飛行時間質譜技術在農畜產品中的應用研究

摘 要 飛行時間質譜在農獸藥殘留分析顯示出極大的發展潛力。概述飛行時間質譜原理，比較與其他不同質量分析器的優劣勢，并對該技術在農畜產品中農獸藥及其他物質殘留分析領域的應用進行綜述，同時對飛行時間質譜技術在農藥殘留分析研究領域的發展前景作了展望。

關鍵詞 飛行時間質譜；多殘留；非定向篩查

中圖分類號：O657.63 文獻標志碼：C 文章編號：1673-890X（2015）34-057-04

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我國是一個農業大國，隨著農業生產和科學技術的快速發展，植物源食品的病蟲害日益增多，對動物源食品的品質要求提高，農藥、獸藥用量增大，品種增加，農藥和獸藥已經成為農業、畜牧業中不可或缺的角色，但農藥、獸藥的長期使用和濫用不僅在產品上有殘留，還污染了環境，對人們造成了危害。因此，快速、準確地分析檢測農藥、獸藥的殘留已經成為當今社會的一大熱點問題。色譜、質譜是分析檢測農、獸藥殘留的最常用、最有效的方法，而檢出農、獸藥如何確證定性是一個很關鍵的問題，同時也是一個難點。質譜的誕生為農、獸藥定性奠定了基礎，而飛行時間質譜（Time of Flight Mass Spectrometer，簡稱TOF-MS）技術是近些年來發展迅速的分析技術，目前常用于多種藥物同時篩查，在農畜產品質量安全領域發揮了重要作用。

1飛行時間質譜篩查技術原理

1.1飛行時間質譜儀原理

飛行時間質譜是近年常見的質量分析器，由離子源產生的離子首先被收集，在收集器中所有離子速度變為零，使用一個脈沖電場加速后進入無場漂移管，并以恒定速度飛向離子接收器，這種技術利用動能相同質荷比不同的離子在恒定電場飛行的原理，恒定的距離所需不同的時間，則可以把不同質量的離子按m/z值大小進行分離，從而對物質結構或成分進行分析的一種質譜方法[1]。

飛行質譜儀分為線性和反射模式兩類，早期的飛行質譜儀分辨率低，反射模式飛行質譜儀通過加上的一個靜電場反射鏡，使得自由飛行離子聚焦位置一定，從而改善了分辨率。飛行質譜儀硬件部分包括硬件部分包括離子源、質量分析器、檢測器和高真空系統四個部分。離子源主要包括電噴霧電離源（ESI），大氣壓化學電離源（APCI），基質輔助激光解吸電離源（MALDI），大氣壓光電離源（APPI）；質量分析器主要部分是一個離子漂移管，為了提高飛行時間質量分析器的分辨率，現在多采用激光脈沖電離方式，離子延遲引出技術和離子反射技術；檢測器主要是選用微通道板（MCP）離子檢測器，MCP由平行的圓筒型微通道組成，當離子進入微通道時產生二次電子，反射通過這些通道時，不斷產生更多電子；高真空系統主要有前級的旋葉式機械泵和后級的渦輪分子泵共同組成[2-3]。

根據目標化合物的不同，選擇不同的離子源進行離子化，然后由質量分析器根據化合物的質荷比m/z不同按序排列，最后經過檢測器得到完整質譜。

1.2飛行時間質譜同其他質譜比較

根據質量分析器原理不同，目前比較常見的有機質譜主要有：單四極桿質譜、三重四級桿質譜、飛行時間質譜、離子肼質譜等，其特點如表1。

單四極桿質譜（Q-MS） 校準簡便，在分析檢測中能廣泛應用，但由于全掃描模式下缺乏準確度，受到基質中雜質干擾，其靈敏度降低，對化合物鑒別性能降低，雖然選擇性離子檢測（SIM） 模式雖靈敏度有所提高，但缺少所需的結構信息來鑒定化合物[4-5]。三重四極桿質譜（QqQ-MS）是目前應用最為廣泛的分析儀器，在復雜的基質下應用極為廣泛，執行過程中中性丟失掃描，母子掃描模式以及子離子和多級反應監測具有很好的定量能力、靈敏性和準確性，但無法獲得位置化合物的結構信息且全掃描模式下靈敏度急劇下降，LC-MS/MS不如離子阱質譜的定量能力，定性能力不如飛行時間質譜[6-7]。離子阱質譜其原理能夠分離出某種離子，把其他的離子排除出離子阱，還能夠富集離子，以提供更好的離子信號，因此定量能力高于QqQ-MS[8]。

飛行時間質譜是目前非定向篩查和多殘留分析中應用廣泛的新分析技術，它具有高分辨率、定性能力強，高精度的分子量分析可鑒定未知物質分子式。飛行時間質譜利用不同離子源和聚焦技術提高了離子化率和傳輸時間，從而提高了靈敏度。此外，全掃描模式下得到的離子質量更準確，微秒級掃描速度等使其具有明顯的優勢。而現在為了結合幾種質量分析器的優勢和特點，目前更趨于采用Q-TOF（四極桿串聯飛行時間質譜）和IT-TOF（離子阱串聯飛行時間質譜）串聯質譜技術，而Q-TOF比QqQ、IT具有更高的靈敏度、準確度，精確分子量的測定，且比TOF-MS選擇性和動態范圍方面有所提升[9-10]。

2不同飛行時間質譜在農畜產品中的應用

近年來，多物質殘留檢測和實現非定向物質篩查是質譜分析的發展的重要方向和趨勢，TOF、Q-TOF技術除了在醫學方面能廣泛應用以外，在食品、農產品的復雜基質中農藥、添加劑以及其代謝產物的篩查鑒別也頗為重要。

Lacina等[11]利用超高效液相色譜—飛行時間質譜（UPLC-TOF-MS）技術結合QuEChERS前處理方法，建立了植物性食品中212種農藥殘留篩查方法，UPLC-TOF-MS 在分辨率為10000 FWHM時，在樣品中檢出超過約96%的目標農藥品種。Paschoal等[12]也利用LC-ESI-MS-MS Q-TOF建立了檢測羅非魚中氟甲喹、惡喹酸、沙拉沙星、達氟沙星、恩諾沙星和環丙沙星6種喹諾酮藥物的分析方法。張新忠[13]針對防治茶園茶樹蟲害的重要農藥——茚蟲威，該藥具有S、R兩種異構體，同樣采用超高效液相—飛行時間—質譜技術，用乙腈提取，Florisil和GCB混合柱凈化，Lu×3 μCellulose-1手性柱拆分手性柱拆分，0.40 mL/min V（0.10%甲酸水溶液）∶V（甲醇）=15∶8的溶液作為流動相分析茶葉中手性農藥茚蟲威對映異構體的殘留，該方法平均添加回收率為80.75%～101.69%，相對標準偏差（RSD）小于15%，方法定量限為0.0025 mg/kg，為進一步研究茚蟲威手性對映異構體在茶葉中的選擇性降解遷移規律提供分析方法。趙志遠[14]采用QuEChERS（Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe）前處理技術結合液相色譜—四極桿/飛行時間質譜（LC-Q-TOF/MS）快速篩查方法，建立了對蘋果、番茄和甘藍中281種農藥非定向篩查方法，該研究獲得精確質量數數據庫以及譜圖庫，應用LC-Q-TOF/MS數據庫檢索功能，實現了不需標準品對照，對蘋果、番茄及甘藍3種基質中281種農藥的準確篩查與驗證，完成了對市售果蔬樣品中農藥殘留的篩查、確證與定量，并得到了滿意的結果。高馥蝶[15]利用超高效液相色譜-四極桿-飛行時間質譜（UPLC- Q- TOF- MS）技術建立了不同奶品（純牛奶、原奶、酸奶、高鈣奶、低脂奶和巴氏消毒奶）中抗生素類、磺胺類、沙星類等27種獸藥和克百威、殺蟲脒等15種農藥殘留的快速檢測方法。黃鸝等以隱性孔雀石綠、蘇丹紅Ⅲ等為代表的15種在水產品中禁用的堿性合成色素為研究目標物進行檢測，依據它們的相對分子質量和理化性質的差異， 結合應用UPLC技術進行色譜分離，Q-TOF-MS進行質譜信息采集，建立了快速檢測水產品中15種堿性合成色素的方法。朱萬燕、孟蕾[16-17]利用超高效液相-四極桿-飛行時間質譜（UPLC-Q-TOF）建立豬肉、雞肉等動物源畜產品中農獸藥殘留的測定方法，得到化合物碎片離子的分子式和精確分子質量，可進一步對化合物的結構和裂解規律加以確證，定性準確，在復雜的基質中提高判定的準確性，降低“假陽性”出現的概率。

此外，氣相色譜串聯飛行時間質譜也應用廣泛。Soma 等[18]采用GC×GC-TOF-MS 技術分析了葡萄和葡萄酒中160種殘留農藥和 25種持久性有機污染物，而Cervera 等[19]采用GC- TOF- MS技術分析了蔬菜和水果中55種農藥及其降解產物，兩者檢測方法的建立大部分物質的回收率達到70%～120%，RSD<20%。羅銘等[20]采用GC-Q-TOF對環境污染物農藥和多環芳烴物質進行了準確確證，姜俊等[21]采用全二維氣相（GC×GC） 匹配飛行時間質譜（Q-TOF） 建立油菜薹、黃瓜、茄子、四季豆和辣椒中64種農藥殘留同時測定方法。

3飛行時間質譜在農畜產品物質篩查中的前景展望

我國農畜產品安全問題日益嚴重，農藥超標、獸藥濫用等問題頻發，但由于農畜產品種類多，基質復雜且多藥殘留，因此低分辨率質譜在多殘留藥物分析中容易出現假陽性，非定向篩查也不能有效實現，高分辨質譜可在很大程度上彌補這些缺陷。

而隨著質譜技術的發展，通過質譜數據庫的比對來查詢和確認未知化合物變得相對簡單易行，通過飛行時間質譜技術實現未知農藥的快速篩查是現階段最有效的途徑之一。目前只有氣相色譜-質譜技術（GC-MS）有與之匹配的商品化質譜數據庫，液相色譜-質譜技術沒有統一的商品化質譜數據庫[22]。因此，利用UPLC技術分離度高重現性好，TOF-MS高質量數分辨率和掃描速度，全掃模式下能夠在一次運行中實現幾百種甚至上千種未知物質的優勢，構建UPLC-TOF-MS農獸藥快速篩查質譜數據庫是飛行時間質譜發展的重要前景，這不僅大大提高了農畜產品分析技術的水平，還可為今后我國農產品、食品質量安全做出重要貢獻。

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（責任編輯：丁志祥）