基于气相色谱串联质谱检测有机磷农药的教学实验设计

    孙欣 李大鹏 林琎 乔聚林

    

    

    

    摘? 要 有机磷杀虫剂是目前最广泛、最常见的农药之一，对人类健康存在极大隐患。设计一个气相色谱串联质谱法分析有机磷农药的教学实验，通过优化色谱条件和定性定量分析，使学生更好地理解和掌握气相色谱串联质谱分析技术。

    关键词 气相色谱串联质谱;有机磷农药;实验教学;实验仪器

    中图分类号：G642? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）22-0116-04

    Experimental Design for Organophosphorus Pesticides by Gas Chromatography-triple Quadrupole Mass Spectrometry//SUN Xin， LI Dapeng， LIN Jin， QIAO Julin

    Abstract Organophosphorus pesticide is one of the most widespread

    and most common pesticides， which has great hidden danger to hu-

    man health. Teaching Experiment is designed to detect OPP by gas

    chromatography-triple quadrupole mass spectrometry （GC-MS/MS）. Students could understand and master GC-MS/MS by optimizing the

    chromatographic conditions and qualitative and quantitative analysis.

    Key words gas chromatography tandem mass spectrometry; organo-

    phosphorus pesticides; experimental teaching; experimental apparatus

    1 前言

    有机磷农药的分析检测方法主要有气相色谱法、气质联用、液质联用等。国家标准对食品中有机磷农药残留的测定采用的是气相色谱法[1]，但由于有机磷通常样品中含量较低，农药结构上存在相似性，且种类较多，因此难以分离和定性。随着对有机磷农药检测水平要求的不断提高，质谱（MS）作为高灵敏度的检测手段，结合气相色谱、液相色谱的联用技术，应用日益广泛。GC-MS兼具气相的高分离能力和质谱的高灵敏度，非常适用于各类样品中有机磷农药的定性定量分析。

    近几年的研究多采用GC-MS和GC-MS/MS作为有机磷农药的检测方法，我国的一些行业也基于GC-MS建立了行业标准[2-4]。目前，GC-MS作为重要的检测手段已经普遍应用于企业、第三方检测、政府监管、科研机构、高校等部门。山东农业大学为培育出适应社会的应用型人才，将“气相色谱串联质谱检测有机磷农药”作为仪器分析课程综合设计实验教学内容，实验教学方案参照各类标准及文献，建立基础的GC-MS教学方法。

    2 实验原理

    样品进入GC-MS/MS的进样口被气化，在色谱柱种分离，分离后进入质谱，经过离子源时被离子化成为离子混合物，由于产生的碎片离子或分子离子的质荷比（m/z）不同，在质量分析器中不同离子被分离，并且按照质荷比的大小依次到达检测器并被记录。GC-MS/MS技术融合了气相色谱的高分离能力和串联质谱的强结构鉴定能力，可以对样品中的分子结构进行初步鉴定且灵敏度高，可以准确到化合物的相对分子质量、分子式和分子包含的官能团。

    3 实验方法

    实验仪器与试剂? 仪器选用岛津GCMS-TQ8030气相色谱串联质谱仪（自动进样器AOC-20i+s）。甲拌磷、乐果、二嗪农、乙拌磷、甲基毒死蜱、甲基对硫磷、甲基嘧啶磷、杀螟硫磷、倍硫磷、对硫磷、稻丰散、喹硫磷、三唑磷、伏杀硫磷、甲基谷硫磷是有机磷农药代表。标准溶液配置：准确称取15种有机磷农药标准品各0.100 0 g，用丙酮配制成50 mg/L的混合储备液，4 ℃冷藏。

    气相色谱—质谱条件? 色谱柱：Rtx-5ms（30 m×

    0.25 mm×0.25 μm）。载气：氦气。进样口温度：280 ℃。升温程序：初始温度95 ℃，保持1.5 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。色谱柱流量：1 mL/min。进样量：1 ?L。不分流進样。

    离子源EI。采用多反应监测（MRM）模式。离子源温度：230 ℃。传输线温度：230 ℃。碰撞气：氩气。溶剂延迟：

    3.0 min。15种有机磷农药的目标离子对和参考离子对等质谱参数及保留时间见图1。

    4 实验结果与讨论

    程序升温条件的优化? 本实验根据目标物极性和沸点性质设置两个程序升温条件。

    方案一：初始温度120 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。15种有机磷农药全扫出峰情况如图2上图所示，目标物出峰虽然较早，但峰宽较大，峰型不好，且甲基嘧啶磷、杀螟硫磷、倍硫磷、对硫磷四种农药没有完全分离。

    方案二：初始温度95 ℃，保持1.5 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。如图2下图所示，在此升温程序下15种有机磷农药完全分离，峰宽窄，峰形尖锐，所以选择该方案为程序升温条件。

    定性定量方法

    1）全扫定性。首先使用Q3SCAN模式对标准溶液进行全扫，得到目标物色谱峰及其碎片离子（以甲拌磷为例），碎片离子如图3上图所示。通过与离子碎片库比较，与甲拌磷的碎片离子（见图3下图）相似度达到96%，即认为该峰的目标物为甲拌磷。根据目标物的出峰时间确定甲拌磷等有机磷农药的保留时间。

    2）优化离子对和碰撞电压。采用Q3SCAN模式对15种有机磷农药标准溶液进样全扫后，得到15種物质的特征一级质谱图，根据丰度选择一个质荷比较大的特征离子作母离子（一般为分子离子峰）。选定母离子后，编辑产物离子扫描条件，在4～30 eV不同的能量下将目标物的母离子打碎。根据得到的15种物质的特征二级质谱图，得到最优电压值及三个特征离子作为子离子;根据丰度得到三种离子标准丰度比，选择丰度最大的离子为定量离子，其他两个为参考离子。由得到的15种物质的电压、离子对及其标准比例设置MRM扫描方法。用MRM方法分析进样样品，在相同保留时间段（允差5%）内三种离子比例与标准离子丰度比相似（缺省离子允差30%）即认为为目标物。

    以甲拌磷为例，选择m/z=260的离子为母离子，m/z=

    75、m/z=231、m/z=47三个丰度较高的离子作为子离子。图4为在MRM全扫模式下得到的MIC图和质谱离子丰度图，表2为实际样品中三种离子丰度比与甲拌磷标准离子丰度比，离子允差在30%以内，所以判定该目标物为甲拌磷，可以用定量离子进行定量分析。使用外标法，以峰面积定量分析。

    方法学验证? 以各组分的峰面积Y对质量浓度X（?g/L）

    绘制基质标准曲线，线性关系、相关系数、添加回收率等参数见表3。测定结果表明，15种标准品目标物在质量浓度范围为20～400 ?g/kg时线性关系良好，相关系数均高于0.998 5。

    5 结语

    通过本次实验，不仅让学生了解仪器结构和学会仪器操作，更在实践中理解仪器分析原理，掌握方法的优化及对数据结果的影响。结合理论知识，引导学生自主学习和思考，进一步掌握气相色谱串联质谱仪，作为基础为今后的工作和学习打下基础。

    参考文献

    [1]GB/T 5009.20—2003 食品中有机磷农药残留量的测定[S].1985-05-16.

    [2]SN/T 3768—2014 出口粮谷中多种有机磷农药残留量测定方法 气相色谱—质谱法[S].2014-01-13.

    [3]SN/T 0123—2010 进出口动物源食品中有机磷农药残留量检测方法 气相色谱—质谱法[S].2010-11-01.

    [4]SN/T 0148—2011 进出口水果蔬菜中有机磷农药残留量检测方法 气相色谱和气相色谱—质谱法[S].2011-02-25.