黎才婷，楊清華，雷紫依，趙芷嵐，李脈泉，劉 霞，杜國(guó)榮，李 跑,5*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410128；2.中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)湖南有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410021；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；4.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心北京工作站，北京 101121；5.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，果蔬貯藏加工與質(zhì)量安全湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410125）

農(nóng)藥殘留問(wèn)題帶來(lái)了巨大的食品安全隱患[1-3]。誤食含有高毒性農(nóng)藥的食品，可能會(huì)導(dǎo)致急性中毒；而食用了農(nóng)藥殘留含量超過(guò)限量的食品，農(nóng)藥會(huì)在體內(nèi)蓄積，可能會(huì)導(dǎo)致慢性中毒。目前，農(nóng)藥檢測(cè)的國(guó)標(biāo)方法主要是光譜法[4]、色譜法[5]以及色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[6]等。光譜法主要以熒光光譜法、近紅外光譜法和拉曼光譜法為主，具有不需要復(fù)雜的樣品前處理、檢測(cè)時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，在利用光譜法對(duì)復(fù)雜樣品進(jìn)行分析時(shí)，基質(zhì)影響較大，且較難實(shí)現(xiàn)多農(nóng)藥殘留組分的高通量分析[7-8]。色譜質(zhì)譜聯(lián)用法是目前應(yīng)用最為廣泛的方法，現(xiàn)行有效的食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)共有115 項(xiàng)，其中基于色譜質(zhì)譜聯(lián)用手段的檢測(cè)方法有78 種[9-12]。此外，農(nóng)藥大多屬于易揮發(fā)性有機(jī)物，因此氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）就成為農(nóng)藥殘留檢測(cè)領(lǐng)域最有效的方法之一。然而該技術(shù)在多農(nóng)藥殘留高通量分析過(guò)程中依舊存在問(wèn)題，如農(nóng)藥殘留種類繁多，多農(nóng)藥殘留信號(hào)易受到基線漂移、譜峰重疊干擾等因素的影響，這些增大了多農(nóng)藥殘留的檢測(cè)難度。

化學(xué)計(jì)量學(xué)法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)方法的不足。它利用“數(shù)學(xué)分離”手段，能從復(fù)雜信號(hào)中提取出目標(biāo)組分信號(hào)，消除背景干擾，降低成本，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品中多組分的快速分析[13-17]。在之前的研究中，本課題組提出了改進(jìn)移動(dòng)窗口目標(biāo)轉(zhuǎn)換因子分析（IMWTTFA）算法，結(jié)合240 種常見(jiàn)農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種農(nóng)藥組分的快速定性分析[17]。有機(jī)磷農(nóng)藥屬有機(jī)磷酸酯類化合物，是現(xiàn)階段使用較多的一類殺蟲(chóng)劑，其對(duì)人體的危害以急性毒性為主。本文在240 種常見(jiàn)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，建立了更加完善的683 種常用農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)，采用快速升溫程序縮短洗脫時(shí)間，并結(jié)合IMWTTFA 算法，對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)樣品GC-MS 數(shù)據(jù)進(jìn)行高通量解析，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)多農(nóng)藥殘留的快速高通量檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

GC-MS-QP 2010 氣相色譜-質(zhì)譜儀，日本島津儀器公司。

1.1.2 試劑

溶于丙酮溶液的17 種有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)品（10 mg/L），天津阿爾塔科技有限公司。

1.2 GC-MS 條件

GC 條件：色譜柱為CP-Sil8CB（30 m×0.32 mm，0.25 μm），由美國(guó)VARIAN 公司提供。載氣為氦氣（純度≥99.999%），流速為1 mL/min。進(jìn)樣口溫度為250 ℃，進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣體積為1 μL。采用快速升溫程序縮短洗脫時(shí)間：首先以60 ℃保持2 min，再以80 ℃/min 速度升至260 ℃并保持6 min。

MS 條件：離子源為電子轟擊源（EI），電壓為70 eV，溫度為200 ℃，傳輸線溫度為280 ℃，掃描范圍為50～650m/z。

1.3 計(jì)算步驟

IMWTTFA 計(jì)算步驟：在240 種常見(jiàn)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，收集了683 種常見(jiàn)農(nóng)藥質(zhì)譜數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)。以683 種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)為輸入值，采用IMWTTFA 對(duì)所獲得的GC-MS 數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配分析。如果計(jì)算得到的質(zhì)譜與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜之間的匹配度小于700‰，則判定該組分不存在，如果匹配度大于700‰，且色譜在該保留時(shí)間區(qū)域內(nèi)存在明顯譜峰，則判定該農(nóng)藥組分存在。

此外，我們發(fā)現(xiàn)在IMWTTFA 計(jì)算時(shí)，若同一保留時(shí)間區(qū)域存在多個(gè)色譜峰或同一組分出現(xiàn)多個(gè)保留時(shí)間區(qū)域且對(duì)應(yīng)多個(gè)色譜峰，還需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖的對(duì)比，若實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖相似，則判定該組分存在，若不相似則判定該組分不存在。

2 結(jié)果與討論

2.1 農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)樣品總離子流色譜圖

圖1 為17 種有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)樣品的總離子流色譜圖。由圖可知，色譜峰較多，且在6～7 min 的洗脫時(shí)間內(nèi)信號(hào)存在一定的譜峰重疊干擾，當(dāng)缺乏單一標(biāo)準(zhǔn)樣品，單純利用該總離子流色譜圖無(wú)法實(shí)現(xiàn)多農(nóng)藥殘留的高通量分析。因此需要對(duì)信號(hào)作進(jìn)一步解析。

圖1 有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)品的總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of organophosphorus pesticide mixed standard sample

2.2 IMWTTFA 高通量解析

以683 種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)為輸入值，采用IMWTTFA 對(duì)農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)樣品GC-MS 數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配分析。若實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜的匹配度大于700‰，則進(jìn)行下一步分析，得到19 種農(nóng)藥組分。接下來(lái)以3 種農(nóng)藥（殺撲磷、久效磷、甲基對(duì)硫磷）為例，對(duì)其匹配度曲線進(jìn)行分析。

2.2.1 殺撲磷定性分析

圖2 為殺撲磷農(nóng)藥組分的匹配度曲線分析圖，其中圖中水平實(shí)線是閾值為700‰的匹配度分割線。由圖可知，殺撲磷在整個(gè)洗脫區(qū)域內(nèi)不存在明顯高于閾值700‰的區(qū)域，因此判定殺撲磷農(nóng)藥不存在于該農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)品中。

圖2 殺撲磷匹配度曲線圖Fig.2 The matching curve of methidathion

2.2.2 久效磷和甲基對(duì)硫磷定性分析

圖3（見(jiàn)下頁(yè)）為久效磷和甲基對(duì)硫磷農(nóng)藥組分的匹配度曲線分析圖以及對(duì)應(yīng)保留時(shí)間區(qū)域的總離子流色譜圖。由圖可知，久效磷與甲基對(duì)硫磷分別在5.400～5.508 min、6.062～6.180 min 保留時(shí)間內(nèi)有明顯高于閾值的區(qū)域，且在相對(duì)應(yīng)保留時(shí)間區(qū)域內(nèi)的總離子流色譜圖中均有譜峰存在，因此判定久效磷與甲基對(duì)硫磷均存在于該農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)品中。

圖3 久效磷和甲基對(duì)硫磷的匹配度曲線圖以及有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)品的總離子流圖Fig.3 The matching curves of monocrotophos and parathion-methyl,and total ion chromatogram of organophosphorus pesticide mixed standard sample

2.2.3 久效磷、速滅磷和百治磷定性分析

經(jīng)過(guò)IMWTTFA 的計(jì)算篩選后，久效磷、速滅磷和百治磷均在保留時(shí)間為5.400～5.508 min 的區(qū)域內(nèi)有明顯高于閾值的區(qū)域，且在相對(duì)應(yīng)保留時(shí)間區(qū)域內(nèi)的總離子流色譜圖上對(duì)應(yīng)同一譜峰。因此，此類情況應(yīng)進(jìn)行質(zhì)譜匹配的篩選。圖4 為久效磷、速滅磷和百治磷在標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)中的質(zhì)譜圖和實(shí)驗(yàn)得到的質(zhì)譜圖的對(duì)比結(jié)果。由圖可知，久效磷、速滅磷和百治磷的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖均與實(shí)驗(yàn)得到的質(zhì)譜圖相似，這是由于這3 種農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖相似，因此在篩選的過(guò)程中易造成誤判，可能還需對(duì)IMWTTFA 算法做進(jìn)一步的改進(jìn)。但在IMWTTFA 的計(jì)算過(guò)程中得到，久效磷的實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜匹配度為864.1‰，而速滅磷與百治磷的實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜匹配度分別為766.9‰、739.9‰。因此久效磷的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜信息與實(shí)驗(yàn)得到的質(zhì)譜信息更加一致。

圖4 久效磷、速滅磷和百治磷的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖與實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜圖Fig.4 Standard and experimental mass spectra of monocrotophos,mevinphos and dicrotophos

2.3 有機(jī)磷農(nóng)藥的定性結(jié)果分析

表1 為有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)品中各農(nóng)藥組分的匹配度數(shù)據(jù)和保留時(shí)間。結(jié)果表明，通過(guò)IMWTTFA 的計(jì)算步驟檢測(cè)得到了17 種農(nóng)藥組分，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜樣品農(nóng)藥殘留組分的快速定性分析，且不受譜峰重疊及背景等干擾的影響。

表1 農(nóng)藥組分匹配度和保留時(shí)間數(shù)據(jù)表Table 1 Matching rates and retention times of pesticide components

3 結(jié)論

本文通過(guò)創(chuàng)建683 種常見(jiàn)農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)，結(jié)合IMWTTFA 分析方法，對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)樣品GC-MS 數(shù)據(jù)進(jìn)行了高通量解析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品中未知農(nóng)藥組分的快速定性分析，為實(shí)際樣品中多農(nóng)藥殘留的高通量非靶向檢測(cè)提供了一種有效的方法。但是，該方法較難實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜相似組分的準(zhǔn)確解析，因此仍需對(duì)該法做進(jìn)一步的改進(jìn)。