基于NIST数据库的农药残留裂解谱库的建立及应用

□ 骆 瑜 刘志斌 南昌市食品药品检验所 南昌市食品安全检测与控制重点实验室

随着新型化合物的剧增，仅用光谱或者色谱等技术已经无法解决大量样品中未知组分的快速筛选及定性问题，通过质谱库检索技术对完全未知的化合物进行定性是一种快速有效的解决方法，但是实现该技术，首先需要建立已知化合物的质谱标准数据库。在对样品中未知化合物进行定性时，将其谱图与质谱库中标准物质的谱图相比较，用谱图匹配分数来衡量，作为定性参考[1-3]。陈梅斯等采用气质法对磷酸三辛酯离子碎片与NIST谱库对照分析，建立了其定性和定量的检测方法[4]。齐安安通过MassworksTM与NIST11谱库结合解决了谱库中检索匹配度低、存在共流出化合物以及目标化合物无分子离子峰等问题，获取了化合物离子碎片信息并进行了解析，可为未知天然产物香气成分的分析提供方法参考[5]。本研究拟建立可用气相色谱分离的部分农药及常见有机污染物三重四级杆质谱的数据库，对不同种类化合物质谱裂解机理及规律进行推导，并将其应用于实际样品中的未知组分的定性筛查。

1 试验材料

1.1 试剂耗材

乙腈（LC-MS级，Merk公司）、甲苯（LC-MS级，Merk公司）、正己烷（H PLC级，Merk公司）、超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）；有机磷农药对照品（甲胺磷、乙酰甲胺磷、甲基对硫磷、水胺硫磷、马拉硫磷、治螟磷、甲拌磷、杀螟硫磷、氧化乐果、乐果、敌敌畏等）、有机氯农药混合对照品、氨基甲酸酯类农药对照品（呋喃丹、涕灭威、丁硫克百威等）、拟除虫菊酯类农药对照品（氰戊菊酯、氟氰戊菊酯、氯氟氰菊酯、高效氯氟氰菊酯、三氟氯氰菊酯、氯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯、联苯菊酯等），均购自农业部环境保护科研监测所。

1.2 仪器设备

安捷伦气相色谱三重四级杆质谱联用仪（7890B-7000C）配电子轰击源（EI）；涡旋振荡器；万分之一天平；涡旋混合器（Vortex-2）；离心机(上海安亭科学仪器厂)。

2 试验方法和谱库的建立

2.1 试验方法

2.1.1 基质溶液的制备

称取黄瓜及苹果均质化样品10 g加入20 mL乙腈溶液，剧烈振荡提取1 min，加入QuECHERS萃取盐包振荡离心5 min。取上清液5 mL（根据基质情况加入dSPE分散固相萃取剂）振荡高速离心取上清液，作为基质溶液，现用现配制。

2.1.2 标准溶液的配制

农药标准品分别用纯乙腈和基质溶液稀释至 1.0 μg/L，1 μL 进质谱分别获取标准样品的一级和二级质谱图，得到分子离子、碎片离子的质量数和相对强度信息。

2.1.3 气相色谱-质谱条件

DB-5MS UI气相色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升温程序为70 ℃（2 min） → 150 ℃（25 ℃/min）→ 200 ℃（3 ℃ /min）→300℃（8 ℃/min，保持10 min）；进样口温度280 ℃；载气为He气；碰撞气为N2气；进样方式为脉冲不分流进样；离子源温度230 ℃；EI70 ev；1 μg/L标准溶液分别采用SCAN、SIM和MRM模式进行采集。

2.2 谱库的建立及应用

2.2.1 谱库的建立

1 μg/L标准溶液采用全扫描模式进行采集，结合NIST14数据库谱图分子离子、碎片离子的质量数和相对强度信息选用SIM模式进行采集；通过优化碰撞能CE值得到最佳的MRM分析条件；通过安捷伦自带谱库编辑器（如图1所示）将一级质谱图粘贴在质谱图视图位置，同时录入化合物ID、化合物英文名称、CAS编号、分子式、分子量等信息，再通过NIST14谱库搜索核对化合物信息，将化合物结构粘贴在质谱图，软件右下角属性框内会自动将显示出Mz值、丰度、保留时间、峰个数、基峰、基峰强度等信息，最后保存在自建的数据库中。同时，根据一级谱库再自建二级MRM数据库（Excel格式），包括通用名、英文名、分子式、平均分子质量、CAS编号、样品分类（有机污染物、有机磷、有机氯、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类农药等）、柱保留时间、前级离子、产物离子、驻留时间、CE值、子离子丰度比。下一步将研发建立自编程序，从而使所建立的谱库能够为其他工作站所兼容。

2.2.2 谱库的应用

基质加标溶液进行定性研究，扣除背景干扰得到一级质谱图并通过自建谱库搜索匹配计算确证。具体分析流程以三唑磷为例如图2、图3所示。通过保留时间、质谱镜像图匹配值、谱库搜索化合物匹配分数大于95%基本可以初步确认实际样品中存在三唑磷的残留，再通过标准谱库中离子丰度比值确证。

图1 安捷伦谱库编辑器

图2 三唑磷基质加标液SCAN、SIM、MRM质谱图

2.2.3 裂解数据库的建立

GC-MS是未知物筛查的主要技术之一，借助于电子轰击（EI）或者化学电离（CI）离子源，待测物在离子源内可以形成分子离子碎片，通过分子离子、碎片离子的质量数和相对丰度等信息可以用于推导未知物的结构[6]。下面以三唑磷一级质谱图为例借助在线数据库Massbank、ChemSpider等软件进行推导得出其裂解方式如图4所示。

3 结语

谱库的建立对于未知物非靶标分析具有重要的意义，相比于靶标分析减少了标准品的消耗，大大节约了时间成本。本研究基于农药残留分析建立了200余种农药及有机污染物质谱裂解数据库，并建立了相应的MRM二级数据库。但是，GC-MS亦有缺陷仅适合分析热稳定性强的非极性或低极性化合物, 不能用来分析极性化合物（如体内代谢物），且离子源参数需要固定且对数据库外的化合物鉴定也颇为困难[7]。随着近年来高分辨质谱（HRMS）的发展，分子离子、碎片离子的质量数更加精确，大大减少了基质和质谱干扰，本研究接下来将致力于高分辨质谱农残数据库的建立。

图3 三唑磷基质加标液提取质谱图与谱库标准质谱图镜像及谱库搜索匹配化学结构

图4 推测的三唑磷质谱裂解途径