趙艷輝，才洪冰

（1.武城縣檢驗檢測中心，山東武城253300；2.武城縣質量技術監(jiān)督局，山東武城253300）

近年來，農業(yè)生產過程中農藥的不合理使用問題時有發(fā)生，食品農藥殘留超標現(xiàn)象非常普遍，引發(fā)了一些食品安全事件和國際貿易糾紛，消費者對農殘問題的關注度與日俱增。為保證消費者的身體健康，維護市場的正常運作，需要對農殘進行有效的檢測。食品中農殘分析的要求很高，主要是基于以下原因：一方面，食品基質組份很復雜，對農殘的檢測干擾很大，對檢測儀器的抗干擾能力要求很高。另一方面，農殘的含量多數(shù)是痕量或超痕量的，這對儀器的靈敏度和檢出限有非常高的要求；此外，食品的相關標準越來越嚴格，對農藥最大殘留限量標準亦是如此。質譜是帶電粒子按質荷比大小順序排列的圖譜，質譜技術是先進的分析技術，靈敏度高、精確度高，適合復雜基質的分析，已廣泛應用于醫(yī)學、生物化學等學科，是結構和成分分析中不可缺少的工具。

1 質譜檢測的原理及關鍵構件

質譜最初主要用來測定元素或同位素的原子量。隨著科學的發(fā)展及高性能質譜儀器的出現(xiàn)，質譜被越來越多地應用于生命科學研究的許多領域。19世紀末，科學家發(fā)現(xiàn)正電子能夠在磁場中偏轉，為質譜技術提供了技術支持。1910年第一臺質譜儀問世，隨著質量分析器、離子化手段的發(fā)展，質譜技術得到了飛速發(fā)展，使得質譜在復雜有機混合物分析方面占有獨特的地位。

1.1 原理

質譜的主要原理是利用高速電子轟擊樣品中的氣態(tài)分子或原子，使之離子化，不同質荷比的離子在磁場的作用下因運動軌跡不同而分開，先后進入檢測器形成離子信號，經轉換讀取，得到質譜圖。質譜圖上根據(jù)出峰時間和峰高，對物質進行定性和定量分析。

1.2 組成

質譜儀主要有進樣系統(tǒng)、離子源、檢測器、質量分析器、真空系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)六大系統(tǒng)組成，其中最重要的兩個部分是離子源和質量分析器。

1.2.1 離子源

離子源的作用有兩個，即使樣品物質電離和把離子引出、加速和聚焦。離子源的種類很多，主要有以下幾種。（1）電子轟擊電離源（EI）

EI主要采用直熱式陰極發(fā)射的電子轟擊氣態(tài)的分子或原子，使其電離；主要適用于氣體或易揮發(fā)固體試樣的分析，不適宜非揮發(fā)或難揮發(fā)試樣的分析。EI產生的離子碎片多，利于后期的結構分析。

（2）化學電離源（CI）

CI是通過分子－離子反應使樣品電離的方法，電離中需要反應氣體。CI源得到的離子多數(shù)是準分子離子（[M+H]＋），分子斷裂的碎片較少，利于測定化合物的分子量，不利于化合物的結構分析。相比EI，CI的電離緩沖介質增加了CH4，高能電子束的能量吸收后，通過離子作用到樣品分子上，多用于不穩(wěn)定的樣品分子。

（3）快原子轟擊源（FAB）

FAB利用快速高能原子轟擊樣品分子，使其電離，得到準分子離子峰。當有金屬鹽存在時得到[M+Na]+、[M+K]+等，同時可得到一些碎片離子，利于結構分析。FAB適于分析難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定、強極性的化合物。

（4）場解吸源（FD）

FD采用強電場使試樣分子或原子不經汽化直接被電離，通常得到M＋或[M+H]＋，當有痕量鹽存在時，得到[M+Na]+、[M+K]+等。FD適于測定熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)的化合物的分子量。

（5）電噴霧離子源（ESI）

ESI是一種新發(fā)展起來的“軟電離”質譜技術，具有產生的電荷離子多、對某些極性合物電離的效率高（對蛋白質接近100%）、軟電離等特性。通過碰撞誘導裂解產生的碎片可以進行分子的結構分析，能快速、正確地測定有機分子的分子量，適合分析極性、易熱分解、高分子量化合物，已經廣泛應用到生命科學、醫(yī)藥等領域。

（6）大氣壓化學電離源（APCI）

APCI是將化學電離原理延伸到大氣壓下進行的電離方法。主要是分析中等極性以上的化合物，可用于進行藥物及代謝產物等的分析。

1.2.2 質量分析器

質量分析器是質譜儀的核心組成，它是利用電磁場的作用，將不同質荷比的離子按時間先后、空間位置或運動軌道穩(wěn)定與否等形式進行分離的裝置，按照原理可以劃分為四級桿質量分析器，飛行時間質量分析器等幾種。

（1）四極桿質量分析器

四極桿質量分析器屬于動態(tài)質譜，由四根嚴格平行、與中心軸等間距的棒狀電極組成，通過施加不同的電壓，形成動態(tài)電場，離子在電場中只有一部分有穩(wěn)定震蕩，能通過四極場；其余處于不穩(wěn)定區(qū)的離子振幅不斷增大，最后碰到四極桿而被抽走。

四極桿質量分析器僅有電場（無磁場），因此結構簡單、重量輕、價格低廉，對入射離子能量要求低。一些結構簡單、靈敏度高的離子源或二次離子可用此方法進行檢測，掃描速度快，靈敏度和分辨率可以調整滿足不同離子分析的要求。目前四極桿質譜技術是目前較成熟、應用較廣泛的小型質譜之一，廣泛應用到分析化學、生命科學等眾多領域。

（2）飛行時間質量分析器（TOF）

TOF是利用帶電離子（初始能量相同）漂移一段固定的路程所用的時間的差別來實現(xiàn)對不同質量離子的鑒別，多用于定性鑒別。在離子源中產生的離子被加速獲得相等的動能，以脈沖方式進入飛行區(qū)，在動能和電場作用下繼續(xù)飛行，質荷比較小的離子飛行時間短，質荷比較大的離子飛行時間長，從而使不同質荷比的離子分離。飛行時間質量分析器的優(yōu)點是工作效率高，可測定的質量范圍寬，靈敏度高，可作全自動定性鑒定；其缺點是需要脈沖電離方法或離子脈沖方法進入飛行區(qū)。飛行時間質譜儀具有高靈敏度、高分辨率和高質量精度分析能力，被廣泛運用到農藥殘留的檢測分析中。

（3）離子阱質量分析器（IT）

IT由環(huán)形電極和上下兩個端蓋電極構成。IT用高頻交流電把離子限制在離子阱里，然后用離子的特征電壓分別將其推出離子阱，到檢測器中進行檢測。離子阱是時間上的串聯(lián)質譜，單一的離子阱可實現(xiàn)多級串聯(lián)質譜。

（4）傅里葉轉換-離子回旋加速共振（FT-ICR）

FT-ICR的不同分析器在靈敏度、分辨率和精確度方面存在差異。離子阱的靈敏度較低，而四極桿靈敏度要高于離子阱，但價格較高，限制了其廣泛使用。飛行時間質量分析器在飛行過程中離子丟失較多，其靈敏度低于四極桿檢測器。FT-ICR被認為是靈敏度最高的檢測器。

2 農殘檢測常用的質譜方法

目前農藥殘留多采用質譜檢測，質譜已成為農殘分析中的的主導技術。其中應用較廣泛的有氣相色譜-質譜、液相色譜-質譜兩種。

2.1 氣相色譜-串聯(lián)質譜法（GC-MS/MS）

氣相色譜分離效能高，一次進樣可分離百余種農藥，而質譜定性準確、抗干擾能力強、靈敏度高，能夠分析復雜基質中的農藥殘留。氣相色譜與質譜聯(lián)用可以更好地發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，有效地排除基質干擾，簡化前處理過程，提高檢測效率，可以分析果蔬菜、動物源食品及其加工品等復雜基質中的農殘。果蔬中的農殘大都是低沸點、易揮發(fā)的物質，如擬除蟲菊酯類、有機氯農藥等。近年來采用GC-MS/MS進行農殘檢測的報道很多。劉勝男等[1]利用GC-MS法同時測定了果蔬中24種農藥殘留，結果顯示該方法前處理過程簡單、快速、靈敏度高、重現(xiàn)性好，適用于果蔬中多種農藥殘留的同時快速測定。

茶葉中的有機磷、有機氯和除蟲菊酯常用GC-MS來測定。常用的檢測器有電子捕獲檢測器、火焰光度檢測器和氮磷檢測器3類。曾小星等人[2]采用GC-MS測定茶葉中18種有機氯、9種擬除蟲菊酯類農藥殘留，方法快速、靈敏、準確、可靠。

2.2 液相色譜-串聯(lián)質譜法（LC-MS/MS）

對于一些極性強、不易揮發(fā)、熱穩(wěn)定性差而不適于采用氣相色譜進行分析的農藥，如苯氧羧酸類、磺酰脲類等除草劑，通常采用液相色譜進行測定。隨著液相色譜-質譜聯(lián)用（LC-MS）技術的逐步發(fā)展，LC-MS成為分析這類化合物的有效方法，不僅如此，LC-MS同樣也適用于那些可采用GC-MS分析的農藥，且通常比GC-MS具有更高的靈敏度。串聯(lián)質譜技術的抗干擾能力強、靈敏度高、定性準確，因此已有越來越多的研究者選擇采用 LCMS/MS技術進行農藥多殘留分析，并成為當前主要的研究熱點和應用方向。李蓉[3]建立了高效液相色譜-串聯(lián)質譜分析方法檢測黃瓜、菜心、葡萄、香蕉中有機磷、氨基甲酸酯類、三唑類、三嗪類、煙堿類、酰胺類等127種農藥殘留，處理簡單快速、分析速度快、靈敏度高，適用于果蔬中多種農藥殘留的檢測。

3 影響質譜分析的前處理技術

樣品前處理是農藥殘留檢測過程中的一個非常重要的環(huán)節(jié)，因為農藥殘留種類較多，且含量低，處理上的細微差異就會影響分析結果的準確性。樣品前處理是通過將樣品制備、提取、濃縮和凈化，處理成適合上機檢測的溶液狀態(tài)，最大限度地減少農藥的損失，保證檢測結果的準確性。隨著檢測技術地不斷發(fā)展，樣品前處理技術也在不斷發(fā)展。目前農殘檢測中常用的前處理方法有消化、溶劑萃取、凝膠滲透色譜、固相萃取和QuEChERS等。

3.1 溶劑萃取技術

溶劑萃取技術是根據(jù)相似相溶的原理，采用有機溶劑進行提取，配合均質、振蕩和超聲波等提取手段，適用于幾乎所有樣品和各類農藥殘留的提取，尤其適用于含水量較高的蔬菜和水果樣本的提取。優(yōu)點是快速提取、效率高、操作簡單；缺點是有機溶劑耗費多、有殘留，易造成污染；提取工藝往往采用高溫，熱敏感劑易分解。王春利等[4]建立了白酒中10種農藥殘留的液液萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用的檢測方法，樣品采用正己烷萃取，無需凈化。

3.2 凝膠滲透色譜

凝膠滲透色譜是利用化合物分子大小的差別而對其進行分離的一種液相色譜技術，適合于高油脂含量復雜基質樣品的前期凈化，可較好地去除動物樣品或大豆樣品中的油脂。近年來，自動化的凝膠滲透色譜設備已經研制成功并得到應用，使凈化操作更為簡便。在采用凝膠滲透色譜凈化時，通常使用乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶劑或二氯甲烷作為流動相。

3.3 固相萃取

固相萃取是根據(jù)不同化合物在吸附劑上的吸附性能不同，通過調整淋洗劑的強度和極性，對目標化合物與干擾物進行選擇性分離的凈化方法。固相萃取有正相固相萃取和反相固相萃取兩種方式。柱中填料是極性的為正相，填料是非極性或弱極性的為反相?？梢罁?jù)樣品基質和農藥性質的差異選擇吸附劑，如采用石墨化碳黑吸附色素、C18吸附非極性雜質、氧化鋁吸附強極性雜質等。何桂華等[5]針對目前動物產品中有機氯、擬除蟲菊酯殘留檢測干擾嚴重，必須進行繁瑣的酸消化、硫酸磺化樣品前處理問題，研究了全自動固相萃取技術對動物產品中17種有機氯、擬除蟲菊酯殘留檢測的樣品前處理方法，對提取溶劑、固相萃取柱、淋洗液、洗脫溶劑及儀器分析條件進行了優(yōu)化選擇，建立了高效、快速、經濟、安全的動物產品中有機氯、擬除蟲菊酯殘留同時檢測的全自動固相萃取凈化方法。

3.4 QuEChERS方法

近年來，QuEChERS方法是農藥殘留分析的主要前處理方法，尤其是蔬菜、水果等含水量較高的樣品，該法已成為美國和歐盟等國家和地區(qū)農殘分析指定的樣品前處理方法。它是在固相萃取和基質固相分散基礎上發(fā)展起來的，采用乙腈或乙腈緩沖鹽體系，對樣本進行渦旋振蕩提取，用PSA、GCB或C18組成的混合吸附劑對提取液進行凈化。該方法高效、經濟、安全，操作簡便，與質譜聯(lián)用靈敏度很高，能檢測出大部分農藥殘留。林濤等[6]利用QuEChERS-超高效液相色譜-串聯(lián)質譜技術，建立了蔬菜中常見的隱性農藥、禁限用農藥、植物生長調節(jié)劑等檢出率較高的41種農藥殘留的測定方法。