二极管阵列检测器在食品分析中的应用
二极管阵列检测器在食品分析中的应用
王
骏,胡梅,张卉,祝建华
(山东省产品质量监督检验研究院,山东济南,250100)
摘要结合食品分析中常见的具体实例,探讨了二极管阵列检测器在识别色谱峰、鉴定色谱峰纯度、导数光谱
辅助定性以及快速选择最佳检测波长编辑波长程序等方面的优势,为二极管阵列检测器在食品分析中的应用拓宽了思路。
关键词
二极管阵列检测器,食品分析,应用
二极管阵列检测器(DAD)是传统紫外检测器基于光电二极管阵列元件和技术的一种突破,对其在仪器分析中的应用已有不少介绍[1 ̄3]。它采用反转光路(或称反相光路),即光源发出的光聚焦后,先通过样品池,然后由光栅进行分光,最后由光检测元件检测。由于DAD检测器采用的光检测元件扫描速度非常快,每帧图像仅需10s,远远超过色谱流出峰的速度,因此可以作随峰扫描。这种信号经计算机处理后,可以得到三维色谱光谱图(如图1)。再配合功能强大的DAD数据处理软件,在一次进样基础上就可以方便地实现等高线图、色谱图、光谱图的观察与计算,以及三维色谱光谱图的任意旋转、放大。由于DAD检测器具有这些显著的优点,它在液相色谱技术中已经获得了越来越广泛的应用。
近几年来,食品安全已成为分析领域的热点之一。食品是一个极其复杂的体系,要测定其中的微量添加物和残留物,对杂质和各种组分的分离是必须的前提。对复杂混合物的分离而言,色谱技术特别是液相色谱技术,是目前首选的方法。然而食品分析中普遍存在的假阳性、本底干扰等问题,一直困扰着分析人员,DAD检测器已开始在食品分析中展露身手H’。
1
辅助识别色谱峰
食品添加剂在食品中的残留量检测多采用液相
色谱法,目前相关标准中绝大多数采用紫外检测器,对特定组分往往使用固定波长来检测。这些方法中,色谱峰的保留时间是对组分定性的唯一依据。但是在分析复杂基质样品的时候,仅靠保留时间定性往往非常困难,可能会出现假阳性的情况。在对样品有一
第一作者:学士,高级工程师。
收稿日期;2008--01--22,改回日期:2008--05--30
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图3试样中苯甲酸保留时间处色谱峰的紫外吸收曲线
在检测肉制品中防腐剂时,按照国家标准‘53进行留时间很接近的色谱峰,甚至在标准规定的定性时间
定了解的情况下,使用DAD检测器,可以很方便地解决这一问题。
操作,经常会遇到试样色谱图中有一个与苯甲酸的保窗口之内,如果使用色谱工作站自动处理数据,该组
分就会被识别为苯甲酸。本试验采用DAD检测器检测,对仪器自动识别的试样(图3)中的“苯甲酸”与标样(图2)中苯甲酸的紫外吸收曲线进行了比较,发现二者有明显的差异,证明不是同一种物质。对色谱条件进行调整后重新检测,试样中该色谱峰保留时间与标样明显不同,证实了DAD检测器辅助判断的合理性。
再看一个例子,在测定液态乳中的糠氨酸[61时,得到如图4、图5两个色谱图,分别是糠氨酸标样和水解液测定的色谱图。图4中峰1为糠氨酸,图5中峰1为仪器自动识别的“糠氨酸”色谱峰,如按照仪器自动处理结果计算,则糠氨酸含量超出正常值很多。经对照这2个色谱峰的光谱图(图8为糠氨酸标样,图9为仪器自动识别的峰1),发现二者区别明显,而图5中峰2光谱图与糠氨酸吻合。于是换用一支柱效较高的色谱柱,重新检测,得到如图G、图7的色谱图,证实图7中的峰1保留时间与光谱图均与标样一致,结果合理。分析图5与图7可知,A色谱柱柱效
不佳,造成分离能力下降,图5中的峰1实际为图7中的2个杂质合并而成;由于这2个组分含量较高,造成糠氨酸的保留时间滞后,出现图5的现象。
图4A色谱柱上糠氨酸标样色谱图
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图5
A色谱柱上糠氨酸测定色谱图
正是二极管阵列检测器的随峰扫描功能,辅助操作人员作出了正确的判断,避免了错误的检验结论。
以上2个实例显示,由于DAD检测器在色谱分
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方数据图GB色谱柱上糠氨酸标样色谱图
图7B色谱柱上糠氨酸测定色谱图
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图9
A柱上自动识别的“糠氨酸”的光谱图
析的同时能够给出每一种组分的紫外吸收曲线,因而在定性方面比传统紫外检测器具有更丰富的手段和更高的可靠性。
2鉴定色谱峰的纯度
相信每一个液相色谱工作者都遇到过2个色谱峰重合或者怀疑待测组分中包含杂质的情况,这时往往导致分析结果出现偏差。如在测定一个早餐奶中
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的糠氨酸时,对比了目标色谱峰在峰前沿、峰顶、峰后沿3个不同流出时间的瞬时光谱图(图10),发现峰后沿处光谱图与主峰有显著差异,判断该处包含了未分离完全的杂质,此色谱峰的积分结果不能直接用于定量,否则可能导致定量结果偏高。从这个实例可以看出,由于DAD检测器具备随峰快速扫描的特性,在色谱分析同时能够采集色谱流出物在每一个瞬间的光谱图,因而可以直观地鉴定色谱峰的纯度。使得操作人员对检测数据作出合理取舍,保证结果的准确可靠。
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图10受杂质干扰的某色谱峰不同流出时问的光谱图3
计算不同波长相对吸收比鉴定色谱峰的纯度
在某些情况下,如果通过比较不同时间点的光谱
图不易确定峰的纯度时,还可以采用计算不同波长下的相对吸收比来鉴定色谱峰的纯度。在检测各类食品中的合成色素时发现,按照国家标准规定的方法,采用254nm检测5种合成色素,可能遇到不明干扰物。图11显示了5种色素的紫外可见吸收曲线,显示它们除紫外区外,在可见光区都有明显的吸收峰。以柠檬黄为例,其在257nm和428nm的吸收值几
乎相当,取得标样与试样在这2个波长下的色谱图,求得柠檬黄在2个波长下的响应值之比(A例/A。s,),结果显示,标样为1.15,而试样为0.88,这说明试样柠檬黄出峰处包含了在紫外区有吸收的干扰组分,不应直接采用254nm波长的结果定量。
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图11
五种合成色素的紫外可见吸收曲线
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方数据这个实例进一步显示了DAD检测器的强大功能,由于它可以对时间、波长、响应值组成的三维空间内任意一点准确定位,并具有良好的重复性,因此可以借助于它提供的大量数据,得到关于色谱峰纯度的数字化信息,从而避免在鉴定峰纯度时仅靠目测无法确定的情况。
4
通过导数光谱辅助定性
导数光谱法是一种排除待测物干扰组分的有效
方法,一般待测物的吸收峰为高斯峰,其任何阶数导数光谱都不可能与基线重合或平行。而背景和部分干扰物的光谱曲线大部分是幂函数曲线,常为二次曲
线或一次曲线,可用方程y一缸2+bz+C或者是y=
a.T+b表示。通过求导可使其与基线平行或重合,消除杂质的干扰。借助DAD检测器,可以求得色谱峰的各阶导数光谱,通过与标样对照可实现对紫外吸收
曲线中无特征峰的组分定性。
测定大蒜中的蒜氨酸时,由于没有特征吸收峰,所以仅靠吸收曲线很难定性,通过求导发现蒜氨酸的二阶导数光谱曲线特征峰明显,且不随流动相、溶剂变化,可通过与蒜氨酸标样的二阶导数光谱对照定性。
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图12
蒜氨酸的紫外吸收曲线
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图13蒜氨酸的二阶紫外吸收曲线
5
选择检测波长
DAD检测器在进行分析方法研究时,也有很高
的应用价值。例如在色素、农药、兽药残留检测等痕量分析中,借助它可以在一定波长范围内扫描的特点,选择待测组分的最大吸收波长,从而获得较高的灵敏度和较低的检出限。再者,对于分离不完全且紫外吸收曲线有较大的差异的物质对应用DAD检测器,可以在不改变色谱分离条件的情况下排除杂质的干扰。
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次进样。就可以对多种化合物同时测定,得到如图14中的多张色谱图。这样,既缩短了分析时间、降低了分析成本,又能保证检验结果的准确、可靠。
二极管阵列检测器是一种发展迅速的立体化检测器,在定性、定量等方面具有传统检测器无可比拟的优势,其与功能强大的计算机处理技术相结合,必将成为液相色谱工作者的有力工具,特别是在食品安全分析中应对复杂样品中有害残留物、食品添加剂以及违禁添加物检测等方面具有明显优势。
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参考
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文献
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图14合成色素在不同检测波长下的色谱图
6
应用多波长色谱图对混和物中检测波长不同的组分进行分析
对于混和物中检测波长不同的几种化合物,如
2洪群发,张庆合,李彤,等.高效液相色谱仪的研制与技
术开发:新型二极管阵列检测器[J],现代科学仪器,2002,
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测定饮料中的柠檬黄、胭脂红、苋菜红、日落黄、亮蓝等合成色素,国家标准口]采用254am波长检测,亮蓝等组分灵敏度较差,且背景干扰严重。如在不同波长下检测,采取传统紫外检测器只能分别进样分析,检测工作比较烦琐而且浪费检测资源。使用DAD检测器,可以同时选择多个检测波长(柠檬黄428am、日落黄485am、胭脂红509am、苋菜红521
nm、
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TheApplicationofPhotodiodeArrayDetectorinFoodAnalysis
WangJun,HuMei,ZhangHui,ZhuJianhua
(ShandongProvincialInstituteofProduct
QualitySupervision&Inspection,Jinan250100,China)
ABSTRACT
Combinedwithexamplesinfoodanalysis,theadvantagesofthePhotodiodeArrayDetector
wereexplored.Theseincludeddistinguishingchromatographicpeaks,identifyingthepurityofchromato—
ex—
graphicpeaks,qualitativeanalysiswiththehelpofderivativespectrum,selectingthebestwavelengthfor
aminingandeditingthewavelengthprogramformixtureanalysis.This
todiodeArrayDetectorisusedinfoodanalysis.Keywords
photodiodearraydetector,foodanalysis,application
paper
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