氣相色譜-質(zhì)譜在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

◎ 吳永鎧

（汕頭市食品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，廣東 汕頭 515000）

農(nóng)藥作為廣泛用于農(nóng)業(yè)防治病蟲(chóng)害及調(diào)節(jié)植物生產(chǎn)的化學(xué)藥劑，其殘留檢測(cè)成為監(jiān)管農(nóng)藥使用、保證食品安全的一種重要手段。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用綜合氣相色譜與質(zhì)譜兩種檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)食品中的化合物結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，快速識(shí)別農(nóng)藥殘留量和衍生物質(zhì)。文章通過(guò)分析農(nóng)藥殘留現(xiàn)狀和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的幾種關(guān)鍵前處理技術(shù)和對(duì)應(yīng)的部分具體應(yīng)用，結(jié)合對(duì)目標(biāo)化合物確認(rèn)技術(shù)的敘述，希望為相關(guān)領(lǐng)域工作者提供借鑒、數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）檢測(cè)技術(shù)概述及工作原理

1.1 GC-MS技術(shù)概述

氣相色譜技術(shù)是一種利用物質(zhì)沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)之間的差異，實(shí)現(xiàn)將目標(biāo)化合物從混合物中有效分離的技術(shù)。該技術(shù)提純效率較快，操作簡(jiǎn)單，但定性分析水平較差，存在一定的局限性。質(zhì)譜法通過(guò)檢測(cè)離子質(zhì)量和電荷比值，對(duì)化合物分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)分析，該技術(shù)分析結(jié)果準(zhǔn)確度高，定性分析能力較強(qiáng)，但與氣相色譜技術(shù)相比定量分析能力較差。GC-MS技術(shù)以氣相色譜和質(zhì)譜為基礎(chǔ)，將氣相色譜將技術(shù)與質(zhì)譜技術(shù)串聯(lián)，充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，既能將化合物快速分離，又可以準(zhǔn)確獲取化合物分子結(jié)構(gòu)，充分滿足對(duì)化合物定性、定量的檢測(cè)要求。

1.2 GC-MS工作原理

GC-MS主要分為氣相色譜部分和質(zhì)譜部分（包括真空系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器和檢測(cè)器）。色譜部分的主要作用是分離，混合物樣品在合適的色譜條件下被分離成單個(gè)組分后進(jìn)入質(zhì)譜儀；質(zhì)譜的真空系統(tǒng)能為離子提供足夠長(zhǎng)的無(wú)碰撞運(yùn)行軌道；離子源則將樣品分子電離形成離子和碎片離子，再通過(guò)質(zhì)量分析器按照質(zhì)荷比的不同進(jìn)行分離，在檢測(cè)器將離子置換成電子并用電子倍增器放大、最后通過(guò)軟件記錄識(shí)別得到譜圖數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)分析。

2 GC-MS在食品農(nóng)藥殘留中的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，隨著農(nóng)藥的長(zhǎng)期使用，其多組分化合物、有毒代謝物、降解產(chǎn)物和組分雜質(zhì)已成為食品中農(nóng)藥殘留的主要污染源。在《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》（GB 2763—2019）覆蓋的483種農(nóng)藥及其相關(guān)多組分成分、化學(xué)品及其代謝物殘留等農(nóng)藥殘留的檢測(cè)方法指向中，GC-MS可應(yīng)用于絕大部分的檢測(cè)項(xiàng)目。

3 GC-MS農(nóng)藥殘留的常見(jiàn)分析技術(shù)和具體應(yīng)用

分析技術(shù)主要分為對(duì)樣品的前處理技術(shù)和目標(biāo)化合物的確認(rèn)技術(shù)。

3.1 農(nóng)藥殘留中常用的前處理技術(shù)

3.1.1 固相萃取法

固相萃?。⊿olid Phase Extraction，簡(jiǎn)稱SPE）是一種基于液-固相色譜理論的樣品預(yù)處理技術(shù)，操作步驟分為活化、上樣、淋洗和洗脫4個(gè)步驟。根據(jù)樣品基質(zhì)類(lèi)型和目標(biāo)化合物的特性，操作人員可以選擇合適的吸附劑和洗脫溶劑方式，以分離和濃縮樣品中的雜質(zhì)和干擾物質(zhì)，從而達(dá)到凈化和富集待測(cè)物的目的。該技術(shù)涉及的人工少、樣品制備時(shí)間短、溶劑消耗量少，對(duì)目標(biāo)物分析的重現(xiàn)性好、回收率高，現(xiàn)已大量應(yīng)用于食品中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。

董瑋瑋等[1]用SPE同時(shí)萃取水樣中的6種滴滴涕（DDT）和4種六六六（HCH），并用GC-MS檢測(cè)。結(jié)果表明該方法對(duì)水樣中的DDT和HCH檢測(cè)具有較高的靈敏度和較寬的線性范圍，最低檢測(cè)限分別為 0.06 ～ 0.15 ng·L-1和 0.52 ～ 1.79 ng·L-1，加標(biāo)回收率為86.1%～105.5%和81.6%～107.2%。該方法經(jīng)濟(jì)、高效、回收率高，可滿足水中衡量DDT和HCH的檢測(cè)要求。

3.1.2 加速溶劑萃取法

加速溶劑萃取（ASE）也稱加壓萃取、高壓溶劑萃取、高壓熱溶劑萃取、高溫高壓溶劑萃取等。其原理是通過(guò)升高溫度（50～200 ℃）和壓力（10.3～20.6 MPa）增加物質(zhì)溶解度和溶質(zhì)擴(kuò)散效率，提高有機(jī)溶劑對(duì)固體、半固體樣品的萃取效率[2]。該方法已被美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（EPA）列為3545號(hào)標(biāo)準(zhǔn)方法。影響萃取效果的因素主要有溶劑的種類(lèi)和組成、萃取的溫度和壓力、樣品基質(zhì)組成、選用的分散劑和吸附劑等。

陳平等[3]取水果樣品以丙酮為提取劑經(jīng)ASE萃取，結(jié)果表明，7種有機(jī)磷化合物的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均＞0.999，樣品加標(biāo)的平均回收率為80%～118%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜5.0%，該方法的檢測(cè)限為0.012～0.084 μg·L-1。該方法的提取效率高，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度和靈敏度較高，可用于大量實(shí)際樣品的檢測(cè)，此方法適于水果中農(nóng)藥殘留檢測(cè)實(shí)際工作的需要。

3.1.3 QuEChERS法

QuEChERS包含了Quick（快速）、Easy（簡(jiǎn)單）、Cheap（廉價(jià)）、Effective（高效）、Rugged（耐用）和Safe（安全）。最早的QuEChERS方法不含緩沖鹽，是由M.ANASTASSIADES、S.J.LEHOTAY、D.STAJNBAHER 和F.J.SCHENCK于2003年開(kāi)發(fā)，發(fā)表于美國(guó)JOURNAL OF AOAC。隨著方法的改進(jìn)，常用的緩沖鹽方法有2種。①來(lái)自歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）各成員國(guó)的歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EN 15662）。②被美國(guó)官方分析化學(xué)師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（AOAC 2007.01）認(rèn)可，在美國(guó)和其他國(guó)家使用。當(dāng)使用乙腈或1%冰醋酸-乙腈作提取溶劑時(shí)，常用的萃取鹽有無(wú)水硫酸鎂、氯化鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸氫二鈉和醋酸鈉等；而凈化的萃取填料較多使用的是PSA（N-丙基乙二胺，一種含有伯胺和仲胺兩種官能團(tuán)的烷基化胺類(lèi)吸附劑，可去除極性的有機(jī)酸、部分糖類(lèi)和脂）、GCB（石墨化碳，Graphitized Carbon Black，由微弱的范德華力結(jié)合，形成排列松散的網(wǎng)狀層面結(jié)構(gòu)，單分子層吸附模式去除色素，如葉綠素等）、C18（十八烷基，對(duì)非極性化合物具有極強(qiáng)保留能力的強(qiáng)疏水性吸附劑去除脂類(lèi)、固醇類(lèi)和胡蘿卜素等）、EMR（增強(qiáng)型脂質(zhì)去除，Enhanced Matrix Removal，一種疏水選擇性結(jié)合空間選擇性的高分子材料，在被水活化后選擇性吸附直鏈烴類(lèi)結(jié)構(gòu)）和硫酸鎂（主要用于除去水分）。

QuEChERS將已均質(zhì)化樣品用乙腈（或冰醋酸乙腈）進(jìn)行提取，并加入萃取緩沖鹽進(jìn)行鹽析分層，上清液用分散固相萃?。╠SPE）方法凈化。

葉江雷等[4]使用QuEChERS法提取凈化，結(jié)合GC-MS技術(shù)檢測(cè)茶葉中47種農(nóng)藥殘留。結(jié)果表明，其方法加標(biāo)回收率為81%～102.2%，精密度為6.5%～18.3%，線性范圍為0.001 95～1.000 00 mg·kg-1（R2＞ 0.97），檢測(cè)限為 0.000 9～ 0.021 4 mg·kg-1，定量限為0.002 9～0.0712 0 mg·kg-1，基本符合農(nóng)藥殘留“一律標(biāo)準(zhǔn)”的要求。

3.1.4 凝膠滲透色譜法

凝膠滲透色譜法（GPC）是一種被用于農(nóng)作物多成分殘留農(nóng)藥的快速前處理方法。GPC基于體積排阻的分離機(jī)理，通過(guò)具有分子篩性質(zhì)的固定相，以分離分子質(zhì)量不同的物質(zhì)[5]。此外，GPC還可用于分析化學(xué)性質(zhì)相同而體積不同的高分子同系物。因此，GPC可有效去除食品樣品提取物中的色素、生物堿、脂肪等大分子雜質(zhì)。

鄭峰等[6]使用GPC對(duì)樣品進(jìn)行凈化，結(jié)合GC-MS技術(shù)檢測(cè)河豚魚(yú)、鰻魚(yú)和蝦中191種的農(nóng)藥殘留情況，分別以最低定量限和4倍最低定量限為添加濃度，進(jìn)行兩個(gè)水平的添加回收率實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，此方法的回收率為50.2%～120.0%，其中89.5%的農(nóng)藥回收率為70%～120%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.6%～21.6%。方法的最小檢出限和最低定量限分別為 0.002 ～ 0.300 mg·kg-1和 0.007 ～ 1.200 mg·kg-1。該方法的靈敏度、準(zhǔn)確率和精密度均符合農(nóng)藥多殘留檢測(cè)的技術(shù)要求。

3.1.5 固相微萃取法

固相微萃取技術(shù)（Solid-Phase Microextraction，SPME） 是1989年 由 加 拿 大Waterloo大 學(xué)PAWLINSZYN及其合作者ARTHUR等提出的一種無(wú)溶劑樣品預(yù)處理技術(shù)。無(wú)溶劑的特點(diǎn)使其成為了一種環(huán)保的前處理技術(shù)。SPME實(shí)際是一支微量注射器，通過(guò)在纖維頭表面上固載具有吸附萃取功能的涂抹材料，使其同需要檢測(cè)的樣品進(jìn)行微萃取。微萃取方式包括直接微萃取方式和頂空微萃取方式，將目標(biāo)分析物進(jìn)行富集濃縮，通過(guò)與進(jìn)樣裝置進(jìn)行直接聯(lián)用或解吸后再進(jìn)樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中目標(biāo)分析物的分析[7]。

馮永剛[8]采用SPME-GC-MS法測(cè)定龍膽草中15種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留，結(jié)果表明，在5.0～500.0 ng·mL-1濃度范圍內(nèi)，15種有機(jī)磷農(nóng)藥具有良好的線性關(guān)系，R2≥ 0.999 1，檢出限為 5.0 ～ 50.0 μg·kg-1，回收率為84.1%～105.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.3%～5.7%。該方法具有樣品前處理方便、準(zhǔn)確度高、精密度好等特點(diǎn)，可適用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)的技術(shù)要求。

3.1.6 其他前處理方法

（1）免疫親和色譜法。免疫親和色譜法（IAC）是基于免疫反應(yīng)的基本原理，利用色譜的差速遷移理論，實(shí)現(xiàn)樣本的分離和分析的一種方法[9]。將特異性的抗體固定在載體上，制成免疫親和載體填入柱中。分析時(shí)，樣品中待測(cè)組分與吸附劑上的抗體發(fā)生抗原-抗體結(jié)合反應(yīng)而被保留在柱上，其他成分則直接被洗脫。隨后，用適當(dāng)?shù)南疵撊軇┫疵摯郎y(cè)組分，以進(jìn)行下一步的分析。

（2）超臨界流體提取法。超臨界流體是一種超過(guò)臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）的非凝縮性流體，在臨界狀態(tài)下同時(shí)具備氣體和液體的特點(diǎn)，其黏度低、密度大，有良好的流動(dòng)、傳質(zhì)、傳熱和溶解特性，同時(shí)對(duì)溫度和壓力的變化十分敏感。

超臨界流體萃取技術(shù)（SFE）通過(guò)利用超臨界流體的特殊性質(zhì)，將其在萃取塔的高壓下與待分離的固體或液體混合物接觸，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的操作溫度和壓力，萃取出所需組分，進(jìn)入分離塔后，通過(guò)等壓升溫、等溫降壓或吸附等方法降低超臨界流體的密度，使該組分在超臨界流體中的溶解度減小，從而使目標(biāo)組分分離[10]。SFE可使待分離組分易于和產(chǎn)物分離，且不易破壞有效成分，符合農(nóng)藥殘留檢測(cè)的技術(shù)要求。

3.2 目標(biāo)化合物確認(rèn)技術(shù)

在食品的農(nóng)藥殘留檢測(cè)中，不同農(nóng)藥殘留化合物的性質(zhì)不同，在色譜柱上的保留情況也有所不同，加上樣品自身雜質(zhì)、基質(zhì)干擾物等帶來(lái)的影響，使得對(duì)目標(biāo)化合物的確認(rèn)成為一項(xiàng)復(fù)雜且重要的技術(shù)，下面主要分3個(gè)部分簡(jiǎn)單說(shuō)明在GC-MS中如何對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量。

3.2.1 目標(biāo)化合物的定性確認(rèn)

（1）使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。使用已知有證可靠的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行對(duì)照，將標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和未知物質(zhì)置于同一色譜柱上，在相同的色譜條件下進(jìn)行全掃描分析，色譜條件可依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或查詢參考文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)兩者的總離子流圖質(zhì)譜圖（TIC）、采集質(zhì)量數(shù)、豐度和保留時(shí)間等信息進(jìn)行比較。當(dāng)獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳時(shí)，在排除載氣、色譜柱和儀器問(wèn)題后，可通過(guò)更改儀器條件（進(jìn)樣器、進(jìn)樣口、色譜柱、柱溫箱和MS參數(shù)）以獲得理想的色譜圖和質(zhì)譜圖。

（2）選用基質(zhì)空白溶液添加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液。在GC-MS分析中，檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度與試樣基質(zhì)的特性關(guān)系很大。因此，基質(zhì)的種類(lèi)和含量也會(huì)影響到回收率和檢測(cè)的重現(xiàn)性。為了解決基質(zhì)效應(yīng)帶來(lái)的影響，最好的辦法就是利用不含目標(biāo)化合物的空白基質(zhì)液來(lái)配制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。標(biāo)準(zhǔn)工作曲線可以盡可能地接近或者同等程度地校正標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液中目標(biāo)化合物的響應(yīng)。

3.2.2 目標(biāo)化合物的定量確認(rèn)

目標(biāo)化合物的定量確認(rèn)主要是如何消除標(biāo)準(zhǔn)曲線定量法中的誤差。

（1）選擇添加已知量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。除了使用標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)樣品進(jìn)行積分定量分析外，在確保儀器分析條件前后一致的前提下，可在樣品前處理前加入一定已知準(zhǔn)確量的待測(cè)組分，通過(guò)加入待測(cè)組分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)前后的分析結(jié)果算出待測(cè)組分在樣品分析前處理中的回收率，最后將加入待測(cè)組分之前的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行回收率換算，可以補(bǔ)償樣品在前處理中的損失。

（2）選擇添加內(nèi)標(biāo)物質(zhì)。在樣品中加入一定量的適宜內(nèi)標(biāo)物作為目標(biāo)化合物的參比物，通過(guò)目標(biāo)化合物和參比物在檢測(cè)器上的響應(yīng)值比值，和該定量參比物在檢測(cè)器上的響應(yīng)值進(jìn)行分析計(jì)算獲得計(jì)算結(jié)果。通過(guò)添加內(nèi)標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行定量分析，可以減少樣品分析時(shí)色譜條件發(fā)生變化導(dǎo)致的定量誤差，尤其是消除儀器進(jìn)樣口模塊里由于樣品進(jìn)樣量不準(zhǔn)確產(chǎn)生的誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

近些年來(lái)，隨著GC-MS的普及應(yīng)用，多種樣品分析前處理技術(shù)也朝著提高目標(biāo)物的選擇性和靈敏度、減少樣品和試劑用量和操作步驟、縮短分析時(shí)間以及減少基質(zhì)干擾的方向進(jìn)步，農(nóng)藥殘留檢測(cè)行業(yè)的能力水平整體得到提高。但不同的前處理方法有各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際檢測(cè)中仍需要結(jié)合樣品和農(nóng)藥化合物的性質(zhì)來(lái)選擇合適的處理方法，同時(shí)需要通過(guò)學(xué)習(xí)GC-MS的工作原理，理解儀器各部分的作用，優(yōu)化檢驗(yàn)方法，達(dá)到提高檢驗(yàn)效率，獲得樣品分析的最佳靈敏度與信號(hào)響應(yīng)，最終為保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)規(guī)模提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。