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该方案提出了一种经过验证的液相色谱-离子淌度-高分辨率质谱方法,以根据最近发布的委员会法规 (EU) 2023/915 确定食品中麦角生物碱的存在。
离子淌度质谱 (IMS) 集成到液相色谱-质谱 (LC-MS) 工作流程中时,可作为额外的分离维度。与传统的 LC-MS 方法相比,LC-IMS-MS 方法具有更高的峰分离度,增强了同量异位和异构体化合物的分离,并提高了信噪比 (S/N)。IMS 为分析物的鉴定提供了另一个分子特性,即碰撞截面 (CCS) 参数,可减少假阳性结果。因此,LC-IMS-MS 方法解决了食品安全领域的重要分析挑战(即检测复杂食品基质中痕量水平的化合物以及明确鉴定同分异位和异构体分子)。
麦角生物碱 (EAs) 是由真菌产生的霉菌毒素家族,可攻击多种草种,包括黑麦、黑小麦、小麦、大麦、小米和燕麦等小谷物。这些霉菌毒素的最大含量 (ML) 已在多种食品中确定,如欧盟委员会法规 EC/2023/915 中所述。这项新法规包括六种主要的 EA 及其相应的差向异构体,因此需要一种有效的方法来正确区分这些异构体分子,考虑到它们的共现。
因此,本方案的目标是展示将 IMS 集成到 LC-MS 工作流程中如何有助于分离异构体 EA,从而提高分析方法的选择性。此外,它还说明了通过分析标准品表征生成 CCS 谱库如何为霉菌毒素的鉴定提供更高的可信度。该协议旨在清楚地解释在食品安全中实施 IMS 的好处,以谷物中 EA 的测定为例。基于 QuEChERS 的萃取,然后进行液相色谱捕获离子淌度质谱 (TIMS)-MS 分析,在 1.5 倍、1 倍和 0.5 倍 ML 下,定量限范围为 0.65 至 2.6 ng/g,准确度可接受(尽管麦角胺的回收率较低),并且表现出可忽略不计的基质效应。
离子淌度质谱 (IMS) 正在成为一种越来越常用的分析技术,通常作为集成到传统液/气相色谱 (LC/GC) 与 MS 工作流程联用的附加分离维度。IMS 包括在电场和大气压1 下沿充满缓冲气体的迁移池分离分子。根据质荷比 (m/z) 和几何构象,电离分子在穿过淌度池时将与缓冲气体相互作用,这反映在离子淌度 (K) 参数2 中,并通过以下公式计算:
其中 D 表示总漂移长度, td 是 总漂移时间, E 是 电场。因此,K 以 m2 V-1 s-1 为单位进行测量,尽管出于实际原因,它通常表示为 cm2 V-1 s-1。通过漂移时间可以测量在淌度池中移动的内在能力,然后转换为所谓的碰撞截面 (CCS) 值,这是每个分子的高度可重现参数,独立于 IMS 仪器3。CCS 可以按照以下公式从迁移率中得出:
q 是离子的电荷; N 缓冲气体数密度; μ 碰撞伙伴缓冲气体离子的质量减少; kB 玻尔兹曼常数; T 为缓冲气体温度。因此,IMS 提供了对色谱和 MS 分析产生的分析数据的补充信息。
研究表明,在 LC-MS 平台中实施 IMS 可以提高分析测定的可靠性,尤其是在处理痕量浓度的化合物时。多项研究报道,LC-IMS-MS 方法通过降低背景噪音来提高质谱质量,背景噪音最终会影响方法的灵敏度,并降低多残留 LC-MS 方法提供的假阳性和假阴性率 4,5,6。此外,CCS 值的重现性不仅可以在使用相同技术的不同仪器之间进行比较,还可以比较不同的离子淌度技术,即行波离子淌度质谱 (TWIMS)、囚禁离子淌度质谱 (TIMS) 和漂移管离子淌度质谱 (DTIMS)2,7,它们是最常用的系统1.因此,CCS 作为识别参数的潜力的一个显著结果在于构建 CCS 库的可能性,这反映在其在代谢组学研究中的适用性8。尽管如此,IMS 最强大的功能之一是能够分离 LC-MS 方法可能无法充分分离的异构体和同量异位化合物。在复杂基质中处理大量目标分析物时,可能会出现这种情况,这是环境和食品分析中的常见情况。在此背景下,有人提出了 LC-IMS-MS 方法用于监测食品中的农药,并在较小程度上监测食品中的兽药和霉菌毒素9。
由于其高分离能力和选择性,LC/GC-IMS-MS 平台成为解决当前食品安全挑战(尤其是与异构体混合物相关的挑战)的最有用工具。与作为食品污染物的异构体混合物相关的健康问题已反映在现行的欧洲立法中,例如,该立法限制了几种食品中六种主要麦角生物碱 (EA) 及其相应的六种差向异构体的最大浓度10。
EAs 构成了由多种真菌产生的有毒次生代谢产物家族,主要是 Clavicipitaceae 科(例如, Claviceps purpurea, 由于其广泛的宿主范围,是最重要的 EA 生产者),但也包括 毛滴虫科,它可以在开花时寄生在活植物(如黑麦、大麦、小麦和燕麦)的种子头上11,12.在特定条件下,尤其是温度和水活度, Claviceps 真菌可以产生 EA,这些 EA 积累在寄主作物的子实体中,称为 菌核 或麦角。在一定程度上,EA 可以承受原材料的加工直到达到最终产品;因此,闯入食物链。摄入受污染的食物会导致 EA 中毒,称为麦角症,表现为急性症状,如腹痛、呕吐、皮肤灼热感、失眠和幻觉13。为了减少 EA 对人类健康的影响,欧盟委员会为几种食物中的主要 EA 的总和设定了最高水平 (ML): R-差向异向异构体麦角新碱 (Em)、麦角胺 (Et)、麦角新碱 (Es)、麦角新碱 (Ecr)、麦角黄素 (Ekr) 和麦角黄素 (Eco) 及其相应的 S-差向异构体:麦角新三醇 (Emn)、麦角氨酸 (Esn)、麦角胺 (Etn)、麦角角碱 (Econ)、麦角氪碱 (Ekrn)、 和麦角新碱 (Ecrn)。这些化合物可以从 R 形式变为 S 形式, 反之亦然,尤其是在强光照射、长时间储存或与某些高 pH 值或低 pH 值 12 的溶剂接触的情况下。尽管 R 和 S 形式的比例在不同条件下可能有所不同,但 EFSA CONTAM 小组在审查了有关食品中 EA 的现有文献后报告称, R 形式的出现率高于 S 形式14。因此,ML 取决于几个因素,例如作物的敏感性、加工程度或消费频率。在欧盟框架中,大麦、小麦、斯佩尔特小麦和燕麦碾磨产品的 ML 设定为 50 或 150 μg/kg(分别取决于灰分含量低于或高于 900 mg/100 g),而直接供人类食用的谷物的 ML 为 150 μg/kg,谷物基婴儿食品除外, 其中 ML 降至 20 μg/kg10。
这项严格的法规要求分析方法足够灵敏,以确定痕量浓度 (μg/kg) 水平,同时正确识别受管制的 EA 及其相应的差向异构体,因为 R 和 S-异构体这两种形式都可以在受污染的样品中同时找到。这项任务是一项重大挑战,因为每个毒素-差向异构体对具有相同的精确质量和碎裂模式。此外,两种化合物之间的适当色谱分离可能很复杂。因此,需要经过充分优化的液相色谱梯度,以避免在食品样品中同时出现 EA 差向异构体时出现错误定量。尽管有多项研究报道了 LC-MS 方法可以明确测定 EA15、16、17、18,但必须对色谱方法进行广泛研究,以实现色谱峰的充分分离,从而明确鉴定 EA。然而,这对于同时测定属于不同化学家族的污染物的多类方法来说通常不可行。在此背景下,Carbonell-Rozas、Hernández-Mesa 等人19 最近进行的一项研究报告了一种用于定量小麦和大麦样品中 EA 的 LC-IMS-MS 方法,该方法使用两种不同的 TWIMS 仪器,可提供可重现的 CCS 值和定量低限 (LOQ),以根据现行法规检测任何不合规情况。因此,本方案的目标是展示将 IMS 集成到 LC-MS 工作流程中如何有助于分离异构体 EA,从而提高分析方法的选择性。此外,它还说明了通过分析标准品表征生成 CCS 谱库如何为霉菌毒素鉴定提供更高的可信度。该协议旨在清楚地解释在食品安全分析中实施 IMS 的好处,例如谷物中 EA 的测定。该方案解决了基于 QuEChERS 程序的样品处理、通过 LC-TIMS-MS 进行的样品分析以及 IMS 数据提取和解释的问题。
1. 储备液、中间液和工作标准液的制备
注意:使用丁腈手套、实验室外套和安全眼镜。
2. 试剂和溶液的制备
注意:使用丁腈手套、实验室外套和安全眼镜。
3. 设置仪器参数
注:用于执行本 LC-IMS-MS 研究的仪器是与 IM-HRMS 联用的 UHPLC,配备真空绝缘探针加热电喷雾电离 (VIP-HESI) 源。仪器在正离子模式下运行。
4. 从 EA 分析标准中获取数据
注意:仅在步骤 4.1 中使用丁腈手套、实验室外套和安全眼镜。
5. 用于创建定量方法的数据处理
6. 创建用于麦角生物碱常规测定的数据处理方法
7. 采样
8. 样品制备
9. 定量数据处理
首先,将工作标准溶液注入LC-IMS-MS仪器中,以获得此处分析的每种EA的所有鉴定特征(即保留时间、CCS和质谱)。由于除精确质量外的识别参数最初是未知的,因此采集方法基于两次扫描事件,从整个质谱的全扫描开始,然后是 bbCID。Q-TOF 高分辨率质谱仪实现了进行这项研究的回顾性方式,该质谱仪无需任何输入或有关分析物的先验信息即可获取和生成数据。在采集的数?...
该方案的成功使用基于先前由 Carbonell-Rozas 等人17 进行的提取程序的优化,他们实施了使用足够有效的提取溶剂从复杂的食品基质(如大麦和小麦)中提取 EAs,以及提供相对较低的 SSE 值的清理。萃取溶剂的选择是一个关键步骤,要考虑分析物的化学特性以及 EA 对分解和差向异构化的不稳定性,但同时要考虑待分析基质的组成。在这种情况下,当选择使...
作者没有需要披露的利益冲突。
这项研究由安达卢西亚军政府大学研究和创新委员会 (PROYEXCEL_00195) 以及瓦伦西亚政府和欧洲社会基金+ (CIAPOS/2022/049) 提供的博士后资助。作者感谢格拉纳达大学的"Centro de Instrumentación Científica (CIC)"提供对本协议中使用的分析仪器的访问。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetonitrile | VWR | 83640.32 | |
Amber glass tubes 4 mL | VWR | 548-0052 | |
Amber glass tubes 12 mL | VWR | 548-0903 | |
Amber vials 1.5 mL | Agilent | 5190-9063 | |
Ammonium carbonate | Fluka | 9716 | |
Analytical balance BAS 31 | Boeco | 4400519 | |
Balance CP 323 S | Sartorius | 23-84182 | |
C18 | Supelco | 52604-U | |
Centrifuge tubes, 15 mL | VWR | 525-1082 | |
Centrifuge tubes, 50 mL | VWR | 525-0155 | |
Centrifuge Universal 320 R | Hettich | 1406 | |
Compass HyStar | Bruker | Acquisition software | |
DataAnalysis | Bruker | Qualitative software | |
Elute PLUS UHPLC | Bruker | ||
EVA EC-S evaporator | VLM | V830.012.12 | |
Formic acid GR for analysis ACS, Reag. Ph Eur | Merck | 100264 | |
Grinder TitanMill300 | Cecotec | 1559 | |
Methanol | VWR | 83638.32 | |
Milli-Q water purification system (18.2 MΩ cm) | Millipore | ZD5211584 | |
Pipette tips 1- 5 mL | Labortecnic | 162005 | |
Pipette tips 100 - 1000 µL | Labortecnic | 1622222 | |
Pipette tips 5 - 200 µL | Labortecnic | 162001 | |
Pippette Transferpette S variable, DE-M 10 - 100 µL | BRAND | 704774 | |
Pippette Transferpette S variable, DE-M 100 - 1000 µL | BRAND | 704780 | |
Pippette Transferpette S variable, DE-M 500 - 5000 µL | BRAND | 704782 | |
Syringe 2 mL | VWR | 613-2003 | |
Syringe Filter 13 mm, 0.22µm | Phenomenex | AF-8-7707-12 | |
TASQ | Bruker | Quantitative software | |
timsTOFPro2 IM-HRMS | Bruker | ||
Vortex Genie 2 | Scientific Industries | 15547335 | |
Zorbax Eclipse Plus RRHD C18 column (50 x 2.1 mm, 1.8 µm particle size) | Agilent | 959757-902 | |
Z-Sep+ | Supelco | 55299-U | Zirconia-based sorbent |
Ergot alkaloids | CAS registry sorbent | ||
Ergocornine (Eco) | Techno Spec | E178 | 564-36-3 |
Ergocorninine (Econ) | Techno Spec | E130 | 564-37-4 |
Ergocristine (Ecr) | Techno Spec | E180 | 511-08-0 |
Ergocristinine (Ecrn) | Techno Spec | E188 | 511-07-9 |
Ergokryptine (Ekr) | Techno Spec | E198 | 511-09-1 |
Ergopkryptinine (Ekrn) | Techno Spec | E190 | 511-10-4 |
Ergometrine (Em) | Romer Labs | "002067" | 60-79-7 |
Ergometrinine (Emn) | Romer Labs | LMY-090-5ML | 479-00-5 |
Ergosine (Es) | Techno Spec | E184 | 561-94-4 |
Ergosinine (Esn) | Techno Spec | E194 | 596-88-3 |
Ergotamine (Et) | Romer Labs | "002069" | 113-15-5 |
Ergotaminine (Etn) | Romer Labs | "002075" | 639-81-6 |
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