000三重串联四级杆 GC/MS 采用 MS/MS-EI电离源和多反应监测模式(MRM)。通过测定两个不同的母离子和两个不同的子离子，实现对每个化合物和相应的13C 内标(ISTD)的定量。 表5.单邻位取代PCB 和PCB 指示剂的气相色谱条件 进样口 2pL冷却不分流进样， CO，制冷，多模式进样口 (MMI) 进样口衬管 4mm 内径，非填充 进样口温度 100℃保持 0.02 min， 500℃/min 速率升到 300℃ 分流阀吹扫 50 mL/min 吹扫 1.0 min 载气 He气， 1.2mL/min， 恒流 柱温 80℃(3.0 min)， 20 °℃/min 升温到160℃ (0min)， 4℃/min 到 300℃(8 min)， 运行总时间 50min MS传输线温度 280℃ 表6.非邻位取代PCB 的气相色谱条件 色谱柱 HT-8 50 mx0.22 mm， 0.25 pm 进样口 2pL冷却不分流进样， CO，制冷，多模式进样口 (MMI) 进样口衬管 4mm内径， 填充玻璃毛 进样口温度 100℃保持 0.02 min， 500℃/min 速率升到 300℃ 分流阀吹扫 50 mL/min 吹扫 1.0 min 载气 He气， 1.2 mL/min， 恒流 柱温 120℃(2.0 min)， 40℃/min 升温到 160℃ (0 min)， 7 ℃/min 到 300℃ (10 min)， 运行总时间 33min MS 传输线温度 280°℃ 表 7.所有 PCB化合物的MS参数设置 裂解电压 -78 EV 调谐 El Autotune 电子倍增器增益 100 MS1分辨率 Unit MS2分辨率 Wide 定量/定性离子 表8/表9 驻留时间 表8/表9 碰撞能量 表8/表9 碰撞池气体流量 气1.5mL/min，氦气2.25 mL/min 单邻位取代 PCB/ PCB 指示剂和非邻位取代 PCB 各化合物的保留时间(RT)、MRM 设置和驻留时间分别列于表8和表9中。 Agilent 7693A ALS 用于自动进样，其样品盘可冷却至5℃，使用10pL微量注射器2pL不分流冷却进样。 表8.单邻位取代PCB/PCB 指示剂同系物和13C标记内标的 MS/MS设置 (PCB 指示剂以加粗斜体表示) 扫描开始 RT 定量 驻留时间 定性 驻留时间 时间(min) 化合物 (min) 母离子 子离子 (ms) CE (V) 母离子 子离子 (ms) CE (V) 1 22.0 13C-PCB 28 24.34 268.0 198.1 25 26 270.0 198.1 25 26 PCB 28 24.35 256.0 186.0 75 26 258.0 186.0 75 26 13C-PCB 52 25.66 302.0 232.0 25 28 304.0 234.0 25 28 PCB 52 25.67 289.9 220.0 75 28 291.9 222.0 75 28 2 29.0 13C-PCB 101 30.15 335.9 266.0 25 28 337.9 268.0 25 28 PCB 101 30.16 323.9 253.9 75 28 325.9 255.9 75 28 13C-PCB 123 33.55 335.9 266.0 25 28 337.9 268.0 25 28 PCB 123 33.56 323.9 253.9 75 28 325.9 255.9 75 28 13C-PCB 118 33.76 335.9 266.0 25 28 337.9 268.0 25 28 PCB 118 33.77 323.9 253.9 75 28 325.9 255.9 75 28 13C-PCB 141 34.00 371.9 301.9 25 28 369.9 299.9 25 28 13C-PCB 114 34.19 335.9 266.0 25 28 337.9 268.0 25 28 PCB 114 34.20 323.9 253.9 75 28 325.9 255.9 75 28 13C-PCB 153 34.50 371.9 301.9 25 28 369.9 299.9 25 28 PCB 153 34.51 359.8 289.9 75 28 357.8 287.9 75 28 13C-PCB 105 35.15 335.9 266.0 25 28 337.9 268.0 25 28 PCB 105 35.16 323.9 253.9 75 28 325.9 255.9 75 28 13C-PCB 138 35.88 371.9 301.9 25 28 369.9 299.9 25 28 PCB 138 35.89 359.8 289.9 75 28 357.8 287.9 75 28 13C-PCB 167 37.64 371.9 301.9 25 28 369.9 299.9 25 28 PCB 167 37.65 359.8 289.9 75 28 357.8 287.9 75 28 3 38.5 13C-PCB 156 38.78 371.9 301.9 25 28 369.9 299.9 25 28 PCB 156 38.79 359.8 289.9 75 28 357.8 287.9 75 28 13C-PCB 157 39.06 371.9 表9.非邻位取代 PCB 和13C标记内标的MS/MS 设置 序 扫描开始 RT 定量 驻留时间 定性 驻留时间 号 时间 (min) 化合物 (min) 母离子 子离子 (ms) CE (V) 母离子 子离子 (ms) CE (V) 1 19.0 13C-PCB 81 20.74 301.9 232.0 25 28 303.9 234.0 25 28 PCB 81 20.75 289.9 220.0 125 28 291.9 222.0 125 28 13C-PCB 77 21.12 301.9 232.0 25 28 303.9 234.0 25 28 PCB 77 21.13 289.9 220.0 125 28 291.9 222.0 125 28 2 22.0 13C-PCB 126 23.55 335.9 265.9 25 28 337.9 267.9 25 28 PCB 126 23.56 323.9 253.9 125 28 325.9 255.9 125 28 3 25.0 13C-PCB 169 26.26 371.9 301.9 25 28 369.9 299.9 25 28 PCB 169 26.27 359.9 289.9 125 28 357.8 287.9 125 28 结果与讨论 色谱图 单邻位取代 PCB 和 PCB 指示剂的多反应监测模式(MRM)色谱图见图4，分析运行时间共计50 min。非邻位取代 PCB 的多反应检测模式(MRM)色谱图见图5， 分析运行时间共计30 min。 图4.单邻位取代PCB/PCB 指示剂的 MRM 色谱图 (PCB指示剂以加粗斜体表示) 线性响应 所有 PCB 同系物均以 13C同位素标记的内标 (ISTD)计算，校准曲线分别由表10和表11中7个不同浓度，含内标的标准溶液绘制而成。 表10.单邻位取代 PCB/PCB 指示剂及其 13C同位素标记的内标浓度列表 单邻位取代 未标记 13C标己 13C (PCB 180， 153， 138 PCB pg/pL pg/pL 141 =recovery) pg/pL 0.05 5.00 50.0 0.15 5.00 50.0 0.50 5.00 50.0 1.50 5.00 50.0 5.00 5.00 50.0 15.00 5.00 50.0 50.00 5.00 50.0 表11.非邻位取代 PCB 及其13C同位素标记的内标浓度列表 非邻位取代 PCB 未标记 pg/pl 13C标记 pg/pL 0.10 2.50 0.25 2.50 0.50 2.50 1.00 2.50 2.50 2.50 5.00 2.50 10.00 2.50 所有 PCB同系物在要求范围内均获得良好的线性响应。图6和图7分别例举了 PCB 126 和 PCB 169的校正曲线。 BAL-126标准曲线，7浓度点， 0QCs 表12.单邻位取代 PCB/PCB 指示剂在 0.05 pg/pL~50pg/pL 和非邻位取代 PCB在0.1 pg/pL~10pg/uL 范围内的各7个浓度的校准曲线的相关系数，进样体积2pL 图6.PCB 126的7点线性拟合校准曲线 BAL-169标准曲线，7浓度点，0QCs PCB 28 0.9999 PCB 81 0.9992 PCB 52 0.9993 PCB 77 0.9991 PCB 101 0.9991 PCB 126 0.9991 PCB 123 0.9997 PCB 169 0.9999 PCB 118 0.9994 PCB 114 0.9998 PCB 153 0.9997 PCB 105 0.9999 PCB 138 0.9993 PCB 167 0.9988 PCB 156 0.9985 PCB 157 0.9987 PCB 180 0.9995 PCB 189 0.9990 10000 的 GC-HRMS 分析，然后对相同的样品瓶进行 Agilent 7000三重串联四级杆 GC /MS 测定。 图8是对 GC-HRMS 和 GC/MS/MS 两种仪器测定结果(总TEQ-dl-PCB，上限浓度)的对比，差别以 GC/MS/MS结果相对于 GC-HRMS结果的百分数表示。 dl-PCB 总浓度超过 1 pg TEQ/g的食品和饲料中， GC-HRMS 和GC/MS/MS 的测定误差小于±10%。 图7.PCB 169的7点线性拟合校准曲线 图9为两种测定方法测定总 dl-PCB 值小于 1.2 TEQ pg/g的68种食品和饲料中的结果对比。 所有 PCB 同系物的校准曲线线性数据参见表12。所有化合物的线性相关系数R2>0.998。 样品分析 dI-PCB总浓度从 0.1到1 pg TEQ/g 的食品和饲料中， GC-HRMS和 GC/MS/MS的测定误差小于±15%。只有 dI-PCB 总浓度小于0.1 TEQ pg/g 的食品和饲料， GC-HRMS 和 GC/MS/MS 测定误差大于15%。 4种不同的食物和饲料的80个样品：动物饲料(n=45)，牛奶(n=11)， 肉 (n=19)和肝脏(n=5)， 样品经前处理后先进行分辨率 图8. GC-HRMS 和GC/MS/MS 测定80个食品和饲料样品的 dl-PCB 总浓度 (TEQWH098上限浓度)的对比结果 图9. GC-HRMS 和GC/MS/MS 测定 dI-PCB 总浓度(TEQWH098上限浓度)小于1.2 pg TEQ/g 的68个食品和饲料样品的结果对比 图10是对 GC-HRMS 和 GC/MS/MS两种仪器测则结果(总 ndl-PCB， 上限浓度)的对比，差别以 GC/MS/MS 结果相对于 GC-HRMS 结果的百分数表示。 ndl-PCB总浓度从0.5到10 ng /g的食品和饲料中，GC-HRMS和GC/MS/MS 的测定误差小于±10%。ndl-PCB 总浓度小于0.5 TEQ pg/g 的食品和饲料， GC-HRMS 和 GC/MS/MS测定误差大于10%。 结论 Agilent 7000 三重串联四级杆 GC/MS系统可以测定含量低于 pgTEQ/g 级的食品和动物饲料中的 dl-PCB，方法灵敏度高，线性和重现性良好。与 GC-HRMS 测定结果的对比说明 Agilent 7000 三重串联四级杆 GC/MS 完全可以胜任食品和饲料中dl-PCB 的常规分析，并且完全满足欧盟法规的要求。 另外， Agilent 7000 三重串级四级杆 GC/MS 系统在测定含量1 ng/g 及以下的动物和饲料中的ndl-PCB 方面也完全可以媲美高分辨率的 GC-HRMS. 图10. GC-HRMS 和 GC/MS/MS 测定 ndl-PCB总浓度(上限浓度)小于10 ng/g的67种食品和饲料的结果对比 ( 参考文献 ) 1. EPA Method 1668， Revision A： Chlorinated BiphenylCongeners in Water， Soil， Sediment and Tissue byHRGC/HRMS. 2. Commission Regulation (EC) No 1883/2006 of December19， 2006， Laying down methods of sampling and analysisfor the official control of levels of dioxins and dioxin-likePCBs in certain foodstuffs. 3. C Sandy，，“Determination of Polychlorinated Dibenzo-p-dioxins (PCDD) and Polychlorinated Dibenzofurans(PCDF) in Foodstuffs and Animal feed using the Agilent7000 Triple Quadrupole GC/MS System，” AgilentTechnologies publication 5990-6594EN (2010). 4. Commission Regulation (EC) No 1881/2006 ofDecember 19， 2006 Setting maximum levels forcertain contaminants in foodstuffs. 5. Commission Regulation (EC) No 152/2009 Annex Vletter B of January 27，2009 Laying down the methods ofsampling and analysis for the official control of feed. 6. Directive 2002/32/EC of the European Parliament and ofthe Council of 7 May 2002，on undesirable substances inanimal feed. 更多信息 若需了解更多有关我们产品和服务的信息，请访问我们的网站：www.agilent.com/chem/cn www.agilent.com/chem/cn 安捷伦科技公司对本资料中可可包含的错误，以及由于使用本资料所引起的相关损失不承担责任。 本书中的信息、说明和性能指标如有变更，恕不另行通知。 ◎安捷伦科技公司，2011 中国印刷 2011年3月18日 5990-6950CHCN Agilent Technologies 应用Agilent 7000 三重串联四级杆GC/MS 开发了两个用于测定食品和动物饲料中不同多氯联苯(PCB) 同系物的方法。方法在所需浓度范围内呈现线性响应，另外，对二噁英类 PCB 同系物(dl-PCB) 的定量可低至pg TEQ/g 水平，对非二噁英类PCB 同系物(ndl-PCB) 的定量可低至1 ng/g，与GC/高分辨率质谱(GC-HRMS)测定结果相吻合。该应用论述了12 种dl-PCB 同系物——包括8 个单邻位取代PCBs（# 105, 114, 118, 123, 156, 157, 167 和189）和4 个非邻位取代PCBs (# 77, 81, 126 和169)——以及6 种被称为“PCB 指示剂”的ndl-PCB 同系物（# 28, 52, 101, 138, 153 和180）的测定方法。