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气相-质谱联用在中药农药残留检测中的应用前景 内容摘要 中药是我国宝贵的文化遗产，是中华民族防治疾病、康复保健、繁衍后代的一大法宝。近年来，世界各国对天然药物的需求日益扩大，尤其对绿色药品尤为关注。现在，世界每年中药贸易额速度增长迅速，但我国中药出口额少，这与我国中药大国的地位极不相称。其中中药材有效成分的不确定与农药、重金属等有害物质的残留量超标，是中药跻身世界的两大障碍。植物药的农药残留污染已成为当前中药材生产中急待解决的重要问题。 中国药典2000年版开始采用气相色谱法检测甘草和黄芪的农药残留量，之后规定需进行农药残留检测的品种逐步增多，但都是使用电子捕获检测器和氮磷检测器为主，自2015年版药典开始增加质谱法。本文通过对气相色谱法和气相质谱法两者进行比较，探究两者各自的优劣势，以判断其未来几年在农药残留检测行业的应用前景。 【关键词】 农药残留 气相 质谱仪 气相-质谱联用在中药农药残留检测中的应用前景 学生姓名：郭志雄 指导教师：贾娟 一、引言 （一）研究背景与意义 在中药材种植、采收、加工、保存、运输过程中造成的农药污染十分严重，一些中药材产区，在施用农药后不久就开始采收；药材炮制过程中加入的辅料中含有较高的农药残留。 我国当前的中药材中农药残留分析方法仍以气相或液相色谱配备电子捕获检测器、氮磷检测器为主，检测范围有限。过去农药残留检测主要采用传统的提取、分离手段，被测农药主要集中于有机氯类农药，其中又以六六六、滴滴涕、五氯硝基苯为主。而且只有个别中药材品种要求进行农药残留检测。 2015年版《中国药典》农药残留测定法增加了第四法——农药多残留量测定法-质谱法。2020年版《中国药典》已经颁布，并于2020年12月30日正式实施，其中规定了33种植物类中药禁用农药。这就意味着所有植物类中药及其饮片均需进行农药残留检测，色谱-质谱联用检测农药残留的方法，会迅速扩大使用范围和频率。使得常规性的农药残留全面监测成为可能。 （二）目前我国中药行业农药使用情况 由于中药材的种植者缺乏基本的植保常识．未重视农药残留问题，滥用农药的现象十分严重。有些药材的种植者对农药的选择标准是高效、便宜，很少顾及农药毒性及高残留量对中药材质量的影响。为保产增收，种植者施药次数频繁，且经常是几种高毒农药混配使用，特别是在虫害严重时期，使用农药的浓度加倍，造成了中药材中农药残留超标。这样做虽然杀死了病虫害，但是使得病虫耐药性增强、防治成本和防治难度越来越大，反而加大了农药在药材产区周边环境中的使用量，把中药材生产带入了恶性循环危害中，使得农药残留检测越来越难，需检测的范围也越来越大。 其次在中药材种植和生产过程中，忽视种植环境对药材的污染，例如药材生长周边环境的土壤、水源、大气被严重污染，中药材从环境中被动吸收一些高残留农药。虽然高残留的有机氯农药六六六、滴滴涕早在70年代就被禁用，但这些农药半衰期长达60年，容易通过食物链在植物体内形成生物累积。我们在日常工作中发现许多中药材样品，比如黄芪、苦参、人参中还能检出六六六、滴滴涕和五氯硝基苯。 几种常用中药检测结果
不仅在植物药中发现农药残留，由于环境和食物链被污染和破坏，动物类中药材也可以因食物链的蓄积而被污染。例如蚯蚓(地龙)以土壤有机质为食，土壤中残留的农药可被蓄积其体内，其体内六六六的含量远远高于土壤中的含量，当人们把该蚯蚓作为中药材时，就可能威胁人类健康。 农业部根据《中华人民共和国食品安全法》和《中华人民共和国农药管理条例》相关规定，制定禁止和限制使用农药目录。至2020年1月起，我国已禁限用89种农药，其中41种为禁用农药，48种为限制使用农药。 （三）从哪些方面进行两种方法的比较 任何检测方法被投入使用，都需要从其科学性和适用性等方面进行评价，以确保其检测结果的准确可靠，并且易于使用便于操作。 科学性即检测原理的合理性，即用什么样的办法将样品中的残留农药提取出来，并准确的识别和定量检测，如果该方法可能将它种物质误判为农药，或者不能识别出某种农药，那么检测结果必定是不准确的。 适用性是指检测方法所用到的仪器设备、试剂试药等是否容易获得，操作过程是否简洁快速等。 二、各项比较结果 （一）检测原理的科学性 1.样品前处理（提取→萃取→浓缩→溶解） 气相色谱法（A法）测定9中有机氯农药残留：由于有机氯农药脂溶性强，依据相似相容原理，使用丙酮作为提取供试品中残留农药的溶剂，五氯硝基苯、六六六和滴滴涕均易溶于丙酮。供试品先用水浸泡后，加丙酮40ml超声处理30分钟，能够完全提取供试品中的有机氯农药。继而用二氯甲烷萃取，加无水硫酸钠除尽水份，有机相减压浓缩后用石油醚溶解稀释。 质谱法（B法）可以一次测定供试品中76种农药：使用冰醋酸溶液和乙腈分步提取供试品中的农药成分，继而使用分散固相萃取净化管[无水硫酸镁900mg，N-丙基乙二胺（PSA）300mg，十八烷基硅烷键合硅胶300mg，硅胶300mg，石墨化碳黑90mg]进行净化处理，最后使用氮吹仪加热浓缩后，加乙腈溶解稀释。 通过比较上述两种方法，A法选用丙酮作为提取溶剂，其对有机氯农药的溶解性更好，效果优于B法的冰醋酸溶液，而B法的冰醋酸乙腈虽然不能很好的溶解有机氯农药，但是兼顾对有机磷类、有机砷类、氨基甲酸酯类农药的溶解性。而B法在除杂时采用分散固相萃取净化管，效果明显优于A法。两法在浓缩和溶解环节效果差别不大。 2.定量检测原理 气相色谱法（A法）使用CED电子捕获检测器原理：仪器电离源发射一定能量的β粒子（带负电荷），载气分子在β-粒子的轰击下，电离成正离子和自由电子，在所施电场的作用下离子和电子都将做定向移动，因为电子移动的速度比正离子快得多，所以正离子和电子的复合机率很小，只要条件一定就形成了一定的离子流（基流）。当载气带有微量的电负性组分（含卤素元素的物质电负性较强）进入离子室时，亲电子的组分，大量捕获电子形成负离子或带电负分子。因为负离子（分子）的移动速度和正离子差不多，正负离子的复合机率比正离子和电子的复合几率高105~108倍，因而基流明显下降，这样就仪器就输出了一个负极性的电信号。 质谱法（B法）是一种依据不同质荷比分离检测各种物质的分析方法：其基本原理是从气相色谱柱中分离出的不同物质按极性大小顺序进入质谱检测器，试样中各组分在离子源（EI/CI）中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，计算机系统将测得的质谱图与标准谱库中的图谱比较，得到供试品中各农药成分的组成信息。 通过比较上述两种方法，A法仅适用于检测分子电负性较强的物质，依赖于他们对电子的捕获能力，如含有大量氟、氯、溴元素的物质。而且无法确定其受到正离子的影响有多大，以及正负离子的复合机率不固定，导致不同的ECD检测器之间存在较大结果差异。而B法适用于几乎所有农药，检测范围较A法更为广泛。但是常用的四级杆质谱仪对于质荷比相似的离子分辨率不高。 （二）适用性比较 1.仪器的使用、维护保养费用
除价格差距较大外，日常实用维护也有差别。气相色谱仪的日常维护非常简单，主要为每月更换新衬管、新隔垫，每个衬管约300元，每个隔垫的价格约20元。根据检测器受到污染的情况，需要用氮气进行吹扫。 而气相质谱仪的维护，需要每批更换新衬管、新隔垫，每月更换衬管O形圈、进样口密封垫，每半年更换校准瓶、泵油等。还需依据使用情况，进行离子源的清洁。每半年需要约1万元维护费用。 2.实验试剂、药品和耗材 按每批样品检验的平均需要量计算: 气相色谱法
气相-质谱法
注：表中所列举的物品均为一次性使用的消耗品，可多次使用的物资（如进样瓶、氮吹仪、离心机等）不计。 由上表比较可见，气相质谱法检验一批供试品的费用明显高于气相色谱法。 3.操作简便性比较 传统气相色谱法需要操作员对9种农药标准溶液进行稀释混合，而气相质谱法不需要混合33种农药标准溶液，只需稀释即可。但需配制内标溶液、基质混合溶液等。 在供试品处理过程中，气相色谱法需要先浸泡过夜，再进行超声、静置、加热浓缩、离心、减压浓缩这几个步骤，操作难度相对较小，用时大约需要8小时。而气相质谱法虽无需过夜等待，可直接进行加液震荡、离心，然后萃取除杂，再震荡、离心，使用氮吹仪浓缩后稀释滤过，操作步骤多，并且震荡、离心均有时间长度规定，需要近20小时才能处理一批供试品。 一批供试品上机检测的用时，两种方法差距不大，大约需要10小时左右。但是质谱法对衬管的消耗非常快，每运行10到12小时就需要停机更换新的衬管，致使它无法连续检测多批供试品。而气相色谱法可以连续检测2至3批供试品，更换一支新衬管就可以检验二十多批。 三、结论 通过本论文的比较研究得知，传统气相色谱法测定农药残留具有快速、准确的优点，而且成本低廉。但是其分析检测范围比较狭窄，随着老百姓对食品药品中农药残留的重视，以及国家有关部门对于中药质量标准的不断提高，对中草药农药残留检测的要求不断提高，气相色谱法显然无法满足多农药检测的需求，而这恰恰是气相-质谱联用的优势所在。 气相-质谱联用可以一次性测定最多上百种农药，这相当于多种传统检测器的合体，其在多农药检测时，效率明显高于气相色谱法。但是其缺点也十分明显，仪器的购买使用成本、供试品处理所用耗材成本都远超气相色谱法数倍。而且仪器开机关机时间很长，衬管、隔垫等一些备件更换频次高。如果仪器生产商能够开发出更耐久、更便宜的耗材，对照溶液的价格能进一步降低，使质谱检测的成本降低，那么它的优势是其他任何仪器都无法比拟的，使用范围也会越来越广，一定会成为未来食品药品行业中农药残留检测的首选方法。 四、参考资料 《中国药典》2015年版 《中国药典》2020年版 安捷伦7890A/B气相色谱仪使用说明书 安捷伦7890B-7000D气相质谱仪使用说明书 致谢 本文是在贾娟老师的悉心指导下完成的。论文从选题立项、逐项对比到最后完成，都离不开老师的指导。贾老师积极的态度和精益求精的精神，使我受益匪浅，在这里衷心感谢老师在工作及生活上对我的关心和照顾!同时，本次论文得以完成也得到诸多同事的支持，在他们的帮助下，我学到很多知识和实践经验，感谢谢这些给予我帮助的良师益友。最后再次向所有关心和支持我的老师、同学表示最衷心的感谢！ |
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