氣相色譜-質譜在農藥殘留檢測中的應用進展

◎ 吳永鎧

（汕頭市食品檢驗檢測中心，廣東 汕頭 515000）

農藥作為廣泛用于農業防治病蟲害及調節植物生產的化學藥劑，其殘留檢測成為監管農藥使用、保證食品安全的一種重要手段。氣相色譜-質譜聯用綜合氣相色譜與質譜兩種檢測技術優勢，能夠準確檢測食品中的化合物結構和特點，快速識別農藥殘留量和衍生物質。文章通過分析農藥殘留現狀和氣相色譜-質譜聯用在農藥殘留檢測中的幾種關鍵前處理技術和對應的部分具體應用，結合對目標化合物確認技術的敘述，希望為相關領域工作者提供借鑒、數據支撐和科學依據。

1 氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）檢測技術概述及工作原理

1.1 GC-MS技術概述

氣相色譜技術是一種利用物質沸點、極性及吸附性質之間的差異，實現將目標化合物從混合物中有效分離的技術。該技術提純效率較快，操作簡單，但定性分析水平較差，存在一定的局限性。質譜法通過檢測離子質量和電荷比值，對化合物分子量和化學結構進行科學分析，該技術分析結果準確度高，定性分析能力較強，但與氣相色譜技術相比定量分析能力較差。GC-MS技術以氣相色譜和質譜為基礎，將氣相色譜將技術與質譜技術串聯，充分發揮二者優勢，既能將化合物快速分離，又可以準確獲取化合物分子結構，充分滿足對化合物定性、定量的檢測要求。

1.2 GC-MS工作原理

GC-MS主要分為氣相色譜部分和質譜部分（包括真空系統、離子源、質量分析器和檢測器）。色譜部分的主要作用是分離，混合物樣品在合適的色譜條件下被分離成單個組分后進入質譜儀；質譜的真空系統能為離子提供足夠長的無碰撞運行軌道；離子源則將樣品分子電離形成離子和碎片離子，再通過質量分析器按照質荷比的不同進行分離，在檢測器將離子置換成電子并用電子倍增器放大、最后通過軟件記錄識別得到譜圖數據，用于數據分析。

2 GC-MS在食品農藥殘留中的應用現狀

我國是農業生產大國，隨著農藥的長期使用，其多組分化合物、有毒代謝物、降解產物和組分雜質已成為食品中農藥殘留的主要污染源。在《食品安全國家標準 食品中農藥最大殘留限量》（GB 2763—2019）覆蓋的483種農藥及其相關多組分成分、化學品及其代謝物殘留等農藥殘留的檢測方法指向中，GC-MS可應用于絕大部分的檢測項目。

3 GC-MS農藥殘留的常見分析技術和具體應用

分析技術主要分為對樣品的前處理技術和目標化合物的確認技術。

3.1 農藥殘留中常用的前處理技術

3.1.1 固相萃取法

固相萃取（Solid Phase Extraction，簡稱SPE）是一種基于液-固相色譜理論的樣品預處理技術，操作步驟分為活化、上樣、淋洗和洗脫4個步驟。根據樣品基質類型和目標化合物的特性，操作人員可以選擇合適的吸附劑和洗脫溶劑方式，以分離和濃縮樣品中的雜質和干擾物質，從而達到凈化和富集待測物的目的。該技術涉及的人工少、樣品制備時間短、溶劑消耗量少，對目標物分析的重現性好、回收率高，現已大量應用于食品中農藥殘留的檢測。

董瑋瑋等[1]用SPE同時萃取水樣中的6種滴滴涕（DDT）和4種六六六（HCH），并用GC-MS檢測。結果表明該方法對水樣中的DDT和HCH檢測具有較高的靈敏度和較寬的線性范圍，最低檢測限分別為 0.06 ～ 0.15 ng·L-1和 0.52 ～ 1.79 ng·L-1，加標回收率為86.1%～105.5%和81.6%～107.2%。該方法經濟、高效、回收率高，可滿足水中衡量DDT和HCH的檢測要求。

3.1.2 加速溶劑萃取法

加速溶劑萃取（ASE）也稱加壓萃取、高壓溶劑萃取、高壓熱溶劑萃取、高溫高壓溶劑萃取等。其原理是通過升高溫度（50～200 ℃）和壓力（10.3～20.6 MPa）增加物質溶解度和溶質擴散效率，提高有機溶劑對固體、半固體樣品的萃取效率[2]。該方法已被美國國家環境保護局（EPA）列為3545號標準方法。影響萃取效果的因素主要有溶劑的種類和組成、萃取的溫度和壓力、樣品基質組成、選用的分散劑和吸附劑等。

陳平等[3]取水果樣品以丙酮為提取劑經ASE萃取，結果表明，7種有機磷化合物的線性關系良好，相關系數均＞0.999，樣品加標的平均回收率為80%～118%，相對標準偏差均＜5.0%，該方法的檢測限為0.012～0.084 μg·L-1。該方法的提取效率高，穩定性好，準確度和靈敏度較高，可用于大量實際樣品的檢測，此方法適于水果中農藥殘留檢測實際工作的需要。

3.1.3 QuEChERS法

QuEChERS包含了Quick（快速）、Easy（簡單）、Cheap（廉價）、Effective（高效）、Rugged（耐用）和Safe（安全）。最早的QuEChERS方法不含緩沖鹽，是由M.ANASTASSIADES、S.J.LEHOTAY、D.STAJNBAHER 和F.J.SCHENCK于2003年開發，發表于美國JOURNAL OF AOAC。隨著方法的改進，常用的緩沖鹽方法有2種。①來自歐洲標準化委員會（CEN）各成員國的歐盟標準（EN 15662）。②被美國官方分析化學師協會標準（AOAC 2007.01）認可，在美國和其他國家使用。當使用乙腈或1%冰醋酸-乙腈作提取溶劑時，常用的萃取鹽有無水硫酸鎂、氯化鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸氫二鈉和醋酸鈉等；而凈化的萃取填料較多使用的是PSA（N-丙基乙二胺，一種含有伯胺和仲胺兩種官能團的烷基化胺類吸附劑，可去除極性的有機酸、部分糖類和脂）、GCB（石墨化碳，Graphitized Carbon Black，由微弱的范德華力結合，形成排列松散的網狀層面結構，單分子層吸附模式去除色素，如葉綠素等）、C18（十八烷基，對非極性化合物具有極強保留能力的強疏水性吸附劑去除脂類、固醇類和胡蘿卜素等）、EMR（增強型脂質去除，Enhanced Matrix Removal，一種疏水選擇性結合空間選擇性的高分子材料，在被水活化后選擇性吸附直鏈烴類結構）和硫酸鎂（主要用于除去水分）。

QuEChERS將已均質化樣品用乙腈（或冰醋酸乙腈）進行提取，并加入萃取緩沖鹽進行鹽析分層，上清液用分散固相萃取（dSPE）方法凈化。

葉江雷等[4]使用QuEChERS法提取凈化，結合GC-MS技術檢測茶葉中47種農藥殘留。結果表明，其方法加標回收率為81%～102.2%，精密度為6.5%～18.3%，線性范圍為0.001 95～1.000 00 mg·kg-1（R2＞ 0.97），檢測限為 0.000 9～ 0.021 4 mg·kg-1，定量限為0.002 9～0.0712 0 mg·kg-1，基本符合農藥殘留“一律標準”的要求。

3.1.4 凝膠滲透色譜法

凝膠滲透色譜法（GPC）是一種被用于農作物多成分殘留農藥的快速前處理方法。GPC基于體積排阻的分離機理，通過具有分子篩性質的固定相，以分離分子質量不同的物質[5]。此外，GPC還可用于分析化學性質相同而體積不同的高分子同系物。因此，GPC可有效去除食品樣品提取物中的色素、生物堿、脂肪等大分子雜質。

鄭峰等[6]使用GPC對樣品進行凈化，結合GC-MS技術檢測河豚魚、鰻魚和蝦中191種的農藥殘留情況，分別以最低定量限和4倍最低定量限為添加濃度，進行兩個水平的添加回收率實驗。結果表明，此方法的回收率為50.2%～120.0%，其中89.5%的農藥回收率為70%～120%，相對標準偏差為0.6%～21.6%。方法的最小檢出限和最低定量限分別為 0.002 ～ 0.300 mg·kg-1和 0.007 ～ 1.200 mg·kg-1。該方法的靈敏度、準確率和精密度均符合農藥多殘留檢測的技術要求。

3.1.5 固相微萃取法

固相微萃取技術（Solid-Phase Microextraction，SPME） 是1989年 由 加 拿 大Waterloo大 學PAWLINSZYN及其合作者ARTHUR等提出的一種無溶劑樣品預處理技術。無溶劑的特點使其成為了一種環保的前處理技術。SPME實際是一支微量注射器，通過在纖維頭表面上固載具有吸附萃取功能的涂抹材料，使其同需要檢測的樣品進行微萃取。微萃取方式包括直接微萃取方式和頂空微萃取方式，將目標分析物進行富集濃縮，通過與進樣裝置進行直接聯用或解吸后再進樣，實現對樣品中目標分析物的分析[7]。

馮永剛[8]采用SPME-GC-MS法測定龍膽草中15種有機磷農藥殘留，結果表明，在5.0～500.0 ng·mL-1濃度范圍內，15種有機磷農藥具有良好的線性關系，R2≥ 0.999 1，檢出限為 5.0 ～ 50.0 μg·kg-1，回收率為84.1%～105.8%，相對標準偏差（RSD）為1.3%～5.7%。該方法具有樣品前處理方便、準確度高、精密度好等特點，可適用于農藥殘留檢測的技術要求。

3.1.6 其他前處理方法

（1）免疫親和色譜法。免疫親和色譜法（IAC）是基于免疫反應的基本原理，利用色譜的差速遷移理論，實現樣本的分離和分析的一種方法[9]。將特異性的抗體固定在載體上，制成免疫親和載體填入柱中。分析時，樣品中待測組分與吸附劑上的抗體發生抗原-抗體結合反應而被保留在柱上，其他成分則直接被洗脫。隨后，用適當的洗脫溶劑洗脫待測組分，以進行下一步的分析。

（2）超臨界流體提取法。超臨界流體是一種超過臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）的非凝縮性流體，在臨界狀態下同時具備氣體和液體的特點，其黏度低、密度大，有良好的流動、傳質、傳熱和溶解特性，同時對溫度和壓力的變化十分敏感。

超臨界流體萃取技術（SFE）通過利用超臨界流體的特殊性質，將其在萃取塔的高壓下與待分離的固體或液體混合物接觸，調節系統的操作溫度和壓力，萃取出所需組分，進入分離塔后，通過等壓升溫、等溫降壓或吸附等方法降低超臨界流體的密度，使該組分在超臨界流體中的溶解度減小，從而使目標組分分離[10]。SFE可使待分離組分易于和產物分離，且不易破壞有效成分，符合農藥殘留檢測的技術要求。

3.2 目標化合物確認技術

在食品的農藥殘留檢測中，不同農藥殘留化合物的性質不同，在色譜柱上的保留情況也有所不同，加上樣品自身雜質、基質干擾物等帶來的影響，使得對目標化合物的確認成為一項復雜且重要的技術，下面主要分3個部分簡單說明在GC-MS中如何對目標化合物進行準確的定性定量。

3.2.1 目標化合物的定性確認

（1）使用有證標準物質。使用已知有證可靠的標準物質進行對照，將標準物質和未知物質置于同一色譜柱上，在相同的色譜條件下進行全掃描分析，色譜條件可依據相關標準或查詢參考文獻，通過對兩者的總離子流圖質譜圖（TIC）、采集質量數、豐度和保留時間等信息進行比較。當獲得的數據質量不佳時，在排除載氣、色譜柱和儀器問題后，可通過更改儀器條件（進樣器、進樣口、色譜柱、柱溫箱和MS參數）以獲得理想的色譜圖和質譜圖。

（2）選用基質空白溶液添加標準物質溶液。在GC-MS分析中，檢測信號的強度與試樣基質的特性關系很大。因此，基質的種類和含量也會影響到回收率和檢測的重現性。為了解決基質效應帶來的影響，最好的辦法就是利用不含目標化合物的空白基質液來配制標準工作曲線。標準工作曲線可以盡可能地接近或者同等程度地校正標準溶液和樣品溶液中目標化合物的響應。

3.2.2 目標化合物的定量確認

目標化合物的定量確認主要是如何消除標準曲線定量法中的誤差。

（1）選擇添加已知量的標準物質。除了使用標準曲線對樣品進行積分定量分析外，在確保儀器分析條件前后一致的前提下，可在樣品前處理前加入一定已知準確量的待測組分，通過加入待測組分標準物質前后的分析結果算出待測組分在樣品分析前處理中的回收率，最后將加入待測組分之前的分析數據進行回收率換算，可以補償樣品在前處理中的損失。

（2）選擇添加內標物質。在樣品中加入一定量的適宜內標物作為目標化合物的參比物，通過目標化合物和參比物在檢測器上的響應值比值，和該定量參比物在檢測器上的響應值進行分析計算獲得計算結果。通過添加內標物質進行定量分析，可以減少樣品分析時色譜條件發生變化導致的定量誤差，尤其是消除儀器進樣口模塊里由于樣品進樣量不準確產生的誤差。

4 結語

近些年來，隨著GC-MS的普及應用，多種樣品分析前處理技術也朝著提高目標物的選擇性和靈敏度、減少樣品和試劑用量和操作步驟、縮短分析時間以及減少基質干擾的方向進步，農藥殘留檢測行業的能力水平整體得到提高。但不同的前處理方法有各自的適用范圍和優缺點，在實際檢測中仍需要結合樣品和農藥化合物的性質來選擇合適的處理方法，同時需要通過學習GC-MS的工作原理，理解儀器各部分的作用，優化檢驗方法，達到提高檢驗效率，獲得樣品分析的最佳靈敏度與信號響應，最終為保障農產品質量安全，擴大農產品產業規模提供強有力的技術支撐。