飛行時間質(zhì)譜技術(shù)在農(nóng)畜產(chǎn)品中的應(yīng)用研究

摘 要 飛行時間質(zhì)譜在農(nóng)獸藥殘留分析顯示出極大的發(fā)展?jié)摿Α８攀鲲w行時間質(zhì)譜原理，比較與其他不同質(zhì)量分析器的優(yōu)劣勢，并對該技術(shù)在農(nóng)畜產(chǎn)品中農(nóng)獸藥及其他物質(zhì)殘留分析領(lǐng)域的應(yīng)用進行綜述，同時對飛行時間質(zhì)譜技術(shù)在農(nóng)藥殘留分析研究領(lǐng)域的發(fā)展前景作了展望。

關(guān)鍵詞 飛行時間質(zhì)譜；多殘留；非定向篩查

中圖分類號：O657.63 文獻標(biāo)志碼：C 文章編號：1673-890X（2015）34-057-04

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我國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，植物源食品的病蟲害日益增多，對動物源食品的品質(zhì)要求提高，農(nóng)藥、獸藥用量增大，品種增加，農(nóng)藥和獸藥已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)中不可或缺的角色，但農(nóng)藥、獸藥的長期使用和濫用不僅在產(chǎn)品上有殘留，還污染了環(huán)境，對人們造成了危害。因此，快速、準(zhǔn)確地分析檢測農(nóng)藥、獸藥的殘留已經(jīng)成為當(dāng)今社會的一大熱點問題。色譜、質(zhì)譜是分析檢測農(nóng)、獸藥殘留的最常用、最有效的方法，而檢出農(nóng)、獸藥如何確證定性是一個很關(guān)鍵的問題，同時也是一個難點。質(zhì)譜的誕生為農(nóng)、獸藥定性奠定了基礎(chǔ)，而飛行時間質(zhì)譜（Time of Flight Mass Spectrometer，簡稱TOF-MS）技術(shù)是近些年來發(fā)展迅速的分析技術(shù)，目前常用于多種藥物同時篩查，在農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

1飛行時間質(zhì)譜篩查技術(shù)原理

1.1飛行時間質(zhì)譜儀原理

飛行時間質(zhì)譜是近年常見的質(zhì)量分析器，由離子源產(chǎn)生的離子首先被收集，在收集器中所有離子速度變?yōu)榱?，使用一個脈沖電場加速后進入無場漂移管，并以恒定速度飛向離子接收器，這種技術(shù)利用動能相同質(zhì)荷比不同的離子在恒定電場飛行的原理，恒定的距離所需不同的時間，則可以把不同質(zhì)量的離子按m/z值大小進行分離，從而對物質(zhì)結(jié)構(gòu)或成分進行分析的一種質(zhì)譜方法[1]。

飛行質(zhì)譜儀分為線性和反射模式兩類，早期的飛行質(zhì)譜儀分辨率低，反射模式飛行質(zhì)譜儀通過加上的一個靜電場反射鏡，使得自由飛行離子聚焦位置一定，從而改善了分辨率。飛行質(zhì)譜儀硬件部分包括硬件部分包括離子源、質(zhì)量分析器、檢測器和高真空系統(tǒng)四個部分。離子源主要包括電噴霧電離源（ESI），大氣壓化學(xué)電離源（APCI），基質(zhì)輔助激光解吸電離源（MALDI），大氣壓光電離源（APPI）；質(zhì)量分析器主要部分是一個離子漂移管，為了提高飛行時間質(zhì)量分析器的分辨率，現(xiàn)在多采用激光脈沖電離方式，離子延遲引出技術(shù)和離子反射技術(shù)；檢測器主要是選用微通道板（MCP）離子檢測器，MCP由平行的圓筒型微通道組成，當(dāng)離子進入微通道時產(chǎn)生二次電子，反射通過這些通道時，不斷產(chǎn)生更多電子；高真空系統(tǒng)主要有前級的旋葉式機械泵和后級的渦輪分子泵共同組成[2-3]。

根據(jù)目標(biāo)化合物的不同，選擇不同的離子源進行離子化，然后由質(zhì)量分析器根據(jù)化合物的質(zhì)荷比m/z不同按序排列，最后經(jīng)過檢測器得到完整質(zhì)譜。

1.2飛行時間質(zhì)譜同其他質(zhì)譜比較

根據(jù)質(zhì)量分析器原理不同，目前比較常見的有機質(zhì)譜主要有：單四極桿質(zhì)譜、三重四級桿質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、離子肼質(zhì)譜等，其特點如表1。

單四極桿質(zhì)譜（Q-MS） 校準(zhǔn)簡便，在分析檢測中能廣泛應(yīng)用，但由于全掃描模式下缺乏準(zhǔn)確度，受到基質(zhì)中雜質(zhì)干擾，其靈敏度降低，對化合物鑒別性能降低，雖然選擇性離子檢測（SIM） 模式雖靈敏度有所提高，但缺少所需的結(jié)構(gòu)信息來鑒定化合物[4-5]。三重四極桿質(zhì)譜（QqQ-MS）是目前應(yīng)用最為廣泛的分析儀器，在復(fù)雜的基質(zhì)下應(yīng)用極為廣泛，執(zhí)行過程中中性丟失掃描，母子掃描模式以及子離子和多級反應(yīng)監(jiān)測具有很好的定量能力、靈敏性和準(zhǔn)確性，但無法獲得位置化合物的結(jié)構(gòu)信息且全掃描模式下靈敏度急劇下降，LC-MS/MS不如離子阱質(zhì)譜的定量能力，定性能力不如飛行時間質(zhì)譜[6-7]。離子阱質(zhì)譜其原理能夠分離出某種離子，把其他的離子排除出離子阱，還能夠富集離子，以提供更好的離子信號，因此定量能力高于QqQ-MS[8]。

飛行時間質(zhì)譜是目前非定向篩查和多殘留分析中應(yīng)用廣泛的新分析技術(shù)，它具有高分辨率、定性能力強，高精度的分子量分析可鑒定未知物質(zhì)分子式。飛行時間質(zhì)譜利用不同離子源和聚焦技術(shù)提高了離子化率和傳輸時間，從而提高了靈敏度。此外，全掃描模式下得到的離子質(zhì)量更準(zhǔn)確，微秒級掃描速度等使其具有明顯的優(yōu)勢。而現(xiàn)在為了結(jié)合幾種質(zhì)量分析器的優(yōu)勢和特點，目前更趨于采用Q-TOF（四極桿串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜）和IT-TOF（離子阱串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜）串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，而Q-TOF比QqQ、IT具有更高的靈敏度、準(zhǔn)確度，精確分子量的測定，且比TOF-MS選擇性和動態(tài)范圍方面有所提升[9-10]。

2不同飛行時間質(zhì)譜在農(nóng)畜產(chǎn)品中的應(yīng)用

近年來，多物質(zhì)殘留檢測和實現(xiàn)非定向物質(zhì)篩查是質(zhì)譜分析的發(fā)展的重要方向和趨勢，TOF、Q-TOF技術(shù)除了在醫(yī)學(xué)方面能廣泛應(yīng)用以外，在食品、農(nóng)產(chǎn)品的復(fù)雜基質(zhì)中農(nóng)藥、添加劑以及其代謝產(chǎn)物的篩查鑒別也頗為重要。

Lacina等[11]利用超高效液相色譜—飛行時間質(zhì)譜（UPLC-TOF-MS）技術(shù)結(jié)合QuEChERS前處理方法，建立了植物性食品中212種農(nóng)藥殘留篩查方法，UPLC-TOF-MS 在分辨率為10000 FWHM時，在樣品中檢出超過約96%的目標(biāo)農(nóng)藥品種。Paschoal等[12]也利用LC-ESI-MS-MS Q-TOF建立了檢測羅非魚中氟甲喹、惡喹酸、沙拉沙星、達氟沙星、恩諾沙星和環(huán)丙沙星6種喹諾酮藥物的分析方法。張新忠[13]針對防治茶園茶樹蟲害的重要農(nóng)藥——茚蟲威，該藥具有S、R兩種異構(gòu)體，同樣采用超高效液相—飛行時間—質(zhì)譜技術(shù)，用乙腈提取，F(xiàn)lorisil和GCB混合柱凈化，Lu×3 μCellulose-1手性柱拆分手性柱拆分，0.40 mL/min V（0.10%甲酸水溶液）∶V（甲醇）=15∶8的溶液作為流動相分析茶葉中手性農(nóng)藥茚蟲威對映異構(gòu)體的殘留，該方法平均添加回收率為80.75%～101.69%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）小于15%，方法定量限為0.0025 mg/kg，為進一步研究茚蟲威手性對映異構(gòu)體在茶葉中的選擇性降解遷移規(guī)律提供分析方法。趙志遠(yuǎn)[14]采用QuEChERS（Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe）前處理技術(shù)結(jié)合液相色譜—四極桿/飛行時間質(zhì)譜（LC-Q-TOF/MS）快速篩查方法，建立了對蘋果、番茄和甘藍(lán)中281種農(nóng)藥非定向篩查方法，該研究獲得精確質(zhì)量數(shù)數(shù)據(jù)庫以及譜圖庫，應(yīng)用LC-Q-TOF/MS數(shù)據(jù)庫檢索功能，實現(xiàn)了不需標(biāo)準(zhǔn)品對照，對蘋果、番茄及甘藍(lán)3種基質(zhì)中281種農(nóng)藥的準(zhǔn)確篩查與驗證，完成了對市售果蔬樣品中農(nóng)藥殘留的篩查、確證與定量，并得到了滿意的結(jié)果。高馥蝶[15]利用超高效液相色譜-四極桿-飛行時間質(zhì)譜（UPLC- Q- TOF- MS）技術(shù)建立了不同奶品（純牛奶、原奶、酸奶、高鈣奶、低脂奶和巴氏消毒奶）中抗生素類、磺胺類、沙星類等27種獸藥和克百威、殺蟲脒等15種農(nóng)藥殘留的快速檢測方法。黃鸝等以隱性孔雀石綠、蘇丹紅Ⅲ等為代表的15種在水產(chǎn)品中禁用的堿性合成色素為研究目標(biāo)物進行檢測，依據(jù)它們的相對分子質(zhì)量和理化性質(zhì)的差異， 結(jié)合應(yīng)用UPLC技術(shù)進行色譜分離，Q-TOF-MS進行質(zhì)譜信息采集，建立了快速檢測水產(chǎn)品中15種堿性合成色素的方法。朱萬燕、孟蕾[16-17]利用超高效液相-四極桿-飛行時間質(zhì)譜（UPLC-Q-TOF）建立豬肉、雞肉等動物源畜產(chǎn)品中農(nóng)獸藥殘留的測定方法，得到化合物碎片離子的分子式和精確分子質(zhì)量，可進一步對化合物的結(jié)構(gòu)和裂解規(guī)律加以確證，定性準(zhǔn)確，在復(fù)雜的基質(zhì)中提高判定的準(zhǔn)確性，降低“假陽性”出現(xiàn)的概率。

此外，氣相色譜串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜也應(yīng)用廣泛。Soma 等[18]采用GC×GC-TOF-MS 技術(shù)分析了葡萄和葡萄酒中160種殘留農(nóng)藥和 25種持久性有機污染物，而Cervera 等[19]采用GC- TOF- MS技術(shù)分析了蔬菜和水果中55種農(nóng)藥及其降解產(chǎn)物，兩者檢測方法的建立大部分物質(zhì)的回收率達到70%～120%，RSD<20%。羅銘等[20]采用GC-Q-TOF對環(huán)境污染物農(nóng)藥和多環(huán)芳烴物質(zhì)進行了準(zhǔn)確確證，姜俊等[21]采用全二維氣相（GC×GC） 匹配飛行時間質(zhì)譜（Q-TOF） 建立油菜薹、黃瓜、茄子、四季豆和辣椒中64種農(nóng)藥殘留同時測定方法。

3飛行時間質(zhì)譜在農(nóng)畜產(chǎn)品物質(zhì)篩查中的前景展望

我國農(nóng)畜產(chǎn)品安全問題日益嚴(yán)重，農(nóng)藥超標(biāo)、獸藥濫用等問題頻發(fā)，但由于農(nóng)畜產(chǎn)品種類多，基質(zhì)復(fù)雜且多藥殘留，因此低分辨率質(zhì)譜在多殘留藥物分析中容易出現(xiàn)假陽性，非定向篩查也不能有效實現(xiàn)，高分辨質(zhì)譜可在很大程度上彌補這些缺陷。

而隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，通過質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫的比對來查詢和確認(rèn)未知化合物變得相對簡單易行，通過飛行時間質(zhì)譜技術(shù)實現(xiàn)未知農(nóng)藥的快速篩查是現(xiàn)階段最有效的途徑之一。目前只有氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)（GC-MS）有與之匹配的商品化質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫，液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)沒有統(tǒng)一的商品化質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫[22]。因此，利用UPLC技術(shù)分離度高重現(xiàn)性好，TOF-MS高質(zhì)量數(shù)分辨率和掃描速度，全掃模式下能夠在一次運行中實現(xiàn)幾百種甚至上千種未知物質(zhì)的優(yōu)勢，構(gòu)建UPLC-TOF-MS農(nóng)獸藥快速篩查質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫是飛行時間質(zhì)譜發(fā)展的重要前景，這不僅大大提高了農(nóng)畜產(chǎn)品分析技術(shù)的水平，還可為今后我國農(nóng)產(chǎn)品、食品質(zhì)量安全做出重要貢獻。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）