气相色谱在食品检测中的应用研究进展

李红艳 王炜 付娇娇 宫万华 秦青青

摘要：本文介绍了气相色谱的发展，并对气相色谱在食品添加剂、食品成分及食品中有害物质残留检测方面的应用进行了概述，展望了气相色谱技术的发展前景。

关键词：气相色谱;食品检测;研究进展

与食品安全相关的目标成分具有多样性、多源性、微量性以及样品基质复杂等特点，食品安全检测面临很大挑战。气相色谱技术具有技术和设备成熟、分离效率高、分析速度快、灵敏度高、选择性好及低成本等特点，特别适合易挥发物质的检测，是食品安全分析检测领域普适性好、强有力的检测手段。分析测试需求的不断变化对气相色谱仪器设备和應用技术提出了更高的要求，在线测试、现场测试和批量测试要求气相色谱仪器更加小型化和更加稳定;针对各种复杂样本和复杂目标物的深度剖析，要求分离介质和分析技术更加专业化。本文主要介绍气相色谱的发展及其在食品安全分析检测方面的应用。

1 气相色谱技术的发展

气相色谱（gas chromatography，GC）是20世纪50年代出现的一项分析技术，随后得以快速发展，成为目前广泛使用的一种色谱分析方法，原理是利用物质固有的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合成分的分离和分析。气相色谱仪最核心的组件是色谱柱，样品或提取液在惰性载气（N2、He 或H2）的带动下经过色谱柱，各组份与固定相之间相互作用力的微小差异导致流出的时间产生差异而被分离开，各组分依次进入检测器，获得特定的检测信号，进而进行定性和定量分析[1-3]。气相色谱技术得以广泛应用主要得益于气相色谱柱、样品前处理方法和检测器3个方面的技术进步。

气相色谱柱被认为是气相色谱仪的心脏，其重要性不言而喻。通常，气相色谱柱分为2大类：一类是固定相以颗粒填料形式填满金属管柱，称为填充柱;另一类是把固定相涂敷在毛细管的内壁，称为毛细管柱。填充柱和毛细管柱在外观、操作、性能和制备上有很大差别。这2类色谱柱在我国的使用都很广泛，但毛细管色谱柱比填充柱具有更高的柱效、惰性及热稳定性，且随着制造工艺水平的提高，在减少固定相流失和延长使用寿命方面都有很大进步，可以与质谱很好地兼容，被认为是气相色谱柱的发展趋势。填充柱由于在固定相的选择上更加灵活多样，且样品负荷量比毛细管柱大1—3个数量级，因此在我国的分析测试方法中仍然被采用，部分食品安全检测标准中同时提供了毛细管柱和填充柱2种分析条件。通过在硅片上刻蚀制得的微型气相色谱柱具有体积小、温度控制更精确、能耗低等优点，目前尚处于技术研究开发阶段，该技术的应用将进一步促进气相色谱仪器向微型化、便携式方向发展。

根据固定相的性质，色谱柱又可分为非极性、极性与手性色谱分离柱等，成熟的色谱柱产品已有几十个品种，其中最常用的是以聚硅氧烷类固定相交联多种功能基团的毛细管柱、以聚乙二醇类固定相交联多种功能基团的毛细管柱和以聚苯乙烯-二乙烯基苯聚合物微球等微粒为固定相的多孔层开管柱。离子液体具有热稳定性好、表面张力小、可供选择的有机和无机阴阳离子种类多样等特点，其作为气相色谱固定相的研究已取得很大进展，形成了一大批商品化的色谱柱产品，如采用SLB-IL111色谱柱可分析食品中的脂肪酸组成、农药残留及增塑剂等。离子液体及其与石墨烯、碳纳米管等材料结合形成的特殊性质的固定相在检测中的应用还有待进一步开发。

2 在食品检测中的应用

气相色谱技术在我国食品安全检测标准体系中得到了广泛应用。截止目前，我国现行有效的食品理化指标检验国家标准有216个，其中3成以上都采用了气相色谱技术，主要应用于食品添加剂、食品成分及有害物质残留检测等方面。

2.1 食品添加剂

气相色谱技术可用于测定食品中添加剂的种类和含量，几乎全部的香精香料成分都可以采用气相色谱分析，对食品中的防腐剂、抗氧化剂均可采用GC-FID的方法进行检测。其他挥发性有机物添加剂，如面粉中的过氧化苯甲酰等，也可使用气相色谱进行分析。

2.2 食品成分

食品中的挥发性成分及其含量可以采用气相色谱法分析，如食用植物油中的脂肪酸组成分析。借助顶空进样技术，气相色谱技术还可对啤酒、葡萄酒和饮料的风味组分及质量进行控制分析。

2.3 有害物质残留

食品中有害物质（含非法添加物）的残留量是大家关注的焦点，检测项目也最多。农药及其他药物残留的检测是食品检测的重点项目。我国的农业生产依赖于大量农药的使用，加上早期难分解的高毒农药在土壤环境中的残留等原因，目前蔬菜、水果及其他初级农产品中仍然有农药残留超标的情况发生。标准中采用了GC-ECD对蔬菜、水果等产品内残留的有机氯、菊酯类农药进行检测，采用了 GC-FPD对有机磷、有机硫类农药进行检测，采用了GC-MS对食品中的农药残留多组分进行同时筛查和定量分析。气相色谱技术同样可以用于畜禽、水产品中兽药残留及瘦肉精成分的鉴别和定量分析。

多环芳烃是另一类重要的污染物，具有致突变性和致癌性，通过毛细管色谱柱的高分离能力和质谱的高选择性可以快速测定烟熏类食品中20多种多环芳烃成分。对于油炸食品在炸制过程中可能产生的具有致癌性的丙烯酰胺，可采用 GC-FID进行定量测定。

食用油中的溶剂残留是浸出法生产植物油的重要卫生指标，采用顶空进样的气相色谱法可以准确测定食用油内残留的六号溶剂，并具有良好的分离效果。食品包装袋中有害物质的迁移已成为影响食品安全的潜在因素，特别是塑料食品包装材料的广泛应用，其中的多种添加剂与高分子基质之间没有形成化学共价键，在接触到含有水、醇、酸和油脂的食品时，有向食品中迁移的风险。可利用GC-FID技术检测塑料制品中的增塑剂和其他添加剂，GC-MS技术的引入可以同时测定多种添加剂成分。

3 总结及展望

综上所述，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，食品的种类在不断增加。除初级农产品生产过程中为预防病虫害、提高产量和品质使用化学药物容易引入的危害因素外，在加工过程中，各种新型工艺、添加剂、新型包装材料等都为食品安全带来了更多的隐患。气相色谱技术作为一种较为成熟的分析技术，在国家食品安全监督检测过程中发挥着重要作用。各种新技术和专用配件的应用，一方面提升了检测的效率，另一方面保障了检测的质量;特别是联用技术的应用大大提升了仪器的整体性能，拓展了应用范围。在新技术、新材料发展的推动下，气相色谱技术的发展应趋向于仪器设备小型化、硬件配置专用化、软件分析智能化和实验操作简单化，在食品安全检测方面有着更为广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 吴烈钧.气相色谱检测方法[M].化学工业出版社，2000.

[2] 刘虎威.气相色谱方法及应用（第二版）[J].色谱，2007，25（6）：880-880.

[3] 傅若农.近两年国内气相色谱的进展[J].分析试验室，2011，030（005）：88-122.