季佳華，張 瑛，王繼芬*，張文芳，楊士云，喬 靜

(1.中國人民公安大學 偵查學院，北京 100038；2.北京市公安司法鑒定中心 法庭毒物分析公安部重點實驗室，北京 100192)

農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用，除蟲、除草、殺菌等農(nóng)藥的使用，使農(nóng)作物產(chǎn)量大幅度提升。然而，由于農(nóng)藥的易獲得性，常會被用來自殺、投毒等，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了嚴重威脅。

在法庭科學領域，農(nóng)藥檢測的方法種類繁多，氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)、液相色譜-質譜聯(lián)用(LC-MS)等檢測技術是農(nóng)藥最常用的檢測方法。為了更加快速、高效地對農(nóng)藥進行檢測，原位電離技術逐漸被學者們關注。實時直接分析質譜(Direct analysis in real time mass spectrometry,DART-MS)是一種將敞開式離子源與質譜聯(lián)用的分析技術，因不需要樣品前處理或只需進行簡單處理的特點在爆炸物[1-4]、食品安全[5-7]、毒品[8- 9]、油墨油漆[10-11]和中西藥品[12]檢測等領域有廣泛應用。

筆者曾對實時直接分析質譜在毒物毒品分析領域的應用進行綜述[13]，并在實踐中取得一定成果，建立了人血中JWH-018、JWH-250和AM-2201 3種合成大麻素的快速檢測方法[14]，以及人血與尿中嗎啡、O6-單乙酰嗎啡、海洛因、可待因、可卡因、甲基苯丙胺、氯胺酮、美沙酮和杜冷丁的實時直接分析質譜快速檢測方法[15]。為便于進一步開展DART-MS在法庭科學領域中的應用研究，以下對DART離子源技術及其在農(nóng)藥檢測中的應用進行綜述。

1 DART離子源技術介紹

1.1 DART離子源工作原理

根據(jù)待測物介質的理化性質不同，DART離子源可以形成正離子與負離子兩種離子模式，這兩種模式一般由氣相酸堿度、電離能、電子親和能和形成加和離子的能力等因素決定[16-18]。

He*+M→M+·+e-+He

(1)

M+[(H2O)n+ H]+→[M+H]++nH2O

(2)

(3)

彭寧離子化和質子轉移過程中分別產(chǎn)生的M+·和[M+H]+同時出現(xiàn)在質譜上時會對元素的同位素峰產(chǎn)生干擾，此時可以采用Ar代替He作為離子化試劑。電子激發(fā)態(tài)的Ar的內(nèi)能為11.55 eV(3P2)和11.72 eV(3P0)，H2O的電離能為12.6 eV[21]，不會發(fā)生質子轉移。因此，與He相比，使用Ar會降低大部分待測物的靈敏度。

在負離子模式下，離子化試劑首先與空氣中的氮氣發(fā)生彭寧離子化產(chǎn)生電子，空氣中的O2捕獲電子并與待測物M形成加合物負離子，同時該負離子可解離產(chǎn)生待測物負離子。根據(jù)待測物的性質，可分為直接捕獲電子(公式4)、捕獲電子后解離(公式5)、直接解離或與堿反應產(chǎn)生待測物負離子(公式6和7)[19,22]等形式：

M+e-→M-·

(4)

MX+e-→M-+X·

(5)

(6)

(7)

圖1 DART離子源的基本結構圖[24]Fig.1 Basic structure diagram of DART ion source[24]

1.2 DART離子源工作過程

如圖1所示，離子化試劑(He或者N2)通過高壓氣瓶輸入放電室，并在輝光放電作用下呈激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的He原子或N2分子隨后進入加熱室，并經(jīng)格柵電極作用提純。提純后的離子化試劑與環(huán)境中的待測物介質產(chǎn)生作用，使該物質被解吸附離子化。因此，在DART離子源與質譜儀連接時，需將離子源對準質譜進樣口，或將待測物置于進樣口斜下方，通過離子化試劑的作用將待測物離子帶入質譜進樣口[13]。

1.3 DART-MS檢測條件的優(yōu)化

由于化合物結構的復雜性與多樣性，即使在相同參數(shù)條件下不同待測物的檢測靈敏度也會有所差異[20]，因此需針對不同待測物的化學性質對DART-MS的參數(shù)進行優(yōu)化，以獲得最低的檢出限和最好的檢出效果。

1.3.1 DART離子源參數(shù)的優(yōu)化影響DART離子源檢出結果的參數(shù)主要是工作氣體的溫度(50～500 ℃)及流速。隨著工作氣體溫度升高，DART離子源能檢出的離子的質荷比也隨之增高，但同時需要考慮溫度對待測物穩(wěn)定性的影響。通常情況下，待測物分子的檢出有一個最低溫度，只有高于這個溫度，才能獲得較好的質譜信號；而溫度過高時，待測物分子的熱穩(wěn)定性則會影響質譜信號。針對不同待測物，需要選擇不同的DART離子源溫度，一般對具有揮發(fā)性的有機化合物采用低溫檢測，高沸點的化合物采用高溫檢測。工作氣體的流速過低會減少待測物離子的生成，流速過高則會增加樣品的損失。同時，待測物的濃度對信號影響也很大，通常按照高濃度低速度這一原則進行參數(shù)優(yōu)化。

1.3.2 DART離子源操作環(huán)境的優(yōu)化DART離子源作為一種原位電離技術，其環(huán)境條件對待測物的質譜信號也有影響。通過改變環(huán)境條件可獲得較低的檢測下限，提高離子化效率，即提升待測物分子離子化(與環(huán)境中化學成分形成加合離子)的效率，其過程詳見“1.1”部分。例如，含有羰基或羥基等官能團的化合物較易形成[M+NH4]+，在進行此類物質檢測時于DART離子源反應區(qū)放置一瓶氨水，可將質譜信號提升100倍[25-26]。需要注意的是，優(yōu)化質譜信號時在操作環(huán)境中引入的物質通常也會摻雜其他雜質成分，并對離子化結果帶來負面影響。

在實際操作中，DART-MS參數(shù)的優(yōu)化還包括軌道速度、氣流、進樣口距離等參數(shù)的優(yōu)化。

2 農(nóng)藥檢測

2.1 北京地區(qū)農(nóng)藥自殺及投毒案件的發(fā)生情況

北京地區(qū)2015年～2019年間發(fā)生農(nóng)藥自殺死亡案件468起，農(nóng)藥投毒案件207起。其中自殺類案件中涉及有機磷類農(nóng)藥434起，除草劑16起，氨基甲酸酯類14起，擬除蟲菊酯類10起，殺鼠劑5起；投毒類案件中涉及使用殺鼠劑類114 起，有機磷類32起，除草劑23起，氨基甲酸酯類15 起，擬除蟲菊酯類7起，有機氯類3起，硝氯酚10起，其它3起。因此，快速對檢材中的農(nóng)藥進行檢測對于案件的偵破定性十分必要。

2.2 農(nóng)藥常規(guī)檢測方法

農(nóng)藥殘留的精準檢測對于保護人類身體健康有重要意義。農(nóng)藥通常由不同的化學成分組成[27-30]，無固定檢測方法。在色譜領域，學者們就如何快速有效地對農(nóng)藥成分進行檢測開展了各種嘗試，氣相色譜法具有靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點，在農(nóng)藥檢測中被廣泛應用。郗艷麗等[31]采用氣相色譜法對蔬菜中的7種有機磷農(nóng)藥殘留進行檢測，取得了非常好的檢測效果。氣相色譜對易揮發(fā)且高溫不易分解物質的檢測效果較佳，而液相色譜法對高沸點、受熱易分解化合物的檢測效果較好。郭新穎等[32]采用高效液相色譜法對中藥材中的氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留進行檢測，平均回收率為83.3%～108%，重復性較好。但液相色譜法存在溶劑消耗大的問題。

質譜聯(lián)用技術可以準確測定化合物的結構，具有回收率高、檢出效果好等特點。陳秀萍等[33]建立了氣相色譜與四極桿飛行時間質譜聯(lián)用(GC-MS/MS)同時分析煙葉中多種農(nóng)藥殘留的方法，從市場上采集的煙葉樣品中檢出紋枯利、三唑醇和氟節(jié)胺等農(nóng)藥成分。Samad 等[34]采用GC-MS/MS對鮮桃中30種農(nóng)藥殘留進行檢測分析，有73%的樣品檢出農(nóng)藥殘留。Del Castillo等[35]建立了固相微萃取結合多維度氣相色譜-質譜聯(lián)用分析果汁中農(nóng)藥的檢測方法，該方法可以有效避免一維技術由于分析物和基體成分干擾導致的假陽性問題。方慶奎等[36]建立了超高效液相色譜-串聯(lián)質譜(UPLC-MS/MS)檢測大蒜芽中咪鮮胺殘留量的方法，為咪鮮胺的合理使用和提高食用蒜芽的安全性提供了科學依據(jù)。Sivaperumal 等[37]采用固相萃取結合超高效液相色譜與飛行時間質譜(TOF MS)聯(lián)用對蔬菜和水果樣品中的60種農(nóng)藥進行分析，方法運行時間短，流動相消耗少，分析結果理想。劉家曾等[38]采用氣相色譜-質譜聯(lián)用技術對茶葉中8種農(nóng)藥殘留進行測定，平均回收率達90.2%～102%。呂磊等[39]采用液相色譜-質譜聯(lián)用方法對稻漁綜合種養(yǎng)環(huán)境中的芐嘧磺隆、雙草醚、吡蚜酮和氯蟲苯甲酰胺進行檢測，回收率良好。Bernardi等[40]采用GC-MS/MS和UHPLC-MS/MS檢測并驗證了煙草中55種農(nóng)藥殘留，方法成功應用于13個煙草樣品的分析。相比于單純色譜，色譜與質譜聯(lián)用對農(nóng)藥殘留檢測的選擇性和靈敏度得到了明顯提高，GC-MS主要適用于非極性農(nóng)藥，對于極性較強的農(nóng)藥需要使用LC-MS進行檢測，或者衍生化后再檢測。

目前色譜-質譜聯(lián)用技術在農(nóng)藥殘留檢驗領域已經(jīng)很成熟并形成標準，在國內(nèi)有GB 23200.8-2016《水果和蔬菜中500種農(nóng)藥及相關化學品殘留量的測定氣相色譜-質譜法》[41]、GB 23200.9-2016《糧谷中475種農(nóng)藥及相關化學品殘留量的測定 氣相色譜-質譜法》[42]、GB/T 19650-2006《動物肌肉中478種農(nóng)藥及相關化學品殘留量的測定 氣相色譜-質譜法》[43]和GB/T 20772-2008《動物肌肉中461種農(nóng)藥及相關化學品殘留量的測定 液相色譜-串聯(lián)質譜法》[44]。歐盟于1998年對農(nóng)藥殘留的最大限量給出標準[45]，但是并未指定分析方法。

2.3 DART-MS技術在農(nóng)藥檢測方面的應用

實時直接分析質譜作為一種原位電離技術，因具有檢測時不需真空環(huán)境，無需對樣品進行前處理或者只需簡單處理，可進行無損檢測等特點而成為研究熱點。關于DART-MS技術在農(nóng)藥檢測中的相關應用在國內(nèi)外均有文獻報道。

國外，Schurek 等[46]采用DART離子源與飛行時間質譜儀聯(lián)用技術(DART-TOF MS)對小麥中的殺菌劑嘧菌酯和唑菌胺酯等成分進行測定，首次將該技術應于植物基質中的農(nóng)殘分析。在正離子模式下，以He氣作為電離介質，咪鮮胺為內(nèi)標物，分析物在6～1 200 μg/kg范圍內(nèi)的線性系數(shù)均不低于0.99，檢測結果與LC-MS結果一致。Edison等[47]采用高靜電場軌道阱高分辨質譜儀結合DART離子源對蘋果、獼猴桃等果蔬表面的聚氨酯泡沫提取成分進行了檢測分析;作者同時對正負電離模式下不同化學類型殺蟲劑的檢出率進行了考察，同樣獲得了較好的效果。Aregahegn等[48]利用實時直接分析質譜結合傅里葉變換紅外光譜對吡蟲啉(IMD)在環(huán)境中的光解現(xiàn)象進行考察，吡蟲啉光解后得到吡蟲啉尿素衍生物(IMD-UR)、去硝基吡蟲啉(DN-IMD)和氣態(tài)N2O。研究發(fā)現(xiàn)，隨著光解時間的延長，環(huán)境中IMD的毒性也會變強，并計算出其光解壽命為16 h。Cajka等[49]研究了原位電離與質譜串聯(lián)快速檢測水果中二硫代氨基甲酸酯類(DTCs)殺菌劑的效果，分別考察了DART離子源和解吸附電噴霧(DESI)離子源結合質譜法對待測物中3種DTCs的檢出效果，結果發(fā)現(xiàn)，DESI離子源只能提取到福美雙，檢出限為0.1 mg/L，無法檢出其他DTCs；而采用DART-MS可以同時檢出福美雙和福美鋅。Crawford等[50]采用拭子擦拭的方式對果蔬表面的農(nóng)藥進行DART-MS分析，從桃子、胡蘿卜表面檢出馬拉硫磷；櫻桃和西紅柿表面檢出甲胺磷；非有機臍橙表面檢出噻菌靈、抑霉唑和樂果，檢出限低于美國環(huán)保局要求的10～100倍。Lara 等[51]將DART離子源與高分辨質譜(HRMS)聯(lián)用對芹菜和生菜中的高極性農(nóng)藥進行測定，發(fā)現(xiàn)DART-HRMS對待測物中7種極性農(nóng)藥的檢測快速有效，檢出限為20～60 μg/kg，回收率為71.0%～115%，相對標準偏差(RSD)小于18%。Kiguchi 等[52]采用薄層色譜結合DART-TOF MS對極性有機磷殺蟲劑和非極性有機磷殺蟲劑進行了研究，結果顯示，二嗪磷和苯硫磷在較低濃度范圍(0.05～5 g)內(nèi)線性關系良好，甲胺磷、乙酰甲胺磷和殺螨硫磷在較高濃度范圍(2.5～25 g)內(nèi)線性關系良好。

國內(nèi)，黃文氫等[53]采用DART-MS對臍橙表面的不明殺菌劑進行測定，采用氦氣作為離子化試劑，在正離子模式,350 ℃的條件下，對臍橙果皮的表面物質進行離子化，僅用不到1 s的時間即得到質譜信號，并通過譜圖解析和文獻特征離子比對，推測化合物為抑霉唑，隨后結合GC-MS進行驗證，為果蔬產(chǎn)品表面的農(nóng)藥殘留快速檢測提供了新的思路。郭天洋等[54]利用DART技術對食品中的唑類和有機磷類農(nóng)藥進行篩查識別，該研究首先建立了唑類農(nóng)藥和有機磷類農(nóng)藥的共性特征子離子和中性丟失庫以及輔助定性子離子和中性丟失庫。采用DART-MS技術快速得到待測物的母離子、子離子信號，并將得到的母離子和子離子相應作差得到中性丟失，再將得到的數(shù)據(jù)與丟失庫中的數(shù)據(jù)進行比對，精確識別出腈菌唑和9種有機磷農(nóng)藥。王磊等[55]對4種高危農(nóng)藥(氟蟲腈、甲拌磷、敵敵畏和呋喃丹)進行了DART-MS快速鑒定，優(yōu)化的DART離子源溫度為200 ℃，柵極電壓為250 V，質譜碎片器電壓為200 V，氟蟲腈采用負離子模式，其他3種農(nóng)藥采用正離子模式檢測，以同位素模式定性，相對標準偏差(RSD，n=5)為2.3%～15%，為DART-MS應用于偽劣農(nóng)藥中摻雜高危害農(nóng)藥的快速鑒定提供了參考。郭天洋等[56]將DART離子源與三重四極桿串聯(lián)質譜結合對紅酒中的農(nóng)藥成分進行快速檢測和定量分析，在12 min內(nèi)完成了含有50種殺蟲劑和12種防腐劑、抗氧化劑、甜味劑和偶氮染料摻假劑的葡萄酒的檢測，農(nóng)藥和摻雜物的檢出限分別為0.5～50 ng/mL和5～50 ng/mL，定量限分別為1～100 ng/mL和10～250 ng/mL，回收率為75.0%～120%，為打擊紅酒摻假提供了快速檢測方法。魏勇等[57]將DART與三重四極桿質譜聯(lián)用對紅酒和白酒中的31種農(nóng)藥進行檢測，所有化合物在3 min內(nèi)檢出，比TOF MS的檢測速度提高了2倍。孟憲雙等[58]建立了軌道離子阱高分辨質譜與DART離子源聯(lián)用快速測定木質食品接觸材料中4種擬除蟲菊酯防腐劑的方法，4種分析物的線性關系良好(R2≥0.99)，檢出限為0.04～0.20 mg/kg，定量限為0.10～0.50 mg/kg，平均回收率為72.1%～82.7%，RSD為5.2%～12%。

3 結論與展望

本文介紹了DART離子源的基本工作原理、參數(shù)優(yōu)化，并對DART-MS在農(nóng)藥檢測中的應用進行了綜述。DART-MS可以快速、高效地對果蔬表面、酒水和食品中的農(nóng)藥殘留進行檢測，并獲得較高響應；該技術不需要對待測物進行前處理或者只需要簡單地處理，符合當代檢測技術的發(fā)展理念。通過對國內(nèi)外DART-MS在農(nóng)藥殘留檢測上的應用進行對比，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的報道側重農(nóng)藥殘留的種類研究，國外的報道更側重農(nóng)藥殘留檢測方法的考察。

目前，國內(nèi)關于DART-MS在農(nóng)藥檢測方面的應用尚處于初步階段，對食品安全領域常見的農(nóng)藥殘留尚未建立完善的數(shù)據(jù)庫。利用DART-MS的檢測特點，逐步建立法庭科學領域毒物毒品的檢測方法和數(shù)據(jù)庫，可在保證準確性的同時縮短檢測時限，為案件的快偵快破提供強有力的支撐和依據(jù)。