DART-MS在有機磷農藥的毒理學研究與風險評估

張瑛 等

楊士云? 喬靜? 張文芳

摘要：隨著原位電離技術的不斷進步，實時直接分析（DART）已經成為當今最受歡迎的分析方法之一，它不僅可以用于質譜，還可以用于法庭科學、食品安全、毒品藥物、爆炸物檢測和藥物分析等多個領域，取得了顯著的成果。現如今我國對于農藥檢測的技術已經形成了較為成熟的體系，但經過研究表明使用原位電離質譜聯用技術能夠進一步優化檢測工作，可以在有效地拓寬檢測的范圍程度的同時，減少檢測所消耗的時間。本文旨在深入探討質譜（DART-MS）技術的工作原理、檢測要求、優化方案以及在有機磷農藥的實際應用中的效果，并且對其可能帶來的風險進行了全面的評估，并提出了一系列有效的解決方案，以期為相關部門提供參考。

關鍵詞：DART-MS；有機磷農藥；毒理學研究；風險評估

隨著現代農業技術的不斷創新與發展，農業中對于化學農藥的使用也逐漸增多，為了保證人們的安全以及對農藥的毒理的檢測和研究，實時直接分析質譜的出現對于以上工作具有重要應用意義。以往傳統的農藥檢測方式在進行檢測前需要引入一系列的色譜或氣相色譜等步驟，在一定程度上浪費了時間以及人力，且檢測結果往往會出現與樣品的誤差與損壞[1-2]。而隨著質譜技術的不斷發展以及質-譜成像和數據分析功能的不斷完善與提高，為現階段有機磷農藥的檢測以及毒理學研究方面提供了更為有效和精準的檢測方式[3]。因此，實時直接分析質譜技術有機磷農藥的毒理學研究中起到至關重要的作用。

1 DART的工作原理

DART屬于一種快速且避免對樣品造成破壞性的分析方法，該方法能夠將樣品直接通過離子化的方式轉化為帶電的分子與離子，而后經過對質量與串聯質譜的分析與研究后，對樣品中的物質進行定量以及定性研究。實時直接分析質譜方式的優點較為明顯，其中最關鍵的優勢則是檢測速度快，從分子離子檢測到輸出結果所需要的時間只需要幾秒鐘就可以完成，相較于傳統檢測方式更加便捷[4]。除此之外DART也不需要在檢測之前對檢測樣品進行提前提取，能夠有效地保護樣品完整度，保證樣品不受損傷而導致出現誤差，提高實驗的整體效率。與此同時對于低濃度的化合物也能夠及時地進行檢測，具有極高的靈敏度，對樣品中存在的大量化合物均能夠進行檢出[5]。

DART一般情況下屬于一種復合型的解吸附/粒子化電離模型，其電離原理根據不同類型的試驗要求會存在各種情況的差異[6]。常溫常壓質譜可以利用各種形式的電能來形成初級粒子，例如電場、熱、光等都能夠為常溫常壓質譜提供各種程度的電能，而后完成基質中能源與電荷之間的傳導工作，根據對各種待檢測物質的各種基本物理特性，對能源與電荷做出不同程度的選擇性作用，由此進一步導致復雜基質樣本中待檢測物質的電離情況[7-8]。電噴霧電離、電暈放電、輝光放電以及等離子體等各種類型的電場均屬于為常溫常壓分離技術提供電能的形式。由于輝光放電反應形成的電子激發態的He原子或振蕩激發態的N2分子可以作為DART電離化技術的電離化試劑來使用，也可以稱為“初級分離”。根據相關研究資料表明，電離化試劑與氣態、液態或是固態試樣在接觸時則會形成電離化過程[9]。而現階段的電離化機制尚不能做到完全的明確，由于不同因素的影響會導致各種機制之間出現競爭的關系，而處于陽電離方式下則極易出現質子遷移、彭寧電離化以及電荷遷移等化學反應。

2 有機磷農藥中毒機制以及有機磷農藥殘留現狀

2.1 有機磷農藥中毒機制

有機磷農藥的主要成分是一種含碳和磷酸衍生物的有機磷化合物。主要是通過皮膚、消化道和呼吸道吸收后與乙酰膽堿酯酶進行結合而形成的乙酰膽堿酯酶-有機磷化合物，使該酶失去功能[10]。而乙酰膽堿酯酶負責將神經遞質乙酰膽堿水解為乙酸和膽堿，當乙酰膽堿酯酶功能被抑制時，可導致神經遞質乙酰膽堿在神經突觸和神經肌肉接頭處過量蓄積[11]。神經遞質乙酰膽堿過量可累及自主神經系統、神經肌肉接頭以及中樞神經系統，導致一系列的副交感神經過度興奮，出現心動過緩、出汗、瞳孔縮小、腹痛、腹瀉甚至是肺水腫、昏迷以及死亡等現象出現[12]。另一方面，由于含有有害物質，例如苯和二甲苯，這些化合物可能會損害人類的身心健康，導致中毒。

2.2 農藥殘留現狀

隨著科技發展以及時代進步，有機磷農藥在農業中起著關鍵作用，在一定程度上決定著農業生產的產量。有機磷農藥等在農業生產中的使用能夠對害蟲進行防治與消除，還能夠在一定程度上對農作物的產量進行提高，對人民的生活起到一定的改善作用。但農藥的大規模使用也在不同程度上存在一定的弊端，不僅僅會對生態環境造成污染，還會對生物鏈的平衡進行影響，有機磷農藥的殘留容易在食物中積蓄，對人體健康造成危害[13]。如若長期食用含有低劑量農藥超標的水果會導致器官病變等情況發生。而通常情況下農藥殘留是指在使用農藥后的一段時間，農藥在空氣、土壤、水質以及作物中殘存的農藥以及過程中產生的產物總和。而現階段人們對于食品安全問題的意識正在不斷提高，對食品安全的關注也越來越高。根據研究表明，盡管我國的飲食中可以檢測到387種和5450項的農藥殘余，但這些項目的種類和數量都遠遠超出了發達國家[14]。此外，盡管這些農藥的污染程度并不高，但它們卻可能給嬰兒和老年人帶來潛在的健康風險。

3 DART-MS在有機磷農藥毒理學的實際應用

3.1 國外DART-MS在有機磷農藥毒理學的應用

DART-MS技術被廣泛用于農業領域，它可以通過利用DART離子源和飛行時間質譜儀來快速、準確地識別出殺菌劑嘧菌酯和其他殺菌劑，而且由于它的優勢，它可以免除樣本提前處理的麻煩，而且可以完全沒收，因此，它正受到越來越多學者的青睞，并且正逐漸演變為當今最受歡迎的科學方法。當采用He氣作為電離介質，咪鮮胺作為內標物，并且利用高靜電場軌道阱和DART離子源，可以從6-1200μ g/kg

的濃度范圍，獲得最優的線性系數，且該方法的準確度達到0.99，且可以準確地反映蘋果、獼猴桃等果蔬的組成，從而實現對它們的快速、準確地檢測和分析。此外，該方法可以應用于各種不同的電離模式，如正離子和負離子，可以準確地反映各種化學類型的殺蟲劑的存在情況，從而獲得更加全面的研究報告。且效果明顯。我們的研究表明，采用實時直接分離技術和傅里葉變換紅外光譜技術，我們可以探測到吡啶（IMD）在室內的光化學反應[15-16]。這些探測方法可能會揭示出IMD-UR、DN—IMD和N2O0等化學成分。經過深入的調查，我們發現，當IMD被暴露在外界條件下，它的含量將顯著上升，而其暴露的最長期限可達16 h。除此之外，水果中的二硫代氨基甲酸酯類殺菌劑的效果也能夠通過原位電離與質譜串聯進行快速的檢測，實驗分別對DART離子源和解吸附電噴霧離子源結合質譜法對待檢測物中二硫代氨基甲酸酯的檢出效果進行考察，結果表明，解吸附電噴霧離子源只能夠對福美雙進行提取，且檢出限為0.1 mg/L，無法對其他的二硫代氨基甲酸酯進行檢出。而通過使用DART-MS則能夠對福美雙以及福美鋅同時做出檢測。使用DART-MS技術，可以準確地測定果蔬的農藥殘留，其中，馬拉硫磷、甲胺磷、抑霉唑和樂果的含量均比美國環保局規定的10～100倍更加安全可靠。通過結合DART離子源和高分辨質譜（HRMS），我們可以快速、精準地識別出芹菜、生菜等作物中的7種極性農藥[17]。這種技術的應用，為我們提供了一種更加有效的方法來評估這些作物的毒素含量。相對標準的偏差也較少。

3.2 國內DART-MS在有機磷農藥毒理學的應用

經過實驗研究表明，對臍橙表面上的不明殺菌劑利用DART-MS加以檢測，利用氦氣當作電離化試劑，在正離子模式、350℃的條件對臍橙果皮表層的化學物質加以電離化，僅僅花費不到1s的時候就將質譜信息予以檢出，通過對譜圖的研究與文獻特點和離子加以比較后結果推測出化合物為抑霉唑，隨后與GC-MS加以驗證，得出的結果為果蔬表面上的農藥殘留檢測提供了新的技巧。通過利用DART信息技術對食品中的唑類和有機磷類殺蟲劑加以篩查鑒別，首先構建唑類殺蟲劑和有機磷類殺蟲劑的共性特點子電離和中度損失庫及其輔助定性子電離和中度損失庫。通過DART—MS技術迅速獲得待測物的母電離、子電離信息，并將獲得的母電離和子電離相對誤差獲得中性丟失，再將獲得的數據分析與丟失庫中的數據分析加以比對，準確鑒定出腈菌唑和9種有機磷農藥。經DART-MS技術的改良，氟蟲腈、甲拌磷、敵敵畏和呋喃丹4種農藥的電離源工作溫度均達到200℃，柵極電流達到250 V，質譜碎片器的電流也達到200 V，氟蟲腈采取負離子模型，而其余3種農藥則是正離子模型，并且利用同位素技術來實現定量分析，而且相比傳統方法，它們的標準偏差在2.3%～15%，這給DART-MS技術在識別摻有有毒物質的假冒偽劣農藥方面帶來了一種全新的解決方案。通過使用DART電離源和三重四極桿的組合，我們可以快速、準確地檢出紅酒中的農藥和污染物，并且能夠快速、準確地實現對葡萄酒的監控。我們使用這種方法，可以快速、準確地監測到紅酒中的50種殺蟲劑、12種抗腐劑、抗氧化劑、甜味劑和偶氮染料摻假劑。我們的實驗設備的靈敏度和準確性均達到10～250 rig/mL，并且能夠快速和準確地確定葡萄酒的污染程度[18]。通過使用這種新的技術，我們能夠迅速地打擊紅酒中的摻假行為。將DART與三重四極桿質譜聯用對紅酒和白酒中的31種農藥進行檢測，所有化合物在3 min內檢出，比TOFmS的檢測速度提高了2倍。使用軌道離子阱高分辨質譜與DART離子源聯用快速測定木質食品接觸材料中4種擬除蟲菊酯防腐劑的方法，4種分析物的線性關系良好，且檢出限位0.04～0.20 mg/kg，定量限為0.10～0.50 mg/kg，平均回收率為72.1％～82.7％，RSD為5.2％～12％。

4 DART-MS在有機磷農藥毒理學方面的作用

DART-MS能夠在快速的時間內將氣體、液體、固體以及材料表面的化合物進行無損傷的定量分析，通過對DART的氣流溫度進行操控還可以對表面的分子進行差異化解析以及離子化。為此在有機磷農藥毒理學中起到關鍵作用，例如對水果、蔬菜、肉類以及農作物方面表面有機磷農藥進行無接觸、無損耗的檢測。除此之外殺蟲劑在人們日常生活中也容易出現在水果蔬菜的表面上，其中殘留的毒素對人體會造成嚴重危害，因此DART-MS在鑒別農業化學品中的高危殺蟲劑中得到應用。由于其具有原位電離不破壞檢材的優勢，對于GHB、阿普唑侖、可待因、氫可酮、異可待因、偽可待因以及尼奧平等有毒物質也能夠應用DART-MS進行檢測，因此在毒理學中對于有毒物質的分析方面應用也越來越廣泛[19-20]。

5 風險評估

在DART-MS得到廣泛應用的同時，其自身也存在一定的局限性，其中包括立體化學方面的區分能力較低，對操作條件的要求較高，重復性相對較低，需要有專業技術水平較高的人員進行操作。除此之外還會存在離子源產生的記憶效應以及對環境的污染問題。在價格方面相較于以往的分析儀器更加昂貴，因此可以與其他的分析方法進行結合，能夠發揮更大作用。

6 結論

DART-MS是一種先進的、有效的、靈敏的分析儀器，它能夠有效地檢查出農作物和水果上的有害化學成分，并且其準確性和靈敏度都得到了大幅提升。此外，它還能夠有效地避免對樣品的損傷，從而更好地滿足當今科學家們的要求，從而推動了分析儀器的不斷改善。當前，DART-MS方法已經開始被廣泛地運用到農藥檢測應用領域，但是，針對有機磷殺蟲劑的殘留量，它的方法還有待提高和完善。

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作者簡介：張瑛（1983—），女，副高級，碩士研究生，主要從事毒物毒品檢驗鑒定、體內外代謝研究、采用原位電離質譜聯用技術快速篩查毒物毒品方面的研究。