Q Exactive 四極桿- 靜電場軌道阱高分辨質譜快速篩查和確證6 種蔬果基質中555 種農殘

 

程明川 江崢

賽默飛世爾科技（中國）有限公司

 

Orbitrap 高分辨質譜技術，Q Exactive，TraceFinder，大規模農殘快速篩查

 

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

 

基于Orbitrap 靜電場軌道阱技術獨特的高分辨率和高質量精度測定原理以及優良的穩定性和操作性，Q Exactive 四極桿- 靜電場軌道阱高分辨質譜具有高達140,000FWHM的分辨率、單次外標法校正質量軸后持續1 周以上小于3ppm 的質量精度，保證了分析結果的可靠性；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可以準確而可靠地應用于食品安全相關的非目標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 種基質樣品中555 種農殘的亞ppb 級別的快速篩查。實驗使用full scan+ddms/ms ( 全掃描+ 自動觸發二級質譜) 采集數據，利用高分辨的二級全掃描數據進行確認，確保了實驗結果的準確性。

 

 

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

Thermo Scientific Xcalibur 和 Thermo Scientific TraceFinder 軟件分別用于數據采集和處理。

 

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. 質譜掃描參數設置

 

 

表4. TraceFinder 篩查參數設置

 

參照 QuEChERS AOAC 2007.01 中所描述方法

 

本實驗在20 分鐘液相梯度內分析了555 種農藥，使用full scan+ddms/ms 采集數據，可同時獲得目標化合物的一級質譜XIC 圖及其二級全掃描質譜圖，如圖1 所示。Q Exactive可以實現高靈敏度和高分辨率的統一，即提高分辨率不會顯著影響方法靈敏度，多數化合具有很好的響應，可以實現亞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，目標化合不受共流出成分和基質的影響（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，在出峰密集的區域，也可以保證每個色譜峰（約0.1min）都有足夠的掃描點數（＞ 15）來滿足準確定量和定性需求，并且每個掃描點的質量精度都小于3ppm。

 

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

（A. 提取離子色譜圖，B.ddMS2 采集點，C. 二級全掃描質譜圖）

 

 

圖2. 部分化合物1ppb 基質加標色譜圖以及空白基質色譜圖

 

 

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: 每個掃描點質量精度圖

 

實驗采集的數據使用Thermo 高分辨質譜篩查軟件TraceFinder 進行智能且快速的自動化數據分析。TraceFinder是一款多功能流程化軟件, 既可采集數據, 也可處理分析數據。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，除了精確質量數外，TraceFinder 還提供保留時間、同位素分布、主要二級碎片確認和二級質譜圖相似度比對等多種方法，綜合判斷，以得到準確的定性結果，盡可能減少假陽性結果的出現。

 

本實驗在對基質加標樣品的分析時，采用精確質量數、保留時間、同位素分布和二級碎片離子等4 個篩查指標來對結果進行確證，保證了篩查結果的準確性。圖4- 圖6 為辣椒基質中莠滅凈的篩查結果。精確質量數和保留時間的匹配結果見圖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。同位素的匹配結果見圖6，測定結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( ＜ 5ppm)。二級碎片離子的匹配結果見圖6，測得的碎片離子與自建數據庫中的5 個碎片離子均能匹配。

 

TraceFinder 除了具有強大的篩查功能外，也支持高分辨質譜定量數據分析，圖7 為辣椒基質中噻蟲啉的定量分析結果，在0.1ppb-50ppb 范圍內，R2=0.9998（n=6）；準確度＜ 5%；精密度RSD ＜ 2%(10ppb,n=3)。

 

 

圖4. 辣椒基質中莠滅凈Ametryn 精確質量數和保留時間的篩查結果

 

 

圖5. 辣椒基質中莠滅凈Ametryn 同位素分布的篩查結果

 

 

圖6. 辣椒基質中莠滅凈Ametryn 二級碎片的篩查結果

 

 

圖7. 辣椒基質中噻蟲啉Thiacloprid 定量分析結果

 

 

Q Exactive 具高分辨率、高質量精度、高靈敏度和寬動態范圍等特點，是兼具定性和定量功能的質譜分析平臺，適合食品安全領域非目標化合物大規模篩查、確證和定量分析。本文采用Q Exactive 和篩查件TraceFinder，建立了6 種蔬菜瓜果基質中555 種農藥殘留同時篩查和確證的方法，該方法簡單、快速、準確、靈敏度高，能同時完成對多農殘的定性定量分析。并且建立了該555 種化合物含化合物名稱、分子式、精確質量數、保留時間和碎片離子等信息的數據庫。本文的實驗條件和數據庫具有較好的重現性，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果，節省了方法開發、數據庫建立的時間和大量標樣購買的成本，便于方法的大規模推廣和應用。

 

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