基于Q Exactive-GC精确质量数据库筛查及确证食品中435种农药多残留

摘 要
本研究利用气相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱（Thermo Scientific TM Q Exactive-GC）建立了435种农药
化合物精确质量数据库，并结合相应的数据处理软件，在此基础上建立了农药多残留快速筛查流程。实验对检索中所
需的各项参数进行了优化，用以提高筛查准确度，避免假阳性和假阴性结果的产生。实验结果表明，在实际样品检
测中，分辨率60,000 FWHM（200 m/z）及以上， 质量准确度 < 2.0 ppm，筛查准确度会有大大改善。同时仍然可以保
持高灵敏度，完全满足食品中农药残留检测要求。筛查方法同时使用了精确质量数和偏差，保留时间窗口，同位素分布与同位素丰度信息等参数，进而获得快速、准确的结果。

关键词 Q Exactive-GC；精确质量数据库；农药多残留

1.引言
农产品作为人们日常生活中必不可少的食品，其日常消费量和市场需求量巨大，目前，全球有超过 1100 种农药应用于农业生产中[1] 。为提高农产品的产量，改善其品质，施用农药不可避免，加之农药的滥用及乱用现象，这不仅使得果蔬中农药残留超标，并且加重了农药对环境的污染，同时对国际贸易及消费者的健康造成不良影响。为了应对这次问题，许多国家和国际组织都发布了农药的最大残留限量（MRLs），对不同基质中的不同农药残留进行了严格的规定[2]。我国GB2763-2014《食品中农药最大残留限量》也规定了387种农药的3650项MRLs（GB 2763-2014）[3]。果蔬中农药残留问题，不仅成为食品安全领域面临的严峻挑战，而且也制约了我国果蔬产品的进出口贸易。

农药的痕量多残留检测，一直是农药残留分析的研究重点和发展趋势，是分析化学工作者追求的目标。目前，全世界在用农药加之其代谢物、同分异构体和降解产物可达几千种，这就决定了农药分析的复杂性和多样性。快速、准确的农药多残留检测方法已成为国内及国际上的重点研究方向。

目前，常用的农残筛查多用串接气质或者串接液质检测来实现。串接质谱由于其灵敏度高、特异性强，因而被广泛得应用在食品及农产品中的多残留分析检测中。但是，随着样品基质越来越复杂, 农药检测数目的增加以及痕量分析的要求，三重四极杆质谱一般采用多反应监测（MRM）的扫描模式，由于其固定目标化合物，带有一定的局限性。四极杆-飞行时间质谱（Q-TOF）和静电场轨道阱高分辨质谱（Orbitrap）采用高分辨全扫描的方式（无限制目标化合物）在很大程度上弥补了这个缺陷，被广泛应用于农药残留的快速筛查。

对于高分辨选择性上，只有当分辨率高于 50,000 时，高分辨全扫描方式的选择性才会体现出好于三重四极杆质谱MRM 的扫描模式，即交叉点 [4] 。因此在样品筛查分析过程中，Q Exactive-GC高分辨质谱参数选择了 60,000（ m/z  200）以上的分辨率，大大提高了农药残留定性筛查的速度和结果的可靠性，同时获得更准确的定量结果。

Q Exactive - GC，作为一款气质高分辨产品，基于 Orbitrap 静电场轨道阱技术独特的高分辨率和高质量精度测定原理以及优良的稳定性和操作性，分辨率高达 120,000 FWHM（200  m/z ），同时保持良好的灵敏度。去掉其全扫描和高扫描速度，使得无需考虑化合物数量上的限制，从而达到大量农药同时筛查的目的，并满足在复杂基质中检测低浓度农药残留和提供（对样品中其它成分）回顾性研究。不仅如此，Orbitrap 可将化合物的精确质量数与保留时间、同位素强度、同位素分布等信息结合，从而实现农药的快速、准确筛查。

本研究基于 Thermo Fisher Scientific 最新气质高分辨产品，建立了 435 种农药化合物精确质量数据库，可在 35 分钟内完成样品数据采集以及农药未知物筛查的工作，具有灵敏度高、分辨率好，特异性强、重现性好等特点。在常见水果蔬菜农药多残留检测中获得良好的效果。

2.实验部分
2.1 仪器和方法
2.1.1 气相条件
  仪器型号：Thermo Scientific TM TRACE 1310 GC
  进样体积：1.0 µL
  衬管：PTV 不分流进样
  不分流时间：1 min
  载气：氦气，1.2 mL/min
  柱温箱温度程序：初始温度 40 ℃，保持 1.5 min；以 25 ℃/min升至 90 ℃，保持 1.5 min；以 25 ℃/min 升至 180 ℃，保持0 min；5 ℃/min 升至280℃，保持 0 min；10 ℃/min升至300 ℃，保持3 min。

2.1.2 质谱条件
  仪器型号：Thermo Scientific TM Q Exactive-GC 质谱仪
  传输线：250 ℃
  离子化类型：EI
  离子源：280 ℃
  电子能量：70 eV
  采集模式：高分辨全扫描（FullScan）
  质量分辨率：60,000 FWHM（200  m/z ）
  扫描范围：50-700 m/z

2.2 样品前处理方法：
1. 水果蔬菜样品
基于《GBT 23206-2008果蔬汁、果酒中 512 种农药及相关化学品残留量的测定液相色谱-串联质谱法》，以正己烷为定容液 [5] 。

3.实验与结果
3.1 高分辨质谱的定性能力
按照欧盟方法学标准，质谱方法必须达到4个定性点的确证要求[6] ，对于三重四极杆串接，通常只检测2对母离子和子离子，因此其定性点往往只有4-5个；而对于高分辨质谱，由于其对精确质量数进行全扫描测定，因此其每个离子被定义为2个定性点，相对丰度在基峰 10% 以上的离子可以作为定性离子使用。因此，按照以上规则，Q Exactive-GC 所采集数据的定性点均在4个以上，并可以实现全扫描图谱的库检索工作。在化合物的准确定性上具有强大优势。

3.2 仪器性能

3.2.1 扫描速度
通常情况下农药的峰宽在 3-10 s（与色谱峰的位置及浓度有关）之间，每一个色谱峰至少要满足 8-10 扫描点数以保证数据采集的准确性。
Q Exactive-GC 在 60, 000 分辨率下，仍能达到 7.0 spectrum/s以上的采集速率，使数据获得足够多的扫描点数。同时更重要的是每个扫描点数上质量准确度可以保持在 1.0 ppm 以内，保证了数据的稳定性和可靠性。如图 1 所示。