色質聯(lián)用技術的進步與農藥多殘留分析方法的發(fā)展(之一)

李重九

(中國農業(yè)大學，北京 100083)

農藥廣泛用于農業(yè)生產中防治病蟲草害，控制或調節(jié)植物生長。20世紀40年代，第一個合成農藥DDT問世，由此開始了有機合成農藥發(fā)展的新階段。施用農藥后，殘留在農作物上和環(huán)境中的痕量農藥對人體健康和生態(tài)環(huán)境構成了一定的風險[1-2]，農藥殘留檢測可為食品、中藥材、環(huán)境生態(tài)安全評價提供重要依據(jù)。

農藥殘留分析有如下特點：

1) 檢測基質多樣。農藥施用在開放環(huán)境中，除多種農作物和防治對象外，環(huán)境(水、土、氣)及非靶標動植物、微生物均暴露在施用的農藥中。殘留在農產品和環(huán)境中的農藥會隨著食物鏈進入人類和其他生物體內。因此，農藥殘留檢測的樣品基質種類繁多，包括種植的各種農作物，養(yǎng)殖的各種畜禽、水產品和以其為來源的各種食材和加工食品，危害農業(yè)生產的有害生物(病原微生物、害蟲、雜草、鼠、蛞蝓等)、環(huán)境樣品(大氣、地下水及地表水、土壤)、生物樣品(環(huán)境中一切非靶標生物以及隨飼料攝入殘留農藥的動物組織)、農產品食用者體液(如人尿液、血液或其他樣品)等。

2) 檢測對象復雜。目前，我國登記使用的農藥有600余種，國際上應用或曾用過的農藥達上千種。這些藥物及其部分有生物活性的代謝物的分子結構不同、理化性質各異。無論是農作物還是環(huán)境樣品(除了在人為控制條件下進行科研實驗的樣品)，農藥種類往往不止一種，分析時常需要在復雜基質中同時檢測多種性質不同、類別各異的殘留農藥。

3) 待測物質含量低?，F(xiàn)代農藥活性較強，施藥濃度常常低于0.1%，而且農業(yè)用藥有間歇性，經過降解轉化后，樣品中待測藥劑的含量很低，僅為mg/kg～ng/kg級[3-6]。

從復雜基質中同時檢測痕量或超痕量的多種理化性質各異、分子結構不同的組分，是農藥殘留檢測的難點。幾十年來，農藥殘留分析技術不斷進步，從單一種類農藥殘留的分析到多類多種農藥殘留的分析，從目標化合物的檢測到未知物的檢測，每一步進展都伴隨著分析技術的進步，特別是色質聯(lián)用分析技術的進步。從多類多農藥殘留分析技術的發(fā)展中可以看到，色質聯(lián)用技術在其中發(fā)揮了重大作用。

1 傳統(tǒng)農藥多殘留檢測技術的缺陷

按照功能分類，農藥主要分為殺蟲劑、殺菌劑、除草劑和植物生長調節(jié)劑。四者相比，殺蟲劑發(fā)展較早，其分子極性較弱，對人類的急性毒性一般高于其他類別農藥，故早期的農藥殘留分析主要注重殺蟲劑的檢測，以氣相色譜法為主。毛細管柱結合選擇性檢測器，其分離能力強，有一定的選擇性，在很長一段時間內是有機合成農藥殘留分析的主要工具。然而，氣相色譜的選擇性檢測器具有局限性，使其僅能同時檢測含某一類(或幾類)元素的化合物，因此其僅為單類或二類多殘留檢測方法，如電子捕獲檢測器(ECD)用于檢測有機氯農藥或含鹵族元素的擬除蟲菊酯類農藥，火焰光度檢測器(FPD)用于檢測有機磷農藥。對于熱穩(wěn)定性差的氨基甲酸酯類農藥，則需要用液相色譜分離，衍生化后用熒光檢測器測定[7-8]，即1個樣品要用3種不同方法檢測。即使這樣，由于色譜儀僅靠物質的保留時間進行定性分析，并不能得到分子結構信息。當樣品復雜時，許多組分之間的保留時間只差數(shù)秒，甚至重合，很難判定目標化合物。即使用2根性質不同的色譜柱進一步確認分析對象，其分析結果對于目標化合物的確認能力也是有限的。不能被色譜完全分離的組分，無法對其進行定量分析。對于復雜樣品，選擇性檢測器排除干擾的能力有限。例如，農藥殘留檢測常用的氣相色譜檢測器ECD，除了對鹵族元素響應值高外，對氧、硫、氮等具有電負性的干擾元素也有響應。在復雜的生物樣本中，例如中草藥和動物源食品中，這些干擾元素的含量超過殘留農藥含量的百倍、甚至千倍以上，ECD檢測器的選擇性無法排除其干擾。另一個檢測器FPD，依據(jù)分子發(fā)射光譜產生選擇性，無論用磷濾光片還是硫濾光片，有機磷和有機硫化合物的發(fā)射光譜都有交叉部分，無法排除相互的影響。在富含有機硫化合物的樣本中，如百合科植物蔥、蒜、韭菜等，大量的硫醚類天然產物往往會掩蓋有機磷農藥的信號。

在色質聯(lián)用技術應用以前，以上問題長期難以解決。

2 氣質聯(lián)用儀是農藥多類多殘留檢測分析方法發(fā)展的起點

氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(GC-MS)結合了色譜的分離能力和質譜的分子結構鑒定能力，一問世便受到農藥殘留分析工作者的關注。在1963年的國際農藥會議上就有預言：在整個農藥殘留領域研究中，“……展望未來，質譜儀與氣相色譜儀(原文為氣液色譜儀)聯(lián)用將得到發(fā)展，……這種裝置的高昂價格不會阻礙(人們)對這種吸引人的技術的鉆研”[9]。微電子工業(yè)和計算機技術的快速發(fā)展，使GC-MS聯(lián)用裝置突破了原來色譜儀與質譜儀的局限，具有了嶄新的功能：1) 通過計算機，根據(jù)采集的質譜數(shù)據(jù)重建色譜圖和質量色譜圖，對色譜分離不佳的組分通過質量色譜圖(提取離子色譜圖)進一步分離，彌補了單一色譜柱分離能力的不足；2) 從60年代開始，英國和美國開始建立各種化合物(包括農藥)的質譜數(shù)據(jù)庫，不斷研究并完善待測化合物的譜庫檢索方法，現(xiàn)代的質譜儀大多具有譜庫檢索功能。對難以用質譜區(qū)分的異構體(如構象異構體、幾何異構體、取代基位置異構體及手性異構體)，都可以用收集于譜庫中的色譜保留指數(shù)進行區(qū)分；3) 通過計算機控制質譜的質量分析器掃描參數(shù)，建立了各種掃描方式，在未知物的結構鑒定、質譜裂解途徑研究方面發(fā)揮了重要作用，并成為復雜基質中檢測痕量物質的必要手段[10-11]。為強調計算機技術的作用，氣質聯(lián)用儀曾經被稱為氣相色譜-質譜-計算機系統(tǒng)(GC-MS-DS)。

早期的儀器受靈敏度的限制，主要檢測可以高度濃縮的樣本，如大氣、水中的農藥及污染物。選擇離子檢測技術有助于排除干擾，提高儀器檢測靈敏度。70年代，美國EPA用氣相色譜填充柱和質譜選擇離子掃描方式(SIM)檢測了飲用水樣品中的艾氏劑、狄氏劑和DDT，從700多個樣品中發(fā)現(xiàn)了少數(shù)樣品中含量僅有μg/L級的狄氏劑和DDT。直到80年代，質譜儀掃描速度仍很慢，在色譜分析全過程中所選擇的特征離子總數(shù)不超過25個，而且不能在色譜運行過程中更換，故在分析中常常對每種農藥僅能選用一個離子(被稱為單離子檢測)，這些都影響了農藥多殘留分析的發(fā)展。90年代后，氣質聯(lián)用儀面貌一新：專用的低流失毛細管柱，不但使色譜分離能力提高，而且降低了因柱流失產生的化學噪音[12-13]；質譜掃描速度不斷提高，從1 400～2 000 u/s提高到10 000～20 000 u/s；更重要的是，可以設置時間程序進行選擇離子掃描，即在多組分檢測時按照待測組分的色譜流出時間，用計算機編程針對每一個待測物和干擾物“精準”選擇特征離子進行掃描[14]。與傳統(tǒng)的氣相色譜基于元素的選擇性檢測器相比，質譜SIM是針對每種待測化合物分子結構的選擇性檢測器，不但選擇性更強，分析通量高，而且涵蓋的農藥種類更普遍。與此同時，儀器操作軟件也面貌一新，不再需要用戶掌握復雜的計算機語言才能輸入儀器操作指令，使選擇離子方法的建立簡便易行。這些因素都促使農藥多類多殘留檢測方法獲得了突飛猛進的發(fā)展。筆者在80年代初用普通毛細管柱在Finnigen MAT 4510 GC-MS儀器上，僅能檢測數(shù)種農藥在水果中的殘留量，即使采用了選擇離子檢測方法，最低檢出限也僅能達到 1 mg/kg。而本世紀初，數(shù)十種至百余種分子結構不同的有機氯、有機磷、有機氮和擬除蟲菊酯等農藥可以實現(xiàn)同時提取、同時檢測[15]。由于色譜分離能力及質譜掃描速度的限制，一次色譜進樣分析的農藥數(shù)目限制在百余種。為了增加檢測通量，往往將提取的樣品分數(shù)次進樣。如Julie Fillion將提取的樣品分2次進樣，建立了蔬菜水果中251種農藥及其代謝物的殘留檢測方法，其中用GC-MS/SIM檢測的農藥為239種，既包括殺蟲劑，也含有殺菌劑和除草劑。該方法已經用于各種水果和蔬菜樣品的分析，如蘋果、香蕉、甘藍、胡蘿卜、黃瓜、萵苣、柑桔、梨、胡椒和菠蘿等。對于大多數(shù)化合物，其檢測限在0.02～1.0 mg/kg之間，超過80%的化合物，其檢測限不高于0.04 mg/kg[16]。

影響SIM技術發(fā)展重要的影響因素包括兩方面：一是色譜儀的分離能力和保留時間的重復性；二是質譜儀的掃描速度。在農藥多殘留分析中，氣相色譜的運行時間一般為30～40 min，一般可對百余種農藥進行分離。當待測組分過多時，可以分為若干組分別進樣分析。如龐國芳等詳細報道了478種農藥殘留的GC-MS(SIM)分析方法。在色譜運行的38 min內，401種農藥的保留時間集中在10～30 min內。為了使每種農藥的色譜峰不少于10個數(shù)據(jù)點，其特征離子的駐留時間不低于10 ms，色譜分離采用多階程序升溫，將被測農藥分為5組，分5次進樣分析，并將每組色譜運行時間分割為25～38個時間段，分別設置質譜掃描參數(shù)。從該實驗中可以看出，在一個時間段內，待測組分越多，同時掃描的離子數(shù)目越多，每一離子的駐留時間就越短；儀器檢測到的離子數(shù)目少，靈敏度下降。在每個時間段中不超過10種農藥，每種農藥采用2～3個特征離子檢測的情況下，一個時間段中同時掃描數(shù)目不超過30個，檢測農藥不超過10種。目前儀器的掃描速度提高到10 000/s或以上，在同一時間窗口內可以掃描更多特征離子。此外，儀器的載氣流量壓力自動控制系統(tǒng)及儀器溫度的精準控制系統(tǒng)，使色譜分離在程序升溫時，其柱溫及載氣流速和壓力可按照預先設定的程序變化或者恒定不變，由此保證了待測組分保留時間及色譜流出時間的穩(wěn)定性，可使質譜儀根據(jù)各個組分色譜流出時間準確及時地切換不同的掃描離子。基于GC-MS/SIM技術，我國建立了一系列百種以上農藥的多殘留檢測方法，樣品基質包括中草藥、糧谷、果蔬、茶葉、飼料、牛奶和奶粉、蜂蜜及果酒等農產品和食品，也包括水和土壤等環(huán)境樣品，大多數(shù)殘留農藥的最低檢出限達到10 μg/kg(或10 μg/L)[17-26]。

與電子轟擊電離(EI)的通用性相比，負化學電離(NCI)具有選擇性，即待測農藥分子捕獲低能電子的能力高于基質干擾物。研究者嘗試利用NCI的選擇性，結合色譜分離及選擇離子檢測，分析復雜基質中多種類痕量農藥。如日本生藥研究所Takaomi等[27]研究了天然藥物葛根、大黃、決明子中56種農藥的GC-NCI-MS/SIM分析方法，其中包括有機氯、有機磷及擬除蟲菊酯類農藥。在藥物中添加水平為0.2 mg/kg及0.4 mg/kg的回收率為70%～111%，大多數(shù)農藥的相對標準偏差(RSD)低于10%。但由于NCI適用范圍窄，其多用于農藥單殘留檢測。

3 液質聯(lián)用儀與極性農藥多殘留檢測技術

隨著農業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，農用殺菌劑、除草劑的應用越來越廣泛，其中大部分農藥的極性強，一些農藥的極性有毒代謝物和生物源殺蟲劑(如多殺霉素、阿維菌素等)無法用氣相色譜分析，使得液相色譜在農藥殘留分析中的作用逐漸加強。但是，液相色譜的光譜檢測器、紫外-可見光檢測器(UV-VIS)的選擇性較差，熒光檢測器的適用性窄，這迫切需要廣譜且選擇性較好的質譜檢測器。另外，液相色譜流動相的去除，也是液相色譜儀與質譜儀連接必須解決的難題。

早期比較成功的接口是傳送帶式，由傳送帶、加熱器及真空泵組成。不斷移動的傳送帶接收液相色譜柱尾端流出的流動相和樣品組分，當傳送帶通過加熱區(qū)時，流動相蒸發(fā)后被真空泵抽走，樣品進入質譜儀，高溫氣化后經電子轟擊電離或化學電離。這種接口要求流動相易揮發(fā)，只適用于正相液相色譜，無法分析極性和熱不穩(wěn)定性農藥。此外，由于無法消除難揮發(fā)組分在傳送帶上造成的記憶效應，儀器本底高，不能進行痕量分析。而后發(fā)展的粒子束接口(PB)以霧化方式去除液相色譜流動相的溶劑，由于霧滴比表面積大，去除溶劑快速高效，解決了反相液相色譜與質譜儀連接的問題。使用粒子束接口，Kim等[28]嘗試了用化學電離及選擇離子掃描方式分析蘋果中的生長調節(jié)劑——丁酰肼；Doerge等[29]研究了用電子轟擊電離及全掃描方式檢測果蔬中殺菌劑的代謝物——乙撐硫脲。粒子束接口的應用，使被檢測對象擴展到極性和熱不穩(wěn)定性農藥的范圍，但由于儀器整體靈敏度低，使其難以發(fā)揮作用。

20世紀80年代，產生了一種新的軟電離方式——熱噴霧，它也可以作為液質聯(lián)用儀的接口。液相色譜流動相和其中的待測組分流出色譜柱后進入加熱的不銹鋼毛細管，在毛細管尾部氣化，以霧狀形式高速噴出。當霧滴進入離子源的低壓空間區(qū)域時，液滴被迅速蒸發(fā)。當液相色譜的流動相中含有緩沖液時，液滴中的正電荷或負電荷留在待測組分上使其離子化，離子源的推斥極和離子透鏡將生成的離子引出離子源使其進入質量分析器。熱噴霧接口脫溶劑的效果優(yōu)于粒子束，可以根據(jù)農藥分子結構選擇正離子或負離子檢測，從90年代開始被用于多種農藥殘留分析，如氨基甲酸酯類、苯甲酰脲、擬除蟲菊酯類殺蟲劑(氰戊菊酯)、滅菌丹、異菌脲、硝基苯磺胺除草劑(安磺靈)等。作為軟電離技術，其碎片離子少，高質量區(qū)的離子豐度相對較高。當采用選擇離子掃描時，其選擇性好，靈敏度為0.025～1 mg/kg[30-33]，因被測農藥分子的結構差異而不同。

電噴霧離子化 (ESI)和大氣壓化學電離(APCI)是90年代發(fā)展起來的2種常壓下的軟電離方式，與熱噴霧電離源一樣，二者均可以同時作為液質聯(lián)用儀的接口。由于在常壓下電離，只有帶電粒子在高壓電場引導下進入質譜儀，中性粒子或未氣化的液滴被排斥在質譜儀真空區(qū)外。這樣“徹底”排除了流動相的干擾，大氣壓電離技術很快取代了熱噴霧電離和粒子束接口，成為液質聯(lián)用儀的主要電離方式。

與此同時，串聯(lián)質譜技術快速發(fā)展。與GC-MS單級質譜不同，用于農藥殘留分析的儀器主要為三重四極桿串聯(lián)質譜儀，在第一組四極桿中選擇性掃描，挑選特征離子為母離子，在碰撞室(第二組四極桿)中將其裂解，在第三組四極桿中選擇特征子離子用于殘留檢測。對每一種農藥，可選擇相同的母離子，也可選擇不同的母離子。這種對母離子、子離子都用選擇性掃描方式進行分析的技術，稱為多反應監(jiān)測(MRM)或者選擇反應監(jiān)測(SRM)。二級質譜技術增強了色質聯(lián)用技術的選擇性，提高了信噪比和靈敏度。自21世紀初以來，不斷有LC-MS/MS用于農藥殘留分析的報道。最初LC-MS只用于分析一些極性強、不易揮發(fā)、熱穩(wěn)定性差，無法采用氣相色譜進行分析的農藥，如磺酰脲類、苯氧羧酸類等除草劑、以及農藥的極性代謝物[34-35]。后來，由于大多數(shù)農藥分子中含有雜原子，可以用ESI電離，一些原來用GC-MS(SIM)分析的農藥也開始采用LC-MS分析。由于串聯(lián)質譜法排除干擾能力以及對被測物分子結構鑒定能力均強于GC-MS(SIM)法，一段時間內有LC-MS/MS方法優(yōu)于GC-MS(SIM)方法的觀點，其代表為Alder等于2006年在Mass Spectrom Rev上發(fā)表的文章[36]。該作者選擇了500種農藥，分別用LC-ESI-MS/MS、GC-EI-MS(SIM)分析，比較檢測結果。農藥品種選擇的主要原則是：優(yōu)先考慮歐盟限用的農藥，以及食物監(jiān)控項目中經常被檢出的農藥和重要的農藥代謝物。這500種農藥覆蓋面廣，具有代表性，包括81種有機磷類、43種氨基甲酸酯類、40種有機氯類、26種磺酰脲類、24種三唑類、23種三嗪類、22種其他脲類、19種擬除蟲菊酯類、12種芳氧苯氧基丙酸鹽類和10種芳氧羧酸類農藥，其余200種化合物在《農藥手冊》中歸屬于90余種化學品類。上述農藥的生物作用不同，包括172種除草劑、171種殺蟲劑、105種殺菌劑和52種其他類型的農藥(殺螨劑、殺菌劑、除草安全劑、滅螺劑、殺線蟲劑、植物生長調節(jié)劑)。未被選擇的農藥多屬于很少在食品中檢出的除草劑。實驗對比結果表明，135種農藥在GC進樣口中不揮發(fā)或者熱不穩(wěn)定，無法用GC-MS(EI)分析，但僅有49種農藥在LC-MS上無響應，它們或是不宜用ESI電離，或是極性較弱無法用反相色譜分析。對于兩種方法都可以分析的農藥，檢測靈敏度差別明顯，其差別甚至可達到3～4個數(shù)量級。比較最低檢測限的中位值可以清楚發(fā)現(xiàn)，LC-MS/MS方法具有更高的靈敏度，許多農藥標準溶液用LC-MS/MS的檢測濃度可低至0.1～1 μg/L；而GC-MS最低檢測限的中位值明顯較高，為100μg/L。只有2種分析物(氯丙菊酯和腐霉利)由GC-MS檢測靈敏度更高，19種農藥(乙基溴硫磷、氯甲磷、殺螨酯、甲基毒死蜱、苯腈磷、殺螟硫磷、草滅特、氰氟草酯、除線磷、二苯胺、S-氰戊菊酯、殺螟松、氰戊菊酯、λ-氯氟腈菊酯、蟲螨畏、甲基對硫磷、甲拌磷、丙硫磷、甲基立枯磷)在GC-MS與LC-MS/MS的檢測中靈敏度相似。與前者相比，LC-MS/MS的優(yōu)勢：一是進樣體積大(20 μLvs. 1 μL)；二是軟電離技術(ESI)使農藥分子碎片離子少，由此可以在高質量數(shù)范圍內得到較強的母離子，便于進行二級質譜分析[36]。LC-MS的不足之處在于共萃基質的干擾使電離效率下降。

4 多類多殘留農藥檢測

無論是GC-MS還是LC-MS/MS，都不能單獨檢測全部需要檢測的農藥，于是產生了二者結合的多類多殘留檢測方法。如，龐國芳等[18]研究了839種農藥和化學污染物在動物源食品(牛肉、羊肉、豬肉、雞肉和兔肉)中的殘留分析方法。對脂肪含量較高的樣品，提取后經凝膠色譜凈化，用GC-MS(SIM)和LC-MS/MS分析。在839種化合物中，478種適合GC-MS(SIM)分析，379種適合LC-MS/MS分析。在GC-MS進樣1 μL，LC-MS/MS進樣20 μL的情況下，同樣得出了后者靈敏度較高的結論。

與除草劑和殺菌劑相比，殺蟲劑對食品安全的影響更大，而大多數(shù)殺蟲劑極性較弱，分子質量低于650 u，可用GC-MS分析。有些必須檢測的農藥，例如有機氯類、擬除蟲菊酯類，因其極性弱，難以由ESI電離，無法用LC-MS檢測，大量檢測工作仍用GC或GC-MS(SIM)進行。然而，GC-MS(SIM)靈敏度并不高于GC的選擇性檢測器，對于GC檢測的陽性樣品需要用色質聯(lián)用法確證時，其靈敏度和選擇性往往達不到要求，在檢測復雜樣品時，基質共萃物的干擾無法排除，如含大量硫醚的韭菜、蔥、蒜等蔬菜，次生代謝產物豐富的茶葉、咖啡和中草藥等，GC-MS(SIM)無法解決實際問題，因此，GC-MS/MS重新引起了人們的關注。

早在90年代就有GC-MS/MS檢測農藥多殘留的報道，所用的儀器包括三重四極桿質譜儀和離子阱質譜儀。研究表明，串聯(lián)質譜法比氣相色譜選擇性檢測器和GC-MS(SIM)具有更高的靈敏度。Martinez等[37]用GC-ECD、GC-EI-MS、GC-EI-MS/MS三種方法檢測水中12種殘留農藥。三者中，GC-MS/MS的檢出限最低，除了克菌丹為26 ng/L，其余化合物的檢出限均在 2～9 ng/L之間；GC-ECD的選擇性、適用范圍及靈敏度均不如GC-MS/MS，有4種農藥的最低檢出濃度在18～27 ng/L之間；GC-EI-MS最差。文獻[38]比較了GC-NPD、GC-MS、GC-MS/MS三種方法對水中11種有機磷殘留農藥的最低檢出濃度，GC-MS/MS法最低，為1～40 ng/L，GC-NPD法的最低檢出濃度為4～44 ng/L，GC-MS/MS法的回收率和重現(xiàn)性均滿足殘留檢測的要求。另外，也有其他文獻報道了GC-MS/MS方法的選擇性和靈敏度與PFPD檢測器相當[39-40]。由此可見，對于氣相色譜選擇性檢測器得到的陽性樣品，GC-MS/MS法可滿足對其進一步確認的要求。Won等[41]比較了166種有機氯、有機磷、擬除蟲菊酯類農藥及其代謝物、異構體在菠菜中的殘留檢測方法。樣品基質經簡單提取凈化后，添加不同濃度的標準品，分別用GC-MS/MS法和GC-MS/SIM法進行檢測。對于每一種農藥，文中列出了串聯(lián)質譜法所用的2對特征離子和CID能量，以及選擇離子檢測所用的4個特征離子及其相對豐度比，同時對比2種方法的檢出結果和回收率。當添加濃度為10 μg/kg時，GC-MS/SIM法未檢出農藥為54種；當添加濃度為25 μg/kg時，未檢出農藥為17種；當添加濃度為100 μg/kg和500 μg/kg，GC-MS/SIM法仍有個別農藥未檢出，如敵菌丹、克菌丹和雙硫磷。而采用GC-MS/MS法可檢出所有化合物，只有氟啶酮有嚴重干擾。實驗說明，GC-MS/MS法不但克服了GC-MS/SIM法靈敏度不足的缺點，還解決了氣相色譜選擇性檢測器不能同時檢測各種類型農藥的問題，在農藥殘留檢測中發(fā)揮著重要作用。

除了三重四極質譜之外，離子阱質譜儀由于結構簡單、價格便宜，在農藥多殘留檢測中受到關注。離子阱質譜的母離子選擇、誘導解離、子離子檢測均在一個質量分析器——離子阱中按時間程序依次進行，被稱為時間串聯(lián)質譜。美國紐約州農業(yè)署的食品實驗室使用質譜儀的串聯(lián)功能，對蔬菜、水果、牛奶中100種農殘的分析結果表明，上述農殘的檢出限可達μg/kg(L)水平[42]。離子阱的另一個特點是EI/CI電離方式的切換。由于氣質聯(lián)用儀所用的電子轟擊電離方式產生的碎片離子多，質量數(shù)大、豐度強的離子相對較少，有些農藥選擇母離子困難，而化學電離(CI)并不適用于大多數(shù)農藥。在阱內電離的離子阱質譜儀，可以在一次色譜分析中快速切換EI及CI電離方式。對于在EI電離方式下易斷裂，缺少質量數(shù)較大的離子作為母離子的農藥，當其從色譜柱流出時，向阱中通入化學反應氣，將待測物用CI方式電離，其余待測物出峰時用EI電離方式。在分析橄欖油中除草劑、殺蟲劑[43-44]，蔬菜中多種有機磷、有機氮和擬除蟲菊酯類農藥殘留時[45-46]，需隨不同組分的色譜出峰時間切換電離方式，對分子結構相對脆弱的農藥使用CI電離方式。Frenich等[45]采用兩種氣相色譜-串聯(lián)質譜法(與氣相色譜聯(lián)用的空間串聯(lián)質譜(GC-QqQ)和時間串聯(lián)質譜儀(GC-IT)離子阱)分析19種農藥，包括有機氯、有機磷、擬除蟲菊酯類。在10～150 μg/L濃度范圍內，兩者標準曲線的相關系數(shù)R2相當；但在低濃度范圍內(1～50 μg/L)，三重四極質譜的R2更好，63.2%化合物的R2≥0.99，26.3%化合物的R2為0.99～0.98，而離子阱質譜，只有36.8%化合物的R2≥0.99。這種時間串聯(lián)質譜儀的另一個弱點是一個質譜掃描過程所需時間比空間串聯(lián)質譜長，這就影響了一個色譜分析過程中所能容納的待測組分數(shù)目，所以日常用于檢測的儀器和標準檢測方法多是三重四極質譜儀[47]。

目前，基于GC-MS/MS和LC-MS/MS的農藥多殘留檢測技術日益完善，檢測對象幾乎涵蓋了所有農藥和各種樣品基質，除了環(huán)境樣品[48]，食品和動、植物來源的農產品[46,49-54]，還包括基質復雜的中草藥[55]，農藥在人體中暴露量檢測中的血清樣品[56]、母乳樣品[57]等。串聯(lián)質譜的選擇性減小了樣品基質對待測物的干擾，簡化了樣品前處理過程。近年來，質譜儀仍在不斷改進，離子化效率及傳輸效率的提高，離子聚焦和中性干擾離子的排除，二級質譜碰撞室的改進等，提高了儀器的穩(wěn)定性和靈敏度[58]，為多類多殘留農藥檢測提供了豐富的技術手段。

在實際樣品的多類多殘留農藥檢測中，樣品的提取、凈化方法必須適合理化性質各異的多種檢測對象，這導致無法避免樣品中基質共萃物的影響?；|共萃物的影響之一是對分析結果的干擾，表現(xiàn)為等量的待測物在溶劑中(標準溶液)和在溶劑相同、含基質共萃物的樣品提取液中響應值有差別。對于GC-MS，基質共萃物主要影響分析物從GC進樣口到色譜柱的傳送過程[59]，而對于LC-MS，基質共萃物會抑制電噴霧離子化過程[60-61]，后者往往會嚴重影響靈敏度。在實際檢測中，一般采用基質提取液配制標準溶液，用以抵消或減少其對分析結果的影響。但是被測樣本種類繁多，其基質共萃物的種類、含量均不相同，很難選用一種樣品的基質提取液代表其他樣品，而對每種樣品均配制基質標準液是很繁瑣的。對于GC-MS，可將極性保護劑加入到待測溶液中，使其作用于氣相色譜進樣口以減少基質效應[62-63]，但是該方法無法用于LC-MS/MS。在樣品濃度足夠高，或者儀器檢出限足夠靈敏時，最簡單的方法是稀釋萃取物，有些實驗甚至需要稀釋約100倍[64]。一些研究者嘗試使用多柱多閥設備，在分析柱前加凈化柱和富集柱排除干擾，但該方法在實際工作中的應用還不普遍[65]。

5 農藥多殘留的高通量檢測

為了在短時間內實現(xiàn)高通量檢測，快速樣品制備技術逐步發(fā)展和完善。得益于串聯(lián)質譜的高選擇性，樣品制備過程得以簡化：基于固相萃取和基質固相分散技術開發(fā)的“QuEChERS”(quick, easy, cheap, effective, rugged and safe)樣品快速前處理方法的應用越來越普遍[49,66]，有些樣品甚至只經過簡單提取即可進行檢測[51]。更重要的是，超高壓液相色譜儀的產生提高了色譜的分離速度，質譜的掃描速度提高到20 000 u/s甚至更高，儀器的軟件功能得到不斷提升。在質譜儀傳統(tǒng)分段掃描模式中，無論是選擇離子掃描還是串聯(lián)質譜掃描，都需要按照目標化合物的保留時間，將色譜分離過程劃分為不重疊的時間段，在每個時間段內根據(jù)流出的目標化合物設定相應的質譜參數(shù)。隨著目標化合物數(shù)目的增加，受質譜掃描速度及數(shù)據(jù)掃描點數(shù)的限制，必然需要盡可能的細分時間段，確保每個時間段內的組分盡可能少，以使每個待測目標的色譜峰都能得到足夠的數(shù)據(jù)采集點，每次采集的各個離子都有足夠的駐留時間。因此要求色譜保留時間穩(wěn)定度極高，即使有微小漂移，也會導致部分化合物的出峰時間超出預定的時間段，造成樣品不能完全采集。在工作中需要定期用混合標準樣品重新定位保留時間，進而重新分段，工作量很大。另一方面，每個時間段得到的化合物掃描點數(shù)可能由于掃描時間的限制而過少，以致色譜峰失真，影響定量分析的準確性。近年來，由儀器軟件根據(jù)保留時間控制多離子反應監(jiān)測或選擇離子反應監(jiān)測(SRM)進程使色譜-串聯(lián)質譜技術應用越來越方便：每個待測化合物都是一個獨立的時間段，當其出現(xiàn)的時候才對該化合物進行掃描，而且各個時間段可以適當調整，減少重疊部分，使儀器發(fā)揮最大的掃描效率。用戶不需要像分段掃描那樣，設置每個離子對的駐留時間，而是直接設置每個峰的掃描點數(shù)，由軟件自動調節(jié)掃描速度。賽默飛世爾科技(中國)有限公司、島津公司、安捷倫公司[67-69]分別報道了應用這種技術同時檢測800種以上農藥和污染物的高通量分析方法。但是目前尚未見到用戶文章。

綜上所述，色質聯(lián)用技術依據(jù)化合物的理化性質(色譜保留值)和分子結構信息(質譜離子的質量數(shù)和離子豐度)確認被測組分，在待測物的確證上優(yōu)于色譜。質譜既可作為色譜的通用性檢測器，也可以通過選擇離子掃描和串聯(lián)質譜技術精準地排除干擾，成為待測物色譜峰流出時該化合物的選擇性檢測器。從質譜全譜掃描，到選擇離子掃描、二級離子監(jiān)測，儀器的選擇性和靈敏度越來越高，但是質譜的譜圖并不完整。為了保證在痕量分析時對目標化合物定性分析的準確性，我國采用了歐盟的標準，即除了要注意色譜保留時間和色譜峰形狀與標準品一致外，還要求待測樣品的質譜離子質量數(shù)和相對豐度與標準品的誤差在一定范圍內。由于低質量范圍內干擾離子多，殘留分析中應盡量注意選擇高質量數(shù)的離子。為了評判質譜在殘留分析中的檢測結果，2002年歐盟引入了“鑒定點數(shù)”方法。由于各種掃描技術中的離子在目標化合物分子結構確證中所發(fā)揮的作用不同，分別設定了它們的權重。以低分辨質譜的離子為1，高分辨質譜的離子為2，其他離子在鑒定中的作用列于表1，各個離子的權重稱為鑒定點數(shù)或分數(shù)。該指導性文件中明確要求一般藥物在分析中需要3個鑒定點確認其陽性，當有害物殘留超標時需要4個鑒定點確認。這一規(guī)定用于建立農藥殘留檢測方法，如在用低分辨質譜選擇離子監(jiān)測時需要選擇3～4個特征離子，在用串聯(lián)質譜時，需要2個母離子/子離子對，其中母離子可以相同。我國在農藥殘留的標準檢測方法中也采用了這一評判標準。

表1 不同質譜技術的離子在目標化合物鑒定中的權重分數(shù)Table 1 Weight fractions of ions with different mass spectrometry techniques in identification of target compounds

色質聯(lián)用技術及儀器的發(fā)展使高通量的農藥多類多殘留檢測得以實現(xiàn)，農藥殘留檢測所需的技術需求為前者的發(fā)展提出更高的要求。在目標農藥的多殘留監(jiān)測中，即使應用MRM技術，也曾出現(xiàn)過假陽性的情況，需要選擇性更強的檢測技術，例如用高分辨質譜進一步確定陽性樣品。殘留分析工作中不斷出現(xiàn)的實際問題是儀器功能和檢測技術發(fā)展的動力。