基于离子淌度的菊酯类农药及其同分异构体的分离研究

王 栋 万建春 张 威 喻俊磊 吴 遥 郭 平*

(1.江西省食品检验检测研究院，江西 南昌 330001；2.南昌海关技术中心，江西 南昌 330038)

我国是世界上生产和使用杀虫剂大国，目前批准的杀虫剂生产企业2000多家，大部分生产企业专业化程度低、产量小利用率低，另外农药在施用过程中，约60%直接进入到土壤环境，极易造成土壤环境中农药污染，也会残留在果蔬中，对人体造成威胁。菊酯类农药是中国广泛应用的一种杀虫剂，由于其残留期较长，对部分非目标生物及水生生物毒性很大，因此拟除虫菊酯类农药的农残检测是其中重要的一环[1-3]，具有十分重要的现实意义。

不同异构体农药其药效、毒性、降解消除方面都存在差异，有些差异是非常明显的，但是目前的农药残留限量标准对异构体的农药残留限量标准和定量要求没有具体标准，或者是以异构体之和，或者是以某一个异构体作为标记物和定量要求，从这点上来说充分区分农药不同异构体残留数据，对于食用农产品的安全监管显然具有重大意义[4-7]。离子淌度质谱(ion mobility mass spectrometry，IMMS)是离子淌度分离与质谱联用的一种新型二维质谱分析技术，飘移管内飞行的离子的电荷位置和数量会影响其碰撞截面，这便可以区分具有相同电荷、相似质量的不同离子或质量数相同的异构体离子，因而离子淌度质谱具有提供离子结构信息和准确质量信息的特点，其与色谱技术联用，可获取包括保留时间、迁移时间、质荷比和响应强度在内的四维数据，在提高传统质谱数据准确性和特异性的同时，还可计算离子的碰撞横截面积，从而获得样品的结构信息，在化合物异构体分析方面的优越性非常突出[8-11]。APGC是一种软电离技术，相比EI电离源，更易获得母离子的信息和专属性强的碎片信息，因而具有更高的灵敏度和选择性，APGC不需要真空条件，具有更好的重现性和稳定性。APGC-QTOF-MS的电离机制是电荷转移或质子转移，导致分子离子和质子化分子的形成。飞行时间质谱提供了高分辨率和快速扫描速度，适用于复杂基质中目标分析物的定性分析，而APGC能使分子离子的分裂最小化，提供更高的信号强度APGC技术与四极飞行时间质谱相耦合，在全光谱采集模式下提供比传统扫描方法更高的灵敏度[13-15]。

本文以APGC-IM-QTOF-MS为分析平台，通过选择优化气相色谱条件，结合飞行时间质谱高通量分析能力，获取菊酯类农药同分异构体离子淌度碰撞截面积，建立时间、空间、质荷比的三维信息的高分辨质谱分析技术，形成可检索自动匹配的质谱数据库，建立的菊酯类农药同分异构体分离检测技术，可实现菊酯类农药残留的筛查确证。

1 实验部分

1.1 仪器与设备

VION IMS QTOF飞行时间质谱仪：美国沃特世公司产品，量程50～1000 m/s，精度1ppm(10～6da)；IKA匀浆机；TDL-5C低速离心机：上海安亭科学仪器厂产品；鼎昊源RS-1涡旋混合器：北京鼎昊源科技有限公司产品；安捷伦 Valuelab PTFE-Q针式过滤器。

1.2 试剂和材料

正己烷、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、乙腈等色谱纯试剂，均购于Honeywell公司。氰戊菊酯、溴氰菊酯、甲氰菊酯均购于中国农业部环境保护科研监测所，浓度为100 mg/mL，使用前将上述标准溶液用丙酮稀释至1 mg/mL。

1.3 农药质谱信息库的建立

1.3.1 色谱条件

Agilent 7890B气相色谱仪；色谱柱是DB-5MS；30 m×0.25 mm，0.25 μm；载气为氦气；流速是1.0 mL/min；进样口温度是280 ℃；不分流进样，进样量1 μL；传输口温度310 ℃；平衡时间3 min。升温程序如表1所示：

表1 程序升温条件

1.3.2 质谱条件

质谱系统：Xevo G2-XS QTof；离子化模式APGC+；电晕针电流为1.5 μA；离子源温度为150 ℃；模式选择High Definition MSE模式；扫描范围50 m/z～750 m/z，扫描时间0.25 s扫描一次；最低碰撞能量为3 eV，高碰撞能量10 eV～50 e V；参比离子质荷比为281.0511 m/z，每2秒采集校正一次，衰减80%，碰撞能量18 eV。

2 结果与讨论

2.1 农药质谱信息库的建立

2.1.1 建立农药基础信息库

通过ChemSpider检索的化合物信息建立农药基础信息表，包括农药名称、分子式、mol文件、CAS号等信息。在UNIFI处理软件中建立新筛查库，导入农药基础信息表，以及命名文件相同mol文件，同时选择数据处理方法，根据采集农药质谱数据信息，提取质荷比、保留时间、碰撞截面积、碎片离子信息。

表2 APGC-IM-QTOF农药质谱库信息

氰戊菊酯和溴氰菊酯异构体色谱分离充分，异构体的保留时间、碰撞截面积可提取到，异构体的碰撞截面积有所差异，可以做为定性区分指标。甲氰菊酯可能是色谱柱的原因，异构体分离不充分，未获得异构体的碰撞截面积数据，选择手性气相色谱柱可能在色谱分离充分的情况获得碰撞截面积信息，若区分度能够满足筛选指标要求下，可以在分离不充分条件下实现定性区分。

2.1.2 农药质谱信息库的建立

Waters APGC/UPLC-QTOF-MS采集农药标准溶液数据，用UNIFI软件进行数据处理：选择新建数据库和处理方法的集合，导入要进行质谱信息匹配的物质，并更新第一次，再进行处理第一遍，将匹配的母离子的数据发送到库里，回到建立的数据库和处理方法的集合，将之前导入要进行质谱信息匹配的物质信息删除，再次导入要进行质谱信息匹配的物质并更新，进行处理第二遍，再从Scientific Library中找到要进行质谱信息匹配的物质，根据碎片离子信息和第二次处理后出现的谱图筛选出合适的碎片离子，将其他的不需要的碎片离子信息删除，再次回到建立的新的库和处理方法的集合，重新导入要进行质谱信息匹配的物质信息并处理进行检验，完成农药质谱信息库的建立。

图1 标准溶液采集数据和农残筛查库

3 结论

本文基于APGC-QTOF MS建立了氰戊菊酯、溴氰菊酯、甲氰菊酯质谱数据库，数据库农药精确分子量、碎片离子、保留时间、离子淌度信息等多维确证信息，可实现筛查准确定性，利用已知浓度农药标品的母离子信号强度数据可确定样品中农药残留的含量，实现定量测定，该方法能够满足氰戊菊酯、溴氰菊酯、甲氰菊酯及其同分异构体残留快速筛查检测。