使用氣相色譜三重四極桿質譜聯用技術快速檢測多種農殘

賽默飛世爾科技（中國）有限公司

 

國際法規(guī)將上千種農藥殘留化合物在食品中的最高限量（MRLs）規(guī)定為極低的水平—10ppb 或更低1。目前，使用氣相色譜單四級桿質譜聯用法（GC/MS）能夠檢測出超過300 種規(guī)定的農殘化合物，而使用液相色譜質譜法（LC/MS）能夠檢測出多種極性大的農殘化合物2。而使用氣相色譜單四級桿質譜聯用技術（GC/MS）對大量的農藥進行最大殘留限量分析，逐漸不能滿足質量監(jiān)管和政府控制決策的需求。本文介紹了一種快速檢測多種農殘的分析方法，使用Thermo Scientific TSQ QuantumTM 氣相色譜- 三重四極桿質譜儀的獨特功能進行定量分析和陽性結果的最終確認。

 

一次運行中同時對多種農殘進行檢測和定量分析的困難主要來自于大量化合物的共流出。由于很多種化合物的流出時間出現部分重疊甚至完全相同，要求分析儀器具有足夠高的速度以獲取充足的定量數據點，從而確保對重疊色譜峰積分的準確性。

 

得益于TSQ Quantum 氣相色譜質譜儀無與倫比的采集速度，多種農殘的快速分析成為現代化的食品安全檢測實驗室的常規(guī)工作，同時解決了這類分析工作中遇到的主要挑戰(zhàn)：

 

a. 窄色譜峰需要足夠快的質譜采集速度，以獲取充足的數據點進行定性和定量分析。

b. 多組分同時分析方法必須考慮到部分或完全共流出的多種組分。SRM 轉換速度需要足夠快，能夠監(jiān)測多種共流出的化合物，提供足夠的數據點，從而得到可靠的峰積分結果。

c. 多組分同時分析方法需要涵蓋盡可能多的化合物，要求質譜儀在一次分析運行中同時監(jiān)控幾百個SRM離子對。

d. 由于基體復雜的樣品中多種組分的保留時間差別小，質譜方法應能用盡可能少的采集片段滿足多種目標物的檢測。這要求質譜儀能夠在不損失靈敏度的前提下，在一個片段窗口中測定盡可能多的離子對。

e. 在這些條件下，短的SRM 駐留時間和掃描間隔時間是必要的。

f. 短的駐留時間和掃描間隔時間會導致生成相同子離子的目標物得到假陽性結果，必須避免樣品分析中產生的“串擾”。

 

多殘留農藥同時分析方法的目的是減少多個化合物分析的結果和查看與生成報告所需要的時間，從而提高分析效率，滿足日益提高的樣品通量需求。本方法雖然包含了種類及數量眾多的農殘，仍使用了一根短毛細管色譜柱以提高色譜分離速度，增大樣品通量。使用TSQ Quantum氣相色譜儀，在20 分鐘的一次運行中，數據采集方法實現了全部175 個SRM 離子對的采集。一次運行被分成了11 個保留時間窗口（采集分段），單個窗口最多包括25個SRM 離子對。駐留時間短至25ms，確保獲得對目標物準確定量所需的高靈敏度和數據采集速度。即使在包含25 個SRM 離子對的分段窗口也未發(fā)現“串擾”現象。

 

Thermo Scientific TRACE GC UltraTM 氣相色譜能夠提供快速色譜分離，配置的Thermo Scientific TriPlusTM 自動進樣器能夠提供自動化、重現性好的液體進樣。使用一根Thermo Scientific TRACETM TR-5MS 色譜柱，柱長為15m，加快了GC分析速度，提高了樣品通量。表1 列舉出了氣相色譜儀、自動進樣器和質譜儀的儀器參數。

 

表1. TRACE GC Ultra 氣相色譜儀、TriPlus 自動進樣器和TSQ Quantum GC 質譜儀的儀器參數

 

Thermo Scientific QuanLabTM Forms 2.5 軟件為農殘分析實驗室提供量身定制的數據查看和生成報告程序，滿足工作流程的需要，提高了多農殘分析的工作效率。QuanLab Forms軟件包括一個集成的用戶界面，用于管理農殘化合物總清單、自動數據查看、自定義查看和多種報告格式。

 

圖1 為濃度50pg/μL 的170 種農殘的完整色譜圖，顯示出洗脫條件的復雜性。最后一個色譜峰的流出時間是20min。目標農殘化合物涵蓋了多個化合物種類：有機氯、有機磷、氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類和三嗪農藥，用175 個相應的SRM 離子對均能檢測出。

 

圖1 GC-MS/MS 檢出的170 種農殘的總離子色譜圖

 

SRM 離子對分組的選擇主要考慮到參數設置適用于組內所有化合物，確保每個化合物有25ms 的駐留時間。以保留時間從5.97min 到8.27min 的分段窗口為例，表2 列舉了27 種農殘化合物的全部25 個SRM 離子對。

 

表2. 27種農殘化合物的全部25個SRM離子對（ 5.97-8.27min保留時間窗口）

 

* 由于保留時間窗口的重疊，二嗪磷出現在5.97-8.27min 和8.27-10.17min 兩個分組內。

 

三重四極桿質譜儀碰撞池的記憶效應稱為“串擾”。如果出現了串擾，樣品中實際并不存在的化合物可能被檢出，從而出現假陽性結果。5.97min 到8.27min 分段窗口內全部25 個SRM 離子對的駐留時間和掃描間隔時間都很短，這就要求在獲取下一個數據組之前有一個快速掃描序列對碰撞池進行有效清空。以久效磷（m/z 127 → 109）和地蟲硫磷（m/z 137 → 109）為例說明TSQ Quantum GC 質譜儀的零串擾特性，這兩種化合物在同一個分段窗口且產生相同的子離子m/z 109，但得到了兩個不同的SRM 離子對，如圖2 所示。另一個類似的例子是六六六（m/z 219 → 183）和嘧霉胺（m/z 198 → 183）。TSQ Quantum GC質譜儀能夠完全避免串擾，獲得十分可靠的數據，不出現假陽性結果。

 

圖2. 在8.09min 的高濃度久效磷（m/z 127 → 109，下圖）到地蟲硫磷（m/z 137 → 109，上圖）的快速SRM 采集序列未見串擾信號

 

QuanLab Forms 軟件包為目標化合物的定量分析提供了自然流暢的工作流程向導，從建立方法和設置序列到數據查看和生成報告。方法涵蓋的所有農殘化合物與峰積分結果和標準曲線相關聯（見圖3）。在本實驗中，含10ppb農殘的雞尾酒被加入到一個韭菜樣品中。峰積分結果顯示出濃度在最高限量（MRL）水平。通過QuanLab Forms 軟件能夠快速查看數據，包括樣品、標準樣、質控樣（QCs）、空白和加標回收率（%）。QuanLab Forms 能夠提供緊密排版的定量報告，如圖4 所示。這種報告類型有助于將種類眾多的化合物報告出具在很少的紙張上。

 

圖3. QuanLab Forms 軟件的數據查看窗口（加入了MRL 水平10ppb 農殘的韭菜樣品）

 

圖4. QuanLab Forms 軟件的緊密型積分結果報告示例（使用TSQ Quantum GC 質譜儀的H-SRM 模式對加入MRL水平10ppb 農殘的韭菜樣品的分析結果）

 

為了有效控制國際法規(guī)中MRL 水平的農殘，Thermo Scientific TSQ Quantum GC 質譜儀為多農殘分析提供了最高的工作效率。

 

采用快速GC 方法確保了很高的樣品通量。通過一次進樣，在僅20min 的分析時間內，Quantum GC 實現了對170 種農殘化合物的高靈敏篩查。通過將化合物分為11 個分段窗口，單個窗口包含離子對高達25 個，獲得了卓越的靈敏度、選擇性和靈活性。即使在快速采集數據的循環(huán)中，也能夠完全避免由于串擾引起的假陽性結果。Quantum GC有望在不損失整體靈敏度的前提下進一步減少駐留時間，以滿足必要時加入更多目標化合物分析的要求。QuanLab Forms 軟件提供了工作流程化向導格式，便于分析者更容易的建立和管理分析方法、獲取樣品數據、瀏覽結果和打印報告。

 

1. EU Commission Directives 91/414/EEC,86/362/EEC,86/363/EEC, 90/642/EEC,Regulation(EC)N.396/2005 and subsequent amendments.

2. Ministry of Health,Labour and Welfare Japan,Department of Food Safety,The Positive List System for Agricultural Chemical Residues in Foods,June 2006, see: http://www.mhlw.go.jp