扇形紙噴霧離子化-小型便攜式質譜法現場快速篩查含植物提取物類化妝品中6種農藥殘留

摘要 含植物提取物類化妝品由于植物原料質量把控不嚴等原因，可能含有多菌靈等農藥殘留，危害消費者健康。開發快速檢測方法對監管產品質量、保障人體健康具有重要意義。本研究采用具有層析富集功能的扇形紙噴霧離子化手段結合小型便攜式質譜技術，建立了含植物提取物類化妝品中多菌靈和久效磷等6 種農藥殘留的快速篩查方法。經層析富集和紙噴霧離子化，在1 min 內即可完成樣品電離和小型便攜式質譜分析檢測。采用逐滴載樣的方式，與常規三角形紙基相比，扇形紙基在尖端有更好的層析富集效果，質譜信號提升了6～32 倍。本方法對多菌靈和久效磷等6 種農藥的檢出限為0.02～0.05 mg/kg，定量限為0.05～0.10 mg/kg，回收率在82.6%～101.8%之間，相對標準偏差為8.3%～16.5%。本方法便捷靈敏、快速高效，適用于含植物提取物類化妝品中農藥殘留的現場快速篩查。

關鍵詞 層析富集；扇形紙噴霧離子化；小型便攜式質譜；農藥殘留；現場快速篩查

隨著經濟社會發展和人們生活水平的提高，化妝品產業規模不斷壯大，市場上化妝品種類日益繁多，在滿足人們美妝需求的同時，也增加了未知健康風險和監控難度[1]。含植物提取物類化妝品在祛斑美白、防皺抗衰老等方面具有良好功效[2-3]。盡管含植物提取物類化妝品常宣稱“綠色無污染”或“天然無添加”，但由于植物原料質量把控不嚴等原因，可能導致終產品中含有多菌靈和久效磷等農藥殘留，從而危害人體健康[4]。目前，關于農藥殘留的分析檢測多采用液相色譜-串聯質譜法[5-7]或氣相色譜-串聯質譜法[8-10]。為進一步規范含植物提取物類化妝品中農藥殘留檢測，我國于2020 年發布實施了國家標準《含植物提取物類化妝品中55 種禁用農藥殘留量的測定》（GB/T 39665—2020）[11]，針對不同理化性質的55 種農藥殘留物質分別使用液相色譜-串聯質譜法（20 種）和氣相色譜-串聯質譜法（35 種）進行檢測。基于液相色譜-串聯質譜法優異的分離分析性能，研究人員在標準方法的基礎上，對樣品前處理和分離條件進一步優化改進，開發了含植物提取物化妝品中20 種農藥殘留的檢測方法[12]。色譜-質譜聯用法具有靈敏度高、穩定性好等優點，但通常需要復雜繁瑣的樣品前處理過程，增加了分析時間，并且溶劑消耗量大，無法滿足快速篩查和綠色分析的需求。

簡化樣品前處理步驟是提升分析方法效率和綠色化程度的關鍵。無需或者僅需簡單樣品前處理的原位電離技術是質譜分析領域新的研究熱點[13-15]。其中，紙噴霧離子化是一種便捷實用的原位電離技術[16-18]，可實現復雜基質樣品的直接電離分析，具有分析速度快和檢測成本低等特點。紙噴霧離子化技術與小型便攜式質譜聯用，已實現洗護用品和化妝品中危害物質的現場快速篩查[19-20]。紙噴霧離子化同時具有紙色譜分離和直接離子化兩種功能[16-18]，但紙色譜分離大多僅停留在機理研究階段，其實際應用鮮有報道。紙噴霧方法是基于電噴霧電離的原理，僅適用于分析國家標準中使用液相色譜-串聯質譜法測定的20 種農藥殘留。經查閱市場監督抽查資料，本研究從中選擇化妝品或其它樣品（食品等）中常被檢出的多菌靈和久效磷等6 種農藥作為檢測目標物，對紙噴霧離子化載樣方式和紙基形狀進行考察優化，通過逐滴載樣的方式，發展了一種具有紙色譜層析富集功能的扇形紙噴霧離子化方法，與小型便攜式質譜儀聯用，實現了含植物提取物類化妝品中多菌靈和久效磷等6 種農藥殘留的高靈敏現場快速篩查。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Mini β小型便攜式質譜儀（55 cm×24 cm×30 cm， 質量22 kg， 功率≤100 W，北京清譜科技有限公司），配有非連續大氣壓接口（DAPI）、線性離子阱質量分析器、MPU 1091 二級隔膜泵（美國KNF Neuberger公司）、HiPace 30 分子泵（美國Pfeiffer Vacuum 公司）和PmsClientPro 2.2.4.1 數據處理軟件，真空度可達1×10–5 Torr（1 Torr=133 Pa）；Milli-Q 超純水儀（美國Millipore 公司）；顯微相機（深圳中微科創科技有限公司）；Image J 圖像處理軟件（美國National Institutes of Health 開發）；Grade 3MM 型色譜紙（厚度0.34 mm， 美國Whatman 公司）；銅制微型鱷魚夾（美國Mueller 公司）。

多菌靈、丁苯嗎啉、精吡氟禾草靈、久效磷、撲滅津和克啉菌（純度≥99%，德國Dr. Ehrenstorfer公司）；蘇丹紅Ⅳ（純度95%，美國Sigma 公司）；甲醇（色譜純，美國Fisher 公司）。含洋甘菊、馬尾草、甘草和積雪草等提取物的爽膚水樣品10 個，以及含人參、當歸、金銀花等提取物的藥用功效精華液樣品10 個，均購自當地超市或電商平臺。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液的配制

準確稱取上述農藥標準品各0.010 g（精確至0.0001 g）， 用甲醇溶解并定容至100 mL， 配制成標準儲備溶液，于4 ℃保存，使用時根據需要稀釋成單獨或者混合標準工作溶液；稱取蘇丹紅Ⅳ標準品0.010 g（精確至0.001 g）， 用純水溶解并定容至100 mL， 制成帶色指示溶液。

1.2.2 基質加標樣品的配制

在經測定不含有上述6 種農藥的含洋甘菊提取物的爽膚水和含人參提取物的精華液樣品中添加一定濃度的待測農藥組分，分別配制成濃度為0.10、0.50 和5.00 mg/kg 的基質加標樣品。

1.2.3 扇形紙噴霧離子化方法

將Grade 3MM 型色譜紙剪成三角形紙基（底部寬0.5 cm、高0.75 cm、頂角30°）和扇形紙基（半徑0.75 cm 的圓形紙片分剪成頂角30°的扇形），將紙基通過銅制微型鱷魚夾連接至小型便攜式質譜儀的高壓電源。對于一次性傾注載樣，載樣時使用移液槍將100 μL 精華液和水劑等含植物提取物類化妝品樣品直接傾注在紙基上。對于逐滴載樣，載樣時使用注射器將100 μL 樣品逐滴滴加在紙基上，每次滴加的液滴體積約為20 μL，兩次滴加的時間間隔約為3 s，進行多次層析富集。隨后滴加20 μL 50%（V/V）甲醇溶液并施加電壓，形成噴霧離子化，并采用小型便攜式質譜分析檢測。

1.2.4 小型便攜式質譜分析

小型便攜式質譜在使用前以校準液對質量軸進行校準，質譜分析條件為：正電離模式，噴霧電壓3.5 kV， 紙基尖端距離DAPI 進樣口約1 cm， 一級全掃模式質量采集范圍m/z 100～800，單次采樣DAPI 進樣時間30 ms， 檢測器電壓4.5 kV， 每次進樣平行實驗6 次。

2 結果與討論

2.1 載樣方式、紙基形狀與層析富集效果

紙噴霧分析包含溶劑提取、待測物在紙基上層析（洗脫分離）以及尖端噴霧電離3 個過程。洗脫溶液的載樣方式極大影響紙基的色譜分離功能以及整體檢測性能[21-22]。有研究表明，在連續補充洗脫液的虹吸模式下，紙噴霧可實現甲基紫2B（1.5～2.0 min）和亞甲基藍（11.0～11.5 min）兩種染料的色譜分離。然而，在一次性施加足量洗脫液的傾注模式下，兩種物質未能實現分離[23]。這是由于一次性傾注足量的洗脫溶液會導致洗脫液流速太快，洗脫液與紙基吸附的化合物作用時間太短，導致分離效果欠佳。因此，推測采用逐滴載樣的方式，溶劑在紙基尖端蒸發較快，在紙基毛細管虹吸作用下，溶液中化合物會向尖端進行層析，從而實現在尖端的層析富集效果。

本研究對一次性傾注和逐滴滴加的載樣方式以及三角形和扇形的紙基形狀進行了對比考察，經顯微相機拍攝，蘇丹紅Ⅳ染料溶液在紙基尖端的層析富集情況如圖1 所示。移液器一次性傾注的載樣方式會使樣品迅速鋪滿紙基，樣品與紙基的相互作用時間極短，在紙基尖端并無層析富集效果（圖1A）。對于逐滴滴加的載樣方式，采用傳統的三角形紙基時，由于3 個尖端的溶劑揮發速度較快，染料溶液向三角形紙基的3 個尖端均有層析（圖1B）。由于底部的兩個尖端位置的待測物不能進入小型便攜式質譜儀進行檢測，因此會造成待測物損失。為降低底部尖端層析富集效應，采用扇形紙基進行逐滴載樣，相較于尖端位置，紙基底部保持潤濕狀態，在逐滴載樣過程中，可觀察到染料僅向噴霧尖端方向進行層析，最終高效富集在扇形紙基的尖端（圖1C）。為進一步量化不同載樣方式和紙基形狀對樣品在紙基上層析擴散的影響，本研究采用Image J 軟件對蘇丹紅Ⅳ染料層析富集后的紙基尖端進行了色度分析（圖2），結果表明，扇形紙基上逐滴滴加的載樣方式可獲得染料在噴霧尖端的最佳富集效果。

2.2 小型便攜式質譜分析結果

不同于常規連續采樣的質譜儀接口，本研究采用的小型便攜式質譜儀配備的是DAPI，紙噴霧產生的待測物離子只在DAPI 開啟的瞬間（30 ms）進入質譜系統內。因此，在紙基尖端實現待測物的層析富集和一次性噴霧電離，對有效捕捉離子信號、提高檢測靈敏度尤為重要。

比較了不同載樣方式和紙基形狀對小型便攜式質譜信號強度的影響。采用含有0.5 mg/kg 多菌靈的洋甘菊提取物爽膚水作為基質加標樣品進行考察，不同載樣方式及紙基形狀得到的一級質譜圖如圖3 所示，不同實驗條件下的質譜圖均可在m/z 192 處觀察到[M+H]+質譜峰。由三角形紙基上以移液器傾注載樣方式得到的質譜圖（圖3A）可見，紙基未實現良好的層析富集效果，基質效應較大，導致目標物分離和電離效果較差。由三角形紙基上逐滴滴加載樣方式得到的質譜圖（圖3B）可見，質譜峰檢測效果有顯著改善，但仍存在明顯的基質干擾。在扇形紙基上逐滴滴加載樣方式得到的質譜圖（圖3C）中，質譜信號強度進一步提高，并且背景噪音明顯降低，表明在扇形紙基上通過逐滴滴加的載樣方式可以實現待測物在尖端的層析富集，可有效提高紙噴霧-非連續大氣壓接口-小型便攜式質譜的分析性能。6 種農藥的質譜分析參數見表1，二級質譜圖見圖4。

通過逐滴滴加的載樣方式，在不同濃度下6 種農藥通過扇形紙噴霧離子化和三角形紙噴霧離子化得到的定量離子質譜信號強度比見圖5。結果表明，隨著目標物濃度降低，扇形紙基的層析富集效果更加明顯，在0.02 mg/kg 濃度下， 6 種農藥的質譜信號提升了6～32 倍。

2.3 方法學考察

配制不同濃度的混合標準溶液進樣分析，以質量濃度為橫坐標（x）、定量離子質譜信號強度為縱坐標（y）進行線性回歸分析，得到6 種農藥的線性方程和線性相關系數（r）。6 種農藥在各自線性范圍內線性關系良好， r 均大于0.98。分別以3 倍和10 倍信噪比確定方法的檢出限和定量限， 6 種農藥的檢出限為0.02～0.05 mg/kg， 定量限為0.05～0.10 mg/kg， 方法學考察結果見表2。

在經測定不含有上述6 種農藥的含洋甘菊提取物的爽膚水和含人參提取物的精華液樣品中分別加入適量待測物，制成濃度為0.10、0.50 和5.00 mg/kg 的基質加標樣品進行檢測，結果如表3 所示。6 種農藥的平均回收率（n=6）在82.6%～101.8%之間， 6 次重復測定的相對標準偏差為8.3%～16.5%。

從分析方法、分析物、樣品基質、檢出限、定量限以及分析時長等方面，將建立的扇形紙噴霧離子化-小型便攜式質譜現場快速篩查方法與相關文獻方法進行了比較，結果見表4。與傳統液相色譜-質譜聯用技術[12]或者氣相色譜-質譜聯用技術[24]相比，本方法免去了渦旋、超聲和過濾等前處理步驟，分析時長從58 和100 min 減少至1 min，同時節省了溶劑用量，更符合綠色分析化學的發展要求。盡管個別物質的檢測靈敏度與傳統色譜-質譜聯用方法相比仍有差距，但整體已經可以滿足實際檢測的需求。此外，與常規紙噴霧-臺式質譜法[25-27]相比，本方法采用小型便攜式質譜儀進行分析檢測，盡管質量分析器和真空系統的小型化對檢測性能造成了一定的影響，但扇形紙噴霧的層析富集功能可進一步提高紙噴霧的離子化效率，對復雜基質中農藥檢測的靈敏度與大型臺式質譜儀相近。綜上所述，基于層析富集扇形紙噴霧結合小型便攜式質譜建立的含植物提取物類化妝品中6 種農藥的現場快速檢測方法，在分析速度和溶劑用量方面較傳統方法具有顯著優勢，同時在檢測靈敏度方面達到了與傳統方法相近的水平，更符合現代分析化學高效和綠色的發展趨勢。

2.4 實際樣品分析

應用本研究建立的篩查方法，對10 個含洋甘菊、馬尾草、甘草、積雪草等提取物的爽膚水樣品，以及10 個含人參、當歸、金銀花等提取物的藥用功效精華液樣品進行篩查檢測，結果表明，所測樣品均未檢出上述6 種農藥。

3 結論

考察了不同載樣方式（傾注載樣與逐滴滴加載樣）以及不同紙基形狀（三角形和扇形）條件下待測物在紙基上的層析情況，證明逐滴滴加載樣在扇形紙基上有更好的層析富集效果?；诖?，建立了對含植物提取物類化妝品中6 種農藥殘留的扇形紙噴霧離子化-小型便攜式質譜現場快速篩查方法，樣品無需前處理步驟，可在1 min 內完成分析檢測。本方法快速、靈敏、準確，適用于含植物提取物類化妝品中農藥殘留的現場快速篩查。

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