离子迁移谱在减肥类保健食品检测中的应用

张鑫鑫，杜利君，*，杨燕强，杨蒲晨，张琪

（1.山西出入境检验检疫局，山西太原030000；2.山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷030801）

随着人们生活水平的提高，肥胖人群逐渐增多，人们对于审美观念逐步改变，从而减肥成为当今社会最热门的话题。谈到减肥，大部分人会选择食用减肥药来达到减肥的目的，因为相比于运动，饮食控制，该方法更加轻松，方便。但是随着减肥保健食品越来越受到人们的欢迎，尤其是受广大女性消费者的青睐，但近年来有些不良商家为了从中谋取减肥保健食品的巨大利益，添加了许多非法添加物，对人体健康造成极大的伤害。卫长虹等[1]调查过大多数人减肥的人都服用过减肥保健食品，其中这些保健食品大多都含有有害非法添加物，如西布曲明，酚酞等。目前对减肥保健食品中非法添加的分析检测技术主要有质谱[2]，理化鉴别[3]、高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）[4]、薄层色谱（thin layer chromatography，TLC）[5]、红外光谱（infraredspectroscopy，IR）[6]等。以上监测方法虽然已取得了一些研究成果，但前处理比较复杂，分析时间长，不能进行现场检测和筛查使用，为了尽量保证消费者的权益，进一步规范保健食品市场，对非法添加物的检测筛查急需一种快速，简单、准确的检测方法。

离子迁移谱技术（ion mobility spectrometry，IMS）是上世纪60年代末70年代初发展起来的一种新的气相分离和微量化学物质分析技术[7]。与上述其他检测技术相比，仪器结构简单，分析速度较快，适用于产品现场检测，在减肥类保健食品中非法添加检测的初筛检测中有较好应用前景。本研究以非法添加物为检测对象，基于离子迁移谱仪的工作原理，对其在减肥类保健食品检测方面的应用进行了综述和展望。

1 减肥类保健品中的非法添加物的介绍

近年来，我国市场上销售的减肥保健食品种类繁多，尤其以中草药为原料生产的保健食品居多，主要分为四大类：左旋肉碱，苹果酸，螺旋藻，膳食纤维。左旋肉碱是健康减肥的最佳产品之一，因为左旋肉碱是体内脂肪代谢过程中一种必需营养物质，它能够有效地促进脂肪酸进入线粒体氧化分解，从而起到健康减肥的作用，因此它属于一种天然、无副作用的保健食品；苹果酸是人体所必需的营养物质，它是人体新陈代谢中重要的中间产物。在人体新陈代谢的过程中有利于氨基酸的吸收，能够有效地减少体内的脂肪量，从而起到瘦身减肥的作用；螺旋藻中富含的苯基氨基酸，能影响脑部控制胃口、均衡食欲，也能够有效地调节人体脂肪含量等。

减肥保健食品的日益火爆，使其成为不良商家进行非法添加的重灾区。国家食品药品监督管理局因为西布曲明和酚酞可能会使人出现心率不齐，头晕，头昏，失眠等不良反应，决定停止含有西布曲明和酚酞等成分的多种减肥保健食品的销售，使用。但根据近年来保健食品产品检测抽检可知[8-9]，目前市场上减肥保健食品呈现的非法添加物仍然层出不穷，因此离子迁移谱技术作为一种快速、简单、准确的检测技术在非法添加物检测方面具有广泛的应用。根据近年来相关部门抽检减肥保健食品所呈现的非法添加物归类见表1。

表1 减肥类保健食品非法添加物归类表Table 1 The list of illegal additives for slimming health food

2 离子迁移谱技术

2.1 离子迁移谱的基本原理

离子迁移谱的工作原理是首先被检测的样品蒸汽或微粒汽化后经过一层半浸透膜滤出其中的烟雾，无极分子和水分子等杂质，然后被载气携带进入漂移管的反响区，在反响区内，样品气首先被63Ni放射源发射的射线电离，构成产物离子，在反响区电场的作用下产物离子移向离子门。控制离子门的开关脉，构成周期性进入漂移区的离子脉冲。在漂移电场的作用下，产物离子沿轴向搜集电极漂移。离子的迁移率依赖于质量，尺寸和所带电荷。不同物质生成的产物离子在同一电场下的迁移率不同，因而经过整个漂移区长度所用的漂移时间也不同，图1所示。

图1 离子迁移谱仪的原理示意图Fig.1 Schematic diagram of Ion mobility spectrometer

在已知漂移区长度d和漂移区电场强度E下，还有迁移时间td（离子经过漂移区到达搜集电极所用的时间），就能够计算出离子的迁移率。

式中：K称为离子的迁移率系数（简称迁移率，cm2/V·s），它不仅与离子本身的特性有关，还与检测时的温度和压力有关，因而引入约化离子迁移率K0。

2.2 离子迁移谱仪的介绍

现阶段采用的离子迁移谱仪是电喷雾离子迁移色谱（electrospray ionization ion mobility spectrometer，ESI-IMS）。离子迁移谱仪内部构造主要由采样系统、迁移管、外围控制电路和设备以及获取、分析显示谱图的检测装置组成，其中迁移管是IMS仪中最重要的部分，它的质量直接决定了整个IMS仪的性能高低。

ESI-IMS仪的仪器正面由电喷雾离子源，计算机，显示屏，指示灯，USB接口组成。电喷雾离子源：样品在此被离子化，然后进入漂移管。样品以微升每分钟的速度从毛细管中喷出，毛细管末端加以高电压，喷雾液滴带上电荷；计算机：内置微型计算机，WindowsXP操作系统，60G内存空间；USB接口：前置USB接口，用于拷贝数据；指示灯：上端的指示灯为电源指示灯，绿灯表示正常，中间指示灯在数据采集时为绿灯，其他时间显示为红色，下端的指示灯指示离子源状态，离子源打开时为红色，离子源正常时为绿色。仪器背面由 J1：User IO-连接自动器，J2：External VGA-连接其他显示设备。

ESI-IMS仪有3种进样方式：注射进样（DirectspraryTM），蠕动泵注射进样（Infusion Source with Syringe Pump），自动进样器进样（Autosampler）。注射进样是最简单最直接的方式，本试验采用注射进样（DirectspraryTM），其典型的 Flow rate为 1 μL/min，Syringe ID为 1.46 mm，Waiting time为 4000 ms。

注射进样时打开离子源，此时离子源指示灯变为红色，将抽取的样品进样针放入了离子源的卡槽内（进样针内吸取的样品不要超过60μL），进样针位置要放置正确，保证样品能在离子化室被喷雾，进样针位置放好后，合上离子源，注射泵自动调节推进位置至注射器针柄末端，离子源合上后，离子源指示灯变为绿色。

3 离子迁移谱技术的应用

离子迁移谱技术在发展的初期主要用于化学战剂[10]和毒品[11]检测方面，20世纪80年代初，离子迁移谱仪常被军方用于毒品等药剂的现场检测但是由于其分辨率低和受环境影响等，民用较少。后来在大气污染和环境监测[12]食品[13]药品[14]分析方面也都显示了很好的应用前景等方面的检测，同时也渐渐被应用于保健食品方面的检测分析。

3.1 在食品保健食品检测方面的研究

离子迁移谱技术在食品保健食品检测方面的应用主要是对具有特定功能保健食品中非法添加物的检测。冯雪等[15]利用离子迁移谱法，快速检测了缓解体力疲劳类保健食品中的西地那非、那红地那非、他达拉非、氨基他达拉非、伪伐地那非、那莫西地那非、二乙胺他达拉非这7种5型磷酸二酯酶抑制剂，检测结果表明，7种5型磷酸二酯酶抑制剂的迁移时间为13.8 ms～16.2 ms，检出限为 0.05 μg/mL～2 μg/mL，同时对20批市售样品进行了方法比对试验，结果表明：与液相色谱-串联质谱法（iquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）方法相比，离子迁移谱法具有准确率较高，操作简单，检测速度快，检出限低，不容易受其他组分干扰等优点。焦建东等[16]在利用离子迁移谱技术快速检测改善睡眠类保健食品中非法添加的巴比妥类药物的研究中，实现了单独存在一种巴比妥类化合物时的检测鉴定，并根据信噪比（S/N）≥3确定了3种非法添加巴比妥类化合物的最低检出限，其检测结果与质谱的鉴定结果完全一致，可广泛应用于改善睡眠类保健食品中非法添加巴比妥类药物的初步筛选。叶雅真等[17]使用电喷雾-离子迁移谱法快速筛查了改善睡眠类和中成药中的5种非法添加物（巴比妥，地西泮等），在正源离子模式下，采用ESI-IMS的方法，检测结果的相关系数均大于0.99，平均回收率在70%以上，RSD也都小于10%，与液相色谱-串联质谱方法（LC-MS）进行对比，结果一致，且精密度较好。

3.2 在减肥类保健食品检测方面的应用

国外离子迁移谱技术发展较快，对于减肥类保健食品检测也有了一定研究成果。Gryniewicz Connie M等[18]利用离子迁移谱技术对26种产品中的西地那非西比，甲异西地那非进行了检测，其中有15种被检测呈阳性，且该技术用于筛选草药膳食保健食品中非法添加物非常有效。Asbury G R等[19]使用电喷雾式离子迁移谱仪的高分辨和敏感的特性来测定化学降解产物，快速简单，但当时该研究检测的目标物种类较少，检测方法缺乏推广性。Dunn Jamie D[20]等又在2012年建立了西布曲明、双去甲基西布曲明、酚酞等11种具有减肥作用的化学药物的IMS检测方法。

同时随着离子迁移谱仪在国内市场的不断增多，也渐渐被应用于减肥类保健食品中非法添加物的初级筛查。其中何欢等[21]利用离子迁移谱技术对20种减肥类药物进行非法添加物的检测，建立了39种减肥类非法添加物的检测方法，其RSD≦20%，重复性较好，回收率在50%～120%，可以用于减肥类保健食品的筛查。杨萌等[22]在减肥类保健食品非法添加物的检测方面，采用了离子迁移谱与其他技术相结合的方法，将电喷雾离化离子迁移率谱方法（ESI-IMS）和空纤维液相微萃取（hollow fiber liquid phase microextraction，HFLPME）进行了结合，检测出减肥茶中的盐酸西布曲明。该方法实现了对复杂基质中西布曲明的检测，避免了转移过程中可能存在的损耗，保证了检测数据的准确性，为离子迁移谱技术在减肥类保健食品检测方面的应用提供了一定的技术支撑。

3.3 与其他检测技术比较

现阶段，用于检测减肥类保健食品中非法添加物的技术有很多，主要以下几种技术：理化鉴别法、红外光谱法、核磁共振氢谱法、液相色谱法、液质联用法、气质联用法等。例如：黄诺嘉等[23]建立了一种用于检测减肥类中成药、保健食品中非法添加酚酞、西布曲明的理化鉴别技术，相比于离子迁移谱法，该方法的灵敏度较低，且受机制干扰较为严重；许凤等[5]利用薄层色谱—显微红外光谱连用技术定性检测减肥类保健品中非法添加的盐酸芬氟拉明，所检测的结果在9批样品中只有2批样品含有盐酸芬氟拉明，该技术建立的方法专属性强，但不如离子迁移色谱技术快速，简单，灵敏性高，而且前处理比较简单。Hachem R等[24]根据5种非法添加物（西布曲明、酚酞、奥利司他、氯卡色林、氟西汀）化学结构中氢原子在H-NMR中会产生不同的特征信号峰，从而建立了筛选这些化合物的核磁共振氢谱法，该方法所测样品的每个氢原子都会有其对应的信号峰，但是该方法的灵敏度稍差，可能会出现不同化合物的信号重叠的现象，这会影响试验的结果。王静文等[4]利用超高效液相色谱法同时测定了减肥类保健食品中的25种非法添加物，进行了定量和定性分析后，其R均大于0.997，平均回收率在70%以上，RSD较小，样品检测出了酚酞和大黄素，该分析方法选择性强，但前处理也比较复杂，分析时间长，离子迁移色谱技术的前处理比较简单，分析速度快；LC-MS法以LC作为分离系统，MS作为检测系统，兼具LC高效的分离能力与MS高专属性、高灵敏度的特性，检测时可以同时得到化合物的保留时间、分子量、离子碎片等信息，从而对其结构进行确证。但由于相关仪器价格昂贵，操作相对复杂，不易在基层检验机构推广。Strano S等[25]采用液质联用的方法，对减肥类保健食品中咖啡因、麻黄碱、西布曲明等进行了检测，确定了一种液质联用的检测方法，并采用该方法对36种样品进行了检测，该方法同时具备液相色谱高效的分离能力和质谱高度的灵敏性，可对样品中的非法添加物进行准确的判定，但该方法相关的仪器价格比较昂贵，且不适用于快速检测，操作比较复杂。

4 研究展望

减肥类保健食品的日益畅销，给人们带来美感的同时也带来了巨大的隐患，其安全性的检测、有害物质的筛查将受到越来越广泛的关注，非法添加物的检测技术的发展与研究势在必行。离子迁移谱检测技术作为一种拥有操作简单，分析时间短，成本低，前处理简单等优点的检测技术，在减肥类保健食品中非法添加物的检测方面具有较好的发展前景。目前国内外学者已经采用离子迁移谱技术对一些常见的减肥类保健食品中的非法添加物比如：西布曲明、麻黄碱、酚酞等进行了检测，然而检测的目标单一有限，仅仅应用于减肥类保健领域的初级筛查。而对于一些新型减肥药物比如：利拉鲁肽、纳曲酮和安非他酮、苯丁胺和托吡酯等[26]，并没有进行该方法的建立。总的来看，应用离子迁移谱技术实现对多种减肥类保健食品中非法添加物的快速、准确、高效的检测判定，是今后需要重点探索的方向，此外，将该技术与其他技术更好的结合，也是未来离子迁移谱技术应用的前景趋势。相信随着科技的发展，离子迁移谱技术在减肥类保健食品非法添加物的检测中将发挥越来越重要的作用。

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