使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

本应用纪要介绍在同一串联四极杆MS平台上使用LC和GC分离方法分析水果和蔬菜萃取物中法规限值水平的多种农药，切换色谱入口仅需不到30 min。

Xevo TQ-S micro通用离子源具有如下优势：

• 每个色谱入口单次进样可分析大量农药。
• 可分析水果和蔬菜基质中法规相关浓度(0.010 mg/kg)的残留农药。
• 使用Quanpedia数据库，使仪器方法的生成和维护工作变得既快速又简单。本应用纪要介绍在同一串联四极杆MS平台上使用LC和GC分离方法分析水果和蔬菜萃取物中法规限值水平的多种农药，切换色谱入口仅需不到30 min。

Xevo TQ-S micro通用离子源具有如下优势：

• 每个色谱入口单次进样可分析大量农药。
• 可分析水果和蔬菜基质中法规相关浓度(0.010 mg/kg)的残留农药。
• 使用Quanpedia数据库，使仪器方法的生成和维护工作变得既快速又简单。

优势

在Xevo TQ-S micro串联四极杆质谱仪上使用通用离子源进行农药分析具有以下优势：

• 仅使用一台串联四极杆质谱仪即可对样品萃取物进行UPLC和APGC分析。
• 每个色谱入口单次进样可分析大量农药。
• 可分析水果和蔬菜基质中法规相关浓度(0.010 mg/kg)的残留农药。
• 使用Quanpedia数据库可轻松生成方法。

市场上被批准用于各种水果和蔬菜植株的农药有数百种，其作用是防止虫害侵袭和延长生鲜农产品的保质期。最大残留量(MRL)是指在遵循良好农业规范的前提下，相关监管机构允许农作物中检出的最高农药残留量。在欧盟，如果相关法规没有明确规定某种农药的MRL，则以默认MRL值为监管标准。这个默认值等于所用分析方法可达到的定量限(LOQ)。国家监管机构会开展分析监督计划，通过检测样品中的农药残留水平来控制和执行MRL标准。这些计划将检查产品是否符合MRL标准、评估膳食摄入量，还会检查产品是否使用了未经授权的农药。食品行业本身也会开展尽职调查分析。

为了能以足够的灵敏度对各种农药残留进行全面分析，以满足全球MRL法规要求，需要采用气相色谱(GC)和液相色谱(LC)与质谱联用的分析方法。使用Quick（快速）、Easy（简便）、Cheap（经济）、Effective（有效）、Rugged（稳定）且Safe（安全）（缩写为QuEChERS）的样品萃取和净化方法可提升多残留分析的效率¹。 许多文献都曾报道过将超高效液相色谱(UPLC)与串联四极杆质谱(MS/MS)联用进行多农药残留分析的优势²。 最近有文献指出，相较于电子轰击(EI)方法，使用在大气压下运行的GC-MS/MS (APGC)分析难检测的农药，在选择性、专属性和分析速度方面的性能都有极大的提升^3,4。

APGC离子源在大气压下通过电晕放电实现化合物电离，工作原理与APCI类似。因此，与传统的电子轰击(EI)电离相比，这种电离是一种软电离技术，能够产生大量的分子离子或准分子离子（尤其是对电离不稳定或易碎裂化合物）。APGC有两种电离机制：质子转移（湿润离子源）或电荷转移（干燥离子源）。质子转移电离生成[M+H]⁺离子，电荷转移电离则生成M⁺离子。在本应用纪要中，我们使用同一多农药残留分析工作流程分析了多种水果和蔬菜样品。使用Waters Xevo TQ-S micro通用离子源，在同一串联四极杆MS仪器上即可完成LC和GC分析，切换色谱入口仅需不到30 min。本文将以针对农药分析的SANTE指南(11945/2015)要求⁵为标准，着重介绍LC和GC分析在灵敏度、重现性和线性方面的性能。

本研究为LC和GC分析选择的目标农药（见附录）涵盖了不同的农药类别和化学物质类型。使用Quanpedia生成多残留MS/MS方法，并使用单独的数据库生成LC和GC方法。每个数据库都包含各种化合物的MRM和保留时间信息。生成MS方法时，系统将自动为每种化合物设置MRM功能窗口。对于UPLC方法，在每种化合物的预期保留时间附近设置1 min的时间窗口。对于APGC方法，由于GC分析的峰宽较窄，因此使用30 s的时间窗口。除了MS方法之外，TargetLynx数据处理方法和LC入口方法也由Quanpedia数据库生成。

样品萃取和净化

从当地食品杂货店购买芹菜、柠檬、玉米和羽衣甘蓝样品。所选样品代表不同的产品类别，基质复杂性各不相同，包括高含水量的芹菜和羽衣甘蓝、高酸含量的柠檬，以及高淀粉/蛋白质含量且低含水量的玉米。购得样品之后立即使用料理机进行匀浆处理，然后冷冻储存以待样品制备。根据官方AOAC方法2007.01，使用DisQuE (QuEChERS)，AOAC方法样品制备套装（部件号：176002922）进行QuEChERS萃取⁶。 图1所示为样品萃取流程。

使用QUANPEDIA数据库进行方法管理

手动建立多种化合物的方法非常耗时，而且设置分时段采集参数时极易出错。Quanpedia是一个以化合物为中心的数据库，通常用于生成方法，但也可用作方法管理工具。使用现有UPLC和APGC数据库为本研究的分析生成初始方法（图2）。进一步的方法开发或方法更改所导致的保留时间变化会在数据库中进行更新。因此，分析人员只需单击三次即可重新生成方法，从而即时自动更新MS方法和处理方法。

快速稳定的数据采集

为了成功分析众多农药及其代谢物，质谱仪必须维持足够高的灵敏度，同时还要以较快的扫描速度采集MRM通道，确保每个色谱峰都有足够多的数据点（例如，每个峰至少包含12个数据点）。TQ-S micro的扫描速度很快，能够稳定快速地采集数据，同时维持较宽的保留时间窗口，以适应由于不同基质的色谱柱保留性能(GC)变化或色谱特性变化而导致的保留时间漂移⁶。 图3突出显示了APGC MS方法中繁忙的区域之一。在本例中，1.5 min的时间窗口内约有30种农药洗脱出来（设置30个通道，每种化合物至少采集两个碎片信息），氟酰胺只是其中的一种。为保证每个峰至少采集12个数据点，通过AutoDwell功能计算得到驻留时间0.006 s。图3所示为三次重复进样含0.010 mg/kg氟酰胺的芹菜基质所得的色谱图。尽管扫描速度较快，该色谱峰仍然采集到了19个数据点，且该基质三次连续进样的RSD为5.2%。使用UPLC进行分析的结果也是如此。

基质中的农药残留

分别制备0.001至0.050 mg/kg的芹菜、柠檬、玉米和羽衣甘蓝基质匹配标准品，然后使用UPLC和APGC方法进行重复进样分析。图4所示为芹菜萃取物中一系列农药(0.010 mg/kg)的MRM叠加谱图，(A)为APGC结果，(B)为UPLC结果。采用最佳拟合校准对数据进行拟合；对于UPLC数据，响应在研究范围内呈线性，而APGC响应呈非线性，因此我们对后者进行了二次拟合。两种分析方法中大多数化合物的相关系数(R2)值均大于等于0.995。图5所示为采用两种方法分析四种基质中的代表性农药所得的基质匹配校准曲线和0.001 mg/kg农药的峰响应。每个校准点三次进样的偏差都在±20%以内，离子比率也在容差范围内（不超过参考值的30%）。

为方便起见，所有样品萃取物均以默认MRL(0.010 mg/kg)加标。图6所示为每种方法从0.010 mg/kg加标基质样品中检出的农药百分比。不过，许多加标水平为0.001 mg/kg的农药也被顺利检出，例如图5中不同基质中的溴苯磷（APGC化合物）和克百威（UPLC化合物）。该方法的测定精密度非常出色，90%以上检出农药的峰面积RSD都小于10％ (n=3)。其中有一个例外：在羽衣甘蓝基质的APGC分析结果中，只有80%以上检出农药的RSD小于10％（图7）。

本研究使用同一台串联四极杆仪器(Xevo TQ-S micro)成功完成了复杂多农药残留样品的UPLC和APGC分析。使用Quanpedia数据库生成和维护仪器方法，可使方法生成和维护工作变得既快速又简单。尽管每种多残留方法涉及将近200种化合物，TQ-S micro可靠的扫描速度仍然实现了准确精密的测定。对四种复杂程度各不相同的基质进行多农药残留测定，方法性能均满足针对农药残留分析的SANTE指南要求。在所分析的农药中，99％以上都能在欧盟默认的最大残留量(0.010 mg/kg)水平轻松检出检测，且食品样品中大多数分析物都具有优异的精密度(RSD < 10%)。通用离子源结构具有高度灵活性，能够在同一台仪器上执行UPLC-MS/MS和GC-MS/MS分析，有助于提高实验室效率，同时保持分析所需的灵敏度和重现性。

1. D Shah, E McCall, G Cleland.Single LC-MS/MS Method for Confirmation and Quantification of Over 400 Pesticides in a Complex Matrix Without Compromising Data Quality.Waters Application Note no.720005559EN.January, 2016.
2. T Kovalczuk, M Jech, J Poustka, J Hajslova.UPLC-MS/MS: A Novel Challenge in Multiresidue Pesticide Analysis in Food, Analytica Chimica Acta, 577, 2006.
3. M Tienstra, T Portoles, F Hernandez, J G J Mol.Fast Gas Chromatographic Residue Analysis in Animal Feed Using Split Injection and Atmospheric Pressure Chemical Ionisation Tandem Mass Spectrometry.J. Chrom.A.1422, October, 2015.
4. L Cherta, T Portoles, J Beltran, E Pitarch, J G Mol, F Hernandez.Application of Gas Chromatography-Mass Spectrometry with Atmospheric Pressure Chemical Ionization for the Determination of Multiclass Pesticides in Fruits and Vegetables.J. Chrom. A.1314: 224–240, November, 2013.
5. European Commission.SANTE/11945/2015.Guidance Document on Analytical Quality Control and Method Validation Procedures for Pesticides Residues Analysis in Food and Feed.2015, rev.0.
6. AOAC Official Method 2007.01: Pesticide Residues in Foods by Acetonitrile Extraction and Partitioning with Magnesium Sulfate.2013.

附录