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发布时间:2012-2-9 17:15:39 浏览次数:851
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主题:PCDD

二恶英及其类似物Ⅲ食品测定方法

 

  食品中PCDD/Fs分析属超痕量(pg-fg)、多组分(同系物、异构体的分离)和复杂前处理技术,对特异性、选择性和灵敏度的要求很 高,成为当今食品和环境分析领域的难点。目前仅在发达国家的少数实验室能够开展。WHO指出仅有约100个实验室具备检测能力。
〔1〕超痕量分析是因二恶英在环境样品中水平很 低,WHO规定的TDI为1~4pg/kgBW;
〔2〕相应要求食品中PCDD/Fs测定方法的检测限以脂肪计低于1pg/g(甚至为fg/g水平的测定),不到其它污染物含量的1/1000。所谓多组分是指PCDD/Fs中各同系物、异构体的毒性相差很大,具毒性的17种2,3,7,8-取代PCDD/Fs具有毒性,进行危险性评价时需选择性测定。而PCDD/Fs共有210个同系物、异构体,加上209个PCBs,共有419个二恶英及其类似物。另外,试样在进行仪器分析前要浓缩至1/1000、1/10000,提取液中的PCDD/Fs比其共提取物和基质中同系物及其它氯代化合物等干扰组分低得多,使得这一超痕量分析很 为困难。只有良好的净化技术及特异性的分离手段才能满足要求。
〔3~5〕为保证分析质量,国际组织及有关国家建立了官方分析方法与指南,如国际癌症研究*(IARC)〔4〕、欧盟的公共标准局
〔6〕、美国环境保护局(EPA)
〔7,8〕和美国食品药品管理局(FDA)。
〔9〕FAO/WHO食品法典委员会正在着手建立食品二恶英限量标准和相应检验方法,起草人认为高分辨气相色谱与高分辨质谱联用技术(HRGC-HRMS)是目前唯有适用的的化学方法。而用DNA重组技术建立的生物学方法在二恶英总TEQ水平测定可达到特异性、选择性和灵敏度的要求,且所测结果与HRGC-HRMS方法相当,可作为大量样品筛选手段。

〔10〕

 

  1 气相色谱与质谱联用的化学分析方法

 

  PCDD/Fs的化学分析有两种不同的方案,一为分析所有PCDD/Fs,目的在于了解各化合物的分布形式,鉴定其可能的来源;另一为仅测定2,3,7,8-取代的17种PCDD/Fs。后一方法较完善,以美国EPA1613方法为代表的HRGC-HRMS方法已成为各国公认的仲裁方法。本文主要以此为基础对这一领域的进展作简要综述。

 

  环境及生物材料中PCDD/Fs的分析主要包括5个方面,即:样品采集、提取、净化、分离及定量测定。〔4,6〕

 

  1.1 样品采集〔4,6〕 与有机氯农药残留检测方法相似,但PCDD/Fs应更注意*操作和避免试验过程中的污染。PCDD/Fs具有光解作用,尤其在溶液中低氯代化合物光解作用更为迅速。故样品应避光、低温保存。

 

  样品的取样量依样品类型、污染水平、潜在干扰物质与方法的检测限而定。一般样品为1~50g,对于含脂低、污染轻的样品必要时可增加到100~1000g。

 

  1.2 提取〔4~10〕 提取前,加入13C或37Cl标记的内标,用以测定提取净化效率与矫正分析丢失。PCDD/Fs的提取方法与有机氯农药残留检测方法相似,包括溶解、振摇、混匀、超声或索氏提取。提取步骤和溶剂选择取决于样品类型和净化方法。如脂肪和油可采用二氯甲烷+已烷(1+1)直接提取;其它食品可使用不同比例的提取溶剂,采用包括索氏提取在内的各种提取方法。

 

  许多实验室对比试验已经表明鱼、猪脂肪、牛奶、母乳、人血和脂肪组织所用各种提取方法回收率的可接受性。〔11~15〕作为新技术使用CO2为流体的超临界流体提取方法,也用于生物样品中PCDD/Fs的提取。〔16〕

 

  1.3 净化 净化目的是除去共提取物中的干扰组分,净化程度取决于被测组分的数目、基质干扰及GC-MS状态。目前大多采用色谱法进行净化,包括吸附、分配与排阻色谱。一系列色谱柱,如硅胶加化学改性吸附剂(用硫酸、KOH、CsOH处理的硅藻土及硅胶)、Florisil、氧化铝、活性碳等,常被串联使用,多层色谱联用柱也日益普及。〔17〕

 

  根据样品类型选择适当的净化方法,存在大量共提取物时需要进行预处理。包括酸或碱洗,如用硫酸处理消除油脂等干扰组分;硅胶柱可吸附脂质及油脂成分,用硫酸、氢氧化钠和硝酸银浸泡处理的多层硅胶柱进行洗脱;凝胶渗透色谱也被用来去除脂肪和其它分子量相对较高的化合物。〔4,5〕

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  微型氧化铝柱(用一次性玻璃滴管装柱)可除去提取液中弱很 性的氯代苯、多氯联苯与联三苯和多氯代二苯醚,这些物质被二氯甲烷+正己烷(1+50)首先洗脱出来,留置柱上的PCDD/Fs再用二氯甲烷+正己烷(1+1)洗脱。这种处理还可除去多氯代-2-苯氧基酚(二恶英的一种前体),以避免其在GC柱上因加热闭环形成PCDDs的干扰。〔4〕

 

  80年代中期以来广泛使用双柱法,提取液首先经活性炭吸附,用二氯甲烷洗脱,将平面化合物(包括PCDD/Fs)与非平面化合物分离。〔17〕用甲苯对活性炭柱反相洗脱平面化合物,再用氧化铝柱将PCDD/Fs与其它平面化合物分离(如:非邻位取代的PCBs、多氯代萘)。此法对复杂生物样品的分析十分适用,已有自动化仪器商业供应〔4,18〕。近年来也有采用HPLC分离PCDD/Fs的报道,主要用于2,3,7,8-TCDD的定量分析,也用于处理难以净化样品分析其它PCDD/Fs。〔13〕

 

  提取、净化方法的优劣,应以验证其有效性来确定。通过测定加标样品及基质空白,可获得检测浓度下的回收率。PCDD/Fs分析时至少需要三套标准:一套为17种12C-PCDD/Fs;一套为15种13C-PCDD/Fs的定量内标和2个13C标记的用于确定色谱保留时间的内标;另一套为考察净化效率的37Cl-2,3,7,8-TCDD标准。

 

  1.4 分离 净化手段尽管复杂,*终的提取液仍存在氯代化合物的干扰。这就需要良好分离技术。化学键合固定相的HRGC是有效分离PCDD/Fs的唯有选择。〔13,19〕常用WCOT毛细管柱,长度为15~60m,内径0.22~0.35mm,内膜厚度为0.15~0.25μm。非很 性或弱很 性固定相(烷基/芳基硅烷,如OV1、SE30、SE52、SE54、PS255、DB-1、DB-5、OV17-01等)可有效地将PCDD/Fs分离为氯原子取代数相同的化合物的组(如:所有TCDDs和TCDFs及所有PeCDDs和PeCDFs等分离),而很 性固定相(氰基硅烷,如silar10c、SP2330、SP2340、CP sIL88等)可将一组中的异构体进行分离。迄今为止,尚未见仅用一根色谱柱即可分离所有同系物异构体的报道。使用欧共体规定使用的非很 性色谱柱(如DB-5)分析仅有2,3,7,8-取代的PCDD/Fs,同时使用非很 性色谱柱和很 性色谱柱(如SP2331和CPSIL 88)可分离其它位置上氯取代的PCDD/Fs。〔6〕食品中所要测定的是17种2,3,7,8取代的PCDD/Fs,仅采用非很 性的色谱柱基本可以满足要求。〔5〕

 

  色谱柱的柱长、内径及涂膜厚度决定了操作条件(温度和载气流速)及被分析物的保留时间。通过对要定量的17种2,3,7,8取代的PCDD/Fs同系物异构体(13C标记与未标记)标准品比较获得保留时间。为能准确鉴定被分析组分,校准标准的使用很 为必要。应单独测试每个HRGC系统中同系物异构体的色谱出峰次序(文献仅作为参考),因此在仪器分析前需要测试柱效的PCDD/Fs标准进行证实,也可使用含已知同系物异构体成分的样品提取液(如飞灰)。

 

  1.5 定量 要尽量减少化学噪声和改善检出限,以保证PCDD/Fs这一类复杂化合物的痕量分析。采用选择离子监测(SIM)的质谱法,以13C稳定同位素为内标,校正标准测定各个同系物异构体的响应因子和线性范围。〔5~13〕定量检测主要采用SIM技术监测氯同位素2个分子离子(M+,M++2)或其它丰度较高离子,同时监测相应的13C稳定性同位素内标氯同位素的两个分子离子,通过不同窗口对氯不同取代程度的异构体分别定量。这可减少共提取物和其它污染物的干扰,提高检测选择性和灵敏度。所使用仪器包括四很 杆低分辨质谱仪(LRMS)、双聚焦磁式扇形高分辨质谱仪(HRMS)和质谱-质谱串联(MS-MS)。HRMS通过监测准确质量提供了*的选择性,因此HRMS是PCDD/Fs测定的优选仪器。电子轰击源为PCDD/Fs分析的常用电离方式(EI)。阴离子化学电离(NCI)对高氯取代化合物有更高的灵敏度,但不适合低氯取代的化合物,如2,3,7,8-TCDD的分析。〔5,6〕

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  MS方法的灵敏度不是由标准溶液的信噪比提供,而是由样品基质条件下的信噪比决定。LRMS在理论上可以达到检测要求的灵敏度,但由于复杂基质和共存的PCBs及其它氯代化合物的干扰,食品中PCDD/Fs低于pg/g水平的分析的灵敏度和其它技术指标都难以达到分析要求。〔4,6,19,20〕为了*分析食物中TCDDs的准确结果,分辨率在10000以上的HRMS成为唯有选择。因为TCDD的M+离子m/z为319.8963,而干扰物二氯二苯基二氯乙烯的M++4离子为319.9321,需要分辨率为9,000的HRMS。双聚焦磁式扇形HRMS不仅提高了仪器的分辨率,而且提高了信噪比,这意味着化学噪音的降低、灵敏度的提高,〔4〕同时检测多个离子质量的能力较强,进行SIM时m/z值可长时间不发生漂移,进一步改进信噪比,提供很 高的灵敏度,*小检出限可达10fg,更适合于PCDD/Fs分析要求,为多数二恶英分析实验室采用。基于HRMS的技术优势,EPA规定的1613方法采用同位素稀释法,利用HRGC-HRMS检测PCDD/Fs。其分析的关键点为:用13C同位素内标与样品前处理同时进行,监测样品制备的回收率、同位素稀释的准确度和GC-MS方法的确认。〔21,22〕采用标准考察异构体的GC分离和MS的定性定量的分析质量控制。严格控制硅胶、硅镁吸附剂、氧化铝、活性炭等的洗提回收。HRMS的分辨率要求在10000以上,保证SIM的灵敏度和稳定性,采用HRGC分离。质量控制措施包括:系统空白、回收试验、线性范围、各化合物的保留值窗口、氯取代的同位素峰簇比值、异构体的GC分离、质谱分辨率、信噪比、盲样核对以及用3个离子定性等。对所有被检测的离子,确定PCDD/Fs的存在需要求其信噪比大于3:1,且分子的面积比和标准的离子碎片的偏差应在10%以内,由内标物*的数据与标准物的偏差应在10%以内,标准物与内标的离子谱图应一致。〔4〕由于严格的分析质量保证体系,1613方法已经成为各实验室分析工作的基础。

 

  串联质谱是另外一种可供选择的方案。在离子源中形成的离子被个质量分析器分离,然后选择某些离子进行碰撞裂解,再由*个质量分析器检测裂解离子。如果个质量分析器为扇形HRMS,设定分离PCDD/Fs的M+碎片;*个质量分析器为四很 杆LRMS,分离M+—COCl特征碎片。这样仪器的选择性进一步提高,可不通过GC分离直接进样,快速测定TCDD。〔23〕但这一方法只能测定同系物,不能分离异构体。因此HRGC-MS/MS串联质谱就成为测定17种2,3,7,8-取代PCDD/Fs的要求,而这一仪器与HRGC-HRMS的购买和维护费用相当、灵敏度是其的1/6,HRGC-HRMS就成为首先选择。

 

  *近美国FDA研究了利用较便宜的四很 离子储存时间串联质谱(QISTMS)分析方法。〔9〕采用这一方法可以检测食品中TEQ低于1pg/g水平的2,3,7,8取代的PCDD/Fs(TCDD为0.2pg/g),分析了包括奶、羊脂、蛋、牛肉、鱼和油脂在内的200份物样品。测定污染样品鸡蛋和鲇鱼的结果与HRMS具可比性。FDA正对这一分析方法进一步改进,以期可达HRMS检测限,来替代HRMS进行食品PCDD/Fs日常监督。〔24〕

 

  1.6 结果报告 测定了17种2,3,7,8-取代的PCDD/Fs含量后,每个同系物异构体的浓度乘以相应的TEF,然后将结果相加。报告的结果就是毒性当量(TEQs)。结果报告时应根据相应的脂肪含量折算成以脂肪计的TEQs。

 

  2 以Ah受体为基础的生物分析方法

 

  尽管CAC认为HRGC-HRMS是目前唯有适合的分析方法,但由于所使用仪器价格昂贵,试样需多步分离、净化步骤十分繁琐,这一工作在大多数实验室不能开展。这显然不能适合食品卫生监督和监测工作的日常需要,国际上有些实验室试图建立一种以利用生物传感器为原理的快速检测方法。因为Ah受体是PCDD/Fs发挥毒性作用机制的基础物质,它的被活化程度与PCDD/Fs毒性相一致,而PCDD/Fs活化Ah受体能力与其TEQs有关,目前所建立的生物学筛选方法均据此进行。PCDD/Fs进入细胞浆与Ah受体结合活化后,被Ah受体核转位因子(ARNT)转移到细胞核,活化的核内基因是特异性DNA片段-二恶英响应因子(DRE),启动发挥毒性作用的基因增加其转录,如细胞色素P4501A亚型,激活芳香烃羟化酶(AHH)和9-乙氧基-3-异吩唑酮-O-脱乙基酶(EROD)。〔25~28〕以前已经有实验室用细胞培养通过EROD活性的测定来反应PCDD/Fs激活Ah受体的能力,*PCDD/Fs的TEQs。〔4,29~32〕为了增加生物学方法的灵敏度,从P4501A1基因5'段分离DRE,并将萤火虫萤光素酶作为报告基因结合到控制转录的DRE上,制备成质粒载体。将这一质粒载体转染H4IIE大鼠肝癌细胞系(含Ah受体传导途径的各个部件),以此构成的CALUX系统萤光素酶诱导活性与PCDD/Fs有关,CALUX相对活性与PCDD/Fs的TEF相一致,所测定的结果就是TEQs。〔33~37〕这一方法已经与HRGC-HRMS化学方法进行对比,结果相当一致。〔37〕然而,采用细胞培养方法仍需要一定条件,同时培养时间多达24h,整个测定多达几天,不能进行快速检验,不适用于食品*监督检验要求。有必要对Ah受体活化程度进行更直接测定。〔38〕在此基础上进一步改进,以Ah受体、ARNT和DRE为生物传感器的主要部件,测定转化的Ah受体。由于Ah受体与ARNT为1:1结合的同源二聚体,这一同源二聚体可以结合在生物素-亲和素系统的DRE上,采用酶标双抗方法测定ARNT,避免了抗体不能区别Ah受体的难点。由于该方法不再需要细胞内的诱导活化过程,体外活化时间由24h减少到2h,加上ELISA检测,整个分析在1个工作日完成。以Ah受体为生物传感器建立的免疫生物学方法一次可完成多个样品的检测,提取方法相对简单,所得结果就是TEQs,方法完成后可以满足卫生监督的大量筛选需要。

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  由于化学方法是对单个同系物进行测定,结果判定要以每个同系物的TEF乘以含量*TEQs,所以CAC指出,利用DNA重组技术建立的PCDD/Fs免疫分析和生物分析方法,可以灵敏、特异地检测出TEQs,适合于大量样品的筛选。〔10〕但这种方法只能*一个PCDD/Fs总量(同样以TEQs表示),而不能了解样品中PCDD/Fs的具体组成。因此一般认为这类方法可以用作筛选和用于特定条件下的监督管理(如在*近的PCDD/Fs事件中用于检测进口食品)。在筛选出阳性样品后,有选择地用质谱方法检测。目前尚没有这一类试剂盒商品正式上市。世界卫生组织正在注视这类方法的开发进展,因为对于广大发展中国家来说,这类方法十分适用。

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