GC-MS在农药残留分析中的应用

1GC-MS在农药残留分析中的应用中国农业大学马晓东提纲•为何在农药残留检测中应用GC/MS？•有机质谱的基础知识•常见农药的质谱特点•农药残留检测的GC-MS方法建立•总结2食品安全问题123违禁化学品化学品不当使用农药兽药食品添加剂天然毒素微生物化学品残留的情况•必须记住，如果我们承认食品和环境中存在化学品残留问题，而我们又有测量、监督和控制这些污染物的手段。我们就应该在合理的成本范围内做这些工作。3我们的目标定量分析定性分析分析目的技术的进步农药分析农药分析农药分析化学法薄层色谱法紫外分光光度法单个农药气相色谱法电子捕获检测器液相色谱法有机磷农药氨基甲酸酯农药色质联用技术多级质谱技术小型化仪器移动实验室多残留检测原位检测现场检测4对分析方法的要求•准确•灵敏•广泛适用•自动化•低成本•耐用•精密•快速•选择性•便携•易用•无废弃物任选6-8项提高分析方法的性价比•满足检测需求的最好方法1.拓宽分析范围2.降低检测极限3.提高选择性4.改善准确度和精密度5.提高鉴定的可靠性5灵敏度选择性速度样品制备总体检测分离选择性灵敏度速度可以牺牲方法的某些性能来提高另外的性能，从而提高方法的总体性能。广泛适用的策略•气相色谱（GC)•高效液相色谱（HPLC)•质谱（MS)•固相萃取（SPE)•传统GC/LC检测器•凝胶渗透色谱（GPC)•液液萃取（LLE)•匀浆器内溶剂萃取6GC/LC与MS(-MS)联用的优势•同时进行被测物的定性和定量•较宽的分析范围，不受被分析物元素组成的影响•可用质谱分辨共流出物•较高的快速分析的潜力•GC/MS和LC-MS/MS是最有效而经济的方案（收益大于支出）分析的要求•1996年，IUPAC规定指出“鉴定或确认方法必须尽量提供待测物的化学结构”，如果单一技术不能提供结构信息，或缺乏充分的“唯一性”，则需要由数种适合的技术，包括样品净化、色谱分离、波谱鉴定，其中色质联用法为首选方法。7130130种农药混标的全扫描谱图（浓度为种农药混标的全扫描谱图（浓度为11μμg/mLg/mL））产生的问题•色谱峰重叠•基质干扰8色谱峰重叠对硫磷、毒死蜱、水胺硫磷1.三种混合物总离子流色谱图2.对硫磷m/z291质量色谱图3.毒死蜱m/z314质量色谱图4.水胺硫磷m/z136质量色谱图色谱峰重叠•DB-1（100%聚甲基硅氧烷)•重叠：氯苯胺灵-恶虫威，苯虫威-氧嘧啶磷•杀螟硫磷-杀虫威，杀草丹-马拉硫磷•艾氏剂-对硫磷-乙霉威（毒死蜱）•除草通-α-毒虫畏（环氧七氯）•环氧七氯-啶斑•β-毒虫畏-喹恶磷-分妥胺-灭螨猛•腈菌唑-丙硫磷•狄氏剂-p,p’-DDE(蚜虫多）•p,p’-DDT,丙环唑-2•氯氰菊酯4,氟氰戊菊酯1•溴氰菊酯2,四溴菊酯9色谱峰重叠•DB-1分离不完全•乐果-二甲硫吸磷，甲基对硫磷-甲萘威•抑菌磷-虫螨磷-禾草畏，敌菌丹-氯菊酯•六六六：15.659，16.177,16.880,17.078•DDE25.443DDE26.782•op’-DDT27.109pp’-DDT28.329•倍硫磷21.503对硫磷21.713•毒死蜱21.720杀螟硫磷20.667马拉硫磷21.273色谱峰重叠•DB-5(5%苯基95%聚甲基硅氧烷)•六六六：16.053，17.080,17.336,18.240•DDE25.299DDE26.625•op’-DDT26.925pp’-DDT28.158•倍硫磷21.704对硫磷21.804•毒死蜱21.804杀螟硫磷20.960马拉硫磷21.47710色谱峰重叠•DB-17(50%苯基50%聚甲基硅氧烷)•六六六：16.64218.12618.49119.787•DDE24.552DDD26.378•op’-DDT26.378pp’-DDT27.352•倍硫磷22.696对硫磷21.829•毒死蜱21.621杀螟硫磷21.829马拉硫磷21.982色谱峰重叠•DB-1301(6%氰基丙烷94%聚甲基硅氧烷）•六六六：16.44219.72317.80120.626•DDE24.504DDD26.616•op’-DDT26.054pp’-DDT27.513•倍硫磷21.688对硫磷22.316•毒死蜱21.455杀螟硫磷21.535马拉硫磷21.68811基质干扰问题确证能力•如果GC或LC使用两根不同极性的色谱柱分离样品，用专化性强的选择性检测器检测，其分析结果对于确认目标化合物的确认能力是有限的。这一点应在分析报告中注明。......12结构确证技术•不同的色谱分离系统•不同的离子化技术•MS/MS•中/高分辨质谱•在进行LC/MS分析时，通过改变锥孔电压而使碎片离子发生改变因此……•我们需要使用质谱技术来确证目标化合物的化学结构。13质量分析器质量分析器14质谱仪的构造及功能质谱原理中性分子分子的断裂++.离子游离基离子游离基M+.M电子轰击分子离子A+.A+15有机质谱分析结构式分子结构信息碎片离子分子式元素组成,原子数目同位素离子分子量分子离子质谱的定义•质谱，即质量的谱图，物质的分子在高真空下，经物理作用或化学反应等途径形成带电粒子，某些带电粒子可进一步断裂。每一离子的质的比称为质荷比(m/z,曾用m/e)。不同质荷比的离子经质量分离器一一分离后，由检测器测定每一离子的质荷比及相对强度，由此得出的谱图称为质谱。16同位素离子•常见元素的天然同位素丰度“A+2”98.08110079Br“A”100127I“A+2”32.53710035Cl“A+2”4.4340.803310032S“A”10031P“A+2”3.4305.12910028Si“A”10019F“A+2”0.20180.041710016O“A+1”0.371510014N“A+1”1.1①1310012C“A”0.01521001H质量，%质量，%质量，%元素类型A+2A+1A元素17重同位素峰丰度的近似计算法•1、“A+2”元素(氧、硅、硫、氯、溴)硅、硫、氮和溴：分子离子区出现的同位素峰的强度可由二项式的展开式来计算。•式中a：轻同位素相对丰度•b：重同位素相对丰度•n：分子中该元素的原子数目⋅⋅⋅⋅⋅⋅+−−+−++=+−−−!3/)2)(1(!2/)1()(33221bannnbannbnaabannnnn重同位素峰丰度•CH2Cl2的同位素离子丰度比37Cl37Cl135Cl37Cl337Cl135Cl37Cl335Cl35Cl935Cl337Cl135Cl318同位素峰:79Br::81Br=1:1CH3Brm/z94:m/z96=1:1常见农药的质谱特点•有机氯类农药•有机磷类农药•有机氮类农药•拟除虫菊酯类农药19有机氯类农药的质谱特点灭草隆2,4-D有机氯类农药的质谱特点202,4,5-T有机氯类农药的质谱特点百菌清（同位素离子簇丰度比为81:108:54:12:1）有机氯类农药的质谱特点21有机氯类农药的质谱特点五氯硝基苯五氯硝基苯（同位素离子簇丰度比为（同位素离子簇丰度比为243:405:270:90:15:1243:405:270:90:15:1））有机氯类农药的质谱特点六氯苯（同位素离子簇丰度比为729:1458:1215:540:135:18:1）。22有机氯类农药•六六六异构体HHHHHHClClClClClClHHHHHHClClClClClClHHHHHHClClClClClClHHHHHHClClClClClCl(I)(II)(III)(IV)23有机氯类农药•有机氯农药，如DDT、六六六等，其裂解主要为脱氯或氯化氢。ClClCHCCl3六六六异构体C6H6CL6C6H6CL5C6H5CLC6H5CL2C6H4CL3C6H5CL4-CL-HCL-2CL-HCL-HCLm/z288m/z253m/z111m/z147m/z181m/z217+.++++++++++++++m/z181:m/z183:m/z185:m/z187=27:27:9:1,m/z147:m/z149:m/151=9:6:1m/z111:m/z113=3:124六六六异构体有机磷农药(RO)2OZNH2ROPO(RO)2SZPO(RO)2OZPS(RO)2SZPSSZPONH2ROSZPSoror(I)(II)(III)(IV)25有机磷农药•有机磷农药主要在酯键两侧断裂。O=（S）R—O—P—O（S）—Z有机磷农药•酯键断裂，形成下列碎片离子：26有机磷农药甲基对硫磷有机磷农药甲胺磷POCH3SCH3ONH227分子离子:（M+.）m/z141分子量：141基峰：m/z94碎片峰：m/z47、79、80、111、126有机氮农药•有机氮农药一般从氮的α位脱离，如呋喃丹。ooCH3CH3CH3NHCO=2829拟除虫菊酯类农药谱库检索30质谱定性中需要注意的问题•谱库检索•结构解析31•注意•1.m/z•2.丰度(I%)•3.异构体±50%±50%=10%±30%±20%10%to20%±25%±15%20%to50%±20%±10%50%CI-GC-MSGC-MSnLC-MSLC-MSn(relative)EI-GC-MS(relative)相对丰度（%ofbasepeak)32色质联用仪及其应用色质联机的数据处理•有机化合物的定性定量分析z有机化合物的分离z有机化合物的定性分析z有机化合物的定量分析•数据处理z总离子流色谱图z质量色谱图z质谱图33总离子流色谱图34质量色谱图•质谱图35色质联机的作用z分离混合物z对各组分进行定性分析z对各组分进行定量分析色谱定性分析保留时间36质谱定性分析质谱定性分析37质量色谱图的作用•寻找目标化合物•色谱峰的纯度•解决重叠组分的定性、定量问题•提高灵敏度作用：寻找目标化合物38TIC/MS作用：色谱峰的纯度MS（136-154）39解决重叠组分的定性、定量问题40010203040506012345678910m/z314m/z29112345678910S1S205101520253035404550解决重叠组分的定性、定量问题41作用：提高灵敏度42质谱定性分析•全扫描方式•扫描范围：m/z50-＞M.W+50•扣除背景图谱•干扰离子＜基峰强度的1/4•与标准图谱相比,主要离子的相对丰度变化在70-130%以内色质联用仪与农药残留分析•全扫描方式确认农药品种和定量分析目标样品前处理设定色谱条件：载气、进样方式、色谱柱、温度设定质谱条件：扫描范围、扫描速度43•41种农药气-质联用总离子流色谱图质谱定性分析•农药特征离子与保留时间•农药分子量特征离子保留时间min•涕灭威19058,100,1155.373•灭多威16288,105,1067.641•甲胺磷14194,141,1429.904•敌敌畏220109,185,22110.453•异丙威193121,136,19416.854•氧乐果213110,156,21417.851•残杀果207110,152,21018.704•仲丁威209121,150,20818.782•久效磷22367,127,19220.034•甲拌磷260121,231,26021.323•α-666288109,183,21921.662•乐果22987,212,23021.792•克百威221164,22222.092•β-666288109,183,21922.462•r-666288109,183,21923.452•δ-666288109,183,21923.823•二嗪磷304137,179,30424.333•抗蚜威238166,23925.603•磷胺299127,264,30026.268•3-OH克百威237137,180,22026.393甲基对硫磷263247,26326.973甲萘威201115,144,20227.223杀螟硫磷277125,260,27728.604倍硫磷278125,27829.803对硫磷291109,275,29130.013