多环芳烃.docx

多环芳烃(PAHs)是环境常见的污染物之一，其来源于有机物热解和不完全燃烧, 在空气、水、土壤中广泛分布。由于食品产地环境受到污染, 致使 PAHs在食品中存在, 同时加工方式不同, 也会影响 食品中PAHs的含量。长期食用含有PAHs的食物对健 康将产生潜在威胁2- 5。不同国家和地区, 烹饪方法和饮食习惯不同,从食品中摄入的PAHs量也不相同。不同食品中含有不同种类和浓度的多环芳烃,其主要来源有以下3方面: (1)自然界天然存在的,如植物、细菌、藻类的内源性合成,使得森林、土壤、海洋沉积物中存在多环芳烃类化合物; (2)环境污染造成的,现代工业生产和其它许多方面要使用和产生多环芳烃类化合物;这些物质难免会有一些排放到食品的生产环境如水源、土壤、空气、海洋中,从而 对食品造成污染,这是目前食品中多环芳烃最主要的来源;(3)食品加工和包装过程中产生的,如食品的烤、炸、熏制和包装材料、印刷油墨中多环芳烃污染,这也是食品中多环芳烃的重要来源。目前,各类食品已检测出20余种PAHs,其中以熏烤类食品污染最严重:如熏肉吉有 屈、苯并b荧蒽、苯并e芘、苯并k荧蒽、苯并a芘、1,2,5,6-二苯并蒽、茚1,2,3-cd并芘等PAHs。王绪卿评价了14种熏烤肉中PAHs的污染水平,并在19 份腊昧肉中全部测出屈 、苯并e芘、苯并k荧蒽,其中9 份样品苯并a芘量为0.3427.56g/kg。另据报道,尼日利亚各种熏烤鱼中均含有PAHs。比较了现代烤炉与传统烤炉熏烤物中13种PAHs含量,前PAHs4.5g/kg。后者苯并a芘为0.24.1g/kg(湿质量)。食用植物油及其加热产物中均含有PAHs6- 7,而且加热后PAHs含量显著增加。实验表明,食用植物油加温后B(a)P含量是加温前的2.33倍, 1,2,5,6- 二苯并蒽为4.17倍,而且油烟雾中其含量更高,厨房空气气态样品中PAHs种类与含量均大于颗粒物,说明厨房空气中PAHs可能主要是由于食品,特别是动植物蛋白以热油烹炸过程中形成。近年来在各种酒样中也发现了PAHs,但这方面研究尚待深入,Moret等在所有白酒和啤酒中都检出苯并b荧蒽、苯并k荧蒽、苯并a芘、1,12- 苯并苝、茚1,2,3- cd并芘以及芴、苯并 a蒽、1,2,5,6- 二苯并蒽, 其PAHs总量吡啶乙醇丙酮乙醇二氯甲烷苯环己烷石油醚丙酮- 乙醇- 环己烷氯仿四氢呋喃。目前,提取多环芳烃的主要方法有索氏提取法、超声波提取法、超临界流体萃取法、固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、微波辅助萃取(MAE)等。索氏提取法比较经典,超声波提取法的应用越来越广泛, 固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、微波辅助萃取(MAE)、超临界流体萃取法和快速溶剂萃取系统是新出现的提取方法,速度快,回收率高。1.1索氏提取法索氏提取的样品量大,回收率高,使用的样品种类多,需要进一步的纯化。而且,索氏提取法一般需要连续提取,提取时间长,溶剂的使用量大,操作也比较麻烦, 且需要使用大量有毒的有机溶剂。食 品中多环芳烃的索氏提取一般以2030次的提取效果 比较好9。尽管索氏提取法提取效率相对比较高,但是由于提取速度慢、时间长,现在用于食品中多环芳烃的测定中并不多见。1.2超声波提取法超声波提取法是EPA(美国环境保护局)推荐的PAHs提取方法之一(EPA SW- 846- 3550)。但由于超声波可能会破坏不稳定化合物的结构,对于提取结构不稳定的化合物是不适宜的10。PAHs结构比较稳定,采用超声波提取方法简单、速度较快,同时具有较高的回收率。目前, 在食品中多环芳烃的提取中,多采用超声波提取法。1.3超临界流体萃取法超临界流体萃取法(Supercritical fluid extraction,SFE)是目前比较先进的方法。在文献报道过的所有方法中最简便快速, 回收率相对较高11。它不仅能够满足理想萃取方法的需要,同时还能够与各种现代分析仪器联机使用, 如GC、GC/MS、HPLC和超临界流体色谱SFC。用SFE动态萃取,只需要40min即可完成。1.4 固相萃取固相萃取技术是20 世纪70 年代发展起来的一种 样品富集技术,特别适用于水样处理。其原理是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附,与样品基体和干扰化合物分离,然后再利用洗脱液洗脱或加热解吸,达到分离和富集目标化合物的目的。根据待测食品性质、样品种类等选择合适的萃取柱和洗脱液及其他优化条件后, 可使萃取、富集、净化一步完成。SPE 克服了液/液萃取(LLE)技术及一般柱层析的缺点,较LLE可节省时间和溶剂约90%,萃取过程简单快速、节省溶剂、重现性好、回收率高, 减少杂质的引入,减轻了有机溶剂对实验人员和环境的影响12。1.5 固相微萃取固相微萃取是在固相萃取基础上发展起来的萃取分离技术,1990年由加拿大Waterloo大学Pawliszyn首创。它是利用涂有吸附剂的熔融石英纤维吸附样 品中的有机物质而达到萃取浓缩的目的,集萃取、富集和解吸于一体,具有无溶剂、可直接进样、操作简便快捷、灵敏的特点,克服了固相萃取回收率低、 吸附剂孔道易堵塞等缺点。SPME与气相色谱(GC)或GC/MS联用主要用于直接分析均相样品(如水样)中挥发性和半挥发性有机物质;非均相样品如土壤、蔬菜,则须先将其转化为浆状再分析。对于非挥发性或半挥发性物质,SPME/HPLC联用技术更具优势。1.6 微波辅助萃取微波辅助萃取技术是对样品进行微波加热 ,利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些极性溶剂, 辅之精确的温度、压力控制, 达到萃取样 品中目标化合物、杂质分离的目的, 具有高效、安全、快速、试剂用量小和易于自动控制等优点,是分析土壤中有机污染物的好方法13。1.7加速溶剂萃取141996年Rethter等介绍了一种适合于固体和半固体样品前处理的新技 术加速溶剂萃取(Accelerated Solvent Extraction, 简称ASE)。其基本原理是利用升高温度和压力,增加物质溶解度和溶质扩散效率,提高萃取的效率。与传统萃取方式相比,具有如下的显著特点:快速(仅用1220min)、溶剂少(1545mL)、萃取效率高、可实现全自动安全操作。ASE是一种极具吸引力的样品前处理新技术,可同时使用4种溶剂进行提取, 已在食品、农业环境、药物、化工等方面得到了广泛应用,并被美国国家环保局批准为EPA3545号标准方法。2 纯化用有机溶剂提取得到的提取液中,不可避免 地含有一定量的非芳烃杂质,这些杂质可能干扰PAHs的定量分析,因此提取后均需要浓缩和纯化。一般是根据PAHs具有的两个特征:脂溶性和芳香性进行浓缩或纯化的。2.1 亲水与亲脂性化合物的分离亲水与亲脂性化合物的分离,是利用两种物 质在同一种溶剂中的分配系数(K)不同实现的 。K值越大,需要的分配次数越少,当分配系数在1.52之间,必须经过45次分配方可达到99%的萃取率;当分配系数大于4时,提取2次就可以达到96%以上。所用的溶剂主要有环己烷、二氯甲烷、丙酮、石油醚和乙烷 等, 其中, 以环己烷和二氯甲烷的使用较普遍。2.2 脂肪族与芳香族的分离目前分离脂肪族与芳香族的主要方法为吸附柱层析法,吸附分离是根据各种溶质(如PAHs)与吸附剂的亲合力和洗脱剂(或流动相)的解吸作用的强弱,通过反复吸附和解吸,将不同特性的化合物分离开来。常用的填充物有氧 化 铝 、硅 胶 、Sephadex LH - 20 或LH- 60分子筛凝胶和硅镁型吸附剂等。2.2.1硅胶柱层析该方法在PAHs的纯化分离中的应用最为广泛。硅胶需要先活化,可以采用250下活化6h,也可采用在130活 化16h。硅胶具有多孔性,比表面积约为400m2/g,具有良好的吸附性能。进行层析的提取液须用环己烷或正己烷等弱极性的有机物作溶剂, 提取物转移至层析柱中后,先用正 戊烷、石油醚等洗脱饱和烃类化合物, 再用环己烷 或苯等洗脱PAHs,最后用二氯甲烷和甲醇洗脱。2.2.2氧化铝柱层析层析用的氧化铝吸附剂是三水合氧化铝(A12O33H2O)在低于700下脱水而成的。一般在170400之间活化,具有很强的吸附能力。所有的有机溶质,除了脂肪烃外,都可能被极性氧化铝表面基团有一定程度的吸附。PAHs或BaP是非极性的,它们被氧化铝的吸附是借助氧化铝表面晶体破损,与铝原子带的电子形成较强的范德华力。氧化铝填充柱不利之处是洗脱时间长,某些化合物在该吸附剂上有一定的分解作用, 重现性较差。因此,一般不单独使用氧化铝作层析柱填充物, 而是用以一定比例混合的硅胶和氧化铝柱。2.2.3弗罗里矽土硅镁型吸附剂将经过干燥(常用无水硫酸钠)的提取液直接倾入弗罗里矽土上,提取液中的PAHs及其他干扰组分都被吸附在弗罗里矽土中, 然后用洗脱剂如二氯甲烷/丙酮(11)浸泡, 洗脱,洗脱液经浓缩后进行分析。弗罗里矽土层析法操作简单, 重现性较好,较适合分析PAHs,但是环数较少的PAHs有可能丢失。3 定性和定量分析目前广泛采用HPLC、GC、薄层扫描分析法和纸层析法分离PAHs。在HPLC和GC- MS技术出现之前,纸层析和薄层析等技术是分离PAHs的常用方法,特别是与紫外和荧光检测技术相配合,更是分析PAHs的有效方法。即使采用现代化的分析仪器, 这些技术仍是极为重要的纯化分离方法,尤其是样品成分比较复杂时,必须先用这些方法对样品进行分离后方可进行仪器分析。GC特别是毛细管色谱法的出现,使填充柱色谱法难于分离的 “难分物质对”问题得 到了解决。毛细管柱色谱与质谱的迅速扫描技术结合而产生的GC/MS联用技术,既发挥了前者的高分离能力,又发挥了后者作为检测器可一次检测多种组分的特长,是对PAHs混合物中各组分逐一进行定性和定量的有效方法。食品中多环芳烃的提取和测定的主要方法有以下几种。3.1 高效液相色谱法(HPLC)高效液相色谱(HPLC)法是近30年来发展起来的一 项新的仪器分析技术,该技术具有速度快、灵敏度高的特点 。现已逐步应用于物质分析的许多方面 。 王立斌15等利用高效液相色谱(HPLC)测定食品中的多 环芳烃, 效果良好。叶运奎和王绪卿利用高效液相 色谱(HPLC)测定熏烤肉类中的8种PAH化合物分离度良好,回收率和重现性符合痕量分析要求,适合于肉类食品中的PAH化合物的轮廓分析。3.2 毛细管电泳分析法毛细管电泳是色谱和电泳相结合的分离分 析技术。毛细管电泳技术具有的特点:( 1) 高效率:理论塔板数高,柱子长,且进样端和检测端都无死体积,因此高柱效; ( 2) 高灵敏度: 毛细管电泳分离后,用激光诱导荧光检测法 (Lm) 和安培型电化学检测 法(EC), 均可检测至10mol/L, 甚至可达1mol/L,即可达几十个至几个分子及单细胞检测, 故HPCE- LIF称为分子光谱的“指纹识别”法;( 3) 高速度:使用细内径(2575)的毛细管,径(2575)的毛细管,场(100 500V/cm)。高 电 场 的 应 用 提 高 了 分 离 效 率 ,缩短了分离时间, 通常只需几十秒至几十分钟内就 可完成分离16。芯片式CE则更快, 能以秒计算; ( 4) 易实现高自动化: CE 是目前自动化程度最高的分离分析方法之一。所需的进样少(可少到1g,消耗体积在150nL), 运行成本低, 应用范围广,几乎可以分离除挥发性和难溶物之外的各种物质。Xue等17采用毛细管去带电泳和胶束电泳,在激光诱导荧光检测下分离测定了6种PAHs。Koch等18用非水毛细管电泳分离分析了13种水中的27环的PAHs,进样前采用固相微萃取技术把PAHs从水中预富集到甲醇中。Yan等采 用 填 充 柱 毛 细 管 电 色 谱 ,在45min 内 分 离 了 16 种PAHs 。Kuijt 等19 采 用 环 糊 精 修 饰 的 胶 束 电 动 色 谱(CD- MEKC)方法, 激光诱导荧光检测分离出5种酚羟 基PAHs。3.3 气相色谱/质谱法(GC/MS)近年来色质联用技术日臻成熟。质谱法的优 点 就是可在多种有机化合物同时存在的情况下对其进 行定性定量分析, 尤其适合于多环芳烃分析。在一 些发达国家, GC/MS已成为常规的多环芳烃分析监测 手段,成为定性及定量分析最得力的工具。在国内也经常有报道, 李永新等用气相色谱/质谱法测定熏肉中的多环芳烃能同时测定熏肉中20余种多环芳烃,各PAH的分离度好,回收率和重现性均符合食品样品分析的要求,适用于烟熏肉类食品中的多环芳烃的分析检测20。Simko评述了国外熏肉中和熏制品中多环芳烃的检测方法、提取及纯化过程,并对各种方法的优缺点进行了比较。3.4薄层扫描法薄层层析法是分析研究中最常用的分离手段, 薄层层析是层析分离中应用最为普遍的方法之一,20世纪70年代以后随着薄层扫描仪的发展,其在有机化学物质测定中日益受到重视, 其灵敏度可达纳克水平。薄层层析分离效率高, 不易受溶剂和杂质的干扰, 其 缺点是线性范围较窄、操作技术要求较高。3.5 气相色谱法(GC)气相色谱法是以气体为流动相的色谱法 , 按 固 定 相 的 聚 集 状 态 分 为 气- 固 色 谱(GSC)及 气- 液 色 谱(GLC),按柱的粗细不同分为一般填充柱和毛细管柱两种色谱法,毛细管柱的主要优点是分离效率大大提高。可用GC测定的多环芳烃至少已有20多种。缺点是操作比较复杂, 使用高压气作为流动相,有一定的危险性, 且对测定物质的理化特性有一定要求。GC适用于低沸点、易汽化、热稳定性好的化合物的 分析, 而熔点高、极性大、不易挥发、对热不稳定的 多环芳烃则峰形差、保留时间长、有时甚至不易出 峰, 对于这类物质一般需先进行衍生化 , 增加挥发 性和热稳定性, 减少吸附, 提高检测灵敏度。当GC 与质谱仪联用时, 质谱仪即为GC的检测器。一般色谱技术的优势在于高效分离混合物中各组分,而质谱技术是用高灵敏的方法对单一组分提供特征的质谱, 从而确定其分子结构, 因此二者联用既可分离混合物, 又可分析各组分的分子结构,还可测定其含量。3.6 SFCSFC是以超临界流体作为色谱流动相的色谱,能通过调节压力、温度、流动相组成多重梯度,选择最佳色谱条件。SFC既综合了GC与HPLC的优点,又弥补了它们的不足, 可在较低温度下分析分子量较大、对热不稳定的化合物和极性较强的化合物 ,可与大部 分GC、HPLC的 检 测 器 联 用 , 还 可 与 红 外(FTIR)、MS联 用 , 极 大 地 拓 宽 了 其 应 用 范 围 。 许 多 在GC或HPLC上需经衍生化才能分析的有机化合物,都可用SFC直接测定。3.7 荧光光度法某些物质受紫外光或可见光照射激发后能 发射出比激发光波长较长的荧光。荧光的产生是由于一些化学物质能从外界吸收并储存能量(如光能、化学 能等)而进入激发态, 当其从激发态再回复到基态时, 过剩的能量可以电磁辐射的形式放射(即发光)。荧光发射的特点是:可产生荧光的分子或原子在接受能量后即刻引起发光; 而一旦停止供能,发光(荧光)现象也随之在瞬间内消失。物质的激发光谱和荧光发射光谱,可以用作 该物质的定性分析。荧光分析法的灵敏度一般较紫外分 光 光 度 法 或 比 色 法 为 高 , 浓 度 太 大 的 溶 液 会 有 “自熄灭”作用, 以及由于在液面附近溶液会吸收激 发光, 使发射光强度下降, 导致发射光强度与浓度不 成 正 比 , 故 荧 光 分 析 法 应 在 低 浓 度 溶 液 中 进 行 。 荧光分析法因灵敏度高, 故干扰因素也多。溶剂不 纯会带入较大误差, 应先作空白检查, 必要时, 应用 玻璃磨口蒸馏器蒸馏后再用。荧光分析法在食品分析中的应用已有报道 ,对于苯并a芘1985年颁布了国家标准检验方法,但很少用于食品中其余的多环芳烃的测定,有待