基于氣相色譜串聯質譜檢測有機磷農藥的教學實驗設計

孫欣 李大鵬 林琎 喬聚林

摘? 要 有機磷殺蟲劑是目前最廣泛、最常見的農藥之一，對人類健康存在極大隱患。設計一個氣相色譜串聯質譜法分析有機磷農藥的教學實驗，通過優化色譜條件和定性定量分析，使學生更好地理解和掌握氣相色譜串聯質譜分析技術。

關鍵詞 氣相色譜串聯質譜;有機磷農藥;實驗教學;實驗儀器

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：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

有機磷農藥的分析檢測方法主要有氣相色譜法、氣質聯用、液質聯用等。國家標準對食品中有機磷農藥殘留的測定采用的是氣相色譜法[1]，但由于有機磷通常樣品中含量較低，農藥結構上存在相似性，且種類較多，因此難以分離和定性。隨著對有機磷農藥檢測水平要求的不斷提高，質譜（MS）作為高靈敏度的檢測手段，結合氣相色譜、液相色譜的聯用技術，應用日益廣泛。GC-MS兼具氣相的高分離能力和質譜的高靈敏度，非常適用于各類樣品中有機磷農藥的定性定量分析。

近幾年的研究多采用GC-MS和GC-MS/MS作為有機磷農藥的檢測方法，我國的一些行業也基于GC-MS建立了行業標準[2-4]。目前，GC-MS作為重要的檢測手段已經普遍應用于企業、第三方檢測、政府監管、科研機構、高校等部門。山東農業大學為培育出適應社會的應用型人才，將“氣相色譜串聯質譜檢測有機磷農藥”作為儀器分析課程綜合設計實驗教學內容，實驗教學方案參照各類標準及文獻，建立基礎的GC-MS教學方法。

2 實驗原理

樣品進入GC-MS/MS的進樣口被氣化，在色譜柱種分離，分離后進入質譜，經過離子源時被離子化成為離子混合物，由于產生的碎片離子或分子離子的質荷比（m/z）不同，在質量分析器中不同離子被分離，并且按照質荷比的大小依次到達檢測器并被記錄。GC-MS/MS技術融合了氣相色譜的高分離能力和串聯質譜的強結構鑒定能力，可以對樣品中的分子結構進行初步鑒定且靈敏度高，可以準確到化合物的相對分子質量、分子式和分子包含的官能團。

3 實驗方法

實驗儀器與試劑? 儀器選用島津GCMS-TQ8030氣相色譜串聯質譜儀（自動進樣器AOC-20i+s）。甲拌磷、樂果、二嗪農、乙拌磷、甲基毒死蜱、甲基對硫磷、甲基嘧啶磷、殺螟硫磷、倍硫磷、對硫磷、稻豐散、喹硫磷、三唑磷、伏殺硫磷、甲基谷硫磷是有機磷農藥代表。標準溶液配置：準確稱取15種有機磷農藥標準品各0.100 0 g，用丙酮配制成50 mg/L的混合儲備液，4 ℃冷藏。

氣相色譜—質譜條件? 色譜柱：Rtx-5ms（30 m×

0.25 mm×0.25 μm）。載氣：氦氣。進樣口溫度：280 ℃。升溫程序：初始溫度95 ℃，保持1.5 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。色譜柱流量：1 mL/min。進樣量：1 ?L。不分流進樣。

離子源EI。采用多反應監測（MRM）模式。離子源溫度：230 ℃。傳輸線溫度：230 ℃。碰撞氣：氬氣。溶劑延遲：

3.0 min。15種有機磷農藥的目標離子對和參考離子對等質譜參數及保留時間見圖1。

4 實驗結果與討論

程序升溫條件的優化? 本實驗根據目標物極性和沸點性質設置兩個程序升溫條件。

方案一：初始溫度120 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。15種有機磷農藥全掃出峰情況如圖2上圖所示，目標物出峰雖然較早，但峰寬較大，峰型不好，且甲基嘧啶磷、殺螟硫磷、倍硫磷、對硫磷四種農藥沒有完全分離。

方案二：初始溫度95 ℃，保持1.5 min，以10 ℃/min升至250 ℃，以15 ℃/min升至290 ℃保持5 min。如圖2下圖所示，在此升溫程序下15種有機磷農藥完全分離，峰寬窄，峰形尖銳，所以選擇該方案為程序升溫條件。

定性定量方法

1）全掃定性。首先使用Q3SCAN模式對標準溶液進行全掃，得到目標物色譜峰及其碎片離子（以甲拌磷為例），碎片離子如圖3上圖所示。通過與離子碎片庫比較，與甲拌磷的碎片離子（見圖3下圖）相似度達到96%，即認為該峰的目標物為甲拌磷。根據目標物的出峰時間確定甲拌磷等有機磷農藥的保留時間。

2）優化離子對和碰撞電壓。采用Q3SCAN模式對15種有機磷農藥標準溶液進樣全掃后，得到15種物質的特征一級質譜圖，根據豐度選擇一個質荷比較大的特征離子作母離子（一般為分子離子峰）。選定母離子后，編輯產物離子掃描條件，在4～30 eV不同的能量下將目標物的母離子打碎。根據得到的15種物質的特征二級質譜圖，得到最優電壓值及三個特征離子作為子離子;根據豐度得到三種離子標準豐度比，選擇豐度最大的離子為定量離子，其他兩個為參考離子。由得到的15種物質的電壓、離子對及其標準比例設置MRM掃描方法。用MRM方法分析進樣樣品，在相同保留時間段（允差5%）內三種離子比例與標準離子豐度比相似（缺省離子允差30%）即認為為目標物。

以甲拌磷為例，選擇m/z=260的離子為母離子，m/z=

75、m/z=231、m/z=47三個豐度較高的離子作為子離子。圖4為在MRM全掃模式下得到的MIC圖和質譜離子豐度圖，表2為實際樣品中三種離子豐度比與甲拌磷標準離子豐度比，離子允差在30%以內，所以判定該目標物為甲拌磷，可以用定量離子進行定量分析。使用外標法，以峰面積定量分析。

方法學驗證? 以各組分的峰面積Y對質量濃度X（?g/L）

繪制基質標準曲線，線性關系、相關系數、添加回收率等參數見表3。測定結果表明，15種標準品目標物在質量濃度范圍為20～400 ?g/kg時線性關系良好，相關系數均高于0.998 5。

5 結語

通過本次實驗，不僅讓學生了解儀器結構和學會儀器操作，更在實踐中理解儀器分析原理，掌握方法的優化及對數據結果的影響。結合理論知識，引導學生自主學習和思考，進一步掌握氣相色譜串聯質譜儀，作為基礎為今后的工作和學習打下基礎。

參考文獻

[1]GB/T 5009.20—2003 食品中有機磷農藥殘留量的測定[S].1985-05-16.

[2]SN/T 3768—2014 出口糧谷中多種有機磷農藥殘留量測定方法 氣相色譜—質譜法[S].2014-01-13.

[3]SN/T 0123—2010 進出口動物源食品中有機磷農藥殘留量檢測方法 氣相色譜—質譜法[S].2010-11-01.

[4]SN/T 0148—2011 進出口水果蔬菜中有機磷農藥殘留量檢測方法 氣相色譜和氣相色譜—質譜法[S].2011-02-25.