色谱  2013, Vol. 31 Issue (11): 1112-1115   PDF (749KB)    
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刘翻
高方圆
唐涛
孙元社
李彤
张维冰
高效液相色谱-激光诱导荧光法分析水样中的胺类物质
刘翻1, 高方圆1, 唐涛2, 孙元社2, 李彤2, 张维冰1     
1. 上海市功能性材料化学重点实验室, 华东理工大学, 上海 200237;
2. 大连依利特分析仪器有限公司, 辽宁 大连 116023
摘要:通过色谱条件和衍生条件的优化,建立了微量胺类物质的高效液相色谱-激光诱导荧光检测分析方法。该方法灵敏度高,在优化的条件下分析亚精胺、腐胺和组胺,检出限达到10-10 mol/L数量级,且稳定性好。连续进样5次,3种生物胺保留时间的RSD(n=5)小于0.3%,峰面积的RSD(n=5)小于3%,平均加标回收率为94.99%~104.7%。将该方法应用于实际水样中3种生物胺的检测及7种茶叶茶水中胺类物质的分析,取得了良好的结果。该方法灵敏度高,稳定性好,可用于水样中微量胺类物质的分析。
关键词高效液相色谱     激光诱导荧光检测     胺类物质     水样    
Analysis of amines in water samples by high performance liquid chromatography-laser induced fluorescence detection
LIU Fan1, GAO Fangyuan1, TANG Tao2, SUN Yuanshe2, LI Tong2, ZHANG Weibing1     
1. Shanghai Key Laboratory of Functional Materials Chemistry, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China;
2. Dalian Elite Analytical Instruments Co., Ltd., Dalian 116023, China
Abstract: A sensitive high performance liquid chromatography (HPLC)-laser induced fluorescence detection (LIFD) method was developed for the determination of amines. The derivatization and separation conditions were investigated. Under the optimized conditions, spermidine, putrescine and histamine were analyzed. The limits of detection (LODs) of the three biogenic amines (S/N=3) were as low as 10-10 mol/L. This method showed excellent stability. The RSDs of retention times and peak areas of the three biogenic amines were lower than 0.3% and 3%, respectively. This method was applied in biogenic amine analysis in water samples, and the average recoveries were in the range of 94.99%-104.7%. Furthermore, the amines in seven tea samples were analyzed by this method, and satisfactory results were achieved. The developed assay is of excellent sensitivity and good reproducibility, which can be used in the analysis of the amines in water samples.
Key words: high performance liquid chromatography (HPLC)     laser induced fluorescence detection (LIFD)     amines     water sample    
自然界中存在大量的胺类物质,而不同胺类物质具有不同的特性。如生物胺是一类具有生物活性的含氮有机化合物,常存在于动植物体、变质食品和受生物胺污染的水体中[ 1, 2 ]。微量的生物胺是生物体(包括人体)内的正常活性成分,但当人体摄入过量时,尤其是同时摄入多种生物胺时,会引起过敏反应,严重的还会危及生命[ 3 ]。人们每天均会摄入大量的水,因此水中含有的微量生物胺都可能危害健康。

现有的样品中微量生物胺的分析方法有薄层色谱、GC、CE、HPLC和离子色谱等[ 4, 5, 6 ]。HPLC-紫外检测(HPLC-UV)法是目前生物胺检测中使用较多的一种方法[ 7 ],由于大多数生物胺无紫外吸收,需要衍生后进行HPLC分离和紫外检测,而受限于紫外检测器本身灵敏度较低的缺陷,低浓度样品需进行浓缩富集,操作复杂。CE-MS法[ 8 ]也被用于生物胺的分析,检出限可达10-8 mol/L。激光诱导荧光检测(LIFD)是目前灵敏度最高的检测技术之一,且选择性强,能去除很多杂质干扰,在微量样品的检测上具有显著优势。已有报道[ 9, 10, 11 ]利用LIFD与CE结合检测生物胺,取得了较质谱法更低的检出限。

本文将LIFD与HPLC相结合,以3种生物胺为样品优化分离条件和衍生条件,建立了高灵敏、稳定且方便快捷的胺类物质分析方法,并将该方法应用于环境水样和茶水中胺类物质的检测,取得了良好的效果。



1 实验部分
1.1 药品与仪器

异硫氰酸荧光素(FITC,纯度97.5%)、腐胺(纯度>98%)、组胺(纯度>98%)、亚精胺(纯度>98%)的标准品购自Sigma公司,乙腈(色谱纯)、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和乙酸铵均为分析纯,实验用水均为Milli-Q超纯水。FITC以含0.8%(如无特殊说明均为体积分数)甲醇和0.5%吡啶的乙腈溶液溶解,配制成1 mmol/L母液,4 ℃保存,使用时以同样的乙腈混合溶液稀释。生物胺标准品用水溶解,配制成1 mmol/L母液,4 ℃保存,使用时用50 mmol/L的磷酸二氢钠溶液(pH 10.95)稀释至所需浓度。

P1201高压恒流泵,EC2006色谱数据处理工作站,Hypersil ODS2色谱柱(150 mm×4.6 mm,5 μ m)均为大连依利特分析仪器有限公司产品。检测器为该公司新研制的共聚焦激光诱导荧光检测器,激发波长473 nm,中心发射波长525 nm。

1.2 样品处理

生物胺衍生:取10 μ mol/L的腐胺、组胺和亚精胺混合溶液(30、20、10、5、2、1、0.5 μ L)或水样0.1 mL,分别置于7个2 mL棕色石英瓶中;依次加入450 μ mol/L的FITC溶液(90、60、30、15、6、3、1.5 μ L)或450 μ mol/L的FITC溶液20 μ L,以衍生缓冲液(50 mmol/L的磷酸二氢钠溶液,用氢氧化钠溶液调节pH至10.95)稀释至500 μ L;混匀后室温下避光反应4 h;然后用水稀释至1 mL,进样分析。

茶叶样品的提取和衍生:称取0.1 g茶叶,加10 mL水煮沸30 min;取上述提取液0.1 mL,加入衍生缓冲液(同上)340 μ L及45 μ mol/L 的FITC 60 μ L,置于暗处衍生反应6 h,用水稀释一倍后进样分析。

1.3 色谱条件

色谱柱:Hypersil ODS2(150 mm×4.6 mm,5 μ m); 流速: 1 mL/min;室温进样20 μ L。流动相A为10 mmol/L乙酸铵溶液(pH 6.8), B为乙腈。梯度条件:分析环境水中的生物胺时为0-2-8-8.1 min, 10%B-15%B-17%B-50%B;分析茶水中的生物胺时为 0-15-25 min,5%B-20%B-50%B。

2 结果讨论
2.1 分离条件的选择

以3种生物胺标准品为样品对色谱柱类型、缓冲盐种类、pH和浓度进行了考察。胺类物质中的N原子容易与固定相基质上的硅羟基产生静电作用、氢键作用,与残留的金属离子产生络合作用,导致分离效果变差。对比了Hypersil ODS2和Sinochrom ODS-BP两种色谱柱的分离效果。相比于后者,前者的硅胶基质纯度更高,且封尾程度更高,因此其对生物胺的分离效果要好于后者。

对比了分别选用磷酸盐溶液和乙酸铵溶液为流动相时生物胺在色谱柱上的分离情况。结果表明,乙酸铵溶液为流动相时生物胺的分离情况更好。因为乙酸铵屏蔽了固定相表面残留的硅羟基,削弱了其对碱性物质分离的不利影响。

随着流动相酸性减弱,样品在色谱柱上的保留增强,同时色谱峰峰高增大。生物胺衍生产物在碱性条件下的荧光效率更高,但在高pH条件下分离不佳,而pH 6.8时的实验效果最佳。

同时,分别使用5、10、15、20 mmol/L 的乙酸铵溶液为流动相A,考察了生物胺在不同盐浓度下的保留行为。结果表明在10 mmol/L 时3种生物胺的分离情况最佳。后续实验使用1.3节实验条件,13 min内3种生物胺得到了基线分离(见图1)。

图 1 优化条件下3种生物胺衍生溶液的色谱图 Fig. 1 Chromatogram of the three bioamines under the optimized conditions Mobile phase A: 10 mmol/L ammonium acetate solution(pH 6.8), B: ACN; gradient program: 0-2-8-8.1 min, 10%B-16%B-19%B-50%B; column: Hypersil ODS2(150 mm×4.6 mm, 5 μ m); flow rate: 1.0 mL/min; injection volume: 20 μ L. The concentration of each amine was 50 nmol/L.
1. spermidine; 2. putrescine; 3. putrescine.
2.2 衍生条件的考察

FITC与胺类物质的衍生产物荧光量子产率高[ 12 ],但FITC自身水解会带来很多的杂质,对分析产生极大的影响。将FITC的乙腈溶液分别用乙腈、水和衍生缓冲溶液稀释,室温下避光放置4 h后进样分析,考察FITC的水解产物。结果如图2所示,FITC在乙腈溶液中性质稳定,只有一个杂质峰,而在水溶液中FITC水解产生很多的杂质峰。

图 2 不同溶剂中FITC水解产物色谱图 Fig. 2 Chromatograms of FITC hydrolysates in different solvents a. acetonitrile; b. 50 mmol/L phosphate buffer (pH 10.95); c. water.

The conditions were the same as in Fig. 1.

FITC与氨基酸的衍生反应一般在常温下避光反应12 h以上,生物胺的反应活性较氨基酸高,因此用FITC衍生生物胺所需时间更短。以生物胺为样品,对比了衍生6 h与4 h的差别,结果表明4 h后生物胺已衍生完全,确定后续实验中生物胺的衍生时间为4 h。因为茶叶提取物成分复杂,为提高衍生效率对其衍生时间延长为6 h。

将亚精胺、腐胺和组胺标准品衍生之后于4 ℃下保存,分别在衍生当天、衍生第2天和第3天进样分析。实验结果表明,连续3天进样衍生产物色谱峰面积基本没有变化,说明样品衍生后在4 ℃保存的稳定性良好。

2.3 线性关系与检出限

在确定的衍生和分离条件下,将不同浓度的生物胺标准品溶液用FITC衍生后进样分析,考察3种生物胺色谱峰面积(y)与浓度(x,nmol/L)之间的线性关系。结果表明,在一定浓度范围内3种物质的浓度与峰面积具有良好的线性关系(见表1)。

表 1 3种生物胺浓度与色谱峰面积的线性关系及检出限 Table 1 Linear relationships between peak areas and concentrations of three bioamines and LODs

检出限(LOD)以三倍信噪比确定,定量限(LOQ)以十倍信噪比确定。3种生物胺的LOD低达10-10 mol/L数量级。其中亚精胺和腐胺的LOD较毛细管电泳-激光诱导荧光法[ 12 ](亚精胺:1.92 nmol/L, 腐胺:1.80 nmol/L)低一个数量级;其中亚精胺和组胺的LOD较HPLC-MS法[ 8 ](亚精胺:39.9 nmol/L, 组胺:15.3 nmol/L)低两个数量级。

2.4 重复性和加标回收率

以50 nmol/L的FITC衍生化生物胺连续进样5次,亚精胺、腐胺和组胺保留时间的RSD分别为0.23% 、0.13% 、0.11% ;峰面积的RSD分别为0.47% 、1.42% 、2.83% 。

以某矿泉水成品水为样品,添加3种生物胺标准品至浓度为20 nmol/L,然后进行衍生后进样分析。亚精胺、腐胺和组胺的平均加标回收率分别为104.7% 、107.76%和94.99% , RSD(n=3)分别为0.08% 、0.33%和0.16% 。

2.5 实际水样检测

取某矿泉水厂原水、成品水和矿泉水厂当地的地表水,分别衍生后进样分析。结果如图3所示,3种水样中均未检测到亚精胺、腐胺或组胺。由结果可以看出,利用LIFD的高选择性和高灵敏度可排除大量非荧光杂质的干扰,实现了水样直接进行衍生后进样分析,而不需其他前处理,缩短了样品分析时间。

图 3 实际水样的色谱图 Fig. 3 Chromatograms of the real water samples a. spiked sample (50 nmol/L); b. blank; c. source water of a mineral water factory; d. mineral water product; e. ground surface water.
Gradient program: 0-2-8-8.1 min, 10%B-15%B-17%B-50%B; other conditions were the same as in Fig. 1.
1. spermidine; 2. putrescine; 3. histamine.
2.6 茶叶中胺类物质分析

茶叶中含有大量有生物活性的生物碱,具有抗衰老、抗肿瘤等作用。这些生物碱往往都是含有氨基的胺类物质,以热水浸泡茶叶,是提取茶叶中胺类物质的有效方式,Saito等[ 13 ]用80 ℃水提取浸泡茶叶,研究了提取液中的咖啡因等物质,黄晓佳等[ 14 ]用沸水提取并研究了茶叶中的嘌呤碱。我们按照1.2节方法,用沸水提取大红袍(红茶)、正山小种(红茶)、竹春芽(花茶)、二次茶(各种茶叶提取后晾干所得)、散装龙井(绿茶)、龙井(1和2),并用FITC衍生,对胺类物质进行了分析。经衍生后,茶叶中的蛋白质、氨基酸、茶叶碱和其他含有伯氨基团的胺类物质均会发射与检测器匹配的荧光,能用LIFD进行检测,结果见图4。

图 4 7种茶水中胺类物质的色谱图 Fig. 4 Chromatograms of the amines in the seven tea samples a. Dahongpao tea; b. Zhengshan xiaozhong tea; c. Zhuchunya tea; d. used tea; e. dragon well tea in bulk; f. dragon well tea 1; g. dragon well tea 2.
Gradient program: 0-15-25 min, 5%B-20%B-50%B. Other conditions were the same as in Fig. 1.

由图4可以看出,7种茶水色谱图中色谱峰分布基本一致,有少数色谱峰强度存在差异,说明其中所含胺类物质种类基本一致。

3 结论

以FITC为衍生试剂,结合新型激光诱导荧光检测器串联HPLC, 建立了微量胺类物质的检测方法。在优化的条件下,亚精胺、腐胺和组胺的FITC衍生物在13 min内得到了良好分离,检出限达到10-10 mol/L数量级。方法稳定性好,回收率在94.99% ~104.7%之间,并成功用于实际水样中生物胺的检测。进一步将该方法用于不同茶叶提取的茶水中胺类物质的分析,取得了较好的结果。该方法简单可靠,且灵敏度高,可用于水样中微量胺类物质的分析。

参考文献
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