[ 5 ]使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

[ 应用纪要 ]

沃特世解决方案

ACQUITY® UPLC H-Class系统

大气压气相色谱(APGC)

Xevo TQ-S micro

DisQuETM QuEChERS， AOAC方法样品制备套装，盐包

MassLynx® MS软件

Quanpedia数据库

TargetLynx™ XS应用软件

关键词

LC，GC，农药残留分析，MRL， QuEChERS，GC-MS/MS，LC-MS/MS

应用优势

在Xevo® TQ-S micro串联四极杆质谱仪上使 用通用离子源进行农药分析具有以下优势:

■■ 仅使用一台串联四极杆质谱仪即可对样品 萃取物进行UPLC®和APGC分析。

■■ 每个色谱入口单次进样可分析大量农药。

■■ 可分析水果和蔬菜基质中法规相关浓度

(0.010 mg/kg)的残留农药。

■■ 使用QuanpediaTM数据库可轻松生成 方法。

目的

在同一串联四极杆MS平台上，使用LC和GC分离方法分析水果和蔬菜萃取物

中法规限值水平的多种农药。

简介

市场上被批准用于各种水果和蔬菜植株的农药有数百种，其作用是防止虫害 侵袭和延长生鲜农产品的保质期。最大残留量(MRL)是指在遵循良好农业规 范的前提下，相关监管机构允许农作物中检出的最高农药残留量。在欧盟，如

果相关法规没有明确规定某种农药的MRL，则以默认MRL值为监管标准。这

个默认值等于所用分析方法可达到的定量限(LOQ)。国家监管机构会开展分析

监督计划，通过检测样品中的农药残留水平来控制和执行MRL标准。这些计划

将检查产品是否符合MRL标准、评估膳食摄入量，还会检查产品是否使用了未

经授权的农药。食品行业本身也会开展尽职调查分析。

为了能以足够的灵敏度对各种农药残留进行全面分析，以满足全球MRL法规

要求，需要采用气相色谱(GC)和液相色谱(LC)与质谱联用的分析方法。使用 Quick(快速)、Easy(简便)、Cheap(经济)、Effective(有效)、Rugged(稳定)且 Safe(安全)(缩写为QuEChERS)的样品萃取和净化方法可提升多残留分析的

效率1。许多文献都曾报道过将超高效液相色谱(UPLC)与串联四极杆质谱(MS/MS)联用进行多农药残留分析的优势2。最近有文献指出，相较于电子轰击(EI)方法，使用在大气压下运行的GC- MS/MS(APGC)分析难检测的农药，在选择

性、专属性和分析速度方面的性能都有极大的提升3,4。

使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

Kari Organtini1、Gareth Cleland1、Eimear McCall2和Simon Hird2

1 沃特世公司(美国马萨诸塞州米尔福德) 2 沃特世公司(英国威姆斯洛)

[ 6 ]

[ 应用纪要 ]

使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析[ 6 ]

APGC离子源在大气压下通过电晕放电实现化合物电离，工作原理与APCI类似。因此，与传统的电子轰击(EI)电离相比，这

种电离是一种软电离技术，能够产生大量的分子离子或准分子离子(尤其是对电离不稳定或易碎裂化合物)。APGC有两种电

离机制：质子转移(湿润离子源)或电荷转移(干燥离子源)。质子转移电离生成[M+H]+离子，电荷转移电离则生成M+离子。

在本应用纪要中，我们使用同一多农药残留分析工作流程分析了多种水果和蔬菜样品。使用Waters® Xevo TQ-S micro通用离子源，在同一串联四极杆MS仪器上即可完成LC和GC分析，切换色谱入口仅需不到30 min。本文将以针对农药分析的

SANTE指南(11945/2015)要求5为标准，着重介绍LC和GC分析在灵敏度、重现性和线性方面的性能。

实验

本研究为LC和GC分析选择的目标农药(见附录)涵盖了不同的农药类别和化学物质类型。使用Quanpedia生成多残留MS/MS方法，并使用单独的数据库生成LC和GC方法。每个数据库都包含各种化合物的MRM和保留时间信息。生成MS方法

时，系统将自动为每种化合物设置MRM功能窗口。对于UPLC方法，在每种化合物的预期保留时间附近设置1 min的时间窗

口。对于APGC方法，由于GC分析的峰宽较窄，因此使用30 s的时间窗口。除了MS方法之外，TargetLynx数据处理方法和

LC入口方法也由Quanpedia数据库生成。

样品萃取和净化

从当地食品杂货店购买芹菜、柠檬、玉米和羽衣甘蓝样品。所选样品代表不同的产品类别，基质复杂性各不相同，包括高含

水量的芹菜和羽衣甘蓝、高酸含量的柠檬，以及高淀粉/蛋白质含量且低含水量的玉米。购得样品之后立即使用料理机进

行匀浆处理，然后冷冻储存以待样品制备。根据官方AOAC方法2007.01，使用DisQuE(QuEChERS)，AOAC方法样品制备

套装(部件号176002922)进行QuEChERS萃取6。图1所示为样品萃取流程。

15 g

15 mL1%

AOAC DisQuE

1 min4000 rpm 5 min

1 DisQuE

1 min6000 rpm 5 min

LC100 µL + 400 µL

GC100 µL100 µL

图1. DisQuE样品萃取方法。

表1. 每种样品基质的dSPE净化条件。

样品 MgSO4 PSA GCB 体积 部件号

芹菜 150 mg 25 mg 7.5 mg 1 mL 186004831 + 186004835

柠檬 150 mg 25 mg – 1 mL 186004831

玉米 150 mg 25 mg – 1 mL 186004831

羽衣甘蓝

900 mg 150 mg 150 mg 6 mL 186004833 + 186004835

[ 7 ]使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

LC-MS/MS条件

LC系统： ACQUITY UPLC H-Class

色谱柱： ACQUITY BEH C18

1.7 µm 2.1 x 100 mm

柱温： 45 °C

进样体积： 5 µL

流速： 0.45 mL/min

流动相A： 水+10 mM醋酸铵

流动相B： 甲醇+10 mM醋酸铵

梯度：

时间 (min) %A %B 0.00 98 2 0.25 98 2 12.25 1 99 13.00 1 99 13.01 98 2 17.00 98 2

MS系统： Xevo TQ-S micro

电离模式： ESI+

毛细管电压： 1 kV

脱溶剂气温度： 500 °C

脱溶剂气流速： 1000 L/h

离子源温度： 150 °C

GC-MS/MS条件

GC系统： 7890A

自动进样器： CTC PAL

色谱柱： 30 m x 0.25 mm x 0.25 µm Rxi-5MS

载气： 氦气

流速： 2.0 mL/min

进样： 不分流

进样器温度： 280 °C

进样体积： 1 µL

尾吹气体： 250 mL/min 氮气

传输管路温度： 320 °C

柱温箱程序：

升温速率 温度 保持时间 (°C/min) (°C) (min) – 80 1.00 25 150 0.00 8 270 0.00 20 320 4.10

MS系统： Xevo TQ-S micro

电离模式： API+

电离机制： 质子转移(离子源内有3样品瓶水)

电晕电流： 在运行最开始的3.5 min内为20 µA

在随后的运行时间内为3.0 µA

辅助气体流速： 250 L/h

离子源温度： 150 °C

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[ 应用纪要 ]

使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

结果与讨论

使用QUANPEDIA数据库进行方法管理

手动建立多种化合物的方法非常耗时，而且设置分时段采集参数时极易出错。Quanpedia是一个以化合物为中心的数据库，通常用于

生成方法，但也可用作方法管理工具。使用现有UPLC和APGC数据库为本研究的分析生成初始方法(图2)。进一步的方法开发或方法

更改所导致的保留时间变化会在数据库中进行更新。因此，分析人员只需单击三次即可重新生成方法，从而即时自动更新MS方法和处

理方法。

图2. 用于管理UPLC和APGC分析方法的Quanpedia数据库，仅需单击三次即可完成工作流程并生成方法。

[ 9 ]使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

快速稳定的数据采集

为了成功分析众多农药及其代谢物，质谱仪必须维持足够高的灵敏度，同时还要以较快的扫描速度采集MRM通道，确保每个色谱峰都

有足够多的数据点(例如，每个峰至少包含12个数据点)。TQ-S micro的扫描速度很快，能够稳定快速地采集数据，同时维持较宽的保

留时间窗口，以适应由于不同基质的色谱柱保留性能(GC)变化或色谱特性变化而导致的保留时间漂移6。图3突出显示了APGC MS方法

中繁忙的区域之一。在本例中，1.5 min的时间窗口内约有30种农药洗脱出来(设置30个通道，每种化合物至少采集两个碎片信息)，

氟酰胺只是其中的一种。为保证每个峰至少采集12个数据点，通过AutoDwell功能计算得到驻留时间0.006 s。图3所示为三次重复进样

含0.010 mg/kg氟酰胺的芹菜基质所得的色谱图。尽管扫描速度较快，该色谱峰仍然采集到了19个数据点，且该基质三次连续进样的

RSD为5.2%。使用UPLC进行分析的结果也是如此。

Time14.50 14.60 14.70 14.80 14.90

%

0

100324 > 282 (Flutolanil»)

1.67e5

S/N:PtP=133.52

图3. Xevo TQ-S micro能够在较快的扫描速度下保持较好的峰质量。

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[ 应用纪要 ]

使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

基质中的农药残留

分别制备0.001至0.050 mg/kg的芹菜、柠檬、玉米和羽衣甘蓝基质匹配标准品，然后使用UPLC和APGC方法进行重复进样分析。图4所示为芹菜萃取物中一系列农药(0.010 mg/kg)的MRM叠加谱图，(A)为APGC结果，(B)为UPLC结果。采用最佳拟合校准对数据进行拟合；

对于UPLC数据，响应在研究范围内呈线性，而APGC响应呈非线性，因此我们对后者进行了二次拟合。两种分析方法中大多数化合物的

相关系数(R2)值均大于等于0.995。图5所示为采用两种方法分析四种基质中的代表性农药所得的基质匹配校准曲线和0.001 mg/kg农药

的峰响应。每个校准点三次进样的偏差都在±20%以内，离子比率也在容差范围内(不超过参考值的30%)。

APGC UPLC

A B

图4. 芹菜萃取物中一系列农药(0.010 mg/kg)的叠加谱图(A. APGC，B. UPLC)。

图5.基质匹配校准曲线和0.001 mg/kg标准品的色谱图： A.芹菜和柠檬基质中溴苯磷的APGC分析； B.玉米和羽衣甘蓝基质中克百威UPLC分析。

[ 11 ]使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

为方便起见，所有样品萃取物均以默认MRL(0.010 mg/kg)加标。图6所示为每种方法从0.010 mg/kg加标基质样品中检出的农药百分

比。不过，许多加标水平为0.001 mg/kg的农药也被顺利检出，例如图5中不同基质中的溴苯磷(APGC化合物)和克百威(UPLC化合物)。

该方法的测定精密度非常出色，90%以上检出农药的峰面积RSD都小于10% (n=3)。其中有一个例外：在羽衣甘蓝基质的APGC分析结

果中，只有80%以上检出农药的RSD小于10%(图7)。

99.5 100 99.5 96.2 100 99.0 99.5 99.5 99.5 100

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00 APGC UPLC

55.9

84.9 84.4

54.3

83.9

91.9

98.4 97.3

82.3

94.1

82.8 82.3 83.8 85.9

83.3

90.4 93.9 93.4 94.9

92.4

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

%RSD

APGC RSD <5% APGC RSD <10% UPLC RSD <5% UPLC RSD <10%

图6. 使用APGC和UPLC检测不同基质中 0.010 mg/kg的标准品，检出农药所占的百分比。

图7. 每种基质中检出的0.010 mg/kg化合物的 百分比及其相关RSD。

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[ 应用纪要 ]

使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

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标。DisQuE、Quanpedia和TargetLynx是沃特世公司的商标。其它所有商标均归各自的拥有者所有。

©2017年 沃特世公司。中国印刷。2017年5月 720006013ZH AG-PDF

结论

本研究使用同一台串联四极杆仪器(Xevo TQ-S micro)成功完成了复杂多农药

残留样品的UPLC和APGC分析。使用Quanpedia数据库生成和维护仪器方法，

可使方法生成和维护工作变得既快速又简单。尽管每种多残留方法涉及将近

200种化合物，TQ-S micro可靠的扫描速度仍然实现了准确精密的测定。对四

种复杂程度各不相同的基质进行多农药残留测定，方法性能均满足针对农药残

留分析的SANTE指南要求。在所分析的农药中，99%以上都能在欧盟默认的最

大残留量(0.010 mg/kg)水平轻松检出检测，且食品样品中大多数分析物都具有

优异的精密度(RSD < 10%)。通用离子源结构具有高度灵活性，能够在同一台仪

器上执行UPLC-MS/MS和GC-MS/MS分析，有助于提高实验室效率，同时保

持分析所需的灵敏度和重现性。

参考文献

1. D Shah, E McCall, G Cleland. Single LC-MS/MS Method for Confirmation and Quantification of Over 400 Pesticides in a Complex Matrix Without Compromising Data Quality. Waters Application Note no. 720005559EN. January, 2016.

2. T Kovalczuk, M Jech, J Poustka, J Hajslova. UPLC-MS/MS: A Novel Challenge in Multiresidue Pesticide Analysis in Food, Analytica Chimica Acta, 577, 2006.

3. M Tienstra, T Portoles, F Hernandez, J G J Mol. Fast Gas Chromatographic Residue Analysis in Animal Feed Using Split Injection and Atmospheric Pressure Chemical Ionisation Tandem Mass Spectrometry. J. Chrom. A . 1422, October, 2015.

4. L Cherta, T Portoles, J Beltran, E Pitarch, J G Mol, F Hernandez. Application of Gas Chromatography-Mass Spectrometry with Atmospheric Pressure Chemical Ionization for the Determination of Multiclass Pesticides in Fruits and Vegetables. J. Chrom. A . 1314: 224–240, November, 2013.

5. European Commission. SANTE/11945/2015. Guidance Document on Analytical Quality Control and Method Validation Procedures for Pesticides Residues Analysis in Food and Feed. 2015, rev. 0.

6. AOAC Official Method 2007.01: Pesticide Residues in Foods by Acetonitrile Extraction and Partitioning with Magnesium Sulfate. 2013.

[ 13 ]使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

附录

APGC方法所测的农药

邻苯基苯酚 敌草腈 乙氧氟草醚

4,4'-甲氧氯烯烃 氯硝胺 多效唑

乙草胺 二甲草胺 对硫磷

氟丙菊酯 草乃敌 克草猛

甲草胺 二苯胺 戊菌唑

二丙烯草胺 敌瘟磷 二甲戊乐灵

蒽醌 硫丹醚 五氯苯胺

阿特拉津 硫丹II 五氯苯甲腈

乙基谷硫磷 硫丹硫酸酯 甲基五氯苯基硫

甲基谷硫磷 异狄氏醛 顺式二氯苯醚菊酯

氟草胺 苯硫磷 反式二氯苯醚菊酯

联苯菊酯 乙丁烯氟灵 苯醚菊酯1生物烯丙菊酯 乙硫磷 苯醚菊酯2

联苯 Ethylan 甲拌磷

溴苯烯磷 醚菊酯 伏杀硫磷

甲基溴苯烯磷 氯唑灵 亚胺硫磷

乙基溴硫磷 苯线磷 增效醚

甲基溴硫磷 氯苯嘧啶醇 乙基虫螨磷

溴螨酯 皮蝇磷 甲基嘧啶磷

乙嘧酚磺酸酯 杀螟松 咪鲜胺

敌菌丹 甲氰菊酯 腐霉利

克菌丹 除螨酯 氨氟乐灵

三硫磷 倍硫磷 丙溴磷

唑酮草酯 氰戊菊酯1 环丙氟灵

溴虫腈 氰戊菊酯2 毒草胺

毒虫畏 氟虫腈 敌稗

克氯苯 精稳杀得 异丙草胺

地茂散 氟消草 戊炔草胺

百菌清 氟氰戊菊酯1 丙硫磷

氯苯胺灵 氟氰戊菊酯2 吡唑硫磷

毒死蜱 咯菌腈 定菌磷

甲基毒死蜱 氟喹唑 哒螨灵

氯酞酸二甲酯 氟硅唑 哒嗪硫磷

虫螨磷1 氟酰胺 嘧霉胺

虫螨磷2 粉唑醇 吡丙醚

虫螨磷3 灭菌丹 喹硫磷

乙菌利 地虫磷 苄呋菊酯1异恶草酮 六氯苯 治螟磷

蝇毒磷 环嗪酮 硫丙磷

草灭特 碘硫磷 氟胺氰菊酯1氟氯氰菊酯1 异菌脲 氟胺氰菊酯2氟氯氰菊酯2 氯唑磷 戊唑醇

氟氯氰菊酯3 异艾氏剂 吡螨胺

氟氯氰菊酯4 异丙乐灵 七氟菊酯

λ-氯氟氰菊酯 环草定 特草定

氯氰菊酯1 溴苯磷 特丁硫磷

氯氰菊酯2 利谷隆 特丁津

氯氰菊酯3 马拉硫磷 2,3,5,6-四氯苯胺

氯氰菊酯4 甲霜灵 杀虫畏

嘧菌环胺 吡草胺 三氯杀螨砜

o,p'-DDD 虫螨畏 胺菊酯1p,p'-DDD 甲氧氯 胺菊酯2o,p'-DDE 甲基对硫磷 甲基立枯磷

p,p'-DDE 异丙甲草胺 对甲抑菌灵

o,p'-DDT 速灭磷 四氟苯菊酯

p,p'-DDT MGK 264 1 三唑酮

溴氰菊酯 MGK 264 2 三唑醇

燕麦敌 腈菌唑 野麦畏

二嗪磷 N-(2;4-二甲苯基)甲酰胺 三唑磷

抑菌灵 磺乐灵 氟菌唑

3,4'-二氯苯胺 除草醚 氟乐灵

4,4'-二氯二苯甲酮 恶草酮 农利灵

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[ 应用纪要 ]

使用UPLC和APGC在单一串联四极杆质谱仪平台上进行多农药残留分析

UPLC方法所测的农药

阿维菌素 乙螨唑 氟苯嘧啶醇

高灭磷 恶唑菌酮 氧化乐果

啶虫脒 咪唑菌酮 恶霜灵

苯并噻二唑 氯苯嘧啶醇 杀线威

涕灭威 喹螨醚 多效唑

涕灭威砜 腈苯唑 戊菌唑

涕灭威亚砜 环酰菌胺 戊菌隆

莠灭净 仲丁威 甜菜宁

灭害威 苯氧威 啶氧菌酯

双甲脒 丁苯吗啉 增效醚

嘧菌酯 唑螨酯 抗蚜威

苯霜灵 非草隆 咪鲜胺

恶虫威 氟虫腈 猛杀威

丙硫克百威 氟啶虫酰胺 扑灭通

苯螨特 氟噻草胺 扑草净

联苯肼酯 氟虫脲 霜霉威

联苯三唑醇 伏草隆 克螨特

啶酰菌胺 氟嘧菌酯 苯胺灵

糠菌唑I 氟喹唑 丙环唑

糠菌唑II 氟硅唑 残杀威

乙嘧酚磺酸酯 氟酰胺 丙硫菌唑

噻嗪酮 粉唑醇 吡蚜酮

氟丙嘧草酯 氯吡脲 比锈灵

丁酮威 伐虫脒盐酸盐 唑菌胺酯

丁酮砜威 麦穗宁 哒螨灵

胺甲萘 呋霜灵 嘧霉胺

多菌灵 呋线威 吡丙醚

长杀草 己唑醇 喹氧灵

克百威 噻螨酮 鱼藤酮

3-羟基呋喃丹 氟蚁腙 密草通

萎锈灵 抑霉唑 环草隆

唑草酮 吡虫啉 西草净

氯虫苯甲酰胺 茚虫威 乙基多杀菌素

定虫隆 种菌唑 多杀菌素A枯草隆 异丙菌胺I 多杀菌素D绿麦隆 异丙菌胺II 螺螨酯

烯草酮I 水胺硫磷 螺虫乙酯

四螨嗪 异丙威 螺环菌胺I噻虫胺 异丙隆 螺环菌胺II氰霜唑 醚菌酯 甲磺草胺

环莠隆 利谷隆 戊唑醇

霜脲氰 氯酚奴隆 虫酰肼

环唑醇I 双炔酰菌胺 吡螨胺

环唑醇II 苯噻草胺 丁噻隆

嘧菌环胺 嘧菌胺 氟苯脲

灭蝇胺 灭锈胺 双硫磷

甜菜安 硝磺草酮 特丁通

苄氯三唑醇 氰氟虫腙 去草净

百治磷 甲霜灵 氟醚唑

乙霉威 叶菌唑 噻菌灵

苯醚甲环唑 噻唑隆 噻虫啉

除虫脲 甲胺磷 噻虫嗪

乐果 灭虫威 噻苯隆

烯酰吗啉I 灭多威 禾草丹

烯酰吗啉II 盖草津 甲基托布津

醚菌胺 甲氧虫酰肼 三唑酮

烯唑醇 秀谷隆 三唑醇

呋虫胺 嗪草酮 敌百虫

二氧威 速灭磷I 三环唑

敌草隆 速灭磷II 肟菌酯

甲维盐 自克威 氟菌唑

氟环唑 久效磷 杀虫隆

乙环唑 绿谷隆 灭菌唑

乙硫苯威 腈菌唑 蚜灭多

乙虫腈 草不隆 苯酰菌胺

乙菌定 烯啶虫胺

甜菜呋 诺伐隆