多组分农药残留的快速分析

随着食品工业日趋全球化，食品安全检查愈加严厉，处于管制和监查范围的农药在数量和容许含量水平方面都发生了极大的变化。

食品检测实验室需要对多种轻度污染的食物中数百种农药进行检测以及定量分析，包括利用现成的测试方法对一系列已知目标化合物进行检测，也包括在没有确定方法的条件下，发现任何未知农药的存在。通常情况下，对于这两种检测来说，没有单一的分析方法能提供足够的灵活性以满足共同的需求。

对于热稳定性好且易于气化的农药，可以使用农药谱库和解卷积软件，此时气相色谱-质谱联用(单四极杆)是一种比较理想的分析工具。气质联用可以对目标和非目标化合物进行筛选、定性以及定量分析。许多调味品，例如大蒜和姜，由于其成分复杂，含有大量的干扰化合物，气相色谱-三重串联四极杆质谱（QQQ）对这类复杂基质中痕量目标化合物的筛选、定性和定量非常有用。

对于极性强，不易气化，热不稳定或不易衍生的农药最好使用液相色谱进行分析。液相色谱-三重串联四极杆质谱（QQQ）对分析批量已知目标化合物尤为有用。

对于每一个目标化合物在筛选的过程当中通常选择一个独有碎片离子进行检测，当发现目标化合物时，再使用第二个子离子去确认化合物的存在。两个离子当中响应最高的那个往往被用来对农药残留进行定量分析。

如果食物样品中存在农药，实验室将会面临着需要确定出其中所有农药的挑战。液相色谱-飞行时间（TOF）质谱能够提供相当精确的分子量信息（通常<2 ppm），这些信息可以在由数千个化合物组成的精确分子量数据库中进行检索。通过LC-MS-MS联用方法，即QQQ或者四极杆飞行时间质谱，可以对上述筛选方法中发现的化合物进行定性和定量分析。

目标农药残留的分析

在食品检验实验室中最普遍的一项工作是对特定目标农药残留进行分析。某些农药可能用于特定农作物的生产，或者某些特殊的农药对儿童有明显的毒害作用，所以必须对这些化合物进行常规检测。使用解卷积软件的气相色谱-质谱（单四极杆）联用系统，被广泛应用于此类化合物的分析。自动质谱图解卷积和鉴定软件由美国国家标准技术研究院研发，安捷伦科技有限公司的解卷积报告软件将其融为一体。解卷积操作可以将出现在任意保留时间的未被分离的峰分成一系列“干净”的谱图，然后通过谱库检索进行定性。分析人员分析样品采用的方法与建立农药及内分泌干扰物谱库使用的方法相同，所以保留时间与谱库当中的一致。由此，解卷积报告软件可利用解卷积和锁定保留时间，根据谱库相应信息对农药进行定性分析。

这种方法对食品提取物，如菠菜的分析尤为有用。此例当中，一种目标农药是p,p'-二氯二苯基二氯乙烯（p,p'-DDE），DDT的一种分解产物。总离子流色谱图在p,p'-DDE的保留时间处（24.07min）无可辨别的峰出现。对整个TIC图的解卷积分析发现有768种不同的组分。经过与农药谱库的搜寻比对，发现其中12种可找到相匹配的结果，包括p,p'-DDE。图1中下图的黑色碎片代表使用解卷积前的原始图，白色碎片表示与p,p'-DDE的标准谱图相匹配的经解卷积后的结果。绘制这一组分在图1中上图的提取离子流图（246，248，316，318）有助于进一步确证总离子流图中p,p'-DDE峰的存在。图2显示了从原始质谱图中提取出来的p,p'-DDE的质谱图，并与谱库中的信息进行了比对，证实菠菜样品中确实存在这种农药。使用强大整合后的解卷积软件系统，比如DRS，同时使用专门谱库，比如日本肯定列表农药谱库或者更全面的农药和内分泌干扰谱库（安捷伦科技有限公司），将更有效地提高食品检验实验室的效率。这种气相色谱-质谱联用法使用DRS软件，能够在2 min之内筛选数百种组分，并对其中包含的目标化合物进行定量分析。而分析家若利用传统的气相色谱-质谱数据处理法处理样品，每个样品至少需要15 min用于数据比对及对农药残留的确认。

图1. GC-MS法对菠菜中的p,p'DDE进行测定，通过J&W DB-5ms色谱柱，以及7890A型气相色谱系统和5975C质谱获取数据

图2. 使用DRS和农药及内分泌干扰物谱库（安捷伦科技有限公司）鉴定菠菜中的p,p'-DDE

液相色谱-质谱分析法对分析极性强或者热不稳定的目标农药也非常有用。而LC-QQQ对于成分复杂，易对分析产生干扰的食品样品尤其适用。

复杂样品基质的处理

样品的前处理是食品分析中面临的一个挑战性工作，占据了整个农药分析过程的相当一部分时间。而一个可靠的分析方法能够在不损失灵敏度和准确性的前提下，实现对非常复杂样品的处理。

基于QQQ系统的多反应监测（MRM）能对复杂基质中的痕量化合物进行检测，在一次分析过程中能同时进行筛选、定性和定量（虽然大多数实验室需要重复分析以进一步确证）。来自样品的目标化合物的母离子在经过第一个四极杆（Q1）时被选择并分离出来，经过六极杆碰撞池（Q2）母离子发生裂解产生子离子，再经过第二个四极杆（Q3）对子离子进行检测。在这个转变过程当中，选择目标农药的特征子离子，可以将化学噪音从信号当中排除，即使对于非常复杂的样品，也能得到很高的灵敏度和选择性。对每一种农药的特征碎片进行仔细选择，我们有可能建立一种MRM分析方法，此法可用来同时鉴定一个样品中的数百种农药并进行定量。

有效使用LC-QQQ MRM法需要优化以下几个参数，包括碎裂电压和碰撞反应池。参数经优化后对每一个目标化合物的特征碎片必须能够产生最大响应，同时自动优化软件系统能够极大简化这项任务。

对于农药的筛选、定性和定量，LC-QQQ提供了一个很好的平台。一个筛选方法每个目标化合物只包含一个子离子，以尽可能多地将目标农药包括进来。对筛选过程中检测到的农药进行确认时再使用两个子离子。例如，采用一种分析方法快速鉴定了301种农药，其中大多数的检测限（LOD）约为0.01 mg/kg （10 ppb），这也是美国MRL法规定的儿童食品的检测限和欧洲国家MRL法对食品检测临界值的基本规定。在单一分析中得出的这一界限值使用阳离子电喷雾技术得到的，此技术可以在每个时间区段包括99个母离子到子离子的转变过程，每个化合物都有一个定量和一个定性离子。我们评价了两种蔬菜（胡椒和番茄），用于定量时，信号强度在三个数量级范围内具有线性关系。（r2 > 0.99，图3）。

图3. 胡椒中二嗪农的标准曲线，曲线由六点绘制而成，浓度介于0.1~100ng/ml之间，采用线性拟合，原点不包括在内。以上数据使用ZORBAX SB-C18 1.8-mm液相色谱柱和6410A QQQ系统使用ESI源，在正离子模式下得到

同时，GC-QQQ可以对复杂基质如大蒜和姜中的非极性农药进行高灵敏度，重现性的筛选、定性和定量分析。虽然这些样品有很高的背景，但农药组分仍可在低至0.5 ppb的水平上被检测，而且此时仍然有很高的信噪比，峰面积的相对标准偏差小于6%（图4）。对于某些特殊的“活性”农药，比如乙酰甲胺磷，使用分析保护剂能减少目标物的吸附，提高灵敏度，改善峰形。结果表明该法能显著提高复杂样品的定量准确度。

图4. 大蒜当中500 fg杀螟腈精密度实验结果。使用HP-5ms UI(超惰性)30 m×0.25 mm×0.25 μm毛细管色谱柱和标准7000A QQQ 质谱系统（安捷伦科技有限公司）得到的数据。将杀螟腈加入大蒜基质中（0.5 ppb），重复分析5次，将5次分析结果叠加。峰面积及其平均值和相对标准偏差值如左边表格所示

在操作过程中反吹GC色谱柱，而不是通过加热色谱柱的方式，能够在不改变保留时间和色谱柱使用寿命的基础上去掉样品中很多高沸点的干扰物质（图5）。此外，该法也能消除鬼峰，同时避免因过度柱流失和残留物进入质谱仪而导致的离子源污染。

图5. GC色谱柱进行反吹得到更高的信噪比和更短分析时间。采用标准7890A气相色谱系统HP-5ms气相色谱柱比较反吹（红色谱图）和色谱柱加热（蓝色谱图）法的效果

对大量农药的成功快速分析的关键点是QQQ质谱仪的驻留时间：驻留时间越短，单位时间内可采集的离子数越多，单位时间内可定量的农药也越多。

未知农药的分析

食品检验实验室经常想检测样品中可能存在的所有农药，而不是有限的目标化合物。基于解卷积的气相色谱-质谱能有效筛选超过900种农药，LC-TOF或者LC-QTOF也常用来筛选许多适合液相色谱-质谱分析的化合物。

TOF和QTOF技术是非常精确的质谱技术，通常能达到小于2 ppm的准确度。比如安捷伦公司的分子特征提取（MFE）软件能找到样品中代表真正化合物的所有离子，而噪音和其他的干扰离子均能被排除。挑选出来的离子在一个精确分子量化合物数据库当中进行检索以确定是否有合适匹配（图6）。这种方法被用来筛选食品提取物中600种农药及其降解产物，确定了其中100种农药的检测限，其中34%的检测限小于0.01 mg/kg（10ppb），95%组分的检测限小于0.5 mg/kg（500 ppb）。采用手工方法筛选数百种化合物需要花费几小时甚至几天的时间，而与之相比，采用MFE算法，仅需几分钟就可在极低浓度水平上对同样多的化合物进行分析。TOF可用来鉴定不限数目的可电离的化合物并且灵敏度不受所筛选化合物数量的影响。LC-TOF能对非目标和目标农药进行筛选和定量，但需要LC-QTOF或者其它的质谱-质谱联用方法对定性结果进行确认。

图6. 采用LC-QTOF筛选未知农药。上图显示的是总离子流图，采用1200液相色谱系统，ZORBAX Eclipse XDB，5 mm色谱柱和6510液相色谱-质谱QTOF系统（安捷伦科技有限公司）MFE软件在TIC中发现510种组份，其中15种经EXACT MASS数据库得到确认（下表）。图中突出显示的三个组分通过质谱-质谱联用分析技术得到进一步确认

结论

食品检验实验室需要一系列的全面的基于质谱分析的技术和方法，以便能筛选、定性和定量不少于1000种农药。筛选方法应能够在一次运行中筛选到尽可能多的污染物，而且这些方法不要求定量出所有的组分。筛选完成后，对目标化合物的分析要有高选择性，高灵敏度和定量准确性。对于适合液相分析的农药，需要先进行LC-TOF或LC-QTOF分析，然后进行LC-QQQ分析。对于气相色谱可识别的农药，需要先进行有DRS的GC-MS分析，然后使用GC-QQQ对低浓度目标化合物进行分析。

作者来自安捷伦科技有限公司。

来源：实验与分析