基于離子淌度的菊酯類農(nóng)藥及其同分異構(gòu)體的分離研究

王 棟 萬建春 張 威 喻俊磊 吳 遙 郭 平*

(1.江西省食品檢驗(yàn)檢測研究院，江西 南昌 330001；2.南昌海關(guān)技術(shù)中心，江西 南昌 330038)

我國是世界上生產(chǎn)和使用殺蟲劑大國，目前批準(zhǔn)的殺蟲劑生產(chǎn)企業(yè)2000多家，大部分生產(chǎn)企業(yè)專業(yè)化程度低、產(chǎn)量小利用率低，另外農(nóng)藥在施用過程中，約60%直接進(jìn)入到土壤環(huán)境，極易造成土壤環(huán)境中農(nóng)藥污染，也會(huì)殘留在果蔬中，對人體造成威脅。菊酯類農(nóng)藥是中國廣泛應(yīng)用的一種殺蟲劑，由于其殘留期較長，對部分非目標(biāo)生物及水生生物毒性很大，因此擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的農(nóng)殘檢測是其中重要的一環(huán)[1-3]，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

不同異構(gòu)體農(nóng)藥其藥效、毒性、降解消除方面都存在差異，有些差異是非常明顯的，但是目前的農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)對異構(gòu)體的農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)和定量要求沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，或者是以異構(gòu)體之和，或者是以某一個(gè)異構(gòu)體作為標(biāo)記物和定量要求，從這點(diǎn)上來說充分區(qū)分農(nóng)藥不同異構(gòu)體殘留數(shù)據(jù)，對于食用農(nóng)產(chǎn)品的安全監(jiān)管顯然具有重大意義[4-7]。離子淌度質(zhì)譜(ion mobility mass spectrometry，IMMS)是離子淌度分離與質(zhì)譜聯(lián)用的一種新型二維質(zhì)譜分析技術(shù)，飄移管內(nèi)飛行的離子的電荷位置和數(shù)量會(huì)影響其碰撞截面，這便可以區(qū)分具有相同電荷、相似質(zhì)量的不同離子或質(zhì)量數(shù)相同的異構(gòu)體離子，因而離子淌度質(zhì)譜具有提供離子結(jié)構(gòu)信息和準(zhǔn)確質(zhì)量信息的特點(diǎn)，其與色譜技術(shù)聯(lián)用，可獲取包括保留時(shí)間、遷移時(shí)間、質(zhì)荷比和響應(yīng)強(qiáng)度在內(nèi)的四維數(shù)據(jù)，在提高傳統(tǒng)質(zhì)譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和特異性的同時(shí)，還可計(jì)算離子的碰撞橫截面積，從而獲得樣品的結(jié)構(gòu)信息，在化合物異構(gòu)體分析方面的優(yōu)越性非常突出[8-11]。APGC是一種軟電離技術(shù)，相比EI電離源，更易獲得母離子的信息和專屬性強(qiáng)的碎片信息，因而具有更高的靈敏度和選擇性，APGC不需要真空條件，具有更好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。APGC-QTOF-MS的電離機(jī)制是電荷轉(zhuǎn)移或質(zhì)子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致分子離子和質(zhì)子化分子的形成。飛行時(shí)間質(zhì)譜提供了高分辨率和快速掃描速度，適用于復(fù)雜基質(zhì)中目標(biāo)分析物的定性分析，而APGC能使分子離子的分裂最小化，提供更高的信號強(qiáng)度APGC技術(shù)與四極飛行時(shí)間質(zhì)譜相耦合，在全光譜采集模式下提供比傳統(tǒng)掃描方法更高的靈敏度[13-15]。

本文以APGC-IM-QTOF-MS為分析平臺，通過選擇優(yōu)化氣相色譜條件，結(jié)合飛行時(shí)間質(zhì)譜高通量分析能力，獲取菊酯類農(nóng)藥同分異構(gòu)體離子淌度碰撞截面積，建立時(shí)間、空間、質(zhì)荷比的三維信息的高分辨質(zhì)譜分析技術(shù)，形成可檢索自動(dòng)匹配的質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫，建立的菊酯類農(nóng)藥同分異構(gòu)體分離檢測技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)菊酯類農(nóng)藥殘留的篩查確證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與設(shè)備

VION IMS QTOF飛行時(shí)間質(zhì)譜儀：美國沃特世公司產(chǎn)品，量程50～1000 m/s，精度1ppm(10～6da)；IKA勻漿機(jī)；TDL-5C低速離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；鼎昊源RS-1渦旋混合器：北京鼎昊源科技有限公司產(chǎn)品；安捷倫 Valuelab PTFE-Q針式過濾器。

1.2 試劑和材料

正己烷、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、乙腈等色譜純試劑，均購于Honeywell公司。氰戊菊酯、溴氰菊酯、甲氰菊酯均購于中國農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所，濃度為100 mg/mL，使用前將上述標(biāo)準(zhǔn)溶液用丙酮稀釋至1 mg/mL。

1.3 農(nóng)藥質(zhì)譜信息庫的建立

1.3.1 色譜條件

Agilent 7890B氣相色譜儀；色譜柱是DB-5MS；30 m×0.25 mm，0.25 μm；載氣為氦氣；流速是1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度是280 ℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL；傳輸口溫度310 ℃；平衡時(shí)間3 min。升溫程序如表1所示：

表1 程序升溫條件

1.3.2 質(zhì)譜條件

質(zhì)譜系統(tǒng)：Xevo G2-XS QTof；離子化模式APGC+；電暈針電流為1.5 μA；離子源溫度為150 ℃；模式選擇High Definition MSE模式；掃描范圍50 m/z～750 m/z，掃描時(shí)間0.25 s掃描一次；最低碰撞能量為3 eV，高碰撞能量10 eV～50 e V；參比離子質(zhì)荷比為281.0511 m/z，每2秒采集校正一次，衰減80%，碰撞能量18 eV。

2 結(jié)果與討論

2.1 農(nóng)藥質(zhì)譜信息庫的建立

2.1.1 建立農(nóng)藥基礎(chǔ)信息庫

通過ChemSpider檢索的化合物信息建立農(nóng)藥基礎(chǔ)信息表，包括農(nóng)藥名稱、分子式、mol文件、CAS號等信息。在UNIFI處理軟件中建立新篩查庫，導(dǎo)入農(nóng)藥基礎(chǔ)信息表，以及命名文件相同mol文件，同時(shí)選擇數(shù)據(jù)處理方法，根據(jù)采集農(nóng)藥質(zhì)譜數(shù)據(jù)信息，提取質(zhì)荷比、保留時(shí)間、碰撞截面積、碎片離子信息。

表2 APGC-IM-QTOF農(nóng)藥質(zhì)譜庫信息

氰戊菊酯和溴氰菊酯異構(gòu)體色譜分離充分，異構(gòu)體的保留時(shí)間、碰撞截面積可提取到，異構(gòu)體的碰撞截面積有所差異，可以做為定性區(qū)分指標(biāo)。甲氰菊酯可能是色譜柱的原因，異構(gòu)體分離不充分，未獲得異構(gòu)體的碰撞截面積數(shù)據(jù)，選擇手性氣相色譜柱可能在色譜分離充分的情況獲得碰撞截面積信息，若區(qū)分度能夠滿足篩選指標(biāo)要求下，可以在分離不充分條件下實(shí)現(xiàn)定性區(qū)分。

2.1.2 農(nóng)藥質(zhì)譜信息庫的建立

Waters APGC/UPLC-QTOF-MS采集農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液數(shù)據(jù)，用UNIFI軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：選擇新建數(shù)據(jù)庫和處理方法的集合，導(dǎo)入要進(jìn)行質(zhì)譜信息匹配的物質(zhì)，并更新第一次，再進(jìn)行處理第一遍，將匹配的母離子的數(shù)據(jù)發(fā)送到庫里，回到建立的數(shù)據(jù)庫和處理方法的集合，將之前導(dǎo)入要進(jìn)行質(zhì)譜信息匹配的物質(zhì)信息刪除，再次導(dǎo)入要進(jìn)行質(zhì)譜信息匹配的物質(zhì)并更新，進(jìn)行處理第二遍，再從Scientific Library中找到要進(jìn)行質(zhì)譜信息匹配的物質(zhì)，根據(jù)碎片離子信息和第二次處理后出現(xiàn)的譜圖篩選出合適的碎片離子，將其他的不需要的碎片離子信息刪除，再次回到建立的新的庫和處理方法的集合，重新導(dǎo)入要進(jìn)行質(zhì)譜信息匹配的物質(zhì)信息并處理進(jìn)行檢驗(yàn)，完成農(nóng)藥質(zhì)譜信息庫的建立。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液采集數(shù)據(jù)和農(nóng)殘篩查庫

3 結(jié)論

本文基于APGC-QTOF MS建立了氰戊菊酯、溴氰菊酯、甲氰菊酯質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫農(nóng)藥精確分子量、碎片離子、保留時(shí)間、離子淌度信息等多維確證信息，可實(shí)現(xiàn)篩查準(zhǔn)確定性，利用已知濃度農(nóng)藥標(biāo)品的母離子信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)可確定樣品中農(nóng)藥殘留的含量，實(shí)現(xiàn)定量測定，該方法能夠滿足氰戊菊酯、溴氰菊酯、甲氰菊酯及其同分異構(gòu)體殘留快速篩查檢測。