基于网友疑问,略作交代:本法是尝试探讨一种尽量准确的速测型方法,比酶抑制法肯定要快、准、省,虽然有质谱,但随着科技发展,也会有廉价、性能够用的便携式micro质谱。作为大气压原位电离,即使同一个标准每一次进样的响应值也都有一定的差异,回收的差异范围是正常的,跟其大气压电离环境有关,跟基质有关,另外也跟内标校正有关。跟不同农药离子化效率有差别有关。
目标,以后甚至现在我们就可以拿个西红柿,用毛细管蘸取一下,瞬间就可以知道有没有目标农药。
虽然性能上肯定不如意,但我们首先需要思维的突破,再逐渐完善。
前言
随着草莓反季节栽培面积逐年增加,草莓生产过程极易发生病害,生产者缺乏有关安全与合理使用农药的知识,不合理使用农药现象普遍(常用农药有嘧菌酯、多菌灵、咪鲜胺、多效唑、氟硅唑、烯酰吗啉等),造成农药残留量超标而影响人民身体健康。
质谱在食品、环境、生命科学等多个检测领域扮演着重要的角色,但利用质谱分析测试样品,通常要花费大量的时间和精力在样品前处理上,尤其对于复杂基质的样品。因此,很多科学家在积极开发能够在大气压下直接将样品离子化的分析技术,此技术是将样品离子化过程从真空状态转移到大气压状态下完成,避免了传统技术要求真空条件而产生的缺点,如DART、DESI、DBDI、ASAP等。
大气压固体分析探头(ASAP)是近几年出现的常压直接离子化分析技术,其基于电晕放电,离子气流喷射表面热解为技术特点,无需复杂前处理或色谱分离,与其他技术相比具有操作简便、价格低廉、无需对仪器进行改动的优势。
目前, 我国采用在对应急草莓等农产品进行筛查时仍需要更快速准确的鉴定方法。作为前沿的分析技术,直接分析质谱的发展趋于快速、简便、准确,是一种风险排查的潜在有力手段。目前采用ASAP相关技术进行农药筛查的应用鲜有报道。
仪器与条件
Xevo TQ-S 三重四极杆质谱仪,大气压固体分析探头离子源(ASAP),MassLynx4.1工作站;电子天平;T-25高速均质匀浆器等。
标准物质及内标(多菌灵、莠去津、氯吡脲、6-苄氨基嘌呤、乙霉威、腈菌唑、多效唑、烯酰吗啉、嘧菌酯、氟硅唑、喹禾灵、咪鲜胺和抗蚜威)。
ASAP源参数:将仪器设置为ASAP正离子模式,离子源温度150 ℃;样品锥孔电压30V;电晕针电流5µA;脱溶剂气温度450 ℃;脱溶剂气流速1000 L/H。脱溶剂气为高纯氮气,碰撞气为高纯氦气。
样品溶液及标准溶液的制备
准确称取10.0 g试样,加入10.0mL乙腈,在匀浆机中高速匀浆2 min后抽滤入预先放有4~5g氯化钠的具塞量筒,充分震荡1min,静置10 min后,取上层乙腈提取液转溶于甲醇过0.22µm滤膜作为待测液,根据需要加入相应浓度的内标物。
标准溶液的制备:将各标准物质以甲醇配制成浓度10.0mg/L 的单标储备溶液及相应混合标准溶液。所有溶液于-18℃避光储存。使用前移取适量混合标准溶液,以草莓空白样品提取液逐级稀释成工作液,现用现配。各基质系列标准曲线工作溶液分别配置成500μg/L、200μg/L、100μg/L、10μg/L、5μg/L、2μg/L的溶液于2mL进样小瓶,根据需要加入相应浓度内标物。基质匹配标准溶液使用经检测无待测物干扰的空白样品提取液稀释。
上样操作
ASAP分为内部探头和外部组件,使用方法:按住外部组件上的密封杆,取下内部探头,将毛细管末端浸入或蘸取样品溶液,或使用精密移液器向毛细管末端加入1μL,然后将内部探头完全插入中央腔体。大概20秒后即完成分析。注意毛细管要插到底。上样时确保毛细管末端不与外部组件的部件接触。携带样品的ASAP探头插于质谱离子源的源体内,热的气流使样品快速脱附,经电晕放电离子化产生质子化离子,进入质谱进行分析。
ASAP采用玻璃毛细管直接进样,不需用色谱分离,因此进样精度较差,为提高进样精度,考察了使用微量移液枪在毛细管末端进样1微升的方式对连续7次进样农药峰面积相对标准偏差(RSD)的影响,精密度由23~38%提高到16~23%,提高了30.4~50%左右。为了满足定量测定的要求,提高定量可靠性,本方法在注射器进样的基础上采用内标法进行校正。结果表明(表1),使用内标校正后RSD基本在10%以下,精密度相对蘸取进样提高了68%,相对注射器进样提高了近50%,对直接质谱分析来说达到了比较满意的效果,满足定量的要求。
表1 各农药连续7次进样峰面积的相对标准偏差
农药
| 苯醚甲环唑 | 哒螨灵 | 毒死蜱 | 除虫脲 | 灭幼脲 | 辛硫磷 | 吡虫啉 |
蘸取进样 | 31.7 | 24.4 | 26.6 | 30.4 | 31.5 | 23.2 | 25.7 |
移液枪进样 | 20.6 | 22.1 | 22.3 | 18.1 | 19.2 | 17.5 | 19.4 |
内标校正 | 6.8 | 5.5 | 8.2 | 6.0 | 11.8 | 5.2 | |
农药 | 抗蚜威 | 三羟基克百威 | 啶虫脒 | 克百威 | 氧乐果 | 嘧霉胺 | 多菌灵 |
蘸取进样 | 37.9 | 27.3 | 31.1 | 27.4 | 33.4 | 26.5 | 31.8 |
移液枪进样 | 17.6 | 20.2 | 18.4 | 20.8 | 15.9 | 21.9 | 20.5 |
内标校正 | - | 6.6 | 3.6 | 7.1 | 6.7 | 12.1 | 11.8 |
定性确认
农药目标物的定性一般应该遵循以下原则:选择同一母离子的2-3个监测通道,所选监测通道应在分析中同时出现;所选择的母离子与子离子之间的丰度比应在一定的变异范围内;检出物质与标准物的保留时间应一致。在实时直接质谱分析中不需要常规的色谱分离,检测物均在同一时间段出峰,所以对于保留时间的定性原则不予考虑。本研究是针对多种化合物的检测,由于没有色谱分离,样品基质中易挥发组分也会形成堆积峰,一级质谱母离子信号也可由样品中的基质或杂质带入,因此选择各目标化合物的两对特征二级碎片离子来进行定性,以排除假阳性误差。这种方法也满足欧盟的一个分析物确证至少要达到4分的定性要求,即母离子1分,两个子离子各1.5分。如果干扰物也同时具有这两对离子对,那么将根据样品中子离子丰度比的偏差范围是否在合理范围内来确定,至少应满足欧盟定性确证时相对离子丰度的最大允许相对偏差有关规定——欧盟指令文件SANCO/10684/2009 (EuropeanGuideline. SANCO/10684/2009: Method validation and quality control procedures forpesticide residues analysis in food and feed)的要求,定性确证时样品中子离子的相对离子丰度的最大允许相对偏差参见表2。
表2 定性确证时相对离子丰度的最大允许相对偏差
相对离子丰度 | >50% | >20~50% | >10~20% | ≤10% | 允许的相对偏差 | ±20% | ±25% | ±30% | ±50% |
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通过计算标准品的平均子离子丰度比,确定样品中子离子丰度比的偏差范围,一般情况下在此范围内的样品可以确证为含有该目标化合物。
如图1,在0-10 min处的三个进样峰为5 ug/L多效唑标准谱图,13-19min为草莓样品谱图。从图中两个子离子的比例可以很容易看出,相差较大,可以判断为样品中的出峰为假阳性,多效唑未检出。
图1 多效唑标准和草莓样品检测的MRM谱图
方法的线性范围、相关系数
实验考察了ASAP源结合串联质谱的定量线性。将草莓空白样品提取液配制浓度为500μg/L、200μg/L、100μg/L、10μg/L、5μg/L、2μg/L的系列混合标准溶液,采用内标法对待测组分进行定量,以不同浓度标准溶液中的待测物和内标物的峰面积之比为纵坐标,标准溶液浓度为横坐标,建立标准曲线,12种农药化合物的ASAP-MS/MS标准曲线回归方程、相关系数表略。除莠去津、腈菌唑线性范围为5~500μg/ L,其他化合物均在2~500 μg/ L 浓度范围,线性关系良好,R2介于0.9966~0.9999, 其中氯吡脲R2最低为0.9966。说明该方法虽然进样精度不如色谱精度,但本研究改进条件后线性优异定量能力更可靠。
方法的定量限与添加回收试验
根据各化合物5 μg/kg色谱峰按照按照10倍信噪比确定化合物的定量限(LOQ),信噪比由MassLynx软件按照Peak-to-Peak方式自动计算。样品中12 种化合物的LOQs为0.22~5.56 μg/kg,具有较高的灵敏度。其中最低的为腈菌唑,最高的为乙霉威,见表5-5。由于ASAP方法无有机溶剂流动相,背景单一,相对ESI要干净。故ASAP耦合串联质谱技术用来作为一种快速的初筛手段进行定性鉴定和半定量筛选,是满足各国法规要求的。
由于是半定量检测,做精确回收率意义不大,但为了了解该方法定量偏差情况,向草莓样品添加0.05 mg/kg浓度水平的混合农药标准,按照上述方法检测以内标标准曲线进行回收率计算(见表3),回收率在51~158%范围内。
表3 各农药化合物方法添加回收、定量限及最大残留限量
| Compound | 定量限LOQ(μg/kg) | 最大残留限量 MRL(mg/kg) | 添加浓度(μg/kg) | 回收浓度((μg/kg)) |
多菌灵 | Carbendazim | 0.29 | 0.5 | 50 | 26.6 |
莠去津 | Atrazine | 3.23 | 0.05(玉米) | 50 | 36.3 |
氯吡脲 | Forchlorfenuron | 0.78 | 0.1(黄瓜) 0.05(葡萄) | 50 | 76.2 |
6-苄氨基嘌呤 | 6-BA | 1.17 | 0.2 | 50 | 40.0 |
乙霉威 | Diethofencarb | 5.56 | 1(番茄) | 50 | 55.1 |
腈菌唑 | Myclobutanil | 0.22 | 1(黄瓜、葡萄) | 50 | 68.0 |
多效唑 | Paclorbutrazol | 0.87 | 0.5(苹果) | 50 | 70.3 |
烯酰吗啉 | Dimethomorph | 0.27 | 5(黄瓜、葡萄) | 50 | 67.4 |
嘧菌酯 | Azoxystrobin | 0.83 | 1(西瓜) 0.5(黄瓜) | 50 | 79.2 |
氟硅唑 | Flusilazole | 1.21 | 1(黄瓜) 0.5(葡萄) | 50 | 25.5 |
喹禾灵 | Quizalofop-ethyl | 0.75 | 0.1(大豆、甜菜) | 50 | 70.9 |
咪鲜胺 | Prochloraz | 1.84 | 1(黄瓜) 2(葡萄) | 50 | 26.9 |
表3列出了各农药在草莓中的最大残留限量,草莓中没有限量标准的农药则参考相近产品。通过比较可以看出,本方法定量限远远小于MRL,限量值范围在0.05-5mg/kg,定量限在0.22~5.56μg/kg,定量限大概比限量值小1000倍,因此采用此方法能够满足法规的要求,具有在监督抽查、例行监测、应急监测中广泛应用的潜力。
分析应用
为验证本方法的有效性,应用上述定量方法对一批草莓样品进行了12种不同农药的ASAP-MS/MS定量快速检测,并同时采用传统的超高效液相色谱串联质谱仪(UPLC-MS/MS)检测对结果进行了对比。结果显示,在10个样品中,涉及6种农药被累计检出19频次,最高含量为6号中嘧菌酯239μg/kg,最低的为氟硅唑等都是小于1μg/kg;5号样品中嘧菌酯、10号样品中腈菌唑浓度较低,UPLC检测出但经确证为非目标物,ASAP-MS/MS检出结果与UPLC-MS/MS检出基本一致;农药残留量没有超过国家限量标准(GB 2763-2014)。
结论
对建立的方法进行了评价。主要得到以下结论:样品不需要净化、浓缩等复杂耗时前处理过程,只需采用乙腈提取,也不需要优化色谱条件,不需耗时的色谱柱平衡和冲洗,在多反应监测模式(MRM)下进行测定,根据样品中子离子丰度比的偏差范围是否在合理范围内来确认目标物,内标校正法进行定量。除莠去津、腈菌唑线性范围为5~500 μg/ L,其他化合物均在2~500 μg/ L 浓度范围,线性关系良好,R2介于0.9966~0.9999, 其中氯吡脲R2最低为0.9966。该方法可以在较短的时间内完成对大量样品的检测,具有操作简单、快速、灵敏以及高通量等特点,对检测技术人员要求不高,满足对草莓中农药进行快速检测的要求。可望在草莓或西瓜等质量安全监管、风险监测与评估、应急检测等工作中应用。