Q Exactive 四極桿- 靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜快速篩查和確證6 種蔬果基質(zhì)中555 種農(nóng)殘

 

程明川 江崢

賽默飛世爾科技（中國）有限公司

 

Orbitrap 高分辨質(zhì)譜技術(shù)，Q Exactive，TraceFinder，大規(guī)模農(nóng)殘快速篩查

 

農(nóng)藥殘留已成為現(xiàn)階段社會高度關(guān)注的熱點問題，我國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 2763-2012 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》在實施不到2 年后即將被最新的2014 版所替代。新版GB 2763 比以往更加嚴(yán)格，規(guī)定了387 種農(nóng)藥在284 種( 類) 食品中3650 項限量指標(biāo)，較2012 版有大幅增加。新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中，國際食品法典委員會已制定限量標(biāo)準(zhǔn)的有1999 項，其中共有1811 項國家標(biāo)準(zhǔn)等同于或嚴(yán)于國際食品法典標(biāo)準(zhǔn)，占90.6%。越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，需要更準(zhǔn)確、靈敏、快速的方法來完成農(nóng)藥的篩查。目前，三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于食品中有毒有害殘留或非法添加物分析，但三重四極桿質(zhì)譜需要標(biāo)準(zhǔn)品來優(yōu)化儀器參數(shù)，且能同時分析的化合物數(shù)目有限，對于大規(guī)模篩查或完全未知殘留物鑒定，具有一定的局限性。同時，它屬于單位分辨質(zhì)譜，依靠特征離子的相對豐度來定性，在復(fù)雜基質(zhì)樣品分析中存在一定的假陽性風(fēng)險。

 

基于Orbitrap 靜電場軌道阱技術(shù)獨特的高分辨率和高質(zhì)量精度測定原理以及優(yōu)良的穩(wěn)定性和操作性，Q Exactive 四極桿- 靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜具有高達(dá)140,000FWHM的分辨率、單次外標(biāo)法校正質(zhì)量軸后持續(xù)1 周以上小于3ppm 的質(zhì)量精度，保證了分析結(jié)果的可靠性；媲美高端三重四極桿的靈敏度和寬線性范圍可輕松分析復(fù)雜基體中的痕量化合物；匹配UHPLC 的掃描速度滿足高通量的分析需求。Q Exactive可以準(zhǔn)確而可靠地應(yīng)用于食品安全相關(guān)的非目標(biāo)化合物快速篩查確證以及高靈敏度高通量的多殘留分析。本文采用Q Exactive 在20 分鐘內(nèi)完成了對西紅柿、辣椒、空心菜、卷心菜、黃瓜以及四季豆等6 種基質(zhì)樣品中555 種農(nóng)殘的亞ppb 級別的快速篩查。實驗使用full scan+ddms/ms ( 全掃描+ 自動觸發(fā)二級質(zhì)譜) 采集數(shù)據(jù)，利用高分辨的二級全掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，確保了實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

 

 

HRAM LC-MS/MS 分析采用Thermo Scientific Ultimate 3000RSLC 和Q Exactive Orbitrap 臺式高分辨質(zhì)譜儀。

Thermo Scientific Xcalibur 和 Thermo Scientific TraceFinder 軟件分別用于數(shù)據(jù)采集和處理。

 

色譜柱：Thermo Scientific Accucore aQ (150×2.1mm，2.6μm）

流動相組成和梯度洗脫條件見表1 和表2.

表1. 流動相組成

 

表2. 梯度洗脫表

 

 

表3. 質(zhì)譜掃描參數(shù)設(shè)置

 

 

表4. TraceFinder 篩查參數(shù)設(shè)置

 

參照 QuEChERS AOAC 2007.01 中所描述方法

 

本實驗在20 分鐘液相梯度內(nèi)分析了555 種農(nóng)藥，使用full scan+ddms/ms 采集數(shù)據(jù)，可同時獲得目標(biāo)化合物的一級質(zhì)譜XIC 圖及其二級全掃描質(zhì)譜圖，如圖1 所示。Q Exactive可以實現(xiàn)高靈敏度和高分辨率的統(tǒng)一，即提高分辨率不會顯著影響方法靈敏度，多數(shù)化合具有很好的響應(yīng)，可以實現(xiàn)亞ppb 級濃度水平的檢測。同時在70,000FWHM 的高分辨率下，方法具有很好的選擇性，目標(biāo)化合不受共流出成分和基質(zhì)的影響（圖2）。即使在一次掃描中包含2 個掃描事件，Q Exactive 依然可以滿足UHPLC 的分析要求，如圖3 所示，在出峰密集的區(qū)域，也可以保證每個色譜峰（約0.1min）都有足夠的掃描點數(shù)（＞ 15）來滿足準(zhǔn)確定量和定性需求，并且每個掃描點的質(zhì)量精度都小于3ppm。

 

圖1. 椒基質(zhì)中氟嘧菌酯Fluoxastrobin (m/z 459.0866)典型圖譜。

（A. 提取離子色譜圖，B.ddMS2 采集點，C. 二級全掃描質(zhì)譜圖）

 

 

圖2. 部分化合物1ppb 基質(zhì)加標(biāo)色譜圖以及空白基質(zhì)色譜圖

 

 

圖3. A: 掃描速度滿足UHPLC 分析的需求（0.1min 色譜峰大于15 個掃描點）; B: 每個掃描點質(zhì)量精度圖

 

實驗采集的數(shù)據(jù)使用Thermo 高分辨質(zhì)譜篩查軟件TraceFinder 進(jìn)行智能且快速的自動化數(shù)據(jù)分析。TraceFinder是一款多功能流程化軟件, 既可采集數(shù)據(jù), 也可處理分析數(shù)據(jù)。可用于多組分同時篩查、確證和定量分析。對化合物的定性確認(rèn)，除了精確質(zhì)量數(shù)外，TraceFinder 還提供保留時間、同位素分布、主要二級碎片確認(rèn)和二級質(zhì)譜圖相似度比對等多種方法，綜合判斷，以得到準(zhǔn)確的定性結(jié)果，盡可能減少假陽性結(jié)果的出現(xiàn)。

 

本實驗在對基質(zhì)加標(biāo)樣品的分析時，采用精確質(zhì)量數(shù)、保留時間、同位素分布和二級碎片離子等4 個篩查指標(biāo)來對結(jié)果進(jìn)行確證，保證了篩查結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖4- 圖6 為辣椒基質(zhì)中莠滅凈的篩查結(jié)果。精確質(zhì)量數(shù)和保留時間的匹配結(jié)果見圖5，實際測定的m/z 與理論值的偏差為1.62ppm，保留時間的偏差為0.01min。同位素的匹配結(jié)果見圖6，測定結(jié)果的同位素分布匹配得分為100%，其中有8 個同位素峰的m/z 與理論值在偏差范圍內(nèi)( ＜ 5ppm)。二級碎片離子的匹配結(jié)果見圖6，測得的碎片離子與自建數(shù)據(jù)庫中的5 個碎片離子均能匹配。

 

TraceFinder 除了具有強(qiáng)大的篩查功能外，也支持高分辨質(zhì)譜定量數(shù)據(jù)分析，圖7 為辣椒基質(zhì)中噻蟲啉的定量分析結(jié)果，在0.1ppb-50ppb 范圍內(nèi)，R2=0.9998（n=6）；準(zhǔn)確度＜ 5%；精密度RSD ＜ 2%(10ppb,n=3)。

 

 

圖4. 辣椒基質(zhì)中莠滅凈Ametryn 精確質(zhì)量數(shù)和保留時間的篩查結(jié)果

 

 

圖5. 辣椒基質(zhì)中莠滅凈Ametryn 同位素分布的篩查結(jié)果

 

 

圖6. 辣椒基質(zhì)中莠滅凈Ametryn 二級碎片的篩查結(jié)果

 

 

圖7. 辣椒基質(zhì)中噻蟲啉Thiacloprid 定量分析結(jié)果

 

 

Q Exactive 具高分辨率、高質(zhì)量精度、高靈敏度和寬動態(tài)范圍等特點，是兼具定性和定量功能的質(zhì)譜分析平臺，適合食品安全領(lǐng)域非目標(biāo)化合物大規(guī)模篩查、確證和定量分析。本文采用Q Exactive 和篩查件TraceFinder，建立了6 種蔬菜瓜果基質(zhì)中555 種農(nóng)藥殘留同時篩查和確證的方法，該方法簡單、快速、準(zhǔn)確、靈敏度高，能同時完成對多農(nóng)殘的定性定量分析。并且建立了該555 種化合物含化合物名稱、分子式、精確質(zhì)量數(shù)、保留時間和碎片離子等信息的數(shù)據(jù)庫。本文的實驗條件和數(shù)據(jù)庫具有較好的重現(xiàn)性，不同儀器、不同實驗室和不同的分析人員均能得到高匹配的篩查結(jié)果，節(jié)省了方法開發(fā)、數(shù)據(jù)庫建立的時間和大量標(biāo)樣購買的成本，便于方法的大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

 

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