基于三重四極桿TSQ8000 Evo平臺將嬰兒食品中的農藥殘留的分析效率提高三倍
Cristian Cojocariu, 1 Michael T. Hetmanski, 2 Paul Silcock, 1 and Richard J. Fussell 2
1 賽默飛世爾科技，英國朗科恩
2 食品與環境研究院（FERA），英國約克
關鍵詞 農藥分析，嬰兒食品，GC-MS/MS，TraceFinder，食品安全
目的：評估 Thermo Scientific™ TSQ™ 8000 Evo GC-MS/MS 在農藥殘留分析方面的性能和分析效率。
前言
農藥是超過 1000 種不同的化合物的統稱，用于控制和消除害蟲。目前已有各種嚴格的法規要求來確保安全有效的使用這些化學品，避免給人類、野生動植物和環境帶來不利影響。包括 EU 在內的許多國際機構已經規定了食品和飼料中農藥的最大殘留限量（MRLs） 1 和痕量水平的農藥殘留的檢測方法。因此，農藥的定量分析和準確鑒定需要使用靈敏度高、選擇性強和耐用的分析儀器。隨著易腐壞商品需要快速分析的壓力不斷增加，測試周期要求越來越短，高通量的第三方分析實驗室在尋求不斷提高分析效率。近期以來，通過采用 QuEChERS（快速、簡單、便宜、有效、耐用和安全）樣品萃取方法與氣相或液相色譜（GC 或 LC）質譜（MS）聯用技術相結合已經實質性的提高了分析效率。本文報告了通過采用先進快速的 GC-MS/MS 技術與新的軟件相結合以減少數據采集和處理的時間，從而進一步提高分析效率。
乙腈是 QuEChERS 常用的萃取溶劑。直接測定乙腈中的農藥殘留能避免費時費錢的溶劑置換過程。但是乙腈的極性特點會導致色譜峰不集中，而且其高膨脹系數限制了進樣體積。
本文采用了一種快速、簡單和耐用的工作流程來分析嬰兒食品中的農藥殘留。由于這些化學品更容易損害嬰兒的健康，嬰兒食品中農藥的準確和靈敏的測定、定量和定性鑒定尤其重要。結果顯示直接進樣小體積的 QuEChERS 提取物，與快速程序升溫方法相結合能提高實驗室分析效率。本文使用了TSQ 8000 Evo 三重四極桿 GC-MS/MS，其革新的 EvoCell 碰撞腔體技術與 time-SRM 軟件的高效選擇反應監測相結合使分析效率的提高成為可能。
本文根據 SANCO 標準全面評估了直接使用乙腈的快速 GC 分析的耐用性2。
儀器和方法設置
TSQ 8000 Evo 三重四極桿 GC-MS/MS 儀器與 Thermo Scientific™TRACE™ 1310 GC 相結合用于本研究。進樣采用 ThermoScientific™ TriPlus™ RSH 自動進樣器，色譜分離采用 ThermoScientific™ TraceGOLD TG-5SilMS 15 m×0.25 mm I.D.×0.25 µm毛細管色譜柱（P/N：26096-1300）。其余儀器參數如下表所示。
TSQ 8000 Evo三重四極桿質譜儀的 MS/MS 模式采用電子轟擊電離源（EI）。每個化合物選擇兩個SRM離子對——一個用于定量，另一個用于定性。一共采集得到264個SRM 離子對，駐留時間根據同時監測的 SRM 離子對數量不同在1 ms 到 52 ms 之間。色譜數據采集在定時選擇反應監測模式（t-SRM）進行，每個峰至少采集12個點。
樣品前處理
嬰兒食品樣品按照檸檬酸鹽緩沖體系的QuEChERS方案萃取。均質后的樣品（10 g）加入乙腈（10 mL）萃取，然后加入 MgSO4 （4 g）、NaCl（1.0 g）、檸檬酸氫二鈉倍半水合物（0.5 g）和二水合檸檬酸三鈉（1.0 g）。樣品凈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）]。在最終萃取物（1 g/mL 的乙腈溶液）中加入 132 種農藥的混合溶液，對應的加標物濃度為 0.5–100 ng/g（ppb），某些分析物加標量為1.0–200 ng/g（ppb）。
數據處理
數據采集和處理采用 Thermo Scientific™ TraceFinder™ 3.2版本軟件，此軟件包括儀器控制、方法開發和定量工作流程為一體。每種化合物用一個 SRM 離子對定量，另一個 SRM 離子對用于定性。
結果和討論
本研究介紹了一種快速 GC 用于提高實驗室測定嬰兒食品中的多種農藥殘留的分析效率的方法。方法直接使用 QuEChERS的萃取溶劑乙腈做為最終萃取物的溶劑，并采用低體積和加熱不分流的方式進樣。通過測定嬰兒食品樣品萃取物中目標農藥成分的色譜分離、靈敏度、線性和重現性來評估 TSQ 8000Evo GC-MS/MS 系統的性能。
常規GC方法分析132種農藥成分通常需要大約42分鐘，以保證每個色譜峰都有足夠的掃描次數（圖 1），特別是包含多個共洗脫峰的時間窗口。一個目標物色譜峰的準確積分至少需要10–12次掃描。
在此之前，提高掃描速度需要犧牲儀器靈敏度，特別是同時監測幾個 SRM 離子對的時候。采用如上所述的快速GC條件能將GC分析時間減少到大11分鐘，并且不需要減少每個色譜峰采集的數據點（圖 2 和 3）。這是由于 EvoCell 技術能快速清除掉碰撞池中的離子，從而提高數據采集速度，而且不會影響儀器的靈敏度。快速數據采集能在更短的時間內收集到更多的信息，最終實現快速GC分析。采用此快速方法能將樣品分析效率提高大約三倍，通宵運行的樣品序列能增加大約三倍樣品/標樣進樣次數。
靈敏度
幾乎所有的目標農藥成分（97%）的檢測濃度都為0.5或1.0 ng/g（ng/mL），線性校準曲線的濃度范圍為0.5–100ng/g（或 1.0–200 ng/g）。此低濃度農藥成分的色譜圖和校準曲線示例見圖4。在最低校準濃度5–10ng/g（0.5–1 ×默認 MRL）下能輕松測定所有化合物，用于化合物鑒定的所有離子比在平均離子比（根據整個濃度范圍內的校準曲線計算得到的）的15%范圍以內。
儀器檢出限（IDL）的評估和峰面積重復性
目標農藥成分的 IDL 的測定方法為重復進樣（n=20）濃度為5 ng/g（和 10 ng/g）的基質匹配標準樣品，并將對應自由度（99% 置信度）的 Student’s-t 臨界值考慮在內。
本實驗的峰面積重現性的平均RSD為7.3%，IDL 值的范圍為0.2 ng/g（二甲吩草胺）到3.7 ng/g（克菌丹）（表 3）。如果采用內標校正補償進樣誤差，峰面積重現性的 RSD 能進一步改善。
響應值的線性
采用基質匹配標準樣品測定了GC-MS/MS系統在濃度范圍為0.5–100 ng/g（某些分析物為 1–200 ng/g）的線性。所有目標物的相關系數（R 2）都大于0.99，平均值為 R 2 = 0.997。此外，所有殘差值均小于 20%，平均為 10%（圖5）。
其它農藥成分的全面分析
雖然對已知數量的目標農藥成分的篩查和定量非常重要，但是人們對篩查樣品中除目標物以外的其余化合物的興趣在不斷增加。要回答“我的樣品中還有什么”這個問題，必須篩選樣品中除目標化合物以外可能存在的其余未知或全新的農藥成分，或者代謝/轉化產物。快速分析儀器能同時采集全掃描和 SRM/SIM 數據。
本實驗采用 TSQ 8000 Evo GC-MS/MS 系統篩選了嬰兒食品樣品中額外的化合物。同時在全掃描和 SRM 模式下采集數據。全掃描/SRM 色譜圖示例如圖 6。根據 NIST 質譜數據庫鑒定出提取的質譜圖上洗脫時間為 RT= 5.89 min 的峰為異丙甲草胺（此化合物不在加標溶液中或目標物之列），可能性達95%。結果顯示了同時數據采集模式的優勢，這只可能通過類似 TSQ 8000 Evo GC-MS/MS 的快速儀器方法來實現。
結論
本文顯示 Thermo Scientific TSQ 8000 Evo 三重四極桿GC-MS/MS 系統能將實驗室的分析能力增加三倍。樣品分析效率的提高可能通過如下特征實現：
• 直接分析乙腈萃取物，不需要額外的溶劑置換步驟。
• EvoCell 快速碰撞池技術能快速采集數據，縮短 GC 分析時間。
• 同時全掃描和 SRM 數據采集全面測定目標和非目標農藥成分。通過將全掃描數據與 NIST 數據庫比對鑒定出更多農藥成分。
方法靈敏度優異。所有農藥成分的檢測和鑒定的濃度水平低至5–10 ng/g，IDL值范圍為0.2–3.7ng/g。結果顯示采用 TSQ 8000 Evo GC-MS/MS 系統的快速 GC 數據采集能力能帶來優異的峰面積重現性和化合物線性。
