单颗粒电喷雾电离质谱技术及其在大米分析中的应用研究

发布时间：2020-11-04 22:57

　　 水稻是全球最为重要的粮食作物之一,全球有将近一半的人口以大米或米制品为主食,因此大米的品质监测和安全控制是关乎国计民生的大事。大米的传统检测方法主要有色谱法、色谱质谱联用法、红外光谱法和核磁共振等。其中,大多数方法需要多步样品预处理,如研磨、萃取、衍生化、分离及富集等,使用了大量有毒有害试剂,且操作繁杂,无法满足复杂基体样品高通量分析的实际需求。近年来,常压质谱技术因其操作简单、分析速度快、高通量和高灵敏度等优点而不断发展,使得复杂基质样品可在无需样品预处理的前提下实现实时、连续、在线直接质谱分析。本论文致力于研究单颗粒电喷雾电离(Single Grain Electrospray Ionization,SG-ESI)技术的工作原理,阐述SG-ESI-MS在实际分析中的实现方式和技术特点,并将其应用于大米品质分析、脂肪酸代谢研究和农药残留快速筛查三方面。本论文在简要概述大米的传统检测技术和常压电离技术的原理、分类及常压质谱技术在食品方面的应用的基础上,进行的主要研究内容如下:1.对SG-ESI技术的原理、装置结构、技术特点和分析速度及其定量分析能力进行了研究。2.将SG-ESI-MS技术应用于大米品质分析的研究。本研究以单颗粒大米为研究对象,将单颗粒大米放置在SG-ESI离子源中,以体积比为40:40:20的甲醇/水/乙酸为萃取剂,在正离子模式下进行大米待测物(如脂肪酸)的直接质谱分析。在无需离线萃取、离心/分离等样品预处理条件下,单颗粒质谱技术可以快速记录每颗大米的特征指纹图谱,并选择目标离子进行碰撞诱导解离实验,实现对目标待测物的结构鉴定。同时,还进行了大米样品中庚酸的定量分析。另外,采用多种统计学分析方法(如主成分分析PCA和偏最小二乘法辨别PLS-DA)来区分不同产地和储存时间的大米。实验结果表明,单颗粒质谱法可实现大米样品中化学成分的快速分析,从分子水平研究大米在产地和储存年份上的差异,具有无需样品处理、低样品耗量、高灵敏度和高通量等特点。3.将SG-ESI-MS技术应用于大米脂肪酸代谢的研究。采用SG-ESI-MS技术对单颗粒大米中的脂肪酸代谢物进行了分析,通过结合多种统计学分析方法(如主成分分析PCA、单因素方差分析ANOVA等)研究了籼米、粳米、籼糯米和粳糯米四种大米的差异性,还进行了大米脂肪酸代谢物之间的相关性分析。结果表明:在质谱图中脂肪酸在4种大米间存在显著差异;PCA直观地显示了这4种大米能够被显著区分开;ANOVA则表明了4种大米组间存在统计学差异(p值均小于0.05);相关性分析提供了参与脂肪酸代谢的代谢物之间的生物学联系。该方法从分子水平上揭示了4种大米的脂肪酸代谢差异,具有样品耗量少、分析速度快(2 min)、无需样品预处理等优点,可为粒状粮食样品的直接分析及植物代谢研究提供一种新的质谱方法。4.将SG-ESI-MS技术应用于大米农药残留的快速筛查分析。在正离子检测模式下,利用SG-ESI-MS直接快速分析单颗粒大米样品中的氧化乐果和敌敌畏两种有机磷农药(OPPs)。采用串联质谱(MS/MS)对目标分析物进行结构鉴定。此外,本文还对这些目标物进行了定量分析,得到的检出限(Limit of Detection,LOD)为0.38~1.30 ng/g,加标回收率为77~91%,平均相对标准偏差(RSD)低于9.54%,单个样品的分析时间小于2 min。结果表明,SG-ESI-MS技术在无需任何样品预处理的前提下,可实现大米样品中痕量残留农药的直接、快速检测,这在一定程度上为食品中有毒有害物质的快速检测及食品安全监管提供了一种有力的技术手段。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.63;TS210.7
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 大米的传统检测方法
        1.1.1 色谱法
        1.1.2 色谱质谱联用法
        1.1.3 其他方法
    1.2 常压质谱技术
        1.2.1 常压电离技术的分类及原理
        1.2.2 常压质谱技术在食品中的应用
    1.3 本课题的主要研究内容及意义
第二章 单颗粒电喷雾电离质谱技术（SG-ESI-MS）
    2.1 引言
    2.2 SG-ESI-MS技术
        2.2.1 原理及装置
        2.2.2 技术特点
        2.2.3 分析速度及定量分析能力
        2.2.4 内部萃取验证
    2.3 本章小结
第三章 SG-ESI-MS技术用于大米产地和年份区分及鉴定分析
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 实验样品
        3.2.3 实验方法
        3.2.4 数据处理
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 SG-ESI-MS实验条件的优化
        3.3.2 大米中脂肪酸的鉴定
        3.3.3 大米中脂肪酸的定量分析
        3.3.4 不同产地大米中脂肪酸的检测及区分
        3.3.5 不同储存年份大米中脂肪酸的检测及区分
    3.4 本章小结
第四章 SG-ESI-MS技术用于大米品种区分及代谢分析
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂与仪器
        4.2.2 实验样品
        4.2.3 实验条件
        4.2.4 主成分分析（PCA）
        4.2.5 单因素方差分析（ANOVA）
        4.2.6 相关性分析
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同种大米的代谢指纹谱图
        4.3.2 不同种大米的主成分分析（PCA）
        4.3.3 单因素方差分析（ANOVA）
        4.3.4 相关性分析
    4.4 本章小结
第五章 SG-ESI-MS技术用于大米中农残的痕量检测
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 试剂与仪器
        5.2.2 实验样品
        5.2.3 实验方法
        5.2.4 质谱条件
        5.2.5 数据处理
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 大米农药残留的表征
        5.3.2 大米农药残留的定量分析
        5.3.3 与传统方法的性能比较
    5.4 本章小结
第六章 结论
参考文献
作者简历及硕士期间的科研成果
致谢

【参考文献】

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1 胡斌;越皓;黄科科;姜翠翠;刘淑莹;费强;陈焕文;;纳升电喷雾萃取电离质谱快速测定人参皂苷[J];高等学校化学学报;2011年06期

本文编号：2870729