气质联用仪GC/MS分析含色素食品中的农药

本应用简报介绍了使用气相色谱/三重四极杆质谱 (GC/TQ) 并以氢气为载气进行农药分析，同时保持灵敏度以满足最大残留量 (MRLs) 要求的关键策略。本研究涉及的关键内容包括推荐的色谱柱配置、优化的进样条件以及选择合适的针对氢气载气开发的质谱仪 (MS) 电子轰击电离 (EI) 离子源硬件。20 m × 20 m (0.18 mm × 0.18 µm)Agilent HP-5ms UI 柱中反吹配置可保持与使用氦气时相同的保留时间，从而节省与方法转换相关的时间。在理想条件下，以氢气为载气得到的色谱分离度优于使用氦气时的分离度。优化的进样条件包括溶剂放空模式、2 mm 浅凹坑衬管以及使用分析物保护剂。与使用氦气为载气的进样条件相比，当使用氢气为载气以及优化后的条件时，分析物的响应平均增强至原来的 10 倍。Agilent Hydro 惰性离子源和安捷伦高效离子源 (HES) 在使用氢气和氦气时得到了几乎相同的谱图，因此可以使用与氦气载气条件下相同的多反应监测 (MRM) 离子对和碰撞能量。可以使用相同的 MRMs、碰撞能量和保留时间，大大简化了从氦气到氢气的转换。

对于含色素菠菜基质中的 203 种目标农药（浓度不超过默认的 MRL 10 ppb），使用开发的方法并通过 Hydro 惰性离子源和 HES 离子源可以定量分析其中超过 90% 的农药。部分化合物易与氢气发生反应，为使用氢气进行分析带来了巨大的挑战，这些化合物的方法检出限 (MDLs) 在亚 ppb 范围内，而 HES 能够实现更高的灵敏度和更低的 MDLs。在宽浓度范围内证明了校准性能，满足 SANTE/11312/2021 指南要求。在 203 种目标分析物中，超过 94% 的分析物相对标准误差(RSE) 低于 20%。即使是最容易与氢气反应的化合物（如四氯硝基苯），也可以使用 Hydro 惰性离子源和 HES 离子源分别在 0.5–5000 ppb 和 0.1–1000 ppb 范围内实现准确定量。最后，证明了同步动态 MRM 和全扫描数据采集模式可准确定量并可靠鉴定化合物。根据使用氢气载气的 Agilent 8890/7000E和 Agilent 8890/7010C GC/TQ 系统的谱图匹配结果实现化合物鉴定。

前言近年来，由于氦气频繁短缺和价格上涨，使用氢气作为载气进行 GC/MS 分析的需求急剧增加。虽然氦气是 GC/MS 的理想载气，但氢气已成为一种可行的替代载气。如果采取适当的措施进行方法转换，氢气将为色谱分析带来更多优势[1,2]。此外，氢气是实验室实现可持续性运营的一种可再生且经济有效的替代气体。然而，与氦气不同的是，氢气并非一种化学惰性气体。这引起了研究人员的担忧，因为氢气可能与目标分析物、基质成分或溶剂反应，从而导致化合物降解、峰拖尾等色谱问题、质谱图中的离子比失真、谱库匹配度降低以及灵敏度降低。因此，从氦气转换为氢气载气时应谨慎。《EI GC/MS仪器载气由氦气转换为氢气的指南》[1] 提供了载气由氦气转换为氢气的方法的详细说明。该用户指南概述了成功转换为氢气载气时的安全注意事项和程序。自推出 Hydro 惰性离子源以来，氢气载气已成功应用于多种应用。这些应用包括半挥发性有机化合物的 GC/MS[3] 和GC/MS/MS[4] 分析，环境样品中挥发性有机化合物[5] 和多环芳烃 (PAHs) 的 GC/MS[6] 和 GC/MS/MS[7] 分析，婴儿配方奶粉中 PAHs 的 GC/MS[8] 分析，香精与香料的 GC/MS 分析[9] 以及EPA TO-15 分析[10]。由于许多农药的多样性和不稳定性及其基质的复杂性，即使以氦气为载气，农药分析也面临着一系列的挑战。之前的出版物已经介绍了使用氦气载气时的农药样品前处理和 GC/MS/MS 分析的最佳实践[11]。本应用简报主要介绍了使用氢气载气分析农药，同时提供不受影响的高质量结果的关键策略

使用氢气时，实现成功的食品农药分析涉及： 

– 有效的样品萃取和基质净化，例如在 QuEChERS 萃取后进行 Agilent Captiva 增强型基质去除 (EMR) 通过式净化– 溶剂放空进样模式，通过 2 mm 浅凹坑衬管和程序升温多模式进样口 (MMI) 实现– 使用分析物保护剂– 具有与氦气法相同相比例的迷你孔径色谱柱 (20 m × 20 m,0.18 mm × 0.18 µm)– 柱中反吹– 方法转换和保留时间锁定技术– 降低或消除了氢气反应性的 EI 离子源本研究的创新性在于评估了多种 EI 离子源在使用氢气载气时对农药的分析性能，包括标准 Inert Plus Extractor EI 离子源、Hydro 惰性离子源和 HES 离子源。Agilent 8890/7000E 和Agilent 8890/7010C 气相色谱/三重四极杆质谱 (GC/TQ) 系统在使用氢气载气时均能很好地满足分析需求。

将所得方法用于分析菠菜 QuEChERS 提取物中 203 种适合GC 分析的农药，以证明方法的灵敏度。获得的灵敏度足以在MRLs 水平定量分析农药。在高达 4 个数量级的浓度范围内证明了校准性能，同时满足 SANTE 11312/2021 指南要求[12]。使用同步动态多反应监测 (dMRM) 和扫描（dMRM/扫描）数据采集模式，通过谱图解卷积和谱库搜索进行化合物筛查，同时使用 dMRM 数据进行准确定量。Hydro 惰性离子源和 HES离子源能够减少/消除源内氢气反应，显著改善了谱库匹配得分，从而优化了非目标化合物的定性确认。

实验部分GC/TQ 分析使用 8890/7000E 和 8890/7010C GC/TQ 系统（图 1A）并进行配置，可在氢气载气条件下获得理想性能。该气相色谱系统配备 Agilent 7693A 自动液体进样器 (ALS) 和 150 位样品盘，一个在溶剂放空模式下运行的 MMI，由安装在两根相同的20 m 色谱柱 (0.18 mm × 0.18 µm) 之间的安捷伦吹扫 Ultimate接头 (PUU) 提供的柱中反吹功能，以及 8890 GC 气路反吹模块 (PSD)（图 1B）。可以使用 40 m 色谱柱替代 2 根 20 m 色谱柱，但不具备反吹功能。使用 7000E GC/TQ 对多种 EI 离子源配置进行了评估，包括可选的 3 mm 和 6 mm 透镜。当使用默认配置 9 mm 透镜的 Hydro 惰性离子源时，7000EGC/TQ 的性能最佳。当使用氢气载气和标准 HES 时，7010CGC/TQ 具有出色的性能。按照《氦气转换为氢气的指南》[1] 中所述的最佳实践将 GC/TQ 的载气从氦气转换为氢气，确保实现安全、成功的载气转换。表 1 列出了仪器操作参数。方法转换软件使用户能够将当前的气相色谱方法移植到另一种气相色谱柱配置和/或载气条件下，同时确保相对保留顺序维持不变，即峰的洗脱顺序相同[13,14]。该软件可从安捷伦气相色谱计算器和方法转换软件页面的可下载气相色谱工具中获取[15]。本研究使用方法转换技术确定了 20 m × 20 m 色谱柱的近似氢气载气流速。使用该方法转换技术获得了与使用常规 15 m × 15 m 方法和氦气载气时几乎相同的保留时间，即速度增益为 1。色谱柱 1 和 2 的流速分别为 1 mL/min和 1.2 mL/min。然后，将甲基毒死蜱的保留时间锁定至9.143 min，使氢气条件下获得的保留时间与其他应用简报[11]和 GC/MS/MS 农药残留分析参考指南中所述的常规 20 min 氦气方法获得的保留时间精确匹配[16]。选择甲基毒死蜱作为保留时间锁定化合物的原因在于，它通常不存在分析上的问题，并且在农药色谱分析范围的中间区域洗脱，而且通常作为过程控制化合物用于农药数据项目实验室中涉及的适合 GC 分析的农药[16]。保留时间锁定技术可使新色谱柱或仪器获得的保留时间与数据库（包括本研究中使用的 MRM 数据库）或现有方法提供的保留时间精确匹配，以便轻松地在全球范围内将方法从一台安捷伦 GC/MS 或 GC/MS/MS仪器转移至另一台仪器。

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结果与讨论使用氢气提高色谱分离度同时维持保留时间不变为了评估使用氢气载气分析农药的可行性，在含色素菠菜基质中评估了一组共 203 种适合 GC 分析的农药。当使用推荐的迷你孔径色谱柱配置时，色谱分离度得到了提高。该配置包括两根 20 m 色谱柱 (0.18 mm × 0.18 µm) 并使用氢气载气，分析时间为 20 分钟，并与常规的氦气载气 20 分钟分析进行对比（图 3）。值得注意的是，使用氢气载气时的柱温箱升温程序与使用氦气时相同。结合使用方法转换和保留时间锁定，可将使用氦气载气的常规 20 min 方法转换为使用氢气载气，同时保持相对洗脱顺序不变并精确匹配保留时间。图 3 所示的色谱图放大部分证明了氟氯氰菊酯和氯氰菊酯的色谱分离度提高。色谱分离度提高带来的优势包括基质干扰减小以及共洗脱分析物之间的干扰大幅降低，从而简化通常涉及数百种目标分析物的复杂农药残留分析。准确预测保留时间并能将获得的保留时间与氦气条件下的保留时间相匹配可以节省大量的时间，并大大简化从氦气到氢气的转换。这一预测有助于简化现有 MRM 方法从氦气载气转换为氢气载气，并支持使用来自氦气条件下所创建数据库（如P&EP 4）的保留时间。