基于磁性金屬有機框架材料的表面輔助激光解吸離子化質譜在食用油快速鑒定中的應用

吳 杰，陳 凌，陳群定，陳偉建，林子俺*

(1.福州大學 化學學院 食品安全與生物分析教育部重點實驗室,福建 福州 350116；2.莆田市農業檢驗監測中心,福建 莆田 351106)

食用油是人類膳食的重要組成部分，現有的市售食用油種類很多，不同食用油的組成成分不同，具有不同的營養價值。但是，近年來頻發的“地溝油”事件、“轉基因食用油”等問題令人擔憂。因此，建立一種快速鑒定食用油的分析方法對于保障食用油質量安全具有重要意義。

目前，食用油的鑒別方法主要有感官法、理化法和儀器法。感官法和理化法雖然簡單易行，但準確性差、操作繁瑣、無法定量。儀器法(包括紫外/可見、紅外、色譜、色譜-質譜聯用等[1-5])具有靈敏度高、選擇性好等優點，是目前食用油檢測的主要手段，但存在譜峰易重疊、背景復雜，檢測準確度低，或者樣品預處理過程繁瑣,需消耗大量有機試劑，易對環境造成污染等問題。因此，迫切需要發展一種更加便捷的檢測技術用于食用油的快速鑒定。

高分辨質譜因具有質量范圍寬、分析速度快、高通量等優勢，近年來在食用油檢測領域得到了廣泛關注[6-8]。基質輔助激光解吸離子化質譜(MALDI-MS)是一種高效的軟電離新型有機質譜[9]，近年來已成為生物大分子分析不可或缺的工具之一。但是傳統的MALDI基質在低分子量(m/z<1 000 Da)范圍內會產生大量碎片離子，嚴重干擾小分子物質的測定。此外，由于樣品/基質共混結晶不均勻，信號重現性差，難以實現定量分析。基于納米基質的表面輔助激光解吸離子化質譜(SALDI-MS)有效解決了上述問題[10]，SALDI-MS采用納米材料替代傳統的有機基質，可將分析對象由大分子擴展到小分子。此外,SALDI-MS方法具備更多優勢，如樣品制備更均勻、信號強度更高、噪聲背景更低、重現性更好等，展現出優良的應用前景[11-13]。基于此，本文合成了一種核殼結構的磁性沸石咪唑酯框架-8(Fe3O4@ZIF-8)微球，以市售的常見食用油(包括花生油、豬油、菜籽油)為分析對象，建立了基于Fe3O4@ZIF-8的SALDI-MS方法，探究了樣品制備方法對質譜檢測信號的影響，并將本方法應用于實際油樣的考察。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Tecnai G2 20透射電鏡(TEM)；S-4800掃描電鏡(SEM)；Nicolet 6700傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)；UV-9000S紫外分光光度計(UV)；Bruker Autoflex speed基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜儀(MALDI-TOF-MS)。

乙二醇、乙酸鈉、乙醇、乙腈、硝酸鋅、六水三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、二水合檸檬酸鈉 (Na3Cit·2H2O)和六水合硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)購自國藥化學試劑有限公司；2-甲基咪唑 (HMeIM)購于百靈威化學技術有限公司；2，5-二羥基苯甲酸(DHB)由Bruker公司提供；花生油、菜籽油、豬油購自本地菜市場，實際樣品取自于福州當地一家飯館。

1.2 磁性金屬有機框架材料的制備

1.2.1 Fe3O4磁性微球的制備稱取8.1 g FeCl3·6H2O溶于200 mL乙二醇中得到澄清溶液，隨后繼續加入12.0 g 乙酸鈉和2.0 g Na3Cit·2H2O，攪拌溶解。將所得的均一溶液轉移到反應釜中，并置于200 ℃烘箱內反應10 h。將所得磁性產物用水和乙醇洗滌后真空干燥。

1.2.2 磁性沸石咪唑酯框架-8(Fe3O4@ZIF-8)的制備配制20 mL含有0.2 mmol 鹽酸的50%乙醇溶液，加入Zn(NO3)2(終濃度2 mmol/L)和0.35 g Fe3O4微球，利用超聲振蕩得到均一的微球分散液。向該溶液中加入40 mL 20 mmol/L 2-甲基咪唑的50%乙醇溶液。將混合溶液于室溫下超聲反應10 min。利用磁鐵分離產物，用50%乙醇溶液洗滌磁性微球，去除未包覆在磁性微球表面的ZIF-8。將洗凈后的產物真空干燥。

1.3 MALDI-MS與SALDI-MS樣品的制備

稱取30 mg DHB基質，加入乙腈-水( 3∶7，體積比)混合溶劑 1 mL，配制成 30 mg/mL的DHB溶液。將Fe3O4@ZIF-8分散在乙醇-水(1∶1，體積比)中并超聲處理1 min以形成均勻的懸浮液(2 mg/mL)。

樣品制備：(1)干點法：將基質溶液-食用油(8∶2,體積比)混合均勻后，取1 μL點在靶板上，自然干燥。(2)薄層法：取0.8 μL基質溶液點在靶板上，自然干燥后，取0.2 μL食用油點覆在基質表面。(3)三明治法：取0.4 μL基質溶液點在靶板上，自然干燥后，取0.2 μL食用油點覆在基質表面，待自然干燥后，再取0.4 μL基質溶液點在表面，自然干燥，形成三明治夾心結構。

1.4 質譜分析

將樣品靶板放入儀器，調整儀器參數為正離子反射模式，離子源電壓19 kV，延遲提取120 ns，500次激光照射。連續采集譜圖，數據采用軟件flexAnalysis(Bruker公司)處理。

2 結果與討論

2.1 磁性金屬有機框架材料的表征

從Fe3O4@ZIF-8的TEM圖(圖1A)中可以看出，其表面凹凸不平，包覆著大量的ZIF-8納米晶，ZIF-8包覆層的平均厚度為25 nm。由Fe3O4@ZIF-8的SEM圖(圖1B)可見，磁性ZIF-8微球呈近似球形，平均粒徑為190 nm。與Fe3O4微球的紅外光譜圖(圖1C曲線b)相比，Fe3O4@ZIF-8的紅外光譜圖(圖1C曲線a)出現了新的吸收峰。在3 137、 2 925 cm-1處的吸收峰分別歸屬于2-甲基咪唑配體的芳香性和脂肪烴類的C—H伸縮振動。1 418 cm-1處的強吸收峰以及900～1 330 cm-1范圍內的幾個吸收峰分別由咪唑環的伸縮振動和面內彎曲振動引起。420 cm-1處則是Zn—N伸縮振動的特征吸收峰。這些結果都證明ZIF-8已成功地修飾在Fe3O4磁性微球表面。如圖1D所示，Fe3O4@ZIF-8懸浮液在400 nm附近表現出強吸收，與儀器的激光光源(λ=337 nm)基本匹配，具有吸收激光能量并將能量轉移到分析物上的潛力。

圖1 Fe3O4@ZIF-8的透射電鏡圖(A)、掃描電鏡圖(B)、紅外光譜圖(C)與紫外可見吸收光譜圖(D)Fig.1 TEM(A)，SEM(B)，FT-IR spectra(C) and UV-Vis spectrum(D) of Fe3O4@ZIF-8

2.2 MALDI-MS鑒別食用油中的甘油三酯

據文獻報道，甘油三酯(Triacylglycerols，TAGs)占食用油的90%以上[14]，且主要存在于m/z>800 Da的區域[12]。TAGs主要由脂肪酸如棕櫚酸(P)、油酸(O)、亞油酸(L)和硬脂酸(S)等組成。不同的食用油有不同的TAGs分布，因此TAGs被廣泛用作食用油鑒定的指紋圖譜[15-16]。本文依據TAGs的分布(表1)進行食用油鑒別。

2.3 樣品制備方法對質譜結果的影響

為了考察不同樣品制備方法對質譜結果的影響，分別采用干點法、薄層法和三明治法制備了不同的樣品，并對花生油進行了檢測，結果如圖2所示。由圖2A～C可以看出，以Fe3O4@ZIF-8為基質制備的樣品分布均勻，甜點效應小。對比圖2D～F發現，在相同條件下，雖然3種方法均能檢測到TAGs信號，但是干點法的譜圖信號強度偏低，薄層法的譜圖存在分辨率不夠、信號未達到基線分離等問題，三明治法的譜圖信號強度及分辨率高，實現了基線完全分離。由此可知，采用三明治法制備樣品進行檢測的效果更理想。

表1 甘油三酯(TAGs)的分布Table 1 Distribution of TAGs

圖2 不同樣品制備方法的點樣圖及質譜圖Fig.2 Images and MS spectra of different sample preparation methodsA,D：dried droplet method;B，E：thin layer method;C，F：sandwich method；*is the peak of TAGs in edible oil unless otherwise noted

2.4 MALDI-MS與SALDI-MS檢測標準油樣

如圖3所示，以DHB和Fe3O4@ZIF-8為基質，分別采用MALDI-MS 和SALDI-MS方法測定花生油、豬油、菜籽油。由圖3A可以看出，當以Fe3O4@ZIF-8為基質時，幾乎沒有背景干擾，質譜信號的信噪比更高，而以DHB為基質時，花生油在m/z907.7處的信噪比為31，而以Fe3O4@ZIF-8為基質時該峰信噪比達到了439。同時SALDI-MS方法能檢測到更多的TAGs信號，如花生油中測到[PPO+Na]+(m/z855.7)等一系列質譜峰。同理，菜籽油(圖3B)、豬油(圖3C)也可觀察到更多的TAGs信號以及更高的信噪比。由此可見，SALDI-MS方法比MALDI-MS更靈敏，在食用油鑒定中更具優勢。

圖3 SALDI-MS和MALDI-MS測定花生油(A)、菜籽油(B)和豬油(C)的質譜圖Fig.3 SALDI-MS and MALDI-MS for peanut oil (A)，canola oil(B)and lard(C) SALDI-MS using Fe3O4@ZIF-8 as a matrix；MALDI-MS using DHB as a matrix;the labels represent the peaks only found by SALDI-MS;*are the peaks of common TAGs detected by SALDI-MS and MALDI-MS

2.5 基于SALDI-MS的標準混合油分析

為了考察Fe3O4@ZIF-8基質在混合樣品分析中應用的可行性，配制了一系列不同食用油的混合樣品，并采用三明治法進行樣品制備，質譜檢測。圖4為不同比例的花生油和菜籽油的質譜圖，可以看到菜籽油中的質譜峰[PLnL+Na]+(m/z875.7)強度隨著混合油中菜籽油比例的降低而降低，直至消失。由此看出，以Fe3O4@ZIF-8為基質可以鑒定混合食用油。

2.6 基于SALDI-MS的實際油樣分析

本文以Fe3O4@ZIF-8為基質，考察實際油樣檢測的可行性。所測實際油樣來自于福州當地飯店，經簡單過濾處理后，采用三明治法制備樣品并進行質譜檢測。圖5為實際油樣的質譜圖，由圖可知，該實際油樣存在花生油(PPL、PPO、OSS)和菜籽油(PLnL、LLLn)的特征峰以及表1中兩者共有的TAGs。

3 結 論

制備了磁性金屬有機框架材料Fe3O4@ZIF-8，并建立了一種基于該材料的SALDI-MS檢測方法。將所建立的SALDI-MS方法用于食用油的鑒定，成功測定出花生油、豬油、菜籽油中TAGs的一系列質譜峰，且譜圖背景干擾少，靈敏度高。因此，基于磁性金屬有機框架材料Fe3O4@ZIF-8的SALDI-MS可以成功用于食用油的快速鑒定，并有望用于更多實際復雜油樣的鑒定。

圖4 SALDI-MS測定不同比例混合的花生油與菜籽油Fig.4 SALDI-MS for the analysis of peanut oil and canola oil with different volume ratiosA.100% canola oil；B.66.7% canola oil,33.3% peanut oil;C.33.3% canola oil,66.7% peanut oil;D.100% peanut oil；*is the peak of m/z 875.7

圖5 以Fe3O4@ZIF-8為基質測定實際油樣Fig.5 A real oil sample detected using Fe3O4@ZIF-8 as a matrix the labels represent the characteristic peaks of peanut oil and canola oil;*are the common peaks of peanut oil and canola oil