高分辨質(zhì)譜在食品農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用與展望

王一茹

高分辨質(zhì)譜作為一種先進(jìn)的分析技術(shù)，在食品農(nóng)藥殘留檢測方面具有巨大的潛力。高分辨率、高靈敏度和多維信息提取能力使高分辨質(zhì)譜成為一種強(qiáng)大的工具，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測和定量各類農(nóng)藥殘留。本文綜述了高分辨質(zhì)譜方法在食品農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用，并探討其優(yōu)化與發(fā)展進(jìn)程，以及面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展趨勢。

一、高分辨質(zhì)譜技術(shù)概述

1.質(zhì)譜技術(shù)簡介。質(zhì)譜技術(shù)是一種用于分析樣品中化學(xué)物質(zhì)的方法，通過將化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為離子，并對其進(jìn)行分離、檢測和定量分析。質(zhì)譜儀由離子源、質(zhì)量分析器和檢測器組成，常見的離子源包括電噴霧離子源（ESI）和化學(xué)電離源（CI），質(zhì)量分析器則包括四極桿質(zhì)譜儀、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀和離子阱質(zhì)譜儀等。

2.高分辨質(zhì)譜的原理和特點(diǎn)。高分辨質(zhì)譜（HRMS）是一種具有高質(zhì)量分辨率的質(zhì)譜技術(shù)，能夠分辨質(zhì)量非常接近的離子。其原理是基于質(zhì)量分析器對離子質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確測量，通常使用高分辨質(zhì)量分析器，如磁扇區(qū)質(zhì)譜儀、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀或離子阱質(zhì)譜儀。

高分辨質(zhì)譜主要有三個(gè)特點(diǎn)：一是高質(zhì)量分辨能力。高分辨質(zhì)譜能分辨非常接近的質(zhì)量，具有較低的質(zhì)量分辨率（如ppm級別），使得在復(fù)雜樣品基質(zhì)中準(zhǔn)確檢測和鑒定目標(biāo)化合物成為了可能。二是精確質(zhì)量測量。高分辨質(zhì)譜通過精確測量離子的質(zhì)量，可以提供化合物的分子式和分子量信息，幫助確定化合物的組成和結(jié)構(gòu)。三是高靈敏度和選擇性。高分辨質(zhì)譜能檢測到樣品中濃度非常低的化合物，具有優(yōu)異的靈敏度和選擇性，可應(yīng)對農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的微量檢測需求。

二、高分辨質(zhì)譜在農(nóng)藥殘留檢測中的優(yōu)勢

1.對多種殘留農(nóng)藥的分析能力。高分辨質(zhì)譜可以同時(shí)分析和鑒定多種農(nóng)藥殘留，對于農(nóng)產(chǎn)品中的多類農(nóng)藥殘留具有較高的分析能力。高分辨質(zhì)譜的分辨率較高，可以有效分離和識別不同質(zhì)量的離子，從而實(shí)現(xiàn)對多個(gè)農(nóng)藥殘留的定性和定量分析。

2.結(jié)構(gòu)信息獲取能力。高分辨質(zhì)譜通過精確測量離子的質(zhì)量和離子碎裂過程中產(chǎn)生的碎片離子，可以提供更詳細(xì)的化合物結(jié)構(gòu)信息。這對于鑒別農(nóng)藥殘留中可能存在的同分異構(gòu)體、代謝產(chǎn)物或降解產(chǎn)物具有重要意義，有助于確定農(nóng)藥的來源和代謝途徑。

3.高靈敏度和準(zhǔn)確性。高分辨質(zhì)譜具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性，能夠檢測到低濃度的農(nóng)藥殘留，可以應(yīng)對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中使用的高效低劑量農(nóng)藥的殘留問題，并提供準(zhǔn)確的定量分析結(jié)果，確保食品安全。

4.寬泛的適用性。高分辨質(zhì)譜適用于不同類型的樣品，包括水果、蔬菜、畜禽產(chǎn)品和水產(chǎn)品等，可以應(yīng)對樣品基質(zhì)的復(fù)雜性和多樣性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

5.數(shù)據(jù)庫和庫檢索技術(shù)支持。隨著高分辨質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，其建立了大量的農(nóng)藥質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫和庫檢索技術(shù)，可用于農(nóng)藥殘留的快速鑒定和確認(rèn)，這些資源提供了更高效、準(zhǔn)確的農(nóng)藥殘留檢測解決方案。

三、高分辨質(zhì)譜在食品

農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用

1.目標(biāo)農(nóng)藥分析。（1）高分辨質(zhì)譜在多類農(nóng)藥檢測中的應(yīng)用。利用高分辨質(zhì)譜儀的高質(zhì)量分辨能力和準(zhǔn)確的質(zhì)量測量，可以同時(shí)檢測和鑒定樣品中的多種農(nóng)藥殘留，這對于快速、準(zhǔn)確地篩查和定量不同農(nóng)藥的殘留非常重要，能夠確保食品安全和合規(guī)性。

（2）高分辨質(zhì)譜在特定農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用。針對某些特定農(nóng)藥（如草甘膦、馬拉硫磷、氯氰菊酯、甲胺磷等），高分辨質(zhì)譜可以提供更精確的鑒定和定量分析，尤其是在區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的同分異構(gòu)體或代謝產(chǎn)物方面，有助于識別目標(biāo)農(nóng)藥的具體種類及其代謝產(chǎn)物，更好地了解其殘留狀況和潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.農(nóng)產(chǎn)品樣品分析。（1）高分辨質(zhì)譜在水果和蔬菜農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用。高分辨質(zhì)譜技術(shù)具有高分辨率和高靈敏度，能夠高效準(zhǔn)確地分析水果和蔬菜中存在的農(nóng)藥殘留物，并定量測定其濃度。以水果樣品中的農(nóng)藥殘留物檢測為例，可以使用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）或氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）來分離和鑒定樣品中的農(nóng)藥成分。

（2）高分辨質(zhì)譜在畜禽產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用。高分辨質(zhì)譜技術(shù)可以對畜禽產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留物進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的分析和鑒定，常見的應(yīng)用方法包括液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）。以禽肉樣品中農(nóng)藥殘留物的檢測為例，可以使用LC-MS技術(shù)，先通過液相色譜分離樣品中的化合物，再通過質(zhì)譜儀對分離后的化合物進(jìn)行鑒定和定量分析，從而檢測出禽肉樣品中存在的農(nóng)藥殘留物，并確定其濃度。

（3）高分辨質(zhì)譜在水產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用。高分辨質(zhì)譜技術(shù)具有高分辨率和靈敏度，能夠在復(fù)雜的水產(chǎn)品樣品中準(zhǔn)確鑒定和定量分析農(nóng)藥殘留物。液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）是常用的方法之一，以魚類樣品中的農(nóng)藥殘留物檢測為例，可以使用LC-MS技術(shù)，先通過液相色譜將樣品中的化合物分離，再通過質(zhì)譜儀對分離后的化合物進(jìn)行鑒定和定量分析，從而檢測出魚類樣品中存在的農(nóng)藥殘留物，并確定其濃度。

3.無標(biāo)記農(nóng)藥殘留檢測。傳統(tǒng)的農(nóng)藥殘留檢測方法通常依賴于對事先標(biāo)記化合物的分析，但這種方法存在一定的局限性，高分辨質(zhì)譜技術(shù)在無標(biāo)記農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用則為解決這一問題提供了新的可能性。通過高分辨質(zhì)譜儀的高靈敏度和分辨能力，可以直接檢測和鑒定樣品中的未知農(nóng)藥殘留，減少分析過程中的樣品處理步驟和所使用的標(biāo)記物，并提高分析的準(zhǔn)確性和效率。

四、高分辨質(zhì)譜方法的優(yōu)化與發(fā)展

1.儀器性能的改進(jìn)。一是分辨率得到了顯著提高，能夠更好地區(qū)分目標(biāo)化合物和雜質(zhì)。例如，高分辨質(zhì)譜儀器Orbitrap和時(shí)間飛行質(zhì)譜儀（ToF-MS）具有出色的質(zhì)譜分辨率和質(zhì)量準(zhǔn)確度。二是靈敏度和檢測性能得到了改善。新一代儀器的離子化效率更高，檢測器也更靈敏，對低濃度農(nóng)藥殘留的檢測更加可靠和準(zhǔn)確。三是速度和穩(wěn)定性得到了提高。現(xiàn)代儀器能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對大量樣品的分析，提高分析效率。儀器的穩(wěn)定性和重復(fù)性也得到了優(yōu)化，可以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.樣品前處理技術(shù)的改進(jìn)。一是新型樣品提取方法的引入，如固相微萃?。⊿PME）、分散固相萃?。―-SPE）等，能夠更高效地提取目標(biāo)化合物，減少樣品前處理步驟的復(fù)雜性和耗時(shí)。二是樣品凈化和富集技術(shù)的改進(jìn)，如固相萃取（SPE）柱的選擇和優(yōu)化、吸附材料的改良等，能夠有效去除樣品中的干擾物，提高分析的準(zhǔn)確性和靈敏度。三是自動化和高通量樣品處理技術(shù)的應(yīng)用，如液相自動進(jìn)樣系統(tǒng)、微量機(jī)器人等，能夠?qū)崿F(xiàn)對大批量樣品的高效處理和分析，提高分析的吞吐量和效率。

3.數(shù)據(jù)處理和解釋方法的改進(jìn)。一是統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和模式識別算法的應(yīng)用，能夠從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取有效信息，實(shí)現(xiàn)對不同樣品的差異分析和分類。二是高級質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理軟件的發(fā)展，如質(zhì)譜圖解析軟件（如MassHunter、Xcalibur、MzMine等），提供了更強(qiáng)大和高效的數(shù)據(jù)處理功能，包括峰識別、質(zhì)量校正、定量和定性分析等，大大簡化了數(shù)據(jù)處理流程，并提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。三是數(shù)據(jù)庫和譜庫的建立和完善，包括農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)庫、質(zhì)譜圖庫等，為農(nóng)藥殘留的鑒定和定量提供了參考和比對的依據(jù)。四是開發(fā)新的數(shù)據(jù)解釋和分析方法，如基于機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的算法，能夠更好地處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥殘留的潛在規(guī)律和趨勢，提高農(nóng)藥殘留檢測的準(zhǔn)確性和預(yù)測能力。

五、高分辨質(zhì)譜方法面臨的挑戰(zhàn)

1.方法標(biāo)準(zhǔn)化和認(rèn)證。隨著高分辨質(zhì)譜方法在農(nóng)藥殘留檢測中的廣泛應(yīng)用，方法的標(biāo)準(zhǔn)化和認(rèn)證成為了一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。要確保不同實(shí)驗(yàn)室和機(jī)構(gòu)之間的分析結(jié)果具有可比性和可信度，就需要建立統(tǒng)一的分析流程、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和參考樣品，并制定標(biāo)準(zhǔn)化的分析方法和驗(yàn)證程序，以確保高分辨質(zhì)譜方法在農(nóng)藥殘留檢測中的可靠性和準(zhǔn)確性。

2.多農(nóng)藥混合殘留檢測。農(nóng)產(chǎn)品中可能存在多種農(nóng)藥混合殘留的情況，使分析和解釋變得極為復(fù)雜，并具有一定的挑戰(zhàn)性。高分辨質(zhì)譜方法需要對不同的農(nóng)藥組合和濃度范圍進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的多農(nóng)藥混合殘留檢測。此外，還需要開發(fā)適用于多農(nóng)藥殘留分析的數(shù)據(jù)處理和解釋策略，以準(zhǔn)確區(qū)分和定量不同農(nóng)藥的殘留情況。

3.大規(guī)模樣品分析。食品農(nóng)藥殘留檢測通常涉及對大批量樣品的分析，高分辨質(zhì)譜方法在大規(guī)模樣品分析中面臨著樣品處理的高吞吐量要求、分析時(shí)間的壓力和設(shè)備穩(wěn)定性等挑戰(zhàn)。因此，需要開發(fā)高效的樣品處理方法和自動化分析平臺，以滿足大規(guī)模樣品分析的需求，并確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.快速篩查與定量分析的平衡。高分辨質(zhì)譜方法在農(nóng)藥殘留檢測中既可以進(jìn)行快速篩查，也可以進(jìn)行定量分析，但快速篩查需要具備快速分析和數(shù)據(jù)處理的能力，而定量分析則對精確度和準(zhǔn)確性的要求更高。因此，如何在快速篩查和定量分析之間找到平衡，根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的分析策略和方法，是一個(gè)需要解決的問題。

六、高分辨質(zhì)譜未來發(fā)展趨勢和前景

1.出現(xiàn)新一代高分辨質(zhì)譜儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨質(zhì)譜儀器的分辨率、靈敏度和速度將進(jìn)一步提高，為農(nóng)藥殘留檢測提供更強(qiáng)大的工具。

2.多模態(tài)分析方法的發(fā)展。將高分辨質(zhì)譜與其他分析技術(shù)相結(jié)合，如色譜技術(shù)、電化學(xué)檢測等，可以提供更全面、多維度的農(nóng)藥殘留信息，進(jìn)一步提高分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.快速篩查技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化。通過開發(fā)更快速、高通量的樣品處理和分析方法，更高效地對農(nóng)藥殘留進(jìn)行快速篩查，以滿足監(jiān)測需求，加強(qiáng)食品安全管理。

4.數(shù)據(jù)處理與人工智能的結(jié)合。利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，對大規(guī)模的高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理和解釋，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確、更高效的農(nóng)藥殘留分析和鑒定。

5.完善質(zhì)譜圖庫和數(shù)據(jù)庫。建立更完善的農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)庫、質(zhì)譜圖庫和相關(guān)數(shù)據(jù)庫，為農(nóng)藥殘留的鑒定和定量提供更全面、可靠的參考信息。