果蔬农药残留快速检测技术的应用研究

□ 冯蕙 宋有星 孙岩 王玉涛 山东国投鸿基检测技术股份有限公司

当前，农药残留快速检测技术主要包括生化检测法、光谱检测法、质谱检测法等。其中，以热解吸-电喷雾原位质谱仪为代表的敞开式大气压质谱技术成为相关人员关注及研究的焦点。

食品安全关系到民生与社会经济发展，是评价人们生活幸福度的重要指标，而保障食品安全的首要前提就是行之有效的食品检验。作为食品检测的重要部分，农药残留引起了人们的普遍关注。现如今，农残检测技术主要包括实验室仪器检测方法，如光谱法、色谱法、酶抑制法等，且常用的检测流程多为提取-净化-仪器检测，但由于实验室检测的前处理方法时间较长，几乎花费整个分析过程的60%，且技术要求高——需要专业检测人员操作，因此难以实现现场、大量样品的检测。

2019年，国家提高了对农药残留的检测要求，加大了农产品质量安全执法力度和监督抽查力度。随着检测要求的增多，越来越多的检测需求向传统的检测模式提出了巨大挑战，即农药残留检测行业需要投入更多的专业检测人员及仪器实验设备。面对如此严峻的形势冲击，快速筛查结合传统分析流程的技术应运而生。

1 农残快速检测技术分类

快速筛查结合传统分析流程将检测分为两个阶段：第一阶段为快速筛查阳性样品，即利用某些快筛技术实现对果蔬农残的快速初筛或定性，该方法检测速度快，可快速检测大量样品；第二阶段为确认分析——将筛查出的阳性样品利用传统方法（如液相色谱法、气相色谱法、液相-质谱联用法、气相-质谱联用法等）进行精准定性、定量。

目前，国内的农药残留快速检测技术种类繁多，究其原理，主要分为3类：生化测定法、光谱法、质谱法。

1.1 生化测定法

生化测定法包含酶抑制率法、酶联免疫吸附测定法（ELISA）、化学速测法等。这些方法具有快速、灵敏、操作简便、成本低廉、对检测人员技术水平要求低等特点，而基于此方法发布的GB/T 5009.199-2003和NY/T 448-2001国家推荐标准方法也促使该法成为对果蔬中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留进行现场快速定性初筛检测的主流技术之一。因此，生化测定法得到了广泛应用。基于此原理开发的产品有农残快速检测仪与快速检测卡，但是，这种检测技术的检出限较高、假阳性率高、无法定量，而且检测种类有限。

1.2 光谱法

光谱法在农药残留快速检测上的应用主要有拉曼光谱法和近红外光谱法，这两种方法都具有无需样品制备、易于在线分析等优点。但是，拉曼光谱法在灵敏度、干扰因素、拉曼成像方式、数据库等方面的技术缺陷限制了其发展进程；近红外光谱法则存在灵敏度低、数据模型拟合困难、仪器自身稳定性差等缺陷，这也是未来研究中需攻克的难关。

1.3 质谱法

液相色谱、气相色谱、气相色谱-质谱联用技术、液相色谱-质谱联用技术因其高选择性、高分辨率和高灵敏度等优点，是现今农残检测标准中的常用技术。马智玲等利用气相色谱-串联质谱法（GC-MS/MS）搭配QuEChERS方法建立了蔬菜水果中129种农药的快速检测方法，结果表明，129种药物在一定的含量范围内线性关系良好，相关系数r2均大于0.98；不同基质在10μg/kg添加水平下大部分农药的平均回收率为66.2%～124.7%，相对标准偏差RSD为0.9%～24.4%；方法的定量限LOQ为 0.03～16.7μg/kg。

常规检测方法的优点在于其具有极佳的灵敏度、精确性及可定量检测，但仍旧存在很多问题，如样品需要前处理、实时性差、对不同极性的目标化合物存在色谱柱选择性及基质效应、检测成本高等。此外，目前的前处理方法普遍存在有机溶剂消耗量大、操作时间长、过程繁琐、净化效果不理想等问题。基于常规检测的优化研究大部分集中在前处理方面，多家仪器公司一直致力于农残快速筛查工作，但是其只是在优化GC-MS或者LC-MS方法，无法摆脱前处理操作复杂的问题。

随着质谱仪研究的发展，敞开式离子化质谱技术（ambient mass spectrometry，AMS）的出现摆脱了上述问题存在的限制。该技术是一种能在大气压环境下对样品进行解吸并离子化，从而获得样品表面信息的新型质谱技术。这种质谱技术既保留了质谱方法检测速度快、灵敏度高、准确性高等优点，又可实现无需前处理、无需色谱分离便可直接进入质谱仪，从而进行快速且灵敏的分析检测。

2 敞开式离子化质谱技术的发展及应用

2.1 敞开式离子源的发展

敞开式离子化质谱离子源方面，2004年Cooks课题组在电喷雾电离基础上首次提出解吸电喷雾电离（DESI）技术。该技术为实现无需样品预处理的现代质谱分析方法开辟了新的可能。2005年Cody等在大气压化学电离基础上研制出实时直接检测技术——DART，其可对多类化合物包括化学试剂、药物、生物分子、有机化合物以及金属有机化合物等进行分析。

2005年谢建台等研制出类似的电喷雾辅助激光解吸电离质谱技术，通过电喷雾将激光解析与电离相结合用于固体待测样品的快速分析，这种分离技术可以检测的分子量范围较广并且可以检测多种化合物。

2006年Chen H等首次提出电喷雾萃取离子化（EESI）技术，该技术主要用于液态和气态样品的分析。介质阻挡放电离子化（DBDI）技术由张新荣等于2007年首次提出，如今，DBDI已经被广泛应用于食品安全、公共安全、药物检测、环境监测、化学反应实时监测及质谱成像等研究领域。

基于对以上敞开式离子源的研究，山东国投鸿基检测技术股份有限公司(以下简称“山东国投鸿基”)在2018年推出一种热解吸-电喷雾离子源——通过刮取或粘附的方式进行取样，然后加热使待测化合物解吸气化，经过电喷雾区域离子化后进行质谱分析。经过特殊改装的进样方式可以对固体表面或液体样品进行取样，不受样品形状、尺寸以及大小的限制，且标准化的设计可严格控制样品进样量。该离子源的端口设计具有多样性，可搭配国内外主流质谱仪，例如Bruker离子阱、Thermo Fisher离 子 阱、Agilent单四级杆及三重四极杆、AB Sciex三重四极杆等进行安装使用，其目前已在食品安全、药物检测等领域取得突破性成果。

2.2 敞开式离子化质谱在农残检测上的应用

离子源方面的改进促进了敞开式离子质谱在农残快筛方面的应用。

Juan F等报道了DESI在食品中农业化学品检测领域的应用，其选取柠檬、苹果等多种水果，通过添加或表面喷涂16种常检农药进行实验。实验结果表明，DESI-MS/MS直接进样标准品获得的各农药最低检出限LOD范围为0.1～8.0μg/L；添加基质后，经QuEChERS提取后进样，西红柿中各农药LOD范围为1.0～90μg/kg，橘子中各农药 LOD范围为 1.5～90μg/kg，这些数值均远低于欧盟等国规定的农药最低限量值（MRL）。结合其信噪比（S/N值），结果表明DESI-MS/MS可用于农药定性筛查。

潘灿平等报道了利用DART-MS进行农药中甲拌磷、卡巴呋喃、灭线磷以及氟虫腈这4种毒性成分的快速检测方法。结论表明，DARTMS技术能够定性检测商业农药配方中高危害性农药的存在，并且可以将该技术应用于市场的日常监测。

Yolanda Pico等对DART结合离子阱质谱仪对水果表面的外源性化学物质进行研究。结果表明，使用DART方法直接检测表面物质、分析溶剂提取后再经DART检测，以及通过UPLC-MS检测的结果具有高度一致性。该系统检测出抑霉唑的最低量为1ng（约为300μg/kg），远低于水果中的最大残留限量。

Edison SE等用棉签擦拭苹果、橘子的表面，然后使用DART-高分辨率质谱仪检测。实验结果表明，DART-MS和LC-MS的检测结果在定性方面十分相似。在2mg/kg的检测水平上，132种农药混合液在以苹果为基质的实验中，可检测到86%的农药种类，即114种。以苹果、猕猴桃、桃子和西红柿为基质，选取具有代表性的240种农药进行测试，每种农药的浓度为10mg/kg。苹果上喷涂的140种农药中，79%～81%能被检测到；奇异果上喷涂的60种农药中，82%的农药可被检测到；桃子上喷涂的132种农药中，92%能被检测到。

Cajka Tomas等利用DART结合质谱技术（高分辨率/精确质量飞行时间质谱TOFMS、高分辨率/精确质量Orbitrap MS)和 DESI结合串联时间质谱技术MS2检测了水果中的杀菌剂。实验结果表明，使用DART及DESI技术可在几分钟内检测10个样品，且就福美双而言，DART-TOFMS和DESI-MS2检测的线性最低限为1mg/kg，DARTOrbitrap MS的线性检测最低限为0.1mg/kg。

山东国投鸿基的热解吸-电喷雾离子源搭载安捷伦最新的三重四极杆质谱仪Ultivo对农残进行检测，已完成298种代表性农药标准品的方法验证，几乎涵盖国家例行监测及山东省重点抽检计划项目名单。通过表面刮取的检测方式，该技术已完成茄果类、叶菜类、仁果类、核果类、豆类、瓜类等大类样品中大部分果蔬的定性及半定量标准检测。其定性结果与国标检测LCMS/MS或GC-MS/MS高度吻合，最低检出限低于GB 2763-2016中规定的农药最低限量值，稳定性满足国家农药残留检测标准方法的要求（RSD≤20%）。以上结果通过山东寿光果蔬物流园试点进行数据积累及标准验证。

此外，山东国投鸿基根据热解吸-电喷雾离子源可以直接进样检测、不受样品限制的特点，以及质谱仪稳定性及小型化的功能，定制改装了现场检测车——将实验室搬到车上，以实现随时随地现场取样，20秒完成一次进样及质谱结果呈现。同时，结合正在测试优化的自动判读软件实现数据自动上传并一键打印检测结果，以保证检测全流程公开、公正。

3 总结与展望

随着国家对食品安全重视程度的不断提升，快速检测技术在果蔬农药残留检测中发挥的作用将越来越大，快速检测技术方法与传统实验室检测方法将在控制果蔬农残安全方面发挥各自不可替代的作用。田间地头、农贸市场、超市商场等作为农残的源头，需要质检、环保、食药监等检测部门应用农残快检技术阻止其中的不合格产品流入市场，切实保障食品安全。

AMS作为新型快速筛查技术，已被应用在食品安全检测、环境监测、药物、毒品等领域，并将在农药残留分析等需要快速和原位分析的领域发挥重要的作用。结合热解吸-电喷雾离子源已实现的车载质谱移动平台，未来借助大数据平台的搭建，就可以实现构建以农残风险因子为代表的所有有害化合物风险因子在线实时防控系统。尽管敞开式质谱法在灵敏度及重现性方面还亟待改善，但其优势及应用前景不可忽略。