使用QuPPe方法结合串联质谱的离子色谱技术测定植物性和动物性食品中的多种阳离子农药

《Journal of Chromatography A》：Determination of several cationic pesticides in food of plant and animal origin using the QuPPe method and ion chromatography with tandem mass spectrometry

　　农药残留检测多方法开发及优化。采用QuPPe提取结合离子色谱-质谱联用技术（IC-MS/MS），开发了同时分析16种带电农药（如氯甲柱、灭草柱、草甘膦等）的方法。通过比较CS17和CS21两种离子交换柱，发现CS17适用范围更广（检测15种），而CS21对草甘膦双体系建设分离效果更佳。优化了乙腈/甲醇等有机溶剂的柱后补充条件，显著提升信号强度。验证显示在植物和动物源性食品中，回收率70-120%，相对标准偏差<20%。证实IC-MS/MS技术能有效应对复杂基质，特别适用于带电农药的多残留分析。

　　本研究旨在探讨离子色谱-串联质谱（IC-MS/MS）在检测16种阳离子农药及其代谢物方面的适用性，并与传统的液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）方法进行对比。这些农药包括氯化胆碱、甲哌??、二甲基醌（DQ）、对醌（PQ）和尼古丁等。这些化合物具有较高的水溶性，且在低pH条件下会形成阳离子，这使得它们特别适合采用IC技术进行分析。通过将IC与MS/MS连接，可以实现更高的灵敏度，同时确保检测过程的安全性。在方法开发过程中，评估了两种不同的阳离子交换柱（CS17和CS21），并探讨了不同有机溶剂（如乙腈和甲醇）在色谱柱出口与质谱源入口之间的加入对信号增强的影响。研究发现，乙腈在整体信号增强方面表现最佳。此外，还测试了不同基质对方法的影响，发现矩阵效应在大多数情况下相对较小（通常在±20%以内），相较于其他色谱方法更为可控。

### 方法背景与意义

在欧洲，氯化胆碱和甲哌??已被批准作为生长调节剂用于谷物的种植，以控制植株高度。然而，尼古丁、二甲基醌和对醌目前尚未获得批准。尽管如此，这些化合物仍可能在欧盟以外的国家用于作物干燥，随后可能通过进口进入欧盟市场。因此，建立一种可靠、稳定的检测方法对于保障食品安全和符合相关法规至关重要。特别是，这些化合物的毒理学风险较高，其每日可接受摄入量（ADI）分别为0.0008、0.002和0.0045 mg/kg体重/天。因此，确保这些化合物在食品中的残留检测准确性和灵敏度是食品行业和监管机构的共同责任。

### 实验设计与实施

在实验中，使用了“快速极性农药”（QuPPe）提取方法，该方法通过酸化甲醇（1%的甲酸）进行提取，并结合同位素标记的内标物（IL-IS）以提高检测的准确性。根据样品类型，取5克或10克的基质均质物，放入50毫升离心管中，用去离子水调整体积至10毫升，再加入10毫升的提取溶剂。随后，进行机械震荡、冷冻和离心处理，最后通过注射器过滤器进行过滤。对于富含蛋白质和脂质的样品（如芝麻和牛奶），采用了分散固相萃取（dSPE）和甲醇稀释的方法以去除干扰物质。

在IC-MS/MS的设置中，使用了Dionex Integrion HPIC仪器，其连接到AB Sciex QTrap 5500质谱仪。为了提高电喷雾电离（ESI）源的离子化效率，通过T接头和外部泵在色谱柱出口处加入有机溶剂。测试了不同流速（0.1至0.8 mL/min）对信号强度的影响，并发现乙腈在大多数情况下优于甲醇。此外，还测试了不同有机溶剂（如甲醇、乙腈和丙酮）的加入对信号的影响，发现丙酮的加入通常导致信号强度下降，因此未进一步研究。

### 柱子性能对比

在对两种阳离子交换柱（CS17和CS21）的性能比较中发现，CS17柱在大多数情况下表现良好，尤其在检测氯化胆碱、甲哌??、二甲基醌和对醌时。CS21柱则在分离二甲基醌和对醌方面表现出优势，尤其是在检测这些化合物时，其分离效果明显优于CS17柱。然而，CS21柱在处理一些大分子（如马钱子碱、氧化马钱子碱和马钱子碱-N-脱甲基）时表现出较差的峰形和较低的灵敏度，这限制了其在这些化合物检测中的应用。因此，CS17柱更适合于广泛范围的QuPPe分析，而CS21柱则推荐用于重点检测二甲基醌和对醌。

### 矩阵效应分析

矩阵效应是ESI-MS中常见的现象，可能影响检测的准确性。在本研究中，通过比较标准物质在纯溶剂和基质提取物中的信号强度，评估了矩阵效应的程度。结果显示，大多数化合物的矩阵效应在±20%范围内，表明IC-MS/MS方法具有较好的基质适应性。然而，对于某些化合物（如三甲基锍），在芝麻、红莓和牛奶基质中出现了显著的信号抑制，因此需要使用同位素标记的内标物进行校正。通过使用5倍稀释的QuPPe提取物，可以有效降低矩阵效应，从而提高检测的准确性。

### 方法验证

为了确保方法的可靠性，对CS17和CS21柱进行了验证，分别在红莓和牛奶基质中检测了16种化合物。验证结果表明，大多数化合物的回收率在70%至120%之间，相对标准偏差（RSD）小于20%，符合欧洲指导文件SANTE/11312/2021 v2的标准。对于某些化合物（如尼古丁和马钱子碱），在较低的加标水平下回收率不足，因此需要进行回收率校正。此外，对于二甲基醌和对醌的检测，仅在CS21柱上进行，以确保其分离效果。通过使用基质匹配校准和同位素标记的内标物，可以进一步提高检测的准确性。

### 实际应用与效果

最终，该方法被应用于分析103个实际样品，包括47个水果、47个蔬菜、5个谷物和4个坚果。检测结果显示，甲哌??和尼古丁被检测出的频率最高（各9个样品），其次是三甲基锍（8个样品）和三聚氰胺（6个样品）。其他检测出的化合物包括氯化胆碱、环嗪酮及其代谢物。在所有检测样品中，峰形的保留时间偏差均小于0.1分钟，符合SANTE文件中对检测结果的精度要求。这表明，该方法在实际应用中具有较高的可靠性和准确性。

### 结论

综上所述，IC-MS/MS方法在检测永久阳离子和条件阳离子农药及其代谢物方面表现出良好的性能。该方法通常能提供清晰的峰形、高灵敏度和适度的矩阵效应，这在色谱行为研究和最低成功验证水平的测试中得到了验证。虽然CS21柱在某些化合物的检测中表现不佳，但其在分离二甲基醌和对醌方面具有明显优势，因此推荐用于这些化合物的筛查。相比之下，基于HILIC的LC-MS/MS方法在覆盖更多分析物方面更为灵活，但IC方法在适合的化合物检测中通常表现更优。通过本研究，建立了适用于食品中多种阳离子农药及其代谢物的IC-MS/MS检测方法，为食品安全检测提供了新的工具和思路。