电喷雾质谱法快速分析三种农药的残留

Rapid Analysis of Three Kinds of Pesticide Residues Using Electrospray Ionization Mass Spectrometry

摘要: 本文采用电喷雾电离质谱技术(Electrospray ionization mass spectrometry, ESI-MS)并结合源内碰撞解离质谱技术(In-source collision induced dissociation, In-source CID)，对三种常见农药5%己唑醇微乳剂、30%吡虫啉微乳剂和40%苯醚甲环唑悬浮剂的化学成分进行了分析。被测样品经过溶解、稀释、过滤后，直接进行质谱分析。检测方法采用电喷雾电离离子源(ESI)，5%己唑醇微乳剂样品采用负离子模式检测，30%吡虫啉微乳剂样品采用正负两种离子模式检测，40%苯醚甲环唑悬浮剂样品采用正离子模式检测。通过电喷雾电离质谱技术并结合源内碰撞解离质谱技术，分别得到了5%己唑醇微乳剂、30%吡虫啉微乳剂和40%苯醚甲环唑悬浮剂样品主要成分的分子离子和多级串联碎片离子，并分析了其可能的质谱断裂规律。该方法样品需求量少，方法简单、分析速度快，适用于农药以及农药残留的分析，并为5%己唑醇微乳剂、30%吡虫啉微乳剂和40%苯醚甲环唑悬浮剂三种农药作用机制的研究奠定了基础。

Abstract: Electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) combined with electrospray ionization tandem mass spectrometry technology was used for rapid analysis of three kinds of pesticide residues. In this manuscript, the rapid analytical method for Hexaconazo, Iimidacloprid residues, as well as the rule of tandem mass spectrometry for Difenconazole, was established. The method is simple and rapid. It is applicable to determine the pesticide and pesticide residues.

1. 引言

己唑醇(Hexaconazole)属于唑类杀菌剂，甾醇脱甲基化抑制剂，对真菌尤其是担子菌门和囊军门引起的病害有广谱性的保护和治疗作用，具有内吸、保护和治疗活性，能有效地防治子囊菌、担子菌和半知菌所致病害，被广泛应用于茶叶中茶饼病等病害的防治[1] [2] 。吡虫啉(Imidacloprid)又名吡虫灵，是一种有机杂环类杀虫剂，对粮食作物、油料、蔬菜、水果等多种虫害有防治效果，可用以防治小绿叶蝉、黑刺粉虱，能替代噻嗪酮使用[3] [4] 。苯醚甲环唑(Difenoconazole)为三唑类杀菌剂的一种，为常用农药，具有内吸性强，杀菌谱广的特点。它既继承了三唑类杀菌剂的高效，又具备独到的作物安全性，成为全球小麦种子处理的新型农药[5] [6] 。但是，上述农药在发挥其杀虫杀菌作用的同时，其在农作物上的残留也十分值得关注。尤其是近年来各国对作物中农药残留的重视，农药残留的检测项目也不断增加，最大残留限量大幅度降低，低限量标准也日趋严格。如何在有限的条件下，在节约人力、物力、财力的前提下，提高工作效率，是农药残留检测人员面临的主要问题 [7] - [9] 。

质谱技术是用于化合物结构分析的一个重要手段，特别是近年来发展的软电离质谱如电喷雾电离质谱(ESI-MS)、大气压化学电离质谱(APCI-MS)等方法，能够为化合物解析提供丰富的化学结构信息 [10] - [12] 。软电离质谱技术具有样品处理简单、分析速度快、重复性好等特点，已广泛应用于天然产物化学成分的分析以及农药残留的检测 [13] - [15] 。

目前对农药残留的检测分析方法主要包括气相色谱法、液相色谱法、质谱法及其联用技术等 [16] - [18] 。传统的对农药化学成分及农作物中农药残留的检测方法主要是采用气相色谱及其联用技术 [19] - [21] ，该方法适用于非极性及低极性化合物的分析。而本文的研究对象5%己唑醇微乳剂、30%吡虫啉微乳剂和40%苯醚甲环唑悬浮剂具有一定的极性，因此本文采用电喷雾电离质谱技术，并结合电喷雾多级串联质谱技术和源内碰撞解离质谱技术，建立了农药5%己唑醇微乳剂和30%吡虫啉微乳剂残留的快速鉴别方法，在农药吡虫啉的一级全扫描质谱图中共确定了六个特征质谱峰，在农药吡虫啉的一级全扫描质谱图中共确定了五个特征质谱峰，该特征质谱峰可作为农药5%己唑醇微乳剂和30%吡虫啉微乳剂的快速鉴别标准。同时，本文还对农药40%苯醚甲环唑悬浮剂的质谱断裂规律进行了研究，从化学的角度为该农药杀菌机制的研究奠定了基础。本文的研究成果，可以作为5%己唑醇微乳剂、30%吡虫啉微乳剂和40%苯醚甲环唑悬浮剂农药残留的快速检测方法，同时也为以上三种农药的杀菌和杀虫机制研究提供了可靠的理论依据。

2. 试验部分

2.1. 仪器、试剂和材料

LTQ^TM线性离子阱质谱仪(Thermo公司，美国)，配以电喷雾电离离子源；0.22 μm Filter Unit滤膜(天津博纳艾杰科技有限公司)；5%己唑醇微乳剂和30%吡虫啉微乳剂(四川成都)；40%苯醚甲环唑悬浮剂(山东青岛)；甲醇为色谱纯试剂（Fisher公司，美国）；其他试剂均为分析纯试剂(北京化工厂)。

2.2. 供试品溶液的制备

精密量取5%己唑醇微乳剂、30%吡虫啉微乳剂和40%苯醚甲环唑悬浮剂各5 mL，分别置于100 mL的容量瓶中，加甲醇稀释至刻度，混匀，过0.22 μm微孔滤膜，取续滤液，分别制备成己唑醇供试品溶液、吡虫啉供试品溶液和苯醚甲环唑供试品溶液，备用。

2.3. 质谱条件

电喷雾电离离子源(ESI)，扫描范围m/z 100~2000，己唑醇供试品溶液采用负离子模式检测，吡虫啉供试品溶液采用正负两种离子模式检测，苯醚甲环唑供试品溶液采用正离子模式检测。壳气(N₂)流速30 arbitary，喷雾电压4.5 kV，金属加热毛细管温度 250 ℃ ，金属毛细管电压25 V，透镜电压90 V，碰撞气体为氦气(H_e)，碰撞能量为10 arbitary~30 arbitary。

3. 结果与讨论

己唑醇、吡虫啉和苯醚甲环唑的结构见图1。从结构上看，己唑醇属于唑类杀菌剂，是留醇脱甲基化抑制剂，吡虫啉属于烟碱类杀菌剂，苯醚甲环唑属于三唑类杀菌剂。

3.1. 己唑醇供试品溶液的质谱分析

将己唑醇供试品溶液在负离子模式下进行质谱分析，为了得到更为详细的离子碎片信息，采用了碰撞诱导解离能(collision induced dissociation, CID)的方式，碰撞能量为15%。己唑醇供试品溶液在负离子模式下的源内CID质谱图见图2。

由图2可知，己唑醇在负离子模式下的源内CID图谱中，主要有m/z 312 [M-H]⁻、m/z 284 [M-H-C₂H₄]⁻、m/z 266 [M-H-C₂H₆O]⁻、m/z 256 [M-H-C₄H₈]⁻、m/z 166 [M-H-C₆H₃Cl₂]⁻和m/z 138 [M-H-C₆H₃Cl₂-C₂H₄]⁻的碎片离子，己唑醇的主要碎片离子的相对丰度和断裂规律示于表1。

以上结果表明，可利用m/z 312、m/z 284、m/z 266、m/z 256、m/z 166和m/z 138的碎片离子作为特征性离子，鉴别作物中己唑醇农药的残留。

3.2. 吡虫啉微乳剂供试品溶液的质谱分析

将吡虫啉微乳剂供试品溶液在正负两种离子模式下进行质谱分析。为了得到更为详细的离子碎片信息，采用了碰撞诱导解离能的方式，碰撞能量为30%。吡虫啉供试品溶液在负离子模式下的源内CID质谱图见图3。

(a) (b) (c)

Figure 1. The chemical structures of Hexaconazole, Imidacloprid, and Difenoconazole. (a) Hexaconazole, (b) Imidacloprid, (c) Difenoconazole

图1. 己唑醇、吡虫啉和苯醚甲环唑的结构。(a) 己唑醇，(b) 吡虫啉，(c) 苯醚甲环唑

Figure 2. In-source CID spectra of Hexaconazole in negative ion mode

图2. 己唑醇供试品溶液在负离子模式下的源内CID质谱图

Table 1. The main ion information of Hexaconazole in negative ion mode

表1. 己唑醇在负离子模式下的主要碎片离子信息

由图3可知，在负离子模式下，吡虫啉供试品溶液源内CID质谱图中主要有m/z 254 [M-H]⁻和m/z 195 [M-N₂O₂]⁻的碎片离子；在正离子模式下，吡虫啉供试品溶液在源内CID质谱图中主要有m/z 256 [M+H]⁺、m/z 209 [M+H-NO₂]⁺和m/z 175 [M+H-Cl-NO₂]⁺的碎片离子。吡虫啉供试品溶液的主要碎片离子的相对丰度和断裂规律示于表2。

以上结果表明，在负离子模式下可利用m/z 254和m/z 195的碎片离子作为鉴别作物中吡虫啉农药残留的特征性离子；在正离子模式下可利用m/z 256、m/z 209和m/z 175作为鉴别作物中吡虫啉农药残留的特征性离子。

3.3. 苯醚甲环唑供试品溶液的质谱分析

苯醚甲环唑在正离子下模式下的一级全扫描质谱图见图4。

由图4可知，苯醚甲环唑供试品溶液在一级全扫描质谱中，主要有m/z 406和m/z 428的分子离子，分别为苯醚甲环唑的加氢[M+H]⁺峰和加钠[M+Na]⁺峰。为了进一步研究苯醚甲环唑的质谱断裂规律，对苯醚甲环唑供试品溶液进行多级串联质谱研究。苯醚甲环唑供试品溶液在正离子模式下的的二级和三级串联质谱图见图5。

从图5(a)可以看出，在苯醚甲环唑供试品溶液的二级串联质谱中，m/z 406的碎片离子峰主要有m/z 337 [M+H-C₂H₃N₃]⁺、m/z 291 [M+H-C₂H₃N₃-C₂H₆O]⁺和m/z 251 [M+H-C₂H₃N₃-C₄H₆O₂]⁺的碎片离子。而由图5(b)可知，在苯醚甲环唑供试品溶液的三级串联质谱中，m/z 337的碎片离子峰主要有m/z 291 [M+H-C₂H₆O]⁺和m/z 251 [M+H-C₄H₆O₂]⁺的碎片离子。苯醚甲环唑供试品溶液多级串联质谱的主要碎片离子示于表3。根据多级串联质谱分析，我们得到了苯醚甲环唑供试品溶液的质谱断裂规律。

(a) (b)

Figure 3. In-source CID spectra of imidacloprid in positive and negative ion mode. (a) Negative ion mode; (b) Positive ion mode

图3. 吡虫啉供试品溶液在负离子模式下的源内CID质谱图。(a) 负离子模式；(b) 正离子模式

Table 2. The main ion information of imidacloprid in positive and negative ion mode

表2. 吡虫啉供试品溶液在正负离子模式下的主要碎片离子信息

Figure 4. Full scan spectrum of Difenoconazole in positive ion mode

图4. 苯醚甲环唑供试品溶液在正离子模式下的一级全扫描质谱图

(a) (b)

Figure 5. The tandem mass spectra of Difenoconazole. (a) MS² 406>; (b) MS³ 406>337>

图5. 苯醚甲环唑供试品溶液的二级串联质谱图。(a) MS² 406>；(b) MS³ 406>337>

Table 3. The main ion information of Difenoconazole in tandem mass spectra

表3. 苯醚甲环唑供试品溶液在多级串联质谱中的主要碎片离子

4. 结论

本文采用电喷雾多级串联质谱技术并结合源内碰撞解离质谱技术，以我国常用农药5%己唑醇微乳剂、30%吡虫啉微乳剂和40%苯醚甲环唑悬浮剂为代表，对其主要的质谱行为和断裂规律进行了研究。此方法简单、快速，为深入研究农药物质基础和构效关系提供了可靠的理论依据，同时本方法也可以作为一种快速检测方法，用于农作物中农药残留的检测。