土豆、青椒 、西兰花等样品中农药分析的转变检测方案(气质联用仪)

SHIF TING THE PARADIGM IN GC-MS PESTICID E ANALYSIS SPONSORED BYLCGCnorth america An ExecutiveSummary GC-MS 农药分析的转变 前言 采用气相色谱和高分辨精确质量数(HRAM)质谱联用技术对食品中的农药进行非目标筛选正在受到越来越多的关注，这种方法的实现得益于最新的 GC-HRAM 带来的更好的全扫描性能。现在，使用一台操作简便的GC-MS的单个工作流程就能同时实现目标物、大范围筛查和列表外物质的监控，这将 GC-MS 的常规分析能力提升到了一个空前的水平。本文介绍了召仪器所需分辨率和质量精确度的评价方法，以及针对 SANTE 准则关于农药定量和定性的分析。同时也考虑了操作的简便性，是否易于维护，以及食品中农药残留常规分析中实施全扫描 GC-MS 技术的其他潜在的优势。 Amadeo Fernandez-Alba博士，西班牙阿尔梅里亚大学，分析化学系，水果和蔬菜农药残留欧洲标准实验室 样品前处理和仪器设置 评估使用了包括 European Multiannual Control Programme 中的农药在内的共210种农药成分。样品前处理采用的是基于乙腈和柠檬酸盐缓冲溶液的欧洲版 QuEChERS 方法。将一定量(通常情况下100 uL)的乙腈提取液蒸发至接近干燥，重新溶解在乙酸乙酯中，然后使用不分流进样(1pL)。典型的 GC 条件如图1所示。 为了便于分析，可以将包含超过700种不同污染物精确质量数的 Thermo ScientificTM TraceFinderTM Software化合物数据库与传统的名义质量数 NIST数据库结合起来使用。也可以通过 Thermo ScientificTM XcaliburTMSoftware手动生成数据库。标准品用于获取目标物的保留时间和目标碎片的理论质量数。建立数据库时，很重要的一点是要指定理论的准确质量数，而不是实际测得的质量数(精确质量数)，以便更准确的评估质量偏差。我们更倾向于采用尽可能多的碎片离子，通常3-5个。 仪器设置的过程中需要重点考虑质谱分辨率、质量精确度、灵敏度、线性、重现性和稳定性。在实际应用中，60，000的分辨率可以很好的平衡定量所需的峰数据点数和为了区分与目标物共流出的基质干扰所需的分辨能力，即使是如图2中分析韭菜这样复杂的基质中的克百威也没有问题。 有两个方法可以获得优异的质量精确度：采用锁定质量数或使用外标法。这两种方法的误差区别相对较小，常 规分析中通常采用外标法。此外，复杂基质中的共萃取物有时会干扰锁定质量数，导致质量误差增加。另外一个重点是要优化自动增益控制(AGC)。通常， AGC 设置在1e6就能得到很好的峰面积响应和良好的峰形。直到目前，灵敏度差仍然是 GC-HRMS 的主要限制因素之一，尤其是在分析像韭菜这样的复杂基质的情况下。幸运的是，最新的 Thermo ScientificTM OrbitrapTM GC-MS 系统在大部分商品化的农药组合的分析上通常能达到10 ppb 的检出限，线性范围高达500 ppb， 精密度 RSD在10%以下，只有在极少情况下精密度会超过20%。这意味着得到的数据完全符合 SANTE 准则1。在检测 5 ppb 浓度下的一个碎片离子和 10 ppb 浓度下两个碎片离子的情况下都可以检测到全部的农药组分。在韭菜基质中检测到的农药的数量少于其他基质，但是这并不是仪器的问题，而是韭菜基质本身的问题。韭菜中高浓度的含硫化合物会捕获含氯的农药分子，从而降低了它们在检测器上的响应。我们实验室通过在一定时间内进样同位素标记的标准品来评估 Orbitrap GC-MS 系统的稳定 性；通常情况下在12天内进数百个样品的质量偏差低于 +/-0.4 mDa。 欧盟质量控制准则规定目标分析的标准为：与标准品中同样的离子相比，保留时间+/-0.1分钟， % ppm质量偏差(对于<200 m/z质量数的离子来说<1mDA)，两个质量偏差<5 ppm 的离子，离子比率在+/-30%范围内。相比之下，美国 FDA用精确质量2数据对化学残留物的确证仅仅考虑保留时间，而不考虑离子比率。 GC-全扫描工作流程的优点 典型的 GC-MS 农药残留分析工作流程包含几个步骤：建立批处理，采集原始数据文件，数据处理和手动调整，以及输出结果到最终报告。Thermo Trace Finder4.0软件能够自动化整个工作流程，因此能在短短一个小时内分析18个样品，包括由基质标样建立的两条校准曲线(三个水平)，两个回收率验证和五个溶剂空白。采用如 Orbitrap GC-MS 系统的全扫描与 Trace Finder Software 相结合能带来比 GC-三重四极杆仪器更突出的优点，这可以从番茄基质中 10 ppb 噻嗪酮的分析中看出(见图3)。如图2所示，三重四极杆仪器上的第二个离子已经非常低。而 Orbitrap 中即吏是第三个离子(下图)仍然显示 了很好的灵敏度。 全扫描工作流程的另一个优势是采集到的数据能同时用在目标物和非目标物的数据处理上。可以在数据采集后再决定数据处理的方式，并且采集的数据可以用于不同的数据处理软件、谱库和数据库。 “目标”和“非目标”数据处理方法两者之间的主要区别是目标性更明确的方法使用包含保留时间信息的数据库，而非目标库(比如NIST)不包含保留时间信息。 样品分析 采用 Orbitrap GC-MS系统与包含保留时间信息的数据库来进行分析。马铃薯、青椒、西兰花和菠菜样品来自于官方欧盟能力测试(EUPT)方案的筛查方法。全部24种农药(100%)均有检出，经过定性确认没有错误检测结果，如图4所示。 使用没有保留时间的库进行筛查 在没有目标物列表或保留时间的情况下，所有保留时间下的峰都是候选化合物。此时对两个、三个或四个离子在NIST 库或用户的数据库上进行自动搜索，使用的离子越多，假阳性或假阴性的检测结果数量就越少。如图5中的例子，数据库或 NIST 库谱图(下图)报告了三个离子。 而实际样品的得到谱图也展示了三个离子(图5上)，实测样品中256处的离子相对丰度对比数据库中的谱图差别较大。这种情况很少见，但是当这种情况出现时，如果没有保留时间信息，鉴定结果就值得怀疑。然而，其他两个离子比率 m/z 238 和m/z376与标准品进行对比，在有保留时间信息的情况下，就可以得到确切的鉴定结果，如图6所示。不是每一种农药在El源上都能得到多至四个的碎片离子。最终，剩余候选化合物的定性和定量都必须根据推测结果与相关标准品对比进行二次验证。 图3： GC-QqQ-MS/MS 和 Orbitrap GC-MS 选择性对比 图4：包含保留时间的数据库用于 EUPT 样品中农药的目标分析结果 检测到/定性确认比值：100%，没有假阳性 考虑所使用的离子数量也很重要，特别是在需要减少假阳性结果的情况下。这些从基质中而不是农药产生的峰需要重新评估采集的数据，给实验室工作效率带来不必要的影响。而最糟糕的是假阴性结果即没有检测到样品中实际存在的农药成分，与假阳性结果不同的是，假阴性结果通常不会被仔细核查。 使用更多碎片离子的好处是能减少错误检测结果和额外的工作量，特别是在没有保留时间信息的情况下。举例如图7所示。 对图4中的四种 EUPT 材料的检测是在没有保留时间信息的的情况下完成的(见图7)。在这种情况下仍然检测到了所有样品中的所有农药成分，但是假阳性检测的数量根据使用的离子数量不同有所不同。使用两个离子时一共得到52个错误鉴定结果，使用三个离子时有18个，而使用四个离子时则为10个。这更进一步说明了使用的离子越多，得到的假阴性/假阳性检测结果的数量就越少。 图6：采用包含保留时间信息的数据库检测氟吡草胺 图7：使用不包含保留时间的数据库进行 EUPT 样品目标分析的结果 基质 检测化合物数量 筛选的化学物 SM05 马铃薯 5(100%) 210 SM06 青椒 11(100%) 210 SM07 西兰花 1(100%) 210 SM08 菠菜 7(100%) 210 Thermo Scientific Orbitrap GC-MS 系 统为常规实验室提供了一个新的全面的工作流程，能同时完成目标化合物的定量和非目标农药成分的筛查。仪器的特点能为农药残留的分析带来显著的便利，其中包括可以应对复杂基质的高质量精度(<1mDa)， 高达60，000的分辨率，同时，一次简单的采集能获得多个离子的精确质量，这可以方便的使用数据库(如NIST 和Wiley ) 进行检索。即使是在没有标准品的情况下仍有检测分析的解决方案。非目标性的数据采集方式还能筛查分析早期已淘汰的农药，以及一些标准品非常昂贵或者难于买到标准品的农药。甚至可以检测分析过程中产生的农药转化产物。最重要的是，ExactiveTM GC OrbitrapTM GC-MS 系统能为常规实验室的筛查工作流程带来更高的工作效率和准确度。 ( 参考文献 ) 1.European Commission Directorate-General for Health and Food Safety(SANTE)/11945/2015. Guidancedocument on analytical quality controland method validation procedures forpesticides residues analysis in foodand feed. http：//ec.europa.eu/food/plant/docs/plant_pesticides_mrl_guidelines_wrkdoc_11945_en.pdf(accessed 25 Nov 2016) 2. FDA Office of Foods and VeterinaryMedicine. Acceptance Criteria forConfirmation of Identity of ChemicalResidues using Exact Mass Data.http：//www.fda.gov/ScienceResearch/FieldScience/ucm273423.htm(accessed 25 Nov 2016) 采用气相色谱和高分辨精确质量数（HRAM）质谱联用技术对食品中的农药进行非目标筛选正在受到越来越多的关注，这种方法的实现得益于最新的 GC-HRAM 带来的更好的全扫描性能。现在，使用一台操作简便的GC-MS 的单个工作流程就能同时实现目标物、大范围筛查和列表外物质的监控，这将 GC-MS 的常规分析能力提升到了一个空前的水平。本文介绍了对仪器所需分辨率和质量精确度的评价方法，以及针对 SANTE 准则关于农药定量和定性的分析。同时也考虑了操作的简便性，是否易于维护，以及食品中农药残留常规分析中实施全扫描 GC-MS 技术的其他潜在的优势。Thermo Scientific Orbitrap GC-MS 系统为常规实验室提供了一个新的全面的工作流程，能同时完成目标化合物的定量和非目标农药成分的筛查。仪器的特点能为农药残留的分析带来显著的便利，其中包括可以应对复杂基质的高质量精度（<1 mDa），高达60,000 的分辨率，同时，一次简单的采集能获得多个离子的精确质量，这可以方便的使用数据库（如 NIST 和Wiley）进行检索。即使是在没有标准品的情况下仍有检测分析的解决方案。非目标性的数据采集方式还能筛查分析早期已淘汰的农药，以及一些标准品非常昂贵或者难于买到标准品的农药。甚至可以检测分析过程中产生的农药转化产物。最重要的是，Exactive™ GC Orbitrap™ GC-MS 系统能为常规实验室的筛查工作流程带来更高的工作效率和准确度。