2022年全二维色谱精品应用和成果展示

2023-02-17 19:16:34, 老白雪景电子科技（上海）有限公司

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令人难忘的2022年终于过去了，在这一年里，很多人正常的工作和生活方式受到了干扰和影响。但我们还是欣喜地看到，即使在如此艰难的条件下，很多科研团队还是做出了非常出色的科研成果。在这个辞旧迎新的日子里，我们精心挑选了几篇有代表性的论文，希望能给大家的研究有所启发，欢迎大家提出宝贵意见和建议。

（排名不分先后）

全二维气质和嗅闻联用技术综述

Mingguang Yu, Ping Yang, Huanlu Song, Xiaosheng Guan, Research progress in comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass spectrometry and its combination with olfactometry systems in the flavor analysis field, Journal of Food Composition and Analysis,114 (2022) 104790

食品风味是决定一种食品是否受消费者欢迎的重要因素，因此针对风味的全面而准确的分析是食品探索研究中至关重要的内容。这篇综述系统性阐述了近年来在食品风味研究中广泛使用的全二维气相色谱技术（GCxGC）的原理、发展过程、以及典型应用，特别关注了其与传统的嗅闻技术（GC-O）的联用，这有助于将全二维色谱的高分离能力和人类鼻子的高灵敏度高选择性完美结合起来。最后，文章提出了一种创新的可切换式一维全二维气相色谱质谱和嗅闻联用技术（SGC/GCxGC-MS-O) 及其应用案例。

点评：北京工商大学的宋焕禄教授团队一直致力于推动创新的分析技术在食品风味研究中的应用，2019年以来，开创性地将全二维色谱技术（GCxGC）和嗅闻技术（GC-O）结合起来，实现了在一维全二维之间快速切换，并且两种模式下都可以同时使用嗅闻检测。利用该技术，对包括茶叶、肉汤、酱油、调料、果汁、奶粉等多种食品进行了全面的风味解析，发表了多项重要成果。在2022年他们发表的众多论文中，我们特地选择这篇综述，作为宋老师课题组近年来在全二维应用的一个阶段总结，里面包含了很多全二维技术的基础知识、发展历史、和典型应用，也涉及到更高端的扩展模式的开发和实践。可以说，不论是全二维技术的初学者，还是有一定经验的科研人员，都是非常有帮助的。读完以后，如果大家意犹未尽，还可以参考以下来自他们团队的应用论文。

Ping Yang, Huanlu Song, et. al., Differences of characteristic aroma compounds in Rougui tea leaves with different roasting temperatures analyzed by switchable GC-O-MS and GC × GC-O-MS and sensory evaluation, Food & Function, 12, (2021) 4797-4807

Mingguang Yu, Suyan Wan, et. al., Sensory-Based Identification of Aroma-Active Compounds in Hotpot Seasoning before and after Boiling, Molecules, 26 (2021) 5727.

Long Tang, Yuanyuan Zhang, et. al., Switchable GC/GC × GC–olfactometry–mass spectrometry system for the analysis of aroma components of infant formula milk-based on cow and goat milk, Journal of Food Composition and Analysis,112,

(2022) 104709

Mu Zhao, Ting Li, et. al., Characterization of key aroma-active compounds in Hanyuan Zanthoxylum bungeanum by GC-O-MS and switchable GC × GC-O-MS, Food Chemistry, 385 (2022) 132659,

Mingguang Yu, Ting Li, Huanlu Song, Characterization of key aroma-active compounds in four commercial oyster sauce by SGC/GC × GC–O–MS, AEDA, and OAV, Journal of Food Composition and Analysis, 107 (2022) 104368

Xiaojun Wang, Qi Meng, Huanlu Song, Characterization of odor-active compounds in high-salt liquid-state soy sauce after cooking, Food Chemistry, 373B (2022) 131460

Fan Yang, Ye Liu, et. al., Screening of the volatile compounds in fresh and thermally treated watermelon juice via headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry and comprehensive two-dimensional gas chromatography-olfactory-mass spectrometry analysis, LWT-Food Science and Technology, 137 (2021) 110478

炼油废水中环烷酸的测定

Chenyu Qian,,Changgang Li, Tong Zhan, Cai Wang, Zhangmin Xiang, Determination of Naphthenic Acids in Oil Sand Processed Water by Two-Dimensional Gas Chromatography with Quadrupole Time-of-Flight Mass Spectrometry (2D GC-QTOFMS), Analytical Letters, 55 (2022) 24-31.

环烷酸（Naphthenic Acid）是石油炼化厂排放废水中重要的污染物质，但对这种物质的检测非常困难，主要由于基质复杂，而且环烷酸异构体众多，难以分离。本研究基于全二维气相色谱的高分离能力和Q-TOF质谱的高分辨能力，成功开发了废水中44种环烷酸的定量测定方法（衍生化之后），排除了基质干扰，有效分离了多种环烷酸的同分异构体。其定量结果的线性、重复性均满足要求，灵敏度明显优于传统方法。

点评：中国广州分析测试中心的向章敏团队也是全二维技术的积极实践者和开拓者。他们分析的范围更加广泛，从食品风味、香精香料、到石油化工，环境检测，以及代谢组学，都有所涉及。近几年也是成果斐然。大家可以参考下面的文章列表，解锁更多应用。

Xueqian Zhou, Bozhong Chen, et. al., Determination of Terpenes in Traditional Chinese Medicine (TCM) by Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC × GC) Coupled to High-Resolution Quadrupole Time-of-Flight Mass Spectrometry (QTOFMS) with Orthogonal Partial Least Squares – Discrimination Analysis (OPLS-DA), Analytical Letters, 55 (2022) 2621-2638.

Xiang Z, Chen X, et. al., Analysis of volatile components in Dalbergia cochinchinensis Pierre by a comprehensive two dimensional gas chromatography with mass spectrometry method using a solid state-modulator. Journal of Separation Sciences, 41 (2018) 4315.

Chenyu Qian, Wenxuan Quan, et. al., Analysis of volatile terpenoid compounds in Rhododendron species by multidimensional gas chromatography with quadrupole time-of-flight mass spectrometry, Microchemical Journal, 149 (2019) 104064

Zhangmin Xiang, Xiaotian Chen, et. al., Determination of volatile flavors in fresh navel orange by multidimensional gas chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry, Analytical Letters, 53 (2020), 614-626.

Fang, S., Liu, S., et. al., Recognition of pathogens in food matrixes based on the untargeted in vivo microbial metabolite profiling via a novel SPME/GC × GC-QTOFMS approach, Food Research International, 142 (2021) 110213

Liu, S., Fang, S., et. al., Combined effect of microplastics and DDT on microbial growth: A bacteriological and metabolomics investigation in Escherichia coli, Journal of Hazardous Materials, 407 (2021) 124849

机器学习助力再生塑料的筛查和鉴别

Hanke Li, Xuefeng Wu, Siliang Wu, Lichang Chen, Xiaoxue Kou, Ying Zeng, Dan Li, Qinbao Lin, Huaining Zhong, Tianying Hao, Ben Dong, Sheng Chen, Jianguo Zheng, Machine learning directed discrimination of virgin and recycled poly(ethylene terephthalate) based on non-targeted analysis of volatile organic compounds, Journal of Hazardous Materials, 436 (2022) 129116

回收PET塑料的安全性和污染风险是目前塑料回收行业必须要面对的问题。本研究利用顶空固相微萃取-全二维气相色谱-四极杆飞行时间质谱联用（HS-SPME-GCxGC-QTOF）技术，对127个批次的回收和原生塑料样品进行全面分析，得到总共1247种挥发性有机物组分并进行半定量。基于该结果，经过随机森林（Random Forest）和支持向量机（Support Vector Machine）算法训练后，对未知塑料样品的鉴别可达到接近100%成功率。该成果表明机器学习算法结合强大的非靶向分析技术，有望解决困扰已久的回收塑料质量管理和掺假识别等难题，为食品接触塑料回收业的健康发展提供重要技术支撑。

点评：这篇来自广州海关技术中心的文章可以算是2022年最具“热点”的成果之一了。首先，随着全球低碳经济的开启和我国“双碳”政策的推行，很多化工材料企业纷纷开展塑料回收业务。但回收塑料的质量和安全如何监管，也一直是个难题。GCxGC-QTOF强大的分离能力可以一次性分析出塑料里面上千种挥发性化合物，但如何在海量的信息里快速鉴别和分类，得到准确的信息呢？近年来大名鼎鼎的机器学习登场了，多样的算法和成熟的技术可以让我们更好地对全二维色谱产生的大量数据进行处理。现在很多团队（也包括我们）也正在重点研究人工智能在色谱数据处理上的应用，希望能尽快给大家带来最新的成果。

大气颗粒物非优控多环芳烃的重要贡献

Zhaojin An, Xue Li, YI Yu, Fengkui Duan, Jingkun Jiang, Large contribution of non-priority PAHs in atmospheric fine particles Insights from time-resolved measurement and nontarget analysis, Environment International, 163 (2022) 107193

本研究对重污染时期的北京城市大气PM2.5进行了多天的连续在线监测（时间分辨率为2小时），重点针对多环芳烃组分进行了非靶向定量分析。共检测出并定量了85种多环芳烃组分（PAHs）。研究发现除了16种USEPA优先控制的PAHs组分外，其他非优控PAHs可以占到高达43.3%的总PAHs浓度，以及40.8%的潜在健康风险。另外，高污染条件下的PAHs瞬时浓度会比平均浓度高很多。研究表明，为更好地了解大气颗粒物污染过程及其健康危害，有必要进一步扩展优先控制的多环芳烃名单，并针对这些化合物开展长期的在线实时观测，以便认识其在大气中的时空分布和健康危害。

点评：这是清华大学的蒋靖坤教授团队的又一篇力作。他们开发的基于固态热调制全二维色谱的在线气溶胶热脱附色谱质谱仪（2D-Q-TAG），打破国外垄断，填补国内空白，成功应用于环境大气颗粒物的在线监测，近年来在重要学术期刊上发表了很多重要的成果。

Xue Li, Zhaojin An, et. al., Dynamic variations of phthalate esters in PM2.5 during a pollution episode, Science of The Total Environment, 810 (2022) 152269

Zhaojin An, Xue Li, et. al., Frontier review on comprehensive two-dimensional gas chromatography for measuring organic aerosol, Journal of Hazardous Materials Letters, 100013,

An Z, Ren H, et al., Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography Mass Spectrometry with a Sold-state Thermal Modulator for In-situ Speciated Measurement of Organic Aerosols, Journal of Chromatography A, 1625 (2020) 461336

东坡肉加工过程中的风味变化

Weili Li, Lanting Zheng, Yue Xiao, Liangchao Li, Ning Wang, Zhenming Che, Tao Wu, Insight into the aroma dynamics of Dongpo pork dish throughout the production process using electronic nose and GC×GC-MS, LWT-Food Science and Technology, 169 (2022) 113970

东坡肉是中国著名菜肴，以其独特的口感和风味受到许多消费者的喜爱。本研究使用电子鼻和全二维气相色谱质谱联用（GCxGC-MS）对东坡肉加工过程中的风味变化进行了研究。两种分析方法都表明油炸和蒸制过程对风味形成有重要作用。总共发现了111种挥发物质，其中59种为重要风味组分，这些物质是通过脂肪降解和美拉德反应生成。醛类物质和2，3-丙二酮被确定为东坡肉加工过程中的关键香气贡献者。

点评：这是西华大学最近的成果之一，他们的调味品和风味研究非常有特色，也聚集了一批年轻有朝气，非常有创造力的科研团队。相信未来一定有更多的成果涌现出来。看他们的研究成果，是不是觉得特别的接地气。毕竟，美食是所有人永远的话题。好了就到这里吧，口水都快流下来了。

最后，感谢上述成果的团队付出的辛勤劳动

也衷心祝愿所有读者朋友们

虎跃前程去

兔携好运来

在新的一年里

万事如意，成果满满

END

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