趙艷輝，才洪冰

（1.武城縣檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東武城253300；2.武城縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，山東武城253300）

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中農(nóng)藥的不合理使用問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，食品農(nóng)藥殘留超標(biāo)現(xiàn)象非常普遍，引發(fā)了一些食品安全事件和國(guó)際貿(mào)易糾紛，消費(fèi)者對(duì)農(nóng)殘問(wèn)題的關(guān)注度與日俱增。為保證消費(fèi)者的身體健康，維護(hù)市場(chǎng)的正常運(yùn)作，需要對(duì)農(nóng)殘進(jìn)行有效的檢測(cè)。食品中農(nóng)殘分析的要求很高，主要是基于以下原因：一方面，食品基質(zhì)組份很復(fù)雜，對(duì)農(nóng)殘的檢測(cè)干擾很大，對(duì)檢測(cè)儀器的抗干擾能力要求很高。另一方面，農(nóng)殘的含量多數(shù)是痕量或超痕量的，這對(duì)儀器的靈敏度和檢出限有非常高的要求；此外，食品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)農(nóng)藥最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn)亦是如此。質(zhì)譜是帶電粒子按質(zhì)荷比大小順序排列的圖譜，質(zhì)譜技術(shù)是先進(jìn)的分析技術(shù)，靈敏度高、精確度高，適合復(fù)雜基質(zhì)的分析，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科，是結(jié)構(gòu)和成分分析中不可缺少的工具。

1 質(zhì)譜檢測(cè)的原理及關(guān)鍵構(gòu)件

質(zhì)譜最初主要用來(lái)測(cè)定元素或同位素的原子量。隨著科學(xué)的發(fā)展及高性能質(zhì)譜儀器的出現(xiàn)，質(zhì)譜被越來(lái)越多地應(yīng)用于生命科學(xué)研究的許多領(lǐng)域。19世紀(jì)末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)正電子能夠在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，為質(zhì)譜技術(shù)提供了技術(shù)支持。1910年第一臺(tái)質(zhì)譜儀問(wèn)世，隨著質(zhì)量分析器、離子化手段的發(fā)展，質(zhì)譜技術(shù)得到了飛速發(fā)展，使得質(zhì)譜在復(fù)雜有機(jī)混合物分析方面占有獨(dú)特的地位。

1.1 原理

質(zhì)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(zhì)荷比的離子在磁場(chǎng)的作用下因運(yùn)動(dòng)軌跡不同而分開(kāi)，先后進(jìn)入檢測(cè)器形成離子信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換讀取，得到質(zhì)譜圖。質(zhì)譜圖上根據(jù)出峰時(shí)間和峰高，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。

1.2 組成

質(zhì)譜儀主要有進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、檢測(cè)器、質(zhì)量分析器、真空系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)六大系統(tǒng)組成，其中最重要的兩個(gè)部分是離子源和質(zhì)量分析器。

1.2.1 離子源

離子源的作用有兩個(gè)，即使樣品物質(zhì)電離和把離子引出、加速和聚焦。離子源的種類(lèi)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(chǎn)生的離子碎片多，利于后期的結(jié)構(gòu)分析。

（2）化學(xué)電離源（CI）

CI是通過(guò)分子－離子反應(yīng)使樣品電離的方法，電離中需要反應(yīng)氣體。CI源得到的離子多數(shù)是準(zhǔn)分子離子（[M+H]＋），分子斷裂的碎片較少，利于測(cè)定化合物的分子量，不利于化合物的結(jié)構(gòu)分析。相比EI，CI的電離緩沖介質(zhì)增加了CH4，高能電子束的能量吸收后，通過(guò)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(zhǔn)分子離子峰。當(dāng)有金屬鹽存在時(shí)得到[M+Na]+、[M+K]+等，同時(shí)可得到一些碎片離子，利于結(jié)構(gòu)分析。FAB適于分析難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定、強(qiáng)極性的化合物。

（4）場(chǎng)解吸源（FD）

FD采用強(qiáng)電場(chǎng)使試樣分子或原子不經(jīng)汽化直接被電離，通常得到M＋或[M+H]＋，當(dāng)有痕量鹽存在時(shí)，得到[M+Na]+、[M+K]+等。FD適于測(cè)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(lái)的“軟電離”質(zhì)譜技術(shù)，具有產(chǎn)生的電荷離子多、對(duì)某些極性合物電離的效率高（對(duì)蛋白質(zhì)接近100%）、軟電離等特性。通過(guò)碰撞誘導(dǎo)裂解產(chǎn)生的碎片可以進(jìn)行分子的結(jié)構(gòu)分析，能快速、正確地測(cè)定有機(jī)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(jīng)廣泛應(yīng)用到生命科學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

（6）大氣壓化學(xué)電離源（APCI）

APCI是將化學(xué)電離原理延伸到大氣壓下進(jìn)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(jìn)行藥物及代謝產(chǎn)物等的分析。

1.2.2 質(zhì)量分析器

質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心組成，它是利用電磁場(chǎng)的作用，將不同質(zhì)荷比的離子按時(shí)間先后、空間位置或運(yùn)動(dòng)軌道穩(wěn)定與否等形式進(jìn)行分離的裝置，按照原理可以劃分為四級(jí)桿質(zhì)量分析器，飛行時(shí)間質(zhì)量分析器等幾種。

（1）四極桿質(zhì)量分析器

四極桿質(zhì)量分析器屬于動(dòng)態(tài)質(zhì)譜，由四根嚴(yán)格平行、與中心軸等間距的棒狀電極組成，通過(guò)施加不同的電壓，形成動(dòng)態(tài)電場(chǎng)，離子在電場(chǎng)中只有一部分有穩(wěn)定震蕩，能通過(guò)四極場(chǎng)；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(zhì)量分析器僅有電場(chǎng)（無(wú)磁場(chǎng)），因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格低廉，對(duì)入射離子能量要求低。一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高的離子源或二次離子可用此方法進(jìn)行檢測(cè)，掃描速度快，靈敏度和分辨率可以調(diào)整滿(mǎn)足不同離子分析的要求。目前四極桿質(zhì)譜技術(shù)是目前較成熟、應(yīng)用較廣泛的小型質(zhì)譜之一，廣泛應(yīng)用到分析化學(xué)、生命科學(xué)等眾多領(lǐng)域。

（2）飛行時(shí)間質(zhì)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(shí)間的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同質(zhì)量離子的鑒別，多用于定性鑒別。在離子源中產(chǎn)生的離子被加速獲得相等的動(dòng)能，以脈沖方式進(jìn)入飛行區(qū)，在動(dòng)能和電場(chǎng)作用下繼續(xù)飛行，質(zhì)荷比較小的離子飛行時(shí)間短，質(zhì)荷比較大的離子飛行時(shí)間長(zhǎng)，從而使不同質(zhì)荷比的離子分離。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的優(yōu)點(diǎn)是工作效率高，可測(cè)定的質(zhì)量范圍寬，靈敏度高，可作全自動(dòng)定性鑒定；其缺點(diǎn)是需要脈沖電離方法或離子脈沖方法進(jìn)入飛行區(qū)。飛行時(shí)間質(zhì)譜儀具有高靈敏度、高分辨率和高質(zhì)量精度分析能力，被廣泛運(yùn)用到農(nóng)藥殘留的檢測(cè)分析中。

（3）離子阱質(zhì)量分析器（IT）

IT由環(huán)形電極和上下兩個(gè)端蓋電極構(gòu)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(cè)器中進(jìn)行檢測(cè)。離子阱是時(shí)間上的串聯(lián)質(zhì)譜，單一的離子阱可實(shí)現(xiàn)多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜。

（4）傅里葉轉(zhuǎn)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(jià)格較高，限制了其廣泛使用。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器在飛行過(guò)程中離子丟失較多，其靈敏度低于四極桿檢測(cè)器。FT-ICR被認(rèn)為是靈敏度最高的檢測(cè)器。

2 農(nóng)殘檢測(cè)常用的質(zhì)譜方法

目前農(nóng)藥殘留多采用質(zhì)譜檢測(cè)，質(zhì)譜已成為農(nóng)殘分析中的的主導(dǎo)技術(shù)。其中應(yīng)用較廣泛的有氣相色譜-質(zhì)譜、液相色譜-質(zhì)譜兩種。

2.1 氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS）

氣相色譜分離效能高，一次進(jìn)樣可分離百余種農(nóng)藥，而質(zhì)譜定性準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，能夠分析復(fù)雜基質(zhì)中的農(nóng)藥殘留。氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用可以更好地發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，有效地排除基質(zhì)干擾，簡(jiǎn)化前處理過(guò)程，提高檢測(cè)效率，可以分析果蔬菜、動(dòng)物源食品及其加工品等復(fù)雜基質(zhì)中的農(nóng)殘。果蔬中的農(nóng)殘大都是低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的物質(zhì)，如擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)、有機(jī)氯農(nóng)藥等。近年來(lái)采用GC-MS/MS進(jìn)行農(nóng)殘檢測(cè)的報(bào)道很多。劉勝男等[1]利用GC-MS法同時(shí)測(cè)定了果蔬中24種農(nóng)藥殘留，結(jié)果顯示該方法前處理過(guò)程簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高、重現(xiàn)性好，適用于果蔬中多種農(nóng)藥殘留的同時(shí)快速測(cè)定。

茶葉中的有機(jī)磷、有機(jī)氯和除蟲(chóng)菊酯常用GC-MS來(lái)測(cè)定。常用的檢測(cè)器有電子捕獲檢測(cè)器、火焰光度檢測(cè)器和氮磷檢測(cè)器3類(lèi)。曾小星等人[2]采用GC-MS測(cè)定茶葉中18種有機(jī)氯、9種擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)農(nóng)藥殘留，方法快速、靈敏、準(zhǔn)確、可靠。

2.2 液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（LC-MS/MS）

對(duì)于一些極性強(qiáng)、不易揮發(fā)、熱穩(wěn)定性差而不適于采用氣相色譜進(jìn)行分析的農(nóng)藥，如苯氧羧酸類(lèi)、磺酰脲類(lèi)等除草劑，通常采用液相色譜進(jìn)行測(cè)定。隨著液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）技術(shù)的逐步發(fā)展，LC-MS成為分析這類(lèi)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(nóng)藥，且通常比GC-MS具有更高的靈敏度。串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、定性準(zhǔn)確，因此已有越來(lái)越多的研究者選擇采用 LCMS/MS技術(shù)進(jìn)行農(nóng)藥多殘留分析，并成為當(dāng)前主要的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用方向。李蓉[3]建立了高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜分析方法檢測(cè)黃瓜、菜心、葡萄、香蕉中有機(jī)磷、氨基甲酸酯類(lèi)、三唑類(lèi)、三嗪類(lèi)、煙堿類(lèi)、酰胺類(lèi)等127種農(nóng)藥殘留，處理簡(jiǎn)單快速、分析速度快、靈敏度高，適用于果蔬中多種農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。

3 影響質(zhì)譜分析的前處理技術(shù)

樣品前處理是農(nóng)藥殘留檢測(cè)過(guò)程中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)檗r(nóng)藥殘留種類(lèi)較多，且含量低，處理上的細(xì)微差異就會(huì)影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。樣品前處理是通過(guò)將樣品制備、提取、濃縮和凈化，處理成適合上機(jī)檢測(cè)的溶液狀態(tài)，最大限度地減少農(nóng)藥的損失，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。隨著檢測(cè)技術(shù)地不斷發(fā)展，樣品前處理技術(shù)也在不斷發(fā)展。目前農(nóng)殘檢測(cè)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(shù)

溶劑萃取技術(shù)是根據(jù)相似相溶的原理，采用有機(jī)溶劑進(jìn)行提取，配合均質(zhì)、振蕩和超聲波等提取手段，適用于幾乎所有樣品和各類(lèi)農(nóng)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(diǎn)是快速提取、效率高、操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是有機(jī)溶劑耗費(fèi)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(nóng)藥殘留的液液萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的檢測(cè)方法，樣品采用正己烷萃取，無(wú)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(duì)其進(jìn)行分離的一種液相色譜技術(shù)，適合于高油脂含量復(fù)雜基質(zhì)樣品的前期凈化，可較好地去除動(dòng)物樣品或大豆樣品中的油脂。近年來(lái)，自動(dòng)化的凝膠滲透色譜設(shè)備已經(jīng)研制成功并得到應(yīng)用，使凈化操作更為簡(jiǎn)便。在采用凝膠滲透色譜凈化時(shí)，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(dòng)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(guò)調(diào)整淋洗劑的強(qiáng)度和極性，對(duì)目標(biāo)化合物與干擾物進(jìn)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(zhì)和農(nóng)藥性質(zhì)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(zhì)、氧化鋁吸附強(qiáng)極性雜質(zhì)等。何桂華等[5]針對(duì)目前動(dòng)物產(chǎn)品中有機(jī)氯、擬除蟲(chóng)菊酯殘留檢測(cè)干擾嚴(yán)重，必須進(jìn)行繁瑣的酸消化、硫酸磺化樣品前處理問(wèn)題，研究了全自動(dòng)固相萃取技術(shù)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)品中17種有機(jī)氯、擬除蟲(chóng)菊酯殘留檢測(cè)的樣品前處理方法，對(duì)提取溶劑、固相萃取柱、淋洗液、洗脫溶劑及儀器分析條件進(jìn)行了優(yōu)化選擇，建立了高效、快速、經(jīng)濟(jì)、安全的動(dòng)物產(chǎn)品中有機(jī)氯、擬除蟲(chóng)菊酯殘留同時(shí)檢測(cè)的全自動(dòng)固相萃取凈化方法。

3.4 QuEChERS方法

近年來(lái)，QuEChERS方法是農(nóng)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(guó)和歐盟等國(guó)家和地區(qū)農(nóng)殘分析指定的樣品前處理方法。它是在固相萃取和基質(zhì)固相分散基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，采用乙腈或乙腈緩沖鹽體系，對(duì)樣本進(jìn)行渦旋振蕩提取，用PSA、GCB或C18組成的混合吸附劑對(duì)提取液進(jìn)行凈化。該方法高效、經(jīng)濟(jì)、安全，操作簡(jiǎn)便，與質(zhì)譜聯(lián)用靈敏度很高，能檢測(cè)出大部分農(nóng)藥殘留。林濤等[6]利用QuEChERS-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，建立了蔬菜中常見(jiàn)的隱性農(nóng)藥、禁限用農(nóng)藥、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等檢出率較高的41種農(nóng)藥殘留的測(cè)定方法。