隨著色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是串聯(lián)質(zhì)譜分析技術(shù)(tandem mass spec—trometry)的應(yīng)用，為農(nóng)藥殘留定性分析、多殘留分析、農(nóng)藥在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移、歸宿和安全性評(píng)價(jià)研究提供了一個(gè)極好的測(cè)試平臺(tái)。隨著標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的推進(jìn)，色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)藥殘留分析的最佳手段之一，色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀是現(xiàn)代農(nóng)藥殘留分析實(shí)驗(yàn)室必備的儀器設(shè)備。正是色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用，滿足了各國(guó)政府主管部門對(duì)農(nóng)藥殘留物的篩查和確證提出的越來越高的要求。因此掌握色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在農(nóng)藥殘留分析中十分重要。

一、質(zhì)譜的基本知識(shí)

(一)質(zhì)譜概述

質(zhì)譜學(xué)源于1898年，德國(guó)物理學(xué)家威廉·維恩(W．Wien)發(fā)現(xiàn)了帶正電荷的離子束在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。1918年，登普斯特(A．J．Dempster)采用電子轟擊(electronimpact，EI)技術(shù)使待測(cè)分子離子化。1919年，英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室(CavendishLaboratory)主任約瑟夫.湯姆遜(J．J．Thomson)的學(xué)生弗朗西斯·威廉·阿斯頓研制出了世界上第一臺(tái)速度聚焦質(zhì)譜儀，同時(shí)鑒別出了至少212種天然同位素。到了20世紀(jì)30年代，科學(xué)工作者已經(jīng)用質(zhì)譜法鑒定了大多數(shù)穩(wěn)定的同位素，并精確地測(cè)定其質(zhì)量。1934年，德國(guó)著名質(zhì)譜學(xué)家馬托赫(Josef Mattauch)等開發(fā)出了雙聚焦質(zhì)譜儀。1946年，威廉。斯蒂芬斯(W．Stephens)提出了飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(time of flight-mass spectroscope，TOF-MS)的設(shè)想。1965年，瑞典LKB公司推出了第一臺(tái)商品化氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。1966年，F(xiàn)．H．Field和M．S．B．Munson開發(fā)出化學(xué)誘導(dǎo)電離樣品的離子化方式(chemical ioniza—tion，CI)。1974年，Melvin B．Comisarow和Alan G．Marshall研制成功傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀(Fourier transform ion cyclotron resonance—mass spectroscope，F(xiàn) j 10R—MS)。1999年，亞歷山大.馬卡洛夫(A．Makarov)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了靜電場(chǎng)軌道阱(orbi—trap)質(zhì)譜儀，2005年又推出線性四極離子阱(1inear quadrupole ion trap)和靜電場(chǎng)軌道離子阱的組合式質(zhì)譜儀。2010年，AB SCIEX公司推出了Triple TOF 5600質(zhì)譜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、高分辨的質(zhì)譜系統(tǒng)組合。

從20世紀(jì)60年代開始，質(zhì)譜法已經(jīng)普遍地應(yīng)用到有機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域，逐漸成為研究單位和大學(xué)配置的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。質(zhì)譜作為鑒定有機(jī)物結(jié)構(gòu)的主要方法之一，相比于紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、拉曼散射光譜、核磁共振波譜，具有兩個(gè)最突出的優(yōu)點(diǎn)：①靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他方法，樣品的用量不斷降低；②質(zhì)譜是目前唯一可以確定分子式，給出其相對(duì)分子質(zhì)量的方法，而分子式對(duì)推測(cè)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。質(zhì)譜法的不足是在進(jìn)行復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)分析時(shí)，對(duì)分子空間構(gòu)型和各種結(jié)構(gòu)單元的聯(lián)結(jié)方式的準(zhǔn)確區(qū)分與判斷存在局限性。質(zhì)譜方法大致可以分為同位素質(zhì)譜分析、無機(jī)質(zhì)譜分析和有機(jī)質(zhì)譜分析，農(nóng)藥殘留分析主要屬于有機(jī)質(zhì)譜分析范疇。

在色譜質(zhì)譜聯(lián)用的有機(jī)質(zhì)譜儀中，質(zhì)譜儀可分為單級(jí)質(zhì)譜儀(含1個(gè)質(zhì)量分析器，如四極桿濾質(zhì)器；離子阱除外)和串聯(lián)質(zhì)譜儀(空間串聯(lián)含2個(gè)同類型或不同類型的質(zhì)量分析器，如三重四級(jí)桿等；時(shí)間串聯(lián)為1個(gè)質(zhì)量分析器，如離子阱等)。對(duì)于農(nóng)藥殘留分析來講，單級(jí)質(zhì)譜靈敏度偏低(一般為mg／kg水平)，串聯(lián)質(zhì)譜則可以滿足法規(guī)的要求(一般低于μg／虹水平)。串聯(lián)質(zhì)譜儀一般比單級(jí)質(zhì)譜儀貴幾倍。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)有氣相色譜四極質(zhì)譜儀、氣相色譜飛行時(shí)間質(zhì)譜儀、氣相色譜離子阱質(zhì)譜儀等，以及各種組合的氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS／MS)。液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS)有液相色譜四極質(zhì)譜儀、液相色譜離子阱質(zhì)譜儀、液相色譜飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等，以及各種組合的液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(LDMS／MS)。其他有機(jī)質(zhì)譜儀主要還有：適于蛋白質(zhì)組學(xué)等分析研究的基質(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(matrix assisted laser desorption ionization—time of flight—mass spectrometry，MALDI-TOF MS)、工作時(shí)需要液氮和液氦且造價(jià)昂貴的維護(hù)費(fèi)用高的傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀(Fourier transform ion cychotron resonance-mass spectrometry，F(xiàn)TICR-MS)。

質(zhì)譜分析法是利用其獨(dú)特的電離過程及分離方式來實(shí)現(xiàn)定性分析和定量分析的。它首先是將色譜分離的物質(zhì)在離子源室離子化，電離后的離子按離子質(zhì)荷比大小在質(zhì)量分析器上獲得分離，然后測(cè)量各種離子峰的強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)分離的一種方法。質(zhì)量是物質(zhì)固有特性之一，不同的物質(zhì)有不同的質(zhì)量譜，利用這一性質(zhì)，可以定性分析；峰強(qiáng)度會(huì)與相應(yīng)的化合物含量有關(guān)，利用這一特性，可進(jìn)行定量分析。

農(nóng)藥的質(zhì)譜分析不同于色譜的方法，其定性分析的依據(jù)不僅是總離子流圖的保留值或相對(duì)保留值，更重要的是農(nóng)藥分子結(jié)構(gòu)特征的離子碎片，這樣就增加了定性分析的可靠性，避免由于復(fù)雜的樣品基質(zhì)帶來的干擾，即保留時(shí)間相同且特征碎片離子(或全掃描質(zhì)譜圖)相同的農(nóng)藥才能做出定性和定量的判定，這樣定量分析結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，從而也避免了假陽性。

(二)質(zhì)譜分析的重要名詞和術(shù)語

1、離子源：離子源(ion source)是質(zhì)譜儀器中使樣品電離生成離子的部件，如電子轟擊離子源(EI)、電噴霧電離離子源(electrospray ionization，ESI)等。

2、質(zhì)量分析器：質(zhì)量分析器(mass analyzer)為質(zhì)譜儀器中使離子按其質(zhì)荷比大小進(jìn)行分離的部件，如四極桿濾質(zhì)器等。

3、離子檢測(cè)器：離子檢測(cè)器(ion detector)為質(zhì)譜儀器中檢測(cè)離子豐度的部件，如二次電子倍增器、微通道板離子計(jì)數(shù)器等。

4、質(zhì)量歧視效應(yīng)：質(zhì)量歧視效應(yīng)(mass discrimination effect)為質(zhì)譜儀器中的一些部件(如離子檢測(cè)器)對(duì)不同質(zhì)量的離子產(chǎn)生不同響應(yīng)的現(xiàn)象。

5、質(zhì)量方程：質(zhì)量方程(equation for nlass spectlrometer)為研究磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜儀器推導(dǎo)出的反映離子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程，其表達(dá)式為：

（5-34）

式中，m／z為離子質(zhì)荷比，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，r為離子運(yùn)動(dòng)的曲率半徑，V為加速電位。

此方程可描述質(zhì)量分析器工作原理。

6、分辨率：分辨率(resolution，R)為在給定樣品的條件下，儀器對(duì)相鄰兩個(gè)質(zhì)譜峰的區(qū)分能力。相鄰等高的兩個(gè)峰，其峰谷不大于峰高的10％時(shí)，就定義為可以區(qū)分。分辨率(R)的表示法是峰谷為峰高的10％時(shí)，兩峰質(zhì)量的平均值與它們質(zhì)量差的比值，即：

（5-35）

式中，m為兩峰質(zhì)量的平均值，△m為兩峰質(zhì)量差。分辨率一般500即可滿足要求，儀器上一般用R=2m表示。現(xiàn)在高分辨率質(zhì)譜儀可達(dá)幾萬到幾十萬。分辨率與靈敏度往往呈反比。

參考資料：農(nóng)藥殘留分析