【项目文章】高效离子迁移谱法快速筛查精米中农药残留

今年8月，我司南京财经大学用户在Journal of Food Measurement and Characterization杂志发表题为Rapid analysis of pesticide residues in polished rice using modified QuEChERS method combined with ion mobility spectrometry and partial least squares regression techniques的文章，利用越质生物GA2200高效离子迁移谱，联合QuEChERS预处理技术、偏最小二乘回归（PLSR）分析，建立了快速检测水稻中浓度高于0.3mg/kg农药残留新技术。

大米是近全球60%人口的主要食物来源，农药能有效控制杂草和虫害，提高作物产量。过量和不合理的使用农药，农药残留物可在人类体内积累，导致急性或慢性中毒，对人类健康构成严重威胁，并成为食品工业的安全危害。随着农药产品更新速度的加快、品种的增加、农药结构性质的多样、样品基质复杂、对农药残留限制要求日益严格，筛选时效要求高，微量农药残留分析面临严峻挑战。开发一种简单、准确、高效、高通量、高灵敏度的多种农药残留筛选技术是目前的研究热点。

QuEChERS方法具有操作快速、简单、价格低、回收率高、提取步骤少、能满足农药残留实时检测要求等特点，已成为国家标准粮食样品预处理的首选方法。

气相色谱和液相色谱主要依靠定性分析的保留时间，多农药残留的筛选能力有限，定性能力不足，易受复杂基质样品的干扰。LC-MS的分析水平一般低于µg/L，满足欧盟对食品检测的高灵敏度、选择性和特异性的要求，已成为一种重要的分析工具。然而，LC-MS在现场快速识别中仍存在操作繁琐、消耗时间长的缺点，不适合对大量样品进行快速筛选和分析。

离子迁移率光谱（IMS）是一种新兴的检测技术，它利用离子源在大气压下电离物质，根据离子的大小和形状进行分离，整个分析过程只需要几秒钟。与传统的检测技术相比，IMS具有分离能力强、检测快速、可移动、精度好、检测限低等优点。因此，IMS不仅广泛应用于实验室分析和研究，而且还广泛应用于现场实时检测分析。IMS已广泛应用于环境分析、医学诊断、药物分析和食品安全检测等领域。

国标（GB 2763）规定了水稻中31种农药残留的最高限值。一种大米不能同时含有这么多农药。为了提高检测效率，需要先快速筛选水稻，然后对检测到的阳性样品进行准确的量化。QuEChERS快速预处理，结合IMS快检，可快速筛查水稻中的农药。本研究以异丙硫醚（A）、丙腈（B）和氟托拉尼（C）三种农药为例，开发三种农药的IMS检测方法。并将QuEChERS、IMS和偏最小二乘回归（PLSR）分析相结合，研究水稻中多种农药残留的快速筛查方法。

实验方法

将购置的精米，按照QuEChERS方法进行快速预处理。优化IMS检测条件，所有的样品均进行了3个重复的分析。对检测结果进行偏最小二乘回归分析。

表1混合加标溶液中农药的浓度

结果分析

异丙硫醚的检测模式为正电离模式，在13.437 ms处的峰值最强。适合丙腈的检测模式为负电离模式，在10.395 ms和11.247 ms附近有两个明显的峰。在11.247 ms时，灵敏度较高，该位置的最大峰值强度对应的峰值时间不随浓度而变化。氟托拉尼的检测模式为负电离模式，峰值在11.382 ms。建立了农药的标准曲线，线性范围为0.0977 ~ 12.5 mg/L。

文章对QuEChERS的方法进行了优化，包括溶剂的选择和溶剂的用量。

为了同时对异丙硫醚、丙腈和氟托拉尼进行定量分析，需要在正、负电离模式下进行特征提取和数据融合。首先，提取了正电离模式下异丙硫醚数据，对应的峰值时间为13.203 ms~13.705 ms。其次，提取了丙腈和氟托拉尼在负电离模式下的光谱特征，对应的峰值时间范围为11.008 ~ 11.637 ms。最后，对正、负电离模式下提取的特征进行了融合。虽然丙烷和氟托拉尼的光谱非常相似，但对混合农药的预测误差为6.77%，反映了PLSR模型相对理想的定量预测能力。

国家标准中采用的技术大多为LC-MS，IMS具有检测时间短、检测效率高的优点，所建立的定量分析方法具有良好的应用前景。

使用改良的QuEChERS方法处理市售武昌大米样品。通过ESI-IMS对制备的溶液进行了测试，光谱如图1所示。建立的PLSR模型用于浓度预测。结果表明，异丙硫醚、丙腈和氟托拉尼的浓度未超过国家标准GB 2763的限值要求。

鉴于农药残留多种、含量低、基质干扰高、检测速度慢等特点，采用QuEChERS和IMS联合技术对水稻多种农药残留快速筛选方法进行了研究。以GB 2763中3种农药为例，即异丙硫烷(A)、丙烷(B)和氟托拉尼(C)，覆盖正负电离检测模式，具有相似的IMS光谱。采用改进的QuEChERS方法对水稻样品进行处理，制备加标溶液和标准溶液，得到各农药的线性范围。A、B、C的加标溶液的线性范围分别为0.1953 ~ 3.125 mg/L、0.0977 ~ 3.125 mg/L、0.3906 ~ 12.5 mg/L，回收率在87.73%~118.9%之间。在线性范围内，制备了三种农药的混合加料溶液。采用PLSR法预测了混合溶液中农药的浓度，误差为6.77%。QuEChERS方法可以实现样品的快速预处理，IMS的扫描速度较快，通过PLSR可以准确地预测农药的含量。这些技术的结合可以提高分析效率，有望成为一种快速检测具有相似光谱的农药残留的新技术。

Jiayi Zhu et al., Rapid analysis of pesticide residues in polished rice using modified QuEChERS method combined with ion mobility spectrometry and partial least squares regression techniques. Journal of Food Measurement and Characterization. 2024