孟平 麦晨 郑思珩 赵勇 周衡刚 黎晔晖 张艳超 蒋小良

孟 平 ^{1, 2} 麦 晨 ¹ 郑思珩 ^{1, 2} 赵 勇 ³ 周衡刚 ^{1, 2} 黎晔晖 ¹ 张艳超 ¹ 蒋小良 ^{4 *}

摘 要 本研究采用固相微萃取（Solid-Phase Microextraction，SPME）进样方式，气相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱（Gas Chromatography-Quadrupole/Orbitrap High-Resolution Mass Spectrometry，GC-Q/Qrbitrap HRMS）方法检测葡萄酒中53种挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）。样品经固相微萃取提取，仪器分析后利用仪器自带解卷积软件实现快速识别各种挥发性有机物。结果显示，方法检出限最低可达到0.01 μg/L，在0.2～30 μg/L范围内线性相关系数（R²）均在0.990以上；在不同添加水平下回收率在50%～130%之间。该方法前处理简单，适用于葡萄酒中痕量53种挥发性有机物的快速筛查及定量检测。

关键词 气相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱；挥发性有机物；顶空；固相微萃取

Detection of 53 Volatile Organic Compounds in Wine by Solid-Phase Microextraction Coupled with Gas Chromatography-Quadrupole Orbitrap High-Resolution Mass Spectrometry

MENG Ping^1,2 MAI Chen¹ ZHENG Si-Heng^1,2 ZHAO Yong³

ZHOU Heng-Gang^1,2 LI Ye-Hui¹ ZHANG Yan-Chao¹ JIANG Xiao-Liang^4*

Abstract This study employs solid-phase microextraction (SPME) for sample introduction and gas chromatography-quadrupole/orbitrap high-resolution mass spectrometry (GC-Q/Orbitrap HRMS) for the detection of 53 volatile organic compounds (VOCs) in wine. After extraction by SPME, the instrument’s built-in deconvolution software is utilized for rapid identification of various VOCs. The results show that the method’s detection limit can reach as low as 0.01 μg/L, with a linear correlation coefficient (R²) above 0.990 in the range of 0.2-30 μg/L; recoveries at different spiking levels are between 50% and 130%. This method is simple in sample preparation and is suitable for rapid screening and quantitative detection of trace 53 VOCs in wine.

Keywords gas chromatography-quadrupole/orbitrap high-resolution mass spectrometry; volatile organic compounds; headspace; solid-phase microextraction

基金项目：广东省口岸安全智能化检测重点实验室（2023B1212010011）

第一作者：孟平（1974—），男，汉族，安徽马鞍山人，本科，工程师，主要从事进出口食品检测工作，E-mail: meng0878@126.com

通信作者：蒋小良（1979—），男，汉族，湖南邵阳人，硕士，高级工程师，主要从事进出口商品检测工作，E-mail: 68878699@qq.com

1. 黄埔海关技术中心 广州 510700

2. 广东省口岸安全智能化检测重点实验室 广州 510700

3. 广州白云机场海关综合技术服务中心 广州 510470

4. 江门海关技术中心 江门 529000

1. Huangpu Customs Technical Center, Guangzhou 510700

2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Intelligent Port Security Inspection, Huangpu Customs District P.R. China, Guangzhou 510700

3. Guangzhou Baiyun Airport Customs Comprehensive Technical Service Center, Guangzhou 510470

4. Jiangmen Customs Technical Center, Jiangmen 529000

静电场轨道阱质谱（Electrostatic Field Orbitrap Mass Spectrometry）是一种高分辨质谱技术，最大分辨率可达1,000,000 FWHM（m/z 200），在蛋白质组学^[1-2]、代谢组学^[3-4]、环境分析^[5-6]、食品安全检测^[7-9]等领域都有应用。气相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱（Gas Chromatography-Quadrupole/Orbitrap High-Resolution Mass Spectrometry，GC-Q/Qrbitrap HRMS）在气味研究方面应用较多，而在挥发性有机污染物检测方面则应用较少。仅有刘玉龙等^[10]应用GC-Q/Qrbitrap HRMS方法对水样中的挥发性有机物进行检测，马畅等^[11]应用气相色谱-静电场轨道阱质谱技术对海参中风险物质进行筛查等，殷雪琰等^[12]应用气相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱法对农产品的222种农药残留进行检测。本研究采用固相微萃取（Solid-Phase Microextraction，SPME）顶空进样方式，优化了气相色谱四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱（Gas Chromatography-Quadrupole/Orbitrap High-Resolution Mass Spectrometry，GC-Q/Qrbitrap HRMS）检测方法，对不同年份、不同类型的葡萄酒中53种挥发性有机物进行了检测，建立了葡萄酒中多种挥发性有机物的快速筛查及定量方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与设备

气相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱仪（美国赛默飞世尔科技公司）；PLOT毛细管色谱柱（30 m×0.320 mm×20 μm，美国安捷伦科技公司）；50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头（美国赛默飞世尔科技公司）；TriPlus自动进样器（美国赛默飞世尔科技公司）。

1.2 试剂与材料

氯化钠（优级纯，广州安普公司）；甲醇中53种挥发性有机物混合标准物质（广州安普公司）；乙醇（色谱纯，广州安普公司）；25 mL顶空瓶（广州安普公司）。

1.3 仪器条件

1.3.1 SPME进样条件

SPME萃取温度60℃；孵化时间5 min；将萃取头插入顶空瓶气体部分萃取20 min；解析时间3 min；针头温度70℃。

1.3.2 气相条件

进样口温度200℃；分流比25∶1；载气流量1.0 mL/min；传输线的温度为245℃；升温程序：40℃保持1 min，50℃/min升到180℃保持7 min，50℃/min升到200℃保持7 min，50℃/min升到220℃保持10 min，50℃/min升到235℃保持16 min。

1.3.3 Q/Qrbitrap HRMS条件

EI离子源温度260℃；电离能70 eV；MS传输线温度245℃；质谱扫描范围35～500 m/z；数据采集模式选择一级全扫描（Full Scan-sim）；数据采集分辨率60000；分析时间45 min。

1.4 标准溶液配制

将53种挥发性有机物混合标准物质（100 mg/L）用10%乙醇逐级稀释，配制成100.0 μg/L工作溶液，在顶空瓶中加入1 mL饱和氯化钠溶液，分别取上述工作溶液0 mL、0.005 mL、0.01 mL、0.02 mL、0.04 mL、0.1 mL、0.2 mL、0.4 mL，对应顶空瓶中分别加入10%乙醇溶液2.0 mL、1.995 mL、1.99 mL、1.98 mL、1.96 mL、1.9 mL、1.8 mL、1.6 mL配制成0 μg/L、0.2 μg/L、0.5 μg/L、1.0 μg/L、2.0 μg/L、5.0 μg/L、10.0 μg/L、20.0 μg/L的混合标准溶液，现用现配。

1.5 实验方法

在20 mL顶空瓶中加入1 mL饱和氯化钠溶液和2.0 mL待分析样品，迅速压紧瓶盖，上机检测。

2 结果与讨论

2.1 仪器分析条件的优化

影响方法灵敏度的参数主要有传输线温度、样品中氯化钠的加入量、分流比、样品孵化时间、萃取时间、气相色谱升温程序等。因此，本实验在其他参数保持不变的情况下改变其中一个参数后，利用Tranfider软件中的解卷积功能识别未知物数量以获取最佳实验参数。

2.1.1 氯化钠饱和溶液的加入量

在同一个酒样品中分别加入0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL、1.2 mL氯化钠饱和溶液后在样品中获取的未知物数量如图1所示。加入氯化钠饱和溶液后所获得的未知物数量逐步增加，在加入0.8 mL氯化钠饱和溶液后，获取的未知物数量变化不大，考虑到实验操作便利，本实验选择加入1.0 mL氯化钠。

图1 氯化钠加入量对方法灵敏度的影响

Fig.1 Effect of sodium chloride addition on method sensitivity

2.1.2 传输线温度

将传输线温度分别设置为230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、260℃，在同一样品中获取的未知物数量如图2所示。传输线温度在245℃时，未知物识别最多。因此，本实验传输线温度选择245℃。

2.1.3 分流比

将分流比分别设置为15%、20%、25%、30%，在同一样品中获取的未知物数量如图3所示。分流比为25%时，未知物的识别数量最大。因此，本实验分流比设置为25%。

图2 传输线温度对方法灵敏度的影响

Fig.2 Effect of transmission line temperature on method sensitivity

图3 分流比对方法灵敏度的影响

Fig.3 Effect of split ratio on method sensitivity

2.1.4 孵化时间

将孵化时间分别设置为4 min、5 min、6 min、7 min、8 min，在同一样品中获取的未知物数量如图4所示。当孵化时间为5 min时，样品中获取的未知物数量基本达到最大值。因此，本实验的孵化时间设置为5 min。

图4 孵化时间对方法灵敏度的影响

Fig.4 Effect of incubation time on method sensitivity

2.1.5 萃取时间

将萃取时间分别设置为15 min、20 min、25 min、30 min、35 min，在同一样品中获取的未知物数量如图5所示。当萃取时间为20 min时，未知物数量已达到最大值。因此，本实验萃取时间设置为20 min。

图5 萃取时间对方法灵敏度的影响

Fig.5 Effect of extraction time on method sensitivity

2.1.6 解析时间

将解析时间分别设置为2 min、3 min、4 min、5 min、6 min，在同一样品中获取的未知物数量如图6所示。当解析时间为3 min时，未知物数量已达到最大值。因此，本实验将解析时间设置为3 min。

2.1.7 基质效应

酒样品中对结果有影响的基质是乙醇，一般红酒样品的乙醇含量范围为5%～15%，在无水乙醇的酒样品中加入5%、8%、10%、12%、15%含量的乙醇，其他实验条件不变的情况下测量未知物数量，结果如图7所示。测得的未知物个数在51～58之间，由此可知，样品中乙醇对实验结果无太大影响。

图6 解析时间对方法灵敏度的影响

Fig.6 Effect of resolution time on method sensitivity

图7 基质效应对结果的影响

Fig.7 Effect of matrix effects on results

2.1.8 离子流图

图8是配制2 μg/L各挥发物标准品，优化各个实验条件后仪器的总离子图。

2.2 高分辨质谱数据库建立

配置混合标准品浓度为20 μg/L，运用SPME方式进样，采用一级全扫描（Full Scan-sim）建立未知物筛查方法（Unknown-screening Method Only），利用Tranfider软件中的解卷积功能自动识别标准品中的各个物质建立挥发性有机污染物数据库（Compound Data Base）。各化合物信息及标准曲线相关系数见表1。

2.3 线性关系及结果准确性

在上述已优化的检测条件下，对0 μg/L、0.2 μg/L、0.5 μg/L、1.0 μg/L、2.0 μg/L、5.0 μg/L、10.0 μg/L、20.0 μg/L、30.0 μg/L的混合标准工作溶液在同一条件下进行进样分析，将标准工作液的峰面积与其浓度进行线性回归，结果显示在0.20～30.0 μg/L范围内线性相关系数均可以达到0.990以上。

采用信噪比3倍信号值作为方法检出限，信噪比10倍信号值作为方法定量限，本方法的检出限为0.01～0.05 μg/L，定量限为0.2 μg/L。在10 μg/L、15 μg/L、20 μg/L三个添加水平下做加标回收，回收率在50%～130%之间。

2.4 实际样品检测

应用本实验建立的方法对以下几种葡萄酒中53种挥发性有机物进行了检测，结果见表2。

表2 葡萄酒中挥发性有机物检测结果

Table 2 Detection results of volatile organic compounds

in wine

3 结论

本实验室建立了SPME-GC-Q/Qrbitrap HRMS快速检测葡萄酒中53种挥发性有机物的方法。本方法前处理简单快速，GC-Q/Qrbitrap HRMS高分辨质谱仪通过各种挥发性有机物的精准分子量，利用解卷积软件识别各污染物及其保留时间，能规避假阳性的出现。该方法可以大大提高检测的速度和准确性，通过对53种挥发性有机物高通量的筛查和定量，为葡萄酒中挥发性有机物风险监测提供一种快速准确的检测技术。

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表1 各挥发性有机污染物的相关信息

Table 1 Relevant information of various volatile organic pollutants

表1（续）