食品農(nóng)藥殘留的高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測方法優(yōu)化策略

摘 要：本研究分析了食品農(nóng)藥殘留檢測中高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)，包括檢測靈敏度不足、定量準(zhǔn)確性受限及復(fù)雜基質(zhì)干擾等問題。通過優(yōu)化樣品前處理方法、改進(jìn)色譜分離條件、創(chuàng)新質(zhì)譜檢測參數(shù)等策略，提出了基質(zhì)固相分散萃取與同位素內(nèi)標(biāo)法相結(jié)合的分析方案，有助于提高農(nóng)藥殘留檢測的靈敏度和準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用；農(nóng)藥殘留；基質(zhì)效應(yīng)

Optimization Strategy of High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Method for Detection of Pesticide Residues in Food

HUANG Fang， YANG Chaobo， WEI Xuefei， LI Changda

（Pan’an County Food and Drug Inspection Center， Jinhua 322300， China）

Abstract： This study analyses the main challenges faced by high performance liquid chromatography-mass spectrometry in the detection of pesticide residues in food， including insufficient sensitivity， limited quantitative accuracy and complex matrix interference. By optimizing sample pretreatment method， improving chromatographic separation conditions and innovating mass spectrometry detection parameters， an analytical scheme combining matrix solid phase dispersion extraction and isotope internal standard method was proposed， which was helpful to improve the sensitivity and accuracy of agricultural residue detection.

Keywords： liquid chromatography-mass spectrometry; pesticide residues; matrix effect

近年來，隨著農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛使用，食品中農(nóng)藥殘留問題日益突出，已成為影響食品安全的重要因素之一。《中華人民共和國食品安全法》明確要求加強食品農(nóng)藥殘留監(jiān)管。高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)以其靈敏、準(zhǔn)確、高通量等優(yōu)勢成為檢測農(nóng)藥殘留的首選方法，但也面臨著靈敏度不足、基質(zhì)干擾等問題，急需優(yōu)化改進(jìn)。本文綜述食品農(nóng)藥殘留檢測的現(xiàn)狀，并重點探討液質(zhì)聯(lián)用方法優(yōu)化策略，以期為食品安全監(jiān)管提供技術(shù)支撐。

1 食品農(nóng)藥殘留的分類及特點

按照化學(xué)結(jié)構(gòu)可將農(nóng)藥分為有機(jī)氯、有機(jī)磷、氨基甲酸酯和擬除蟲菊酯等多個類別，各類農(nóng)藥在食品基質(zhì)中的殘留行為具有明顯差異。有機(jī)氯農(nóng)藥如六六六、滴滴涕等具有脂溶性強、難降解等特點，容易在動物性食品中富集，如在豬肉、魚肉等樣品中常檢出較高殘留。有機(jī)磷農(nóng)藥殘留普遍存在于蔬菜、水果等植物性食品中，如在西紅柿、蘋果等樣品中頻繁檢出，這類農(nóng)藥多數(shù)水溶性較好，更易通過根系吸收而殘留于可食部位。擬除蟲菊酯類農(nóng)藥如氯氰菊酯常用于防治蔬菜及茶葉的蟲害，因而在萵筍、白菜等綠葉蔬菜及茶葉中的殘留引人關(guān)注。氨基甲酸酯類農(nóng)藥以其對哺乳動物低毒、在農(nóng)作物體內(nèi)易降解等優(yōu)點在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛使用，然而其在果蔬表面的殘留不容忽視，如在黃瓜、圣女果等果蔬中屢有檢出。

2 高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測方法的基本原理

高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是通過色譜與質(zhì)譜的有機(jī)結(jié)合實現(xiàn)對食品中農(nóng)藥殘留的精準(zhǔn)檢測。①待測樣品經(jīng)過提取、凈化等前處理后，由高效液相色譜系統(tǒng)進(jìn)行分離。農(nóng)藥殘留物隨著流動相在色譜柱中與固定相發(fā)生多次分配，根據(jù)各農(nóng)藥組分與固定相的親和力差異實現(xiàn)分離。例如，用C18柱分離茶葉中的多菌靈、氯氰菊酯等農(nóng)藥殘留時，優(yōu)化流動相體系可獲得理想分離效果[1]。②分離后的農(nóng)藥殘留物被電噴霧電離源電離，在高電壓作用下霧化形成帶電荷的離子，再經(jīng)由毛細(xì)管進(jìn)入質(zhì)量分析器。三重四極桿質(zhì)譜儀可對離子進(jìn)行兩級質(zhì)量分析，通過母離子和子離子的選擇反應(yīng)監(jiān)測模式，提高農(nóng)藥殘留檢測的特異性。例如，在蜂蜜中檢測氯蟲苯甲酰胺殘留時，選擇母離子m/z 222與子離子m/z 126作為特征離子對，可準(zhǔn)確鑒別并定量該農(nóng)藥成分。質(zhì)譜檢測器的信號響應(yīng)與農(nóng)藥殘留量呈正相關(guān)，通過內(nèi)標(biāo)法或基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線法可實現(xiàn)農(nóng)藥殘留的精確定量。

3 食品農(nóng)藥殘留的高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測方法現(xiàn)存問題

3.1 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用靈敏度不足

高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)憑借其優(yōu)異的分離與鑒定能力，在食品農(nóng)藥殘留檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著消費者對食品安全的日益重視，現(xiàn)行檢測方法的靈敏度局限性逐漸凸顯。以蔬菜水果中百菌清殘留檢測為例，由于其在樣品中的含量通常在μg·kg-1甚至ng·kg-1水平，常規(guī)液質(zhì)聯(lián)用方法的檢出限難以滿足檢測需求。即便采用選擇性更強的三重四極桿質(zhì)譜，基質(zhì)背景干擾仍會顯著抑制目標(biāo)物的電離效率，導(dǎo)致靈敏度不足。這一問題在復(fù)雜基質(zhì)樣品如蜂蜜、茶葉等農(nóng)藥殘留檢測項目中尤為突出。此外，為適應(yīng)不同極性農(nóng)藥的分析需求，液相色譜常采用含甲醇或乙腈的流動相，進(jìn)樣量受柱容量限制難以提高，也在一定程度上制約了檢測靈敏度的進(jìn)一步提升。

3.2 檢測限與定量準(zhǔn)確性受限

隨著農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，現(xiàn)有高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法的檢測限與定量準(zhǔn)確性逐漸難以滿足食品安全監(jiān)管要求。以有機(jī)磷農(nóng)藥毒死蜱在茶葉中的殘留檢測為例[2]，由于基質(zhì)中含有大量與目標(biāo)物的理化性質(zhì)相近的多酚類干擾物質(zhì)，即便采用選擇性強的多反應(yīng)監(jiān)測模式，仍難以在復(fù)雜背景下實現(xiàn)痕量毒死蜱的靈敏檢測與準(zhǔn)確定量。液質(zhì)聯(lián)用的定量分析多采用外標(biāo)法，即用系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制工作曲線，通過內(nèi)插法計算樣品中農(nóng)藥殘留含量。然而，茶湯基質(zhì)對毒死蜱電離效率的抑制作用明顯與標(biāo)準(zhǔn)溶液基底不同，導(dǎo)致定量結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。雖然基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線可在一定程度上削弱基質(zhì)效應(yīng)，但配制過程煩瑣耗時。與此同時，在痕量分析中，儀器響應(yīng)的微小波動都可能引起測定結(jié)果的較大偏差，進(jìn)而影響定量準(zhǔn)確度。對于具有熱敏性的農(nóng)藥組分，進(jìn)樣口的高溫條件可能導(dǎo)致其降解，進(jìn)一步加劇定量偏差。

3.3 復(fù)雜基質(zhì)干擾顯著

高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)雖已成為食品農(nóng)藥殘留檢測的主流方法，但復(fù)雜基質(zhì)的干擾效應(yīng)仍是限制其性能發(fā)揮的關(guān)鍵瓶頸。以含糖量高的水果制品為例，果糖、葡萄糖等小分子糖類易與農(nóng)藥殘留發(fā)生共洗脫，導(dǎo)致基質(zhì)背景復(fù)雜，嚴(yán)重干擾目標(biāo)物的電離過程[3]。即便采用選擇性強的多反應(yīng)監(jiān)測掃描方式，仍難以完全消除基質(zhì)干擾，造成農(nóng)藥殘留檢測靈敏度下降。對于含脂肪較高的肉制品基質(zhì)，油脂類物質(zhì)易引起離子源污染，導(dǎo)致質(zhì)譜信號漂移，影響定量重現(xiàn)性。此外，肉制品中普遍存在大量嘌呤核苷酸，易與殘留農(nóng)藥組分在質(zhì)譜中發(fā)生反應(yīng)，形成質(zhì)荷比相近的干擾離子，加大定性定量偏差。即便采用高溫排除等手段去除共洗脫雜質(zhì)，仍難以徹底消除其影響。

4 食品農(nóng)藥殘留的高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測方法優(yōu)化策略

4.1 提升檢測靈敏度的技術(shù)改進(jìn)

為提升食品農(nóng)藥殘留檢測的靈敏度，可從樣品前處理、色譜分離和質(zhì)譜檢測等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。①在樣品前處理階段，采用基質(zhì)固相分散萃取可有效富集低含量農(nóng)藥殘留，同時去除脂肪、色素等干擾物質(zhì)。如將均質(zhì)化的果蔬樣品與C18填料混合，利用疏水作用吸附疏水性農(nóng)藥，再用乙腈洗脫，獲得高純度萃取液，可增加進(jìn)樣量。②液相色譜分離中，可采用小粒徑填料（如1.8 μm）色譜柱，縮短分析時間的同時提高柱效，配合優(yōu)化梯度洗脫程序，可在不影響分離度的前提下顯著提升靈敏度。③針對電噴霧電離效率易受基質(zhì)抑制的問題，選擇合適的電離模式至關(guān)重要。以茶葉中毒死蜱檢測為例，負(fù)離子模式下分子離子[M-H]-的豐度明顯高于正離子[M+H]+，且碎裂規(guī)律更利于定性定量分析，因而負(fù)離子方式更有利于靈敏檢測[4]。④優(yōu)化噴霧電壓、烘干氣溫和氣流等參數(shù)，可最大限度減少基質(zhì)抑制效應(yīng)，提高離子化效率。三重四極桿質(zhì)譜儀可在多反應(yīng)監(jiān)測模式下設(shè)置多個特征離子對，如毒死蜱選擇m/z 313/148、m/z 313/118等多個子離子，提高檢測專屬性，可有效區(qū)分基質(zhì)干擾物質(zhì)，從而提高靈敏度與準(zhǔn)確度。此外，借助同位素內(nèi)標(biāo)物可校正基質(zhì)效應(yīng)導(dǎo)致的信號波動，有助于提高定量可靠性。

綜上，通過優(yōu)化樣品前處理、液相色譜參數(shù)和質(zhì)譜檢測條件，可有效提升食品中痕量農(nóng)藥殘留的檢出能力。系統(tǒng)地識別并消除各環(huán)節(jié)的不利因素，從而建立靈敏、準(zhǔn)確、可靠的高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測方法，為食品安全監(jiān)管提供強有力的技術(shù)支撐。

4.2 優(yōu)化定量分析的精度與可靠性

針對茶葉、蔬菜、水果等食品中農(nóng)藥殘留定量分析精度不足的問題，可從基質(zhì)效應(yīng)補償、定量方式優(yōu)化等方面入手，提出切實可行的分析方法改進(jìn)策略。①傳統(tǒng)外標(biāo)法由于忽略了復(fù)雜基質(zhì)對殘留農(nóng)藥電離效率的抑制作用，導(dǎo)致定量結(jié)果偏低?；|(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線雖可校正此效應(yīng)，但需要制備與樣品基質(zhì)背景一致的標(biāo)準(zhǔn)溶液，操作煩瑣且耗時費力。而采用同位素內(nèi)標(biāo)法，即在樣品前處理階段添加與目標(biāo)農(nóng)藥結(jié)構(gòu)相似但質(zhì)量數(shù)不同的同位素標(biāo)記物作為內(nèi)標(biāo)，可有效校正基質(zhì)效應(yīng)導(dǎo)致的信號波動，獲得準(zhǔn)確可靠的定量結(jié)果。例如，在分析花椰菜中多菌靈殘留時，選用氘代多菌靈作內(nèi)標(biāo)，可補償基質(zhì)中半纖維素、果膠等物質(zhì)引起的離子化抑制，顯著提高檢測靈敏度與重現(xiàn)性[5]。②對于極易受基質(zhì)干擾的農(nóng)藥殘留物如有機(jī)磷類，可優(yōu)化流動相組成，采用甲酸銨等添加劑改善電離環(huán)境，提高分析物離子響應(yīng)，削弱基質(zhì)干擾。以草莓中毒死蜱檢測為例，在流動相中添加0.01%三氟乙酸和5 mmol·L-1醋酸銨，可使毒死蜱的電離效率提高1.5倍，檢出限降低至原來的1/4。③質(zhì)譜采集參數(shù)的優(yōu)化對于提高定量精確度同樣至關(guān)重要。例如，在分析魚肉中有機(jī)氯農(nóng)藥時，適當(dāng)增大二級碎裂電壓并提高碰撞氣流速，可改善農(nóng)藥母離子向子離子轉(zhuǎn)化的效率，獲得穩(wěn)定可重現(xiàn)的特征峰。

4.3 減少基質(zhì)干擾的預(yù)處理方法

針對茶葉、蜂蜜、肉制品等食品基質(zhì)中復(fù)雜成分對農(nóng)藥殘留分析造成的顯著干擾，急需開發(fā)有針對性的樣品預(yù)處理新方法，以從源頭上降低基質(zhì)效應(yīng)。①對于富含脂肪的肉制品，在提取殘留農(nóng)藥時應(yīng)著重去除油脂及類脂物質(zhì)，避免其對液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)造成污染和干擾?？刹捎玫蜏剌腿〗Y(jié)合冷凍離心的方式，利用脂肪在低溫下凝固的特性，使殘留農(nóng)藥與脂肪有效分離，從而提高提取效率。此外，選用適宜的萃取劑如乙腈，可最大限度溶解殘留農(nóng)藥，同時減少脂溶性干擾物的萃出。②對于茶葉、蔬菜等植物源性基質(zhì)，應(yīng)重點考慮如何去除色素、多酚等極性雜質(zhì)。創(chuàng)新性地采用模壓吸附劑如分子印跡聚合物，可選擇性富集目標(biāo)農(nóng)藥分子，削弱茶多酚等極性物質(zhì)的競爭吸附，從而提高凈化效果。蜂蜜等高糖基質(zhì)易引起嚴(yán)重的基質(zhì)效應(yīng)，采用水-甲醇稀釋可顯著降低糖類物質(zhì)濃度，減少其對農(nóng)藥殘留電離的抑制作用。③凈化過程中，可巧妙利用農(nóng)藥與干擾物在相近介質(zhì)中極性、溶解度的微小差異，通過優(yōu)化萃取劑配比，實現(xiàn)殘留農(nóng)藥的選擇性分離，去除共萃雜質(zhì)。例如，在提取蜂蜜中的甲維鹽時，采用乙腈-石油醚萃取體系，利用甲維鹽與糖類在兩相中分配系數(shù)的差異，使殘留農(nóng)藥選擇性分配入有機(jī)相，有效避免糖類干擾。

5 結(jié)語

本文系統(tǒng)探討了食品農(nóng)藥殘留液質(zhì)聯(lián)用檢測方法的優(yōu)化策略，提出了基質(zhì)固相分散萃取、同位素內(nèi)標(biāo)法定量以及新型吸附劑凈化等創(chuàng)新方案，為提升農(nóng)藥殘留檢測的靈敏度和準(zhǔn)確度提供了可行路徑。未來研究應(yīng)著重開發(fā)智能化樣品前處理技術(shù)，探索新型色譜分離模式，研制專屬性強的分子印跡材料，并將人工智能技術(shù)引入農(nóng)藥殘留檢測的全過程質(zhì)量控制，以期建立更高效、更可靠的檢測新方法。

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作者簡介：黃芳（1973—），女，浙江磐安人，本科，工程師。研究方向：食品檢測。