彭 莉，楊文凡

(昆明冶金高等專科學校 環(huán)境與化工學院，云南 昆明 650000)

近年來，由于全球化和新技術的發(fā)展，農(nóng)業(yè)食品部門正在經(jīng)歷根本性的變化，此外，消費者關心他們所吃的食物，并要求對他們所消費的產(chǎn)品質(zhì)量、安全性和地理來源有更多的保證[1-3]。食品中農(nóng)藥殘留的控制是保證人類食品安全、保障消費者健康的本質(zhì)要求。農(nóng)藥殘留問題也引起了越來越多的國家的高度重視，美國早在上世紀60年代就由美國環(huán)保局(EPA)開始實施農(nóng)藥殘留容許量標準的制定與落實[4]，并不斷加以完善，目前已經(jīng)構建了較為齊全的農(nóng)藥殘留標準容許量與殘留容許量豁免規(guī)范體系；在歐洲，歐洲議會理事會關于農(nóng)藥殘留的第396/2005號法規(guī)(EC)規(guī)定了擬供人類食用的動植物產(chǎn)品中允許的農(nóng)藥最大殘留限量(MRL)[5]。我國《食品安全國家標準 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》規(guī)定了超過400種農(nóng)藥在300多種食物中的殘留限值。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS，GC-MS/MS)和電噴霧電離液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS/MS)是食品中多殘留農(nóng)藥分析最常用的技術，因為它們具有較高的靈敏度和選擇性，能夠在一次運行中以非常復雜的矩陣從各種化學類別中篩選多種農(nóng)藥。前者僅可用于揮發(fā)性化學品的分析；因此，所分析的農(nóng)藥必須是揮發(fā)性的或易于衍生的，以確保其揮發(fā)性。GC-MS是低極性農(nóng)藥的首選方法；對于更多極性化合物則采用LC-MS更為適合。選擇LC-MS/MS而非GC-MS的主要原因之一是需要處理更多的極性農(nóng)藥以及農(nóng)藥代謝物，這些代謝物通常比農(nóng)藥本身更具極性且揮發(fā)性更小，通過LC-MS可以分析比GC-MS范圍更廣的化學品。大量的對GC-MS(/MS)和LC-MS/MS測定農(nóng)藥能力進行的評估研究表明，LC-MS可實現(xiàn)更寬的范圍和更好的靈敏度。

1 單儀器分析方法概述

1.1 液相色譜法

用于測定食品中較高濃度的農(nóng)藥殘留可以采用HPLC技術，使用梯度洗脫，有機溶劑百分比線性增加。等度洗脫偶爾使用。梯度洗脫的優(yōu)點是可以通過降低流動相的極性達到最佳分離條件。這導致洗脫強度增加，疏水物質(zhì)從柱中洗脫，疏水物質(zhì)與固定相強烈相互作用。親水分子首先離開色譜柱，然后是極性較低的分子，最后是疏水分子。使用不同體積比的乙腈、甲醇和水的混合物作為洗脫液。通過向流動相中添加有機酸(甲酸或乙酸)、銨鹽(甲酸銨或乙酸銨)或有機酸與其銨鹽的組合，可進一步提高分離效率[6]。

1.2 質(zhì)譜法

質(zhì)譜是一種關鍵的分析技術，能夠識別各種化合物，包括農(nóng)藥。無論其結(jié)構和指定用途如何，質(zhì)譜儀都會測量帶電分子的質(zhì)量荷電比。每臺質(zhì)譜儀由三個基本部件組成：一個離子源，一個根據(jù)離子的質(zhì)荷比分離離子的分析儀，以及一個離子計數(shù)的檢測器。多個分析儀的串聯(lián)連接是系統(tǒng)最常見的修改[7]。質(zhì)譜儀的分析儀和檢測器保持在高真空中，以避免與空氣分子發(fā)生意外碰撞。

1.3 電離法

電離物質(zhì)的可能性是質(zhì)譜儀分析物質(zhì)的基本條件。電離方法因電離器的結(jié)構和工作原理而異。電噴霧電離(ESI)和大氣壓化學電離(APCI)是通過LC-MS系統(tǒng)測定食品中農(nóng)藥殘留最常用的電離方法。這2種方法都基于大氣壓電離(API)，能夠?qū)⒋罅繌纳V柱流出的溶液引入質(zhì)譜儀，而不會失去高真空。電噴霧電離和大氣壓化學電離都可以在兩種操作模式下進行分析：即產(chǎn)生正離子模式和產(chǎn)生負離子模式[8]。

2 串聯(lián)質(zhì)譜法

串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)是由兩個相同類型或不同類型的組合分析儀組成的系統(tǒng)，其特點是分離效率高。源產(chǎn)生的前體離子在第一臺分析儀(MS1)中分離。具有所選m/z值的離子到達碰撞單元，在碰撞單元中，根據(jù)分析條件，它們發(fā)生離解或保持不變。由于離子離解(稱為碎裂)，產(chǎn)物離子在第二臺分析儀(MS2)中根據(jù)m/z參數(shù)的數(shù)值生成和分析。與使用單個分析儀的分析相比，串聯(lián)分析通過提高選擇性和顯著增加靈敏度，大大改善了分析條件。連接不同類型的分析儀有多種可能性。三重四極桿系統(tǒng)(QQQ)、四極桿-飛行時間系統(tǒng)(Q-TOF)和四極桿線性離子阱系統(tǒng)(Q-trap)是串聯(lián)質(zhì)譜法中用于測定食品中農(nóng)藥殘留的最常用的分析儀組合。

2.1 三重四極串聯(lián)質(zhì)譜法

三重四極桿(QQQ)是最流行的串聯(lián)質(zhì)譜儀之一，其中兩個四極桿作為離子分析器，中間的第三個四極桿作為碰撞單元。只有具有特定m/z值的離子，即所謂的前體離子，才能通過第一個四極桿。然后，這些前體離子在第二個四極桿(用作充滿惰性氣體的碰撞池)中發(fā)生碎裂。檢測器記錄碎片光譜，即產(chǎn)物離子的m/z值；光譜儀以產(chǎn)品離子掃描模式運行。當?shù)谌齻€四極桿只允許選擇產(chǎn)物離子時，分光計在所謂的多反應監(jiān)測模式(MRM)下工作。當?shù)谝粋€四極桿允許在離子源中形成所有離子時，分光計為全質(zhì)譜模式。在全質(zhì)譜模式下工作時，三重四極桿系統(tǒng)的工作原理與經(jīng)典四極桿分析儀相同。在全光譜測量中，前兩個四極桿作為光束準直器，整個分析在第三個四極桿中進行。由于在選定物質(zhì)的多反應監(jiān)測模式下操作的可能性，三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀具有較高的靈敏度和選擇性，因此它是目前與液相色譜儀結(jié)合用于食品中農(nóng)藥殘留分析的最常用檢測器。

2.2 四極桿-飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜儀

四極桿-飛行時間(Q-TOF)串聯(lián)質(zhì)譜儀是目前與液相色譜聯(lián)用的選擇性最高的設備之一。它的特點是分離效率非常高。與QQQ類似，其工作原理基于四極桿串聯(lián)，其中第三個四極桿由飛行時間分析儀取代。四極桿分析器中選擇的前體離子在碰撞池中受到破碎，由此產(chǎn)生的產(chǎn)物離子以不同的速度通過飛行時間分析器并由檢測器記錄。Q-TOF串聯(lián)質(zhì)譜儀除了能夠測定碰撞產(chǎn)生的產(chǎn)物離子的基本成分。此外，基于所分析離子的碎裂，還可以獲得結(jié)構信息。Q-TOF串聯(lián)質(zhì)譜儀在用于食品中農(nóng)藥殘留的分析，可以對農(nóng)藥的分子結(jié)構有一個掌握。

2.3 四極桿線性離子阱串聯(lián)質(zhì)譜儀

四極桿線性離子阱串聯(lián)質(zhì)譜儀(Q-trap)結(jié)合了四極桿的高靈敏度和離子阱的容量。除第三個四極桿被線性離子阱取代外，該器件為三重四極桿型。四極桿分析器中選擇的離子在離子阱中碎裂。該系統(tǒng)的優(yōu)點是離子阱可以獨立測量碎片光譜，它與另一臺分析儀的串聯(lián)連接可以在MS/MS范圍內(nèi)記錄碎片光譜。離子阱型裝置的運行基于大量離子的積累，然后對這些離子進行碎片和分析。整個過程是周期性的。該循環(huán)在一個腔室中進行，包括選擇要破碎的離子、與氣體原子/分子碰撞以及分析破碎的離子。在食品中的農(nóng)藥殘留分析中，四極桿線性離子阱串聯(lián)質(zhì)譜儀主要用于分析蔬菜和水果中的農(nóng)藥殘留。

3 高效液相色譜質(zhì)譜法在食品農(nóng)藥殘留檢測的研究進展

Sivaperumal等[9]基于固相萃取柱制備樣品和超高效液相色譜/飛行時間質(zhì)譜(UHPLC/TOF-MS)檢測，采用多殘留方法分析食品樣品中的60種農(nóng)藥。UHPLC/TOF-MS定量是通過測量質(zhì)子化分子[M+H]+的準確質(zhì)量來實現(xiàn)的。如圖1顯示了一個秋葵樣品中含有一個氯同位素模式的Myclobutanil精確質(zhì)譜。氯同位素模式及其在分子或碎片離子中的豐度可作為鑒定的工具。通常獲得的質(zhì)量精度優(yōu)于2×10-6。研究農(nóng)藥的回收率令人滿意，在濃度低于10 μg/kg時，回收率在74%～111%，相對標準偏差(RSD)小于13.2%，大多數(shù)化合物的方法定量限(LOQ)低于食品安全標準規(guī)定的最大殘留限量。使用每種農(nóng)藥的重復性、回收率和校準曲線數(shù)據(jù)確定不確定度。該方法適用于食品樣品中農(nóng)藥的常規(guī)定量分析。

圖1 (a)通過UHPLC-TOF/MS對秋葵樣品進行的總離子色譜圖(b)在樣品中發(fā)現(xiàn)的霉氯丁腈提取離子色譜圖

Tu等[10]將高效液相色譜/四極桿飛行時間質(zhì)譜(HPLC/QTOF-MS)用于蘋果中農(nóng)藥殘留的定量測定。經(jīng)過簡單快速的提取，使用高分辨率多反應監(jiān)測(HR-MRM)通過HPLC/QTOF-MS對農(nóng)藥進行定量檢測。采用基質(zhì)匹配外標法進行定量分析。通過在空白樣品中加入分析物來驗證所開發(fā)的方法，并通過回收率(78.9%～109.4%)以及良好的精密度(相對標準偏差)驗證了令人滿意的準確度(≤12.4%)。所有分析物的定量限在0.85～3.0 μg/kg。該方法已成功應用于40批實際樣品的分析，證明了其常規(guī)應用的有效性。

Guo等[11]建立了一種測定谷物中多殘留苯氧酸除草劑的高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(HPLC-MS/MS)相結(jié)合技術，用于分析水稻、玉米和小麥中的苯氧酸除草劑。4-(2,4-二氯苯氧基)乙酸、(4-氯-2-甲基苯氧基)乙酸、(2,4,5-三氯苯氧基)乙酸和2-(2,4-二氯苯氧基)丙酸的檢測限為0.0500 μg/kg，4-(2,4-二氯苯氧基)丁酸和3,6-二氯苯氧基苯甲酸的檢測限為0.300 μg/kg。六種苯氧酸除草劑的日內(nèi)和日間精密度的相對標準偏差小于6.61%，準確度為96.3%～107%。苯氧酸除草劑的提取回收率為73.8%～115%，在三個加標水平(1.00、4.00和20.0 μg/kg)下的相對標準偏差小于12.1%。結(jié)果表明，HPLC-MS/MS是一種快速、可靠、高靈敏度和特異性的谷物中苯氧酸除草劑殘留測定工具。

Wang等[12]建立了一種快速、簡便、廉價、有效、堅固、安全的樣品制備方法，結(jié)合超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)測定草莓中43種農(nóng)藥殘留。使用50 mg PSA+50 mg C18+150 mg MgSO4對凈化吸附劑進行了優(yōu)化，在d-SPE中表現(xiàn)出最佳性能。建議的方法線性范圍為0.001～0.1 mg/kg，測定系數(shù)(R2)大于0.995。在三種濃度(0.01、0.05和0.1 mg/kg)下，所選農(nóng)藥的回收率為70.1%～119.6%，相對標準偏差(RSD)低于20%。43種農(nóng)藥的定量限(LOQ)≤0.005 mg/kg。本方法應用于北京郊區(qū)8個村采集的80個草莓樣品，定量檢測了12種農(nóng)藥殘留，濃度范圍為0.02～2.5 mg/kg。

4 高效液相色譜質(zhì)譜法在食品農(nóng)藥殘留檢測的應用案例分析

4.1 實驗部分

4.1.1材料與方法

樣品從當?shù)厥袌霁@得,使用5 mol/L的氨水將均質(zhì)樣品的pH值調(diào)整為6；然后將樣品在超聲波浴中處理15 min。超聲處理后，使用研缽將1 g樣品與1 g硅藻土均勻研磨5 min。然后將所得混合物轉(zhuǎn)移到6 ml SPE管中。并用10 ml二氯甲烷以0.5 ml/min的速率洗脫農(nóng)藥殘留。在溫和的氮氣流下將提取物蒸發(fā)至干燥。

4.1.2LC-MS分析

LC-MS系統(tǒng)由賽默飛世爾的設備組成，包括真空溶劑脫氣裝置、四元泵、帶電噴霧接口的四極桿離子阱質(zhì)譜儀和Xcalibur v.1.3軟件包。分析物的分離在反相Zorbax Eclipse?XDB-C18色譜分離柱上進行，該柱規(guī)格為75 mm×4.6 mm，3.5 μm。在分離柱之前，安裝了一個預柱，規(guī)格12.5 mm×4.6 mm，5 μm。采用梯度洗脫進行色譜分析，流動相由水(A)、甲醇(B)和10%乙酸(C)組成。梯度變化如下：0 min，A:33%，C:1%；7.5 min，B：58%，C：1%；25 min，B：99%，C：1%。重新建立初始條件并保持15 min，以確保注射之間的攜帶量最小。流動相流速為0.5 ml/min，將10 μl的最終提取物等分注射到HPLC系統(tǒng)中。

4.2 結(jié)果與討論

研究表明，40%的食品樣品至少對一種調(diào)查農(nóng)藥呈陽性。47%和48%的水果和蔬菜樣品含有農(nóng)藥殘留。根據(jù)這些監(jiān)測項目，最常檢測到的農(nóng)藥是多菌靈。此外，在我們的研究中，多菌靈是最常見的，因為它在87%的陽性樣本中被發(fā)現(xiàn)。其他發(fā)現(xiàn)的農(nóng)藥包括樂果、啶蟲脒和吡蟲啉，分別在43%、25%和12.5%的陽性樣本中檢測到。在陽性樣本中，43%檢測到兩種農(nóng)藥殘留。一般來說，農(nóng)藥濃度超過最大殘留限量(MRL)的樣本數(shù)量并不多。只有不到3%的樣本殘留水平高于MRL。

5 結(jié)論

食品中農(nóng)藥殘留的控制問題引起了越來越多的國家的高度重視，液相色譜-質(zhì)譜法是用于分析食品中農(nóng)藥殘留的有效檢測手段。我們介紹了LC-MS系統(tǒng)的組成，討論了流動相、吸附劑、MS分析儀的類型以及食品中農(nóng)藥殘留分析中最常用的離子檢測技術。在實際水果樣品中驗證了該方法在常規(guī)分析中的適用性。