基于三重四极杆TSQ8000 Evo平台将婴儿食品中的农药残留的分析效率提高三倍
2017-01-20 来源:本站 点击次数:1596Cristian Cojocariu, 1 Michael T. Hetmanski, 2 Paul Silcock, 1 and Richard J. Fussell 2
1 赛默飞世尔科技，英国朗科恩
2 食品与环境研究院（FERA），英国约克
关键词 农药分析，婴儿食品，GC-MS/MS，TraceFinder，食品安全
目的：评估 Thermo Scientific™ TSQ™ 8000 Evo GC-MS/MS 在农药残留分析方面的性能和分析效率。
前言
农药是超过 1000 种不同的化合物的统称，用于控制和消除害虫。目前已有各种严格的法规要求来确保安全有效的使用这些化学品，避免给人类、野生动植物和环境带来不利影响。包括 EU 在内的许多国际机构已经规定了食品和饲料中农药的最大残留限量（MRLs） 1 和痕量水平的农药残留的检测方法。因此，农药的定量分析和准确鉴定需要使用灵敏度高、选择性强和耐用的分析仪器。随着易腐坏商品需要快速分析的压力不断增加，测试周期要求越来越短，高通量的第三方分析实验室在寻求不断提高分析效率。近期以来，通过采用 QuEChERS（快速、简单、便宜、有效、耐用和安全）样品萃取方法与气相或液相色谱（GC 或 LC）质谱（MS）联用技术相结合已经实质性的提高了分析效率。本文报告了通过采用先进快速的 GC-MS/MS 技术与新的软件相结合以减少数据采集和处理的时间，从而进一步提高分析效率。
乙腈是 QuEChERS 常用的萃取溶剂。直接测定乙腈中的农药残留能避免费时费钱的溶剂置换过程。但是乙腈的极性特点会导致色谱峰不集中，而且其高膨胀系数限制了进样体积。
本文采用了一种快速、简单和耐用的工作流程来分析婴儿食品中的农药残留。由于这些化学品更容易损害婴儿的健康，婴儿食品中农药的准确和灵敏的测定、定量和定性鉴定尤其重要。结果显示直接进样小体积的 QuEChERS 提取物，与快速程序升温方法相结合能提高实验室分析效率。本文使用了TSQ 8000 Evo 三重四极杆 GC-MS/MS，其革新的 EvoCell 碰撞腔体技术与 time-SRM 软件的高效选择反应监测相结合使分析效率的提高成为可能。
本文根据 SANCO 标准全面评估了直接使用乙腈的快速 GC 分析的耐用性2。
仪器和方法设置
TSQ 8000 Evo 三重四极杆 GC-MS/MS 仪器与 Thermo Scientific™TRACE™ 1310 GC 相结合用于本研究。进样采用 ThermoScientific™ TriPlus™ RSH 自动进样器，色谱分离采用 ThermoScientific™ TraceGOLD TG-5SilMS 15 m×0.25 mm I.D.×0.25 µm毛细管色谱柱（P/N：26096-1300）。其余仪器参数如下表所示。
TSQ 8000 Evo三重四极杆质谱仪的 MS/MS 模式采用电子轰击电离源（EI）。每个化合物选择两个SRM离子对——一个用于定量，另一个用于定性。一共采集得到264个SRM 离子对，驻留时间根据同时监测的 SRM 离子对数量不同在1 ms 到 52 ms 之间。色谱数据采集在定时选择反应监测模式（t-SRM）进行，每个峰至少采集12个点。
样品前处理
婴儿食品样品按照柠檬酸盐缓冲体系的QuEChERS方案萃取。均质后的样品（10 g）加入乙腈（10 mL）萃取，然后加入 MgSO4 （4 g）、NaCl（1.0 g）、柠檬酸氢二钠倍半水合物（0.5 g）和二水合柠檬酸三钠（1.0 g）。样品净化采用分散固相萃取 [每毫升萃取物需 MgSO4（150 mg）、C18（50 mg），PSA（50 mg）和碳（7.5 mg）]。在最终萃取物（1 g/mL 的乙腈溶液）中加入 132 种农药的混合溶液，对应的加标物浓度为 0.5–100 ng/g（ppb），某些分析物加标量为1.0–200 ng/g（ppb）。
数据处理
数据采集和处理采用 Thermo Scientific™ TraceFinder™ 3.2版本软件，此软件包括仪器控制、方法开发和定量工作流程为一体。每种化合物用一个 SRM 离子对定量，另一个 SRM 离子对用于定性。
结果和讨论
本研究介绍了一种快速 GC 用于提高实验室测定婴儿食品中的多种农药残留的分析效率的方法。方法直接使用 QuEChERS的萃取溶剂乙腈做为最终萃取物的溶剂，并采用低体积和加热不分流的方式进样。通过测定婴儿食品样品萃取物中目标农药成分的色谱分离、灵敏度、线性和重现性来评估 TSQ 8000Evo GC-MS/MS 系统的性能。
常规GC方法分析132种农药成分通常需要大约42分钟，以保证每个色谱峰都有足够的扫描次数（图 1），特别是包含多个共洗脱峰的时间窗口。一个目标物色谱峰的准确积分至少需要10–12次扫描。
在此之前，提高扫描速度需要牺牲仪器灵敏度，特别是同时监测几个 SRM 离子对的时候。采用如上所述的快速GC条件能将GC分析时间减少到大11分钟，并且不需要减少每个色谱峰采集的数据点（图 2 和 3）。这是由于 EvoCell 技术能快速清除掉碰撞池中的离子，从而提高数据采集速度，而且不会影响仪器的灵敏度。快速数据采集能在更短的时间内收集到更多的信息，最终实现快速GC分析。采用此快速方法能将样品分析效率提高大约三倍，通宵运行的样品序列能增加大约三倍样品/标样进样次数。
灵敏度
几乎所有的目标农药成分（97%）的检测浓度都为0.5或1.0 ng/g（ng/mL），线性校准曲线的浓度范围为0.5–100ng/g（或 1.0–200 ng/g）。此低浓度农药成分的色谱图和校准曲线示例见图4。在最低校准浓度5–10ng/g（0.5–1 ×默认 MRL）下能轻松测定所有化合物，用于化合物鉴定的所有离子比在平均离子比（根据整个浓度范围内的校准曲线计算得到的）的15%范围以内。
仪器检出限（IDL）的评估和峰面积重复性
目标农药成分的 IDL 的测定方法为重复进样（n=20）浓度为5 ng/g（和 10 ng/g）的基质匹配标准样品，并将对应自由度（99% 置信度）的 Student’s-t 临界值考虑在内。
本实验的峰面积重现性的平均RSD为7.3%，IDL 值的范围为0.2 ng/g（二甲吩草胺）到3.7 ng/g（克菌丹）（表 3）。如果采用内标校正补偿进样误差，峰面积重现性的 RSD 能进一步改善。
响应值的线性
采用基质匹配标准样品测定了GC-MS/MS系统在浓度范围为0.5–100 ng/g（某些分析物为 1–200 ng/g）的线性。所有目标物的相关系数（R 2）都大于0.99，平均值为 R 2 = 0.997。此外，所有残差值均小于 20%，平均为 10%（图5）。
其它农药成分的全面分析
虽然对已知数量的目标农药成分的筛查和定量非常重要，但是人们对筛查样品中除目标物以外的其余化合物的兴趣在不断增加。要回答“我的样品中还有什么”这个问题，必须筛选样品中除目标化合物以外可能存在的其余未知或全新的农药成分，或者代谢/转化产物。快速分析仪器能同时采集全扫描和 SRM/SIM 数据。
本实验采用 TSQ 8000 Evo GC-MS/MS 系统筛选了婴儿食品样品中额外的化合物。同时在全扫描和 SRM 模式下采集数据。全扫描/SRM 色谱图示例如图 6。根据 NIST 质谱数据库鉴定出提取的质谱图上洗脱时间为 RT= 5.89 min 的峰为异丙甲草胺（此化合物不在加标溶液中或目标物之列），可能性达95%。结果显示了同时数据采集模式的优势，这只可能通过类似 TSQ 8000 Evo GC-MS/MS 的快速仪器方法来实现。
结论
本文显示 Thermo Scientific TSQ 8000 Evo 三重四极杆GC-MS/MS 系统能将实验室的分析能力增加三倍。样品分析效率的提高可能通过如下特征实现：
• 直接分析乙腈萃取物，不需要额外的溶剂置换步骤。
• EvoCell 快速碰撞池技术能快速采集数据，缩短 GC 分析时间。
• 同时全扫描和 SRM 数据采集全面测定目标和非目标农药成分。通过将全扫描数据与 NIST 数据库比对鉴定出更多农药成分。
方法灵敏度优异。所有农药成分的检测和鉴定的浓度水平低至5–10 ng/g，IDL值范围为0.2–3.7ng/g。结果显示采用 TSQ 8000 Evo GC-MS/MS 系统的快速 GC 数据采集能力能带来优异的峰面积重现性和化合物线性。