高效离子源三极杆质谱(MS/MS)对食品中二恶英的超低水平分析

二恶英是一类在世界各地的环境中发现的剧毒化合物。设备灵敏度对于分析低浓度的这些剧毒化合物是非常重要的。历史上，二恶英的分析和检测是用磁扇形高分辨率质谱仪(HRMS)完成的。然而，近年来，三四极质谱(MS/MS)的性能有了显著的提高。此外，高效离子源(BEIS)的开发提供了化合物特异性灵敏度，比以前的离子源高4倍，并提供了二恶英的精确定量水平，与HRMS相当。四氯二苯并对二恶英(TCDD)的检出限低至20 fg。在这项研究中，我们使用气相色谱-质谱联用BEIS分析了约40种食品和动物饲料产品的250个样品中的二恶英。将GC-HRMS和GC-MS/MS分析结果进行比较，评价定量性能。为了验证GC-MS/MS仪器的耐用性，我们还评估了在保持低浓度灵敏度的情况下可能进行的分析的数量。

简介

二恶英和呋喃是多氯二苯并对二恶英(pcdd)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)[1]的常用简称。它们属于一组被称为持久性有机污染物(POPs)的有毒化合物，因为它们需要很长时间才能在环境中分解。因此，二恶英对人类具有高度毒性[2]。它们是一系列生产过程中不需要的副产品，包括冶炼、纸浆氯漂白和垃圾焚烧。在自然界中，二恶英可以由森林火灾和火山喷发产生。
PCDD/Fs长期以来一直是一个环境问题。由于PCDD/Fs有在生物组织中积累的趋势，以及对生物区系的毒性，它们受到了更广泛的关注，最近受到了全球食品界的密切关注。
同时，由于其水平极低，已被用作评价分析仪器性能的基准之一。本研究采用GC-MS/MS (GCMS-TQ8050 NX型，岛津株式会社)结合高效离子源(BEIS)对17种二恶英同源物进行了分析。将所开发的仪器方法应用于实际样品的分析，GC-MS/MS的结果(基于TEQ水平)与GC-HRMS的结果一致。后者是二恶英分析的传统方法[3,4]。仪器的耐久性和方法的坚固性也进行了评估，在500多个样品在低浓度下没有观察到灵敏度下降。
BEIS开发(岛津公司)通过优化EI电离电子束的焦点来最大化电离效率。这张图说明了BEIS的原理:
通过优化电子束的焦点，电子与分子碰撞的速率提高了。虽然灯丝产生的电子数量相同，但电离率提高了。这使得灵敏度比以前的离子源高4倍。但是，根据实际使用情况，灯丝的使用寿命可能会略微缩短。

材料和方法

样品和分析条件

所有食品和饲料样品均使用自动预处理设备(提取:SpeedExtractor (BÜCHI Labortechnik AG)，样品清理:GO-xHT(三浦株式会社))制备。以壬烷为最终溶剂，最终溶剂用量为10 μL。标准样品由DF-ST和DF-LCS (Wellington Laboratories Inc)混合制备。
采用符合欧盟法规的食品中二恶英GC-MS/MS方法包中的GC-MS/MS分析条件作为GC-MS/MS分析条件。具体条件如表1所示。

结果与讨论

标准样品分析结果

作为校准曲线的浓度范围，标准样品的制备浓度为0.025 pg/μL ~ 1 pg/μL (Octa-PCDD/PCDF为双浓度)。
在欧盟法规中，所有化合物在定量限(LOQ)时必须满足以下两个标准(部分摘自EU 589/2014和644/2017):
标准1。信噪比
对较弱的原始数据信号，在两种不同的离子上产生仪器响应的样品萃取物的浓度，其信噪比为3:1。
或者，如果由于技术原因，信噪比计算不能提供可靠的结果，
标准2。校准曲线上的最低浓度点
校准曲线上的最低浓度点，它给出可接受的(≤30%)和一致的(至少在分析系列样品的开始和结束时测量)偏差，与每个系列样品的校准曲线上所有点计算的平均相对响应系数的偏差。
本研究证实，在校正曲线的最低点，这两个标准都可以满足。结果如表2所示(见下一页)。

实际样品分析灵敏度的评价

在低浓度水平下分析实际样品的灵敏度得到了验证。图1a和1b(见下一页)分别显示了标准和实际样品中具有代表性的单个化合物的色谱图。对实际样品的分析也得到了接近定量限的满意灵敏度。

实际样品分析中定量精度的评价

使用GC-MS/MS对约40种食品和动物饲料产品的250多个样品进行了分析。用GC-HRMS对相同的GC-MS/MS样品进行分析，并比较结果，评价GC-MS/MS的定量准确性。将每个样品的定量值转换为毒性当量(TEQ)，对结果进行比较。结果如图2所示。
在图2左侧的图表中，水平轴和垂直轴用线性比例表示。在右图中，对数刻度用于对定量值较小的样本的结果进行详细确认。两幅图均以GC-HRMS法定量值为横轴，以GC-MS/MS法定量值为纵轴。在这两个图中，当GC-HRMS和GC-MS/MS值之间存在相关性时，值接近一条斜率为1的直线(蓝色虚线)。
在左图中，所有在1 ng/kg TEQ及以上水平检测到定量值的样品中，GC-MS/MS和GC-HRMS的定量值是相似的。
右图显示的线(橙色虚线)为GC-MS/MS与GC-HRMS定量值之比为50%或200%，作为两种方法定量值差异的标准。在GC-HRMS定量值为0.1 ng/kg TEQ及以下的样品中，出现定量值比在50% ~ 200%范围外的零散结果。
最大允许含量(ML)最小的样品为猪油，ML为1.0 ng/kg TEQ。因此，在浓度水平低于ML至少10倍时，定量值可能存在较大差异(即定量值比超出50% - 200%范围)。但是，在分析所需的浓度水平下，GC-MS/MS和GC-HRMS的定量性能没有显著差异。

实际样品分析中耐久性的评价

为评价食品中二恶英分析的持久性，将实际样品和标准样品(浓度为0.05 pg/μL)交替分析，并根据低浓度标准样品的灵敏度转换来评价在保持灵敏度的情况下可进行的分析次数。对标准样品和实际样品共进行了500多项分析。图3显示了结果。
图3:重复分析中峰值面积的变化。
在图3中，横轴显示分析的数量，纵轴显示每个分析数量的峰值面积。经过超过500次的分析后，灵敏度没有出现大的下降。接下来，表3显示了从第1到第530次分析的平均峰值面积和重复性。所有化合物的重复性均小于20% RSD，表明在整个测试过程中均可保持灵敏度。

结论

本实验采用气相色谱-质谱联用系统(BEIS)对约40种食品和动物饲料产品的250多个样品中的二恶英进行了分析，并通过比较气相色谱-质谱联用系统(GC-MS/MS)和气相色谱-质谱联用系统(GC-HRMS)的分析结果，评价了气相色谱-质谱联用系统(GC-MS/MS)的定量性能。结果表明，在分析所需的浓度水平上，GC-MS/MS和GC-HRMS的定量性能没有差异。
对实际样品中二恶英分析的持久性也进行了评估，经过500多次分析，在低浓度水平下的灵敏度没有下降。
基于这些结果，我们确定BEIS与GCMS/MS在二恶英分析中具有可与HRMS仪器相媲美的高灵敏度，同时也展示了GCMS- tq8050出色的耐久性。

确认

借此机会，我们衷心感谢Résidus et Contaminants为本论文的撰写提供样品、指导及其他协助。

参考文献

1.https://www.epa.gov/dioxin/learn-about-dioxin
2.https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/dioxins-and-their-effects-on-human-health
3.https://rais.ornl.gov/documents/dioxin_tef.pdf
4 EPA方法1613:通过HRGC/HRMS同位素稀释四至八氯化二恶英和呋喃