基于氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

孫欣 李大鵬 林琎 喬聚林

摘? 要 有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑是目前最廣泛、最常見(jiàn)的農(nóng)藥之一，對(duì)人類(lèi)健康存在極大隱患。設(shè)計(jì)一個(gè)氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法分析有機(jī)磷農(nóng)藥的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化色譜條件和定性定量分析，使學(xué)生更好地理解和掌握氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析技術(shù)。

關(guān)鍵詞 氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜;有機(jī)磷農(nóng)藥;實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)儀器

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）22-0116-04

Experimental Design for Organophosphorus Pesticides by Gas Chromatography-triple Quadrupole Mass Spectrometry//SUN Xin， LI Dapeng， LIN Jin， QIAO Julin

Abstract Organophosphorus pesticide is one of the most widespread

and most common pesticides， which has great hidden danger to hu-

man health. Teaching Experiment is designed to detect OPP by gas

chromatography-triple quadrupole mass spectrometry （GC-MS/MS）. Students could understand and master GC-MS/MS by optimizing the

chromatographic conditions and qualitative and quantitative analysis.

Key words gas chromatography tandem mass spectrometry; organo-

phosphorus pesticides; experimental teaching; experimental apparatus

1 前言

有機(jī)磷農(nóng)藥的分析檢測(cè)方法主要有氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用、液質(zhì)聯(lián)用等。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)食品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的測(cè)定采用的是氣相色譜法[1]，但由于有機(jī)磷通常樣品中含量較低，農(nóng)藥結(jié)構(gòu)上存在相似性，且種類(lèi)較多，因此難以分離和定性。隨著對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)水平要求的不斷提高，質(zhì)譜（MS）作為高靈敏度的檢測(cè)手段，結(jié)合氣相色譜、液相色譜的聯(lián)用技術(shù)，應(yīng)用日益廣泛。GC-MS兼具氣相的高分離能力和質(zhì)譜的高靈敏度，非常適用于各類(lèi)樣品中有機(jī)磷農(nóng)藥的定性定量分析。

近幾年的研究多采用GC-MS和GC-MS/MS作為有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)方法，我國(guó)的一些行業(yè)也基于GC-MS建立了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2-4]。目前，GC-MS作為重要的檢測(cè)手段已經(jīng)普遍應(yīng)用于企業(yè)、第三方檢測(cè)、政府監(jiān)管、科研機(jī)構(gòu)、高校等部門(mén)。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為培育出適應(yīng)社會(huì)的應(yīng)用型人才，將“氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥”作為儀器分析課程綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案參照各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)，建立基礎(chǔ)的GC-MS教學(xué)方法。

2 實(shí)驗(yàn)原理

樣品進(jìn)入GC-MS/MS的進(jìn)樣口被氣化，在色譜柱種分離，分離后進(jìn)入質(zhì)譜，經(jīng)過(guò)離子源時(shí)被離子化成為離子混合物，由于產(chǎn)生的碎片離子或分子離子的質(zhì)荷比（m/z）不同，在質(zhì)量分析器中不同離子被分離，并且按照質(zhì)荷比的大小依次到達(dá)檢測(cè)器并被記錄。GC-MS/MS技術(shù)融合了氣相色譜的高分離能力和串聯(lián)質(zhì)譜的強(qiáng)結(jié)構(gòu)鑒定能力，可以對(duì)樣品中的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步鑒定且靈敏度高，可以準(zhǔn)確到化合物的相對(duì)分子質(zhì)量、分子式和分子包含的官能團(tuán)。

3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)儀器與試劑? 儀器選用島津GCMS-TQ8030氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀（自動(dòng)進(jìn)樣器AOC-20i+s）。甲拌磷、樂(lè)果、二嗪農(nóng)、乙拌磷、甲基毒死蜱、甲基對(duì)硫磷、甲基嘧啶磷、殺螟硫磷、倍硫磷、對(duì)硫磷、稻豐散、喹硫磷、三唑磷、伏殺硫磷、甲基谷硫磷是有機(jī)磷農(nóng)藥代表。標(biāo)準(zhǔn)溶液配置：準(zhǔn)確稱(chēng)取15種有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品各0.100 0 g，用丙酮配制成50 mg/L的混合儲(chǔ)備液，4 ℃冷藏。

氣相色譜—質(zhì)譜條件? 色譜柱：Rtx-5ms（30 m×

0.25 mm×0.25 μm）。載氣：氦氣。進(jìn)樣口溫度：280 ℃。升溫程序：初始溫度95 ℃，保持1.5 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。色譜柱流量：1 mL/min。進(jìn)樣量：1 ?L。不分流進(jìn)樣。

離子源EI。采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）模式。離子源溫度：230 ℃。傳輸線溫度：230 ℃。碰撞氣：氬氣。溶劑延遲：

3.0 min。15種有機(jī)磷農(nóng)藥的目標(biāo)離子對(duì)和參考離子對(duì)等質(zhì)譜參數(shù)及保留時(shí)間見(jiàn)圖1。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

程序升溫條件的優(yōu)化? 本實(shí)驗(yàn)根據(jù)目標(biāo)物極性和沸點(diǎn)性質(zhì)設(shè)置兩個(gè)程序升溫條件。

方案一：初始溫度120 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。15種有機(jī)磷農(nóng)藥全掃出峰情況如圖2上圖所示，目標(biāo)物出峰雖然較早，但峰寬較大，峰型不好，且甲基嘧啶磷、殺螟硫磷、倍硫磷、對(duì)硫磷四種農(nóng)藥沒(méi)有完全分離。

方案二：初始溫度95 ℃，保持1.5 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。如圖2下圖所示，在此升溫程序下15種有機(jī)磷農(nóng)藥完全分離，峰寬窄，峰形尖銳，所以選擇該方案為程序升溫條件。

定性定量方法

1）全掃定性。首先使用Q3SCAN模式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行全掃，得到目標(biāo)物色譜峰及其碎片離子（以甲拌磷為例），碎片離子如圖3上圖所示。通過(guò)與離子碎片庫(kù)比較，與甲拌磷的碎片離子（見(jiàn)圖3下圖）相似度達(dá)到96%，即認(rèn)為該峰的目標(biāo)物為甲拌磷。根據(jù)目標(biāo)物的出峰時(shí)間確定甲拌磷等有機(jī)磷農(nóng)藥的保留時(shí)間。

2）優(yōu)化離子對(duì)和碰撞電壓。采用Q3SCAN模式對(duì)15種有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣全掃后，得到15種物質(zhì)的特征一級(jí)質(zhì)譜圖，根據(jù)豐度選擇一個(gè)質(zhì)荷比較大的特征離子作母離子（一般為分子離子峰）。選定母離子后，編輯產(chǎn)物離子掃描條件，在4～30 eV不同的能量下將目標(biāo)物的母離子打碎。根據(jù)得到的15種物質(zhì)的特征二級(jí)質(zhì)譜圖，得到最優(yōu)電壓值及三個(gè)特征離子作為子離子;根據(jù)豐度得到三種離子標(biāo)準(zhǔn)豐度比，選擇豐度最大的離子為定量離子，其他兩個(gè)為參考離子。由得到的15種物質(zhì)的電壓、離子對(duì)及其標(biāo)準(zhǔn)比例設(shè)置MRM掃描方法。用MRM方法分析進(jìn)樣樣品，在相同保留時(shí)間段（允差5%）內(nèi)三種離子比例與標(biāo)準(zhǔn)離子豐度比相似（缺省離子允差30%）即認(rèn)為為目標(biāo)物。

以甲拌磷為例，選擇m/z=260的離子為母離子，m/z=

75、m/z=231、m/z=47三個(gè)豐度較高的離子作為子離子。圖4為在MRM全掃模式下得到的MIC圖和質(zhì)譜離子豐度圖，表2為實(shí)際樣品中三種離子豐度比與甲拌磷標(biāo)準(zhǔn)離子豐度比，離子允差在30%以?xún)?nèi)，所以判定該目標(biāo)物為甲拌磷，可以用定量離子進(jìn)行定量分析。使用外標(biāo)法，以峰面積定量分析。

方法學(xué)驗(yàn)證? 以各組分的峰面積Y對(duì)質(zhì)量濃度X（?g/L）

繪制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)、添加回收率等參數(shù)見(jiàn)表3。測(cè)定結(jié)果表明，15種標(biāo)準(zhǔn)品目標(biāo)物在質(zhì)量濃度范圍為20～400 ?g/kg時(shí)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均高于0.998 5。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，不僅讓學(xué)生了解儀器結(jié)構(gòu)和學(xué)會(huì)儀器操作，更在實(shí)踐中理解儀器分析原理，掌握方法的優(yōu)化及對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的影響。結(jié)合理論知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考，進(jìn)一步掌握氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀，作為基礎(chǔ)為今后的工作和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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