DART-MS在有機磷農(nóng)藥的毒理學研究與風險評估

張瑛 等

楊士云? 喬靜? 張文芳

摘要：隨著原位電離技術(shù)的不斷進步，實時直接分析（DART）已經(jīng)成為當今最受歡迎的分析方法之一，它不僅可以用于質(zhì)譜，還可以用于法庭科學、食品安全、毒品藥物、爆炸物檢測和藥物分析等多個領域，取得了顯著的成果?，F(xiàn)如今我國對于農(nóng)藥檢測的技術(shù)已經(jīng)形成了較為成熟的體系，但經(jīng)過研究表明使用原位電離質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠進一步優(yōu)化檢測工作，可以在有效地拓寬檢測的范圍程度的同時，減少檢測所消耗的時間。本文旨在深入探討質(zhì)譜（DART-MS）技術(shù)的工作原理、檢測要求、優(yōu)化方案以及在有機磷農(nóng)藥的實際應用中的效果，并且對其可能帶來的風險進行了全面的評估，并提出了一系列有效的解決方案，以期為相關部門提供參考。

關鍵詞：DART-MS；有機磷農(nóng)藥；毒理學研究；風險評估

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，農(nóng)業(yè)中對于化學農(nóng)藥的使用也逐漸增多，為了保證人們的安全以及對農(nóng)藥的毒理的檢測和研究，實時直接分析質(zhì)譜的出現(xiàn)對于以上工作具有重要應用意義。以往傳統(tǒng)的農(nóng)藥檢測方式在進行檢測前需要引入一系列的色譜或氣相色譜等步驟，在一定程度上浪費了時間以及人力，且檢測結(jié)果往往會出現(xiàn)與樣品的誤差與損壞[1-2]。而隨著質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展以及質(zhì)-譜成像和數(shù)據(jù)分析功能的不斷完善與提高，為現(xiàn)階段有機磷農(nóng)藥的檢測以及毒理學研究方面提供了更為有效和精準的檢測方式[3]。因此，實時直接分析質(zhì)譜技術(shù)有機磷農(nóng)藥的毒理學研究中起到至關重要的作用。

1 DART的工作原理

DART屬于一種快速且避免對樣品造成破壞性的分析方法，該方法能夠?qū)悠分苯油ㄟ^離子化的方式轉(zhuǎn)化為帶電的分子與離子，而后經(jīng)過對質(zhì)量與串聯(lián)質(zhì)譜的分析與研究后，對樣品中的物質(zhì)進行定量以及定性研究。實時直接分析質(zhì)譜方式的優(yōu)點較為明顯，其中最關鍵的優(yōu)勢則是檢測速度快，從分子離子檢測到輸出結(jié)果所需要的時間只需要幾秒鐘就可以完成，相較于傳統(tǒng)檢測方式更加便捷[4]。除此之外DART也不需要在檢測之前對檢測樣品進行提前提取，能夠有效地保護樣品完整度，保證樣品不受損傷而導致出現(xiàn)誤差，提高實驗的整體效率。與此同時對于低濃度的化合物也能夠及時地進行檢測，具有極高的靈敏度，對樣品中存在的大量化合物均能夠進行檢出[5]。

DART一般情況下屬于一種復合型的解吸附/粒子化電離模型，其電離原理根據(jù)不同類型的試驗要求會存在各種情況的差異[6]。常溫常壓質(zhì)譜可以利用各種形式的電能來形成初級粒子，例如電場、熱、光等都能夠為常溫常壓質(zhì)譜提供各種程度的電能，而后完成基質(zhì)中能源與電荷之間的傳導工作，根據(jù)對各種待檢測物質(zhì)的各種基本物理特性，對能源與電荷做出不同程度的選擇性作用，由此進一步導致復雜基質(zhì)樣本中待檢測物質(zhì)的電離情況[7-8]。電噴霧電離、電暈放電、輝光放電以及等離子體等各種類型的電場均屬于為常溫常壓分離技術(shù)提供電能的形式。由于輝光放電反應形成的電子激發(fā)態(tài)的He原子或振蕩激發(fā)態(tài)的N2分子可以作為DART電離化技術(shù)的電離化試劑來使用，也可以稱為“初級分離”。根據(jù)相關研究資料表明，電離化試劑與氣態(tài)、液態(tài)或是固態(tài)試樣在接觸時則會形成電離化過程[9]。而現(xiàn)階段的電離化機制尚不能做到完全的明確，由于不同因素的影響會導致各種機制之間出現(xiàn)競爭的關系，而處于陽電離方式下則極易出現(xiàn)質(zhì)子遷移、彭寧電離化以及電荷遷移等化學反應。

2 有機磷農(nóng)藥中毒機制以及有機磷農(nóng)藥殘留現(xiàn)狀

2.1 有機磷農(nóng)藥中毒機制

有機磷農(nóng)藥的主要成分是一種含碳和磷酸衍生物的有機磷化合物。主要是通過皮膚、消化道和呼吸道吸收后與乙酰膽堿酯酶進行結(jié)合而形成的乙酰膽堿酯酶-有機磷化合物，使該酶失去功能[10]。而乙酰膽堿酯酶負責將神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿水解為乙酸和膽堿，當乙酰膽堿酯酶功能被抑制時，可導致神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿在神經(jīng)突觸和神經(jīng)肌肉接頭處過量蓄積[11]。神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿過量可累及自主神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)肌肉接頭以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導致一系列的副交感神經(jīng)過度興奮，出現(xiàn)心動過緩、出汗、瞳孔縮小、腹痛、腹瀉甚至是肺水腫、昏迷以及死亡等現(xiàn)象出現(xiàn)[12]。另一方面，由于含有有害物質(zhì)，例如苯和二甲苯，這些化合物可能會損害人類的身心健康，導致中毒。

2.2 農(nóng)藥殘留現(xiàn)狀

隨著科技發(fā)展以及時代進步，有機磷農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)中起著關鍵作用，在一定程度上決定著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量。有機磷農(nóng)藥等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用能夠?qū)οx進行防治與消除，還能夠在一定程度上對農(nóng)作物的產(chǎn)量進行提高，對人民的生活起到一定的改善作用。但農(nóng)藥的大規(guī)模使用也在不同程度上存在一定的弊端，不僅僅會對生態(tài)環(huán)境造成污染，還會對生物鏈的平衡進行影響，有機磷農(nóng)藥的殘留容易在食物中積蓄，對人體健康造成危害[13]。如若長期食用含有低劑量農(nóng)藥超標的水果會導致器官病變等情況發(fā)生。而通常情況下農(nóng)藥殘留是指在使用農(nóng)藥后的一段時間，農(nóng)藥在空氣、土壤、水質(zhì)以及作物中殘存的農(nóng)藥以及過程中產(chǎn)生的產(chǎn)物總和。而現(xiàn)階段人們對于食品安全問題的意識正在不斷提高，對食品安全的關注也越來越高。根據(jù)研究表明，盡管我國的飲食中可以檢測到387種和5450項的農(nóng)藥殘余，但這些項目的種類和數(shù)量都遠遠超出了發(fā)達國家[14]。此外，盡管這些農(nóng)藥的污染程度并不高，但它們卻可能給嬰兒和老年人帶來潛在的健康風險。

3 DART-MS在有機磷農(nóng)藥毒理學的實際應用

3.1 國外DART-MS在有機磷農(nóng)藥毒理學的應用

DART-MS技術(shù)被廣泛用于農(nóng)業(yè)領域，它可以通過利用DART離子源和飛行時間質(zhì)譜儀來快速、準確地識別出殺菌劑嘧菌酯和其他殺菌劑，而且由于它的優(yōu)勢，它可以免除樣本提前處理的麻煩，而且可以完全沒收，因此，它正受到越來越多學者的青睞，并且正逐漸演變?yōu)楫斀褡钍軞g迎的科學方法。當采用He氣作為電離介質(zhì)，咪鮮胺作為內(nèi)標物，并且利用高靜電場軌道阱和DART離子源，可以從6-1200μ g/kg

的濃度范圍，獲得最優(yōu)的線性系數(shù)，且該方法的準確度達到0.99，且可以準確地反映蘋果、獼猴桃等果蔬的組成，從而實現(xiàn)對它們的快速、準確地檢測和分析。此外，該方法可以應用于各種不同的電離模式，如正離子和負離子，可以準確地反映各種化學類型的殺蟲劑的存在情況，從而獲得更加全面的研究報告。且效果明顯。我們的研究表明，采用實時直接分離技術(shù)和傅里葉變換紅外光譜技術(shù)，我們可以探測到吡啶（IMD）在室內(nèi)的光化學反應[15-16]。這些探測方法可能會揭示出IMD-UR、DN—IMD和N2O0等化學成分。經(jīng)過深入的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，當IMD被暴露在外界條件下，它的含量將顯著上升，而其暴露的最長期限可達16 h。除此之外，水果中的二硫代氨基甲酸酯類殺菌劑的效果也能夠通過原位電離與質(zhì)譜串聯(lián)進行快速的檢測，實驗分別對DART離子源和解吸附電噴霧離子源結(jié)合質(zhì)譜法對待檢測物中二硫代氨基甲酸酯的檢出效果進行考察，結(jié)果表明，解吸附電噴霧離子源只能夠?qū)ΩＣ离p進行提取，且檢出限為0.1 mg/L，無法對其他的二硫代氨基甲酸酯進行檢出。而通過使用DART-MS則能夠?qū)ΩＣ离p以及福美鋅同時做出檢測。使用DART-MS技術(shù)，可以準確地測定果蔬的農(nóng)藥殘留，其中，馬拉硫磷、甲胺磷、抑霉唑和樂果的含量均比美國環(huán)保局規(guī)定的10～100倍更加安全可靠。通過結(jié)合DART離子源和高分辨質(zhì)譜（HRMS），我們可以快速、精準地識別出芹菜、生菜等作物中的7種極性農(nóng)藥[17]。這種技術(shù)的應用，為我們提供了一種更加有效的方法來評估這些作物的毒素含量。相對標準的偏差也較少。

3.2 國內(nèi)DART-MS在有機磷農(nóng)藥毒理學的應用

經(jīng)過實驗研究表明，對臍橙表面上的不明殺菌劑利用DART-MS加以檢測，利用氦氣當作電離化試劑，在正離子模式、350℃的條件對臍橙果皮表層的化學物質(zhì)加以電離化，僅僅花費不到1s的時候就將質(zhì)譜信息予以檢出，通過對譜圖的研究與文獻特點和離子加以比較后結(jié)果推測出化合物為抑霉唑，隨后與GC-MS加以驗證，得出的結(jié)果為果蔬表面上的農(nóng)藥殘留檢測提供了新的技巧。通過利用DART信息技術(shù)對食品中的唑類和有機磷類殺蟲劑加以篩查鑒別，首先構(gòu)建唑類殺蟲劑和有機磷類殺蟲劑的共性特點子電離和中度損失庫及其輔助定性子電離和中度損失庫。通過DART—MS技術(shù)迅速獲得待測物的母電離、子電離信息，并將獲得的母電離和子電離相對誤差獲得中性丟失，再將獲得的數(shù)據(jù)分析與丟失庫中的數(shù)據(jù)分析加以比對，準確鑒定出腈菌唑和9種有機磷農(nóng)藥。經(jīng)DART-MS技術(shù)的改良，氟蟲腈、甲拌磷、敵敵畏和呋喃丹4種農(nóng)藥的電離源工作溫度均達到200℃，柵極電流達到250 V，質(zhì)譜碎片器的電流也達到200 V，氟蟲腈采取負離子模型，而其余3種農(nóng)藥則是正離子模型，并且利用同位素技術(shù)來實現(xiàn)定量分析，而且相比傳統(tǒng)方法，它們的標準偏差在2.3%～15%，這給DART-MS技術(shù)在識別摻有有毒物質(zhì)的假冒偽劣農(nóng)藥方面帶來了一種全新的解決方案。通過使用DART電離源和三重四極桿的組合，我們可以快速、準確地檢出紅酒中的農(nóng)藥和污染物，并且能夠快速、準確地實現(xiàn)對葡萄酒的監(jiān)控。我們使用這種方法，可以快速、準確地監(jiān)測到紅酒中的50種殺蟲劑、12種抗腐劑、抗氧化劑、甜味劑和偶氮染料摻假劑。我們的實驗設備的靈敏度和準確性均達到10～250 rig/mL，并且能夠快速和準確地確定葡萄酒的污染程度[18]。通過使用這種新的技術(shù)，我們能夠迅速地打擊紅酒中的摻假行為。將DART與三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用對紅酒和白酒中的31種農(nóng)藥進行檢測，所有化合物在3 min內(nèi)檢出，比TOFmS的檢測速度提高了2倍。使用軌道離子阱高分辨質(zhì)譜與DART離子源聯(lián)用快速測定木質(zhì)食品接觸材料中4種擬除蟲菊酯防腐劑的方法，4種分析物的線性關系良好，且檢出限位0.04～0.20 mg/kg，定量限為0.10～0.50 mg/kg，平均回收率為72.1％～82.7％，RSD為5.2％～12％。

4 DART-MS在有機磷農(nóng)藥毒理學方面的作用

DART-MS能夠在快速的時間內(nèi)將氣體、液體、固體以及材料表面的化合物進行無損傷的定量分析，通過對DART的氣流溫度進行操控還可以對表面的分子進行差異化解析以及離子化。為此在有機磷農(nóng)藥毒理學中起到關鍵作用，例如對水果、蔬菜、肉類以及農(nóng)作物方面表面有機磷農(nóng)藥進行無接觸、無損耗的檢測。除此之外殺蟲劑在人們?nèi)粘Ｉ钪幸踩菀壮霈F(xiàn)在水果蔬菜的表面上，其中殘留的毒素對人體會造成嚴重危害，因此DART-MS在鑒別農(nóng)業(yè)化學品中的高危殺蟲劑中得到應用。由于其具有原位電離不破壞檢材的優(yōu)勢，對于GHB、阿普唑侖、可待因、氫可酮、異可待因、偽可待因以及尼奧平等有毒物質(zhì)也能夠應用DART-MS進行檢測，因此在毒理學中對于有毒物質(zhì)的分析方面應用也越來越廣泛[19-20]。

5 風險評估

在DART-MS得到廣泛應用的同時，其自身也存在一定的局限性，其中包括立體化學方面的區(qū)分能力較低，對操作條件的要求較高，重復性相對較低，需要有專業(yè)技術(shù)水平較高的人員進行操作。除此之外還會存在離子源產(chǎn)生的記憶效應以及對環(huán)境的污染問題。在價格方面相較于以往的分析儀器更加昂貴，因此可以與其他的分析方法進行結(jié)合，能夠發(fā)揮更大作用。

6 結(jié)論

DART-MS是一種先進的、有效的、靈敏的分析儀器，它能夠有效地檢查出農(nóng)作物和水果上的有害化學成分，并且其準確性和靈敏度都得到了大幅提升。此外，它還能夠有效地避免對樣品的損傷，從而更好地滿足當今科學家們的要求，從而推動了分析儀器的不斷改善。當前，DART-MS方法已經(jīng)開始被廣泛地運用到農(nóng)藥檢測應用領域，但是，針對有機磷殺蟲劑的殘留量，它的方法還有待提高和完善。

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作者簡介：張瑛（1983—），女，副高級，碩士研究生，主要從事毒物毒品檢驗鑒定、體內(nèi)外代謝研究、采用原位電離質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)快速篩查毒物毒品方面的研究。