本應用簡報介紹了使用氣相色譜/三重四極桿質譜 (GC/TQ) 并以氫氣為載氣進行農藥分析，同時保持靈敏度以滿足最大殘留量 (MRLs) 要求的關鍵策略。本研究涉及的關鍵內容包括推薦的色譜柱配置、優化的進樣條件以及選擇合適的針對氫氣載氣開發的質譜儀 (MS) 電子轟擊電離 (EI) 離子源硬件。20 m × 20 m (0.18 mm × 0.18 µm)Agilent HP-5ms UI 柱中反吹配置可保持與使用氦氣時相同的保留時間，從而節省與方法轉換相關的時間。在理想條件下，以氫氣為載氣得到的色譜分離度優于使用氦氣時的分離度。優化的進樣條件包括溶劑放空模式、2 mm 淺凹坑襯管以及使用分析物保護劑。與使用氦氣為載氣的進樣條件相比，當使用氫氣為載氣以及優化后的條件時，分析物的響應平均增強至原來的 10 倍。Agilent Hydro 惰性離子源和安捷倫高效離子源 (HES) 在使用氫氣和氦氣時得到了幾乎相同的譜圖，因此可以使用與氦氣載氣條件下相同的多反應監測 (MRM) 離子對和碰撞能量。可以使用相同的 MRMs、碰撞能量和保留時間，大大簡化了從氦氣到氫氣的轉換。

對于含色素菠菜基質中的 203 種目標農藥（濃度不超過默認的 MRL 10 ppb），使用開發的方法并通過 Hydro 惰性離子源和 HES 離子源可以定量分析其中超過 90% 的農藥。部分化合物易與氫氣發生反應，為使用氫氣進行分析帶來了巨大的挑戰，這些化合物的方法檢出限 (MDLs) 在亞 ppb 范圍內，而 HES 能夠實現更高的靈敏度和更低的 MDLs。在寬濃度范圍內證明了校準性能，滿足 SANTE/11312/2021 指南要求。在 203 種目標分析物中，超過 94% 的分析物相對標準誤差(RSE) 低于 20%。即使是最容易與氫氣反應的化合物（如四氯硝基苯），也可以使用 Hydro 惰性離子源和 HES 離子源分別在 0.5–5000 ppb 和 0.1–1000 ppb 范圍內實現準確定量。最后，證明了同步動態 MRM 和全掃描數據采集模式可準確定量并可靠鑒定化合物。根據使用氫氣載氣的 Agilent 8890/7000E和 Agilent 8890/7010C GC/TQ 系統的譜圖匹配結果實現化合物鑒定。

前言近年來，由于氦氣頻繁短缺和價格上漲，使用氫氣作為載氣進行 GC/MS 分析的需求急劇增加。雖然氦氣是 GC/MS 的理想載氣，但氫氣已成為一種可行的替代載氣。如果采取適當的措施進行方法轉換，氫氣將為色譜分析帶來更多優勢[1,2]。此外，氫氣是實驗室實現可持續性運營的一種可再生且經濟有效的替代氣體。然而，與氦氣不同的是，氫氣并非一種化學惰性氣體。這引起了研究人員的擔憂，因為氫氣可能與目標分析物、基質成分或溶劑反應，從而導致化合物降解、峰拖尾等色譜問題、質譜圖中的離子比失真、譜庫匹配度降低以及靈敏度降低。因此，從氦氣轉換為氫氣載氣時應謹慎。《EI GC/MS儀器載氣由氦氣轉換為氫氣的指南》[1] 提供了載氣由氦氣轉換為氫氣的方法的詳細說明。該用戶指南概述了成功轉換為氫氣載氣時的安全注意事項和程序。自推出 Hydro 惰性離子源以來，氫氣載氣已成功應用于多種應用。這些應用包括半揮發性有機化合物的 GC/MS[3] 和GC/MS/MS[4] 分析，環境樣品中揮發性有機化合物[5] 和多環芳烴 (PAHs) 的 GC/MS[6] 和 GC/MS/MS[7] 分析，嬰兒配方奶粉中 PAHs 的 GC/MS[8] 分析，香精與香料的 GC/MS 分析[9] 以及EPA TO-15 分析[10]。由于許多農藥的多樣性和不穩定性及其基質的復雜性，即使以氦氣為載氣，農藥分析也面臨著一系列的挑戰。之前的出版物已經介紹了使用氦氣載氣時的農藥樣品前處理和 GC/MS/MS 分析的最佳實踐[11]。本應用簡報主要介紹了使用氫氣載氣分析農藥，同時提供不受影響的高質量結果的關鍵策略

使用氫氣時，實現成功的食品農藥分析涉及： 

– 有效的樣品萃取和基質凈化，例如在 QuEChERS 萃取后進行 Agilent Captiva 增強型基質去除 (EMR) 通過式凈化– 溶劑放空進樣模式，通過 2 mm 淺凹坑襯管和程序升溫多模式進樣口 (MMI) 實現– 使用分析物保護劑– 具有與氦氣法相同相比例的迷你孔徑色譜柱 (20 m × 20 m,0.18 mm × 0.18 µm)– 柱中反吹– 方法轉換和保留時間鎖定技術– 降低或消除了氫氣反應性的 EI 離子源本研究的創新性在于評估了多種 EI 離子源在使用氫氣載氣時對農藥的分析性能，包括標準 Inert Plus Extractor EI 離子源、Hydro 惰性離子源和 HES 離子源。Agilent 8890/7000E 和Agilent 8890/7010C 氣相色譜/三重四極桿質譜 (GC/TQ) 系統在使用氫氣載氣時均能很好地滿足分析需求。

將所得方法用于分析菠菜 QuEChERS 提取物中 203 種適合GC 分析的農藥，以證明方法的靈敏度。獲得的靈敏度足以在MRLs 水平定量分析農藥。在高達 4 個數量級的濃度范圍內證明了校準性能，同時滿足 SANTE 11312/2021 指南要求[12]。使用同步動態多反應監測 (dMRM) 和掃描（dMRM/掃描）數據采集模式，通過譜圖解卷積和譜庫搜索進行化合物篩查，同時使用 dMRM 數據進行準確定量。Hydro 惰性離子源和 HES離子源能夠減少/消除源內氫氣反應，顯著改善了譜庫匹配得分，從而優化了非目標化合物的定性確認。

實驗部分GC/TQ 分析使用 8890/7000E 和 8890/7010C GC/TQ 系統（圖 1A）并進行配置，可在氫氣載氣條件下獲得理想性能。該氣相色譜系統配備 Agilent 7693A 自動液體進樣器 (ALS) 和 150 位樣品盤，一個在溶劑放空模式下運行的 MMI，由安裝在兩根相同的20 m 色譜柱 (0.18 mm × 0.18 µm) 之間的安捷倫吹掃 Ultimate接頭 (PUU) 提供的柱中反吹功能，以及 8890 GC 氣路反吹模塊 (PSD)（圖 1B）。可以使用 40 m 色譜柱替代 2 根 20 m 色譜柱，但不具備反吹功能。使用 7000E GC/TQ 對多種 EI 離子源配置進行了評估，包括可選的 3 mm 和 6 mm 透鏡。當使用默認配置 9 mm 透鏡的 Hydro 惰性離子源時，7000EGC/TQ 的性能最佳。當使用氫氣載氣和標準 HES 時，7010CGC/TQ 具有出色的性能。按照《氦氣轉換為氫氣的指南》[1] 中所述的最佳實踐將 GC/TQ 的載氣從氦氣轉換為氫氣，確保實現安全、成功的載氣轉換。表 1 列出了儀器操作參數。方法轉換軟件使用戶能夠將當前的氣相色譜方法移植到另一種氣相色譜柱配置和/或載氣條件下，同時確保相對保留順序維持不變，即峰的洗脫順序相同[13,14]。該軟件可從安捷倫氣相色譜計算器和方法轉換軟件頁面的可下載氣相色譜工具中獲取[15]。本研究使用方法轉換技術確定了 20 m × 20 m 色譜柱的近似氫氣載氣流速。使用該方法轉換技術獲得了與使用常規 15 m × 15 m 方法和氦氣載氣時幾乎相同的保留時間，即速度增益為 1。色譜柱 1 和 2 的流速分別為 1 mL/min和 1.2 mL/min。然后，將甲基毒死蜱的保留時間鎖定至9.143 min，使氫氣條件下獲得的保留時間與其他應用簡報[11]和 GC/MS/MS 農藥殘留分析參考指南中所述的常規 20 min 氦氣方法獲得的保留時間精確匹配[16]。選擇甲基毒死蜱作為保留時間鎖定化合物的原因在于，它通常不存在分析上的問題，并且在農藥色譜分析范圍的中間區域洗脫，而且通常作為過程控制化合物用于農藥數據項目實驗室中涉及的適合 GC 分析的農藥[16]。保留時間鎖定技術可使新色譜柱或儀器獲得的保留時間與數據庫（包括本研究中使用的 MRM 數據庫）或現有方法提供的保留時間精確匹配，以便輕松地在全球范圍內將方法從一臺安捷倫 GC/MS 或 GC/MS/MS儀器轉移至另一臺儀器。

……

結果與討論使用氫氣提高色譜分離度同時維持保留時間不變為了評估使用氫氣載氣分析農藥的可行性，在含色素菠菜基質中評估了一組共 203 種適合 GC 分析的農藥。當使用推薦的迷你孔徑色譜柱配置時，色譜分離度得到了提高。該配置包括兩根 20 m 色譜柱 (0.18 mm × 0.18 µm) 并使用氫氣載氣，分析時間為 20 分鐘，并與常規的氦氣載氣 20 分鐘分析進行對比（圖 3）。值得注意的是，使用氫氣載氣時的柱溫箱升溫程序與使用氦氣時相同。結合使用方法轉換和保留時間鎖定，可將使用氦氣載氣的常規 20 min 方法轉換為使用氫氣載氣，同時保持相對洗脫順序不變并精確匹配保留時間。圖 3 所示的色譜圖放大部分證明了氟氯氰菊酯和氯氰菊酯的色譜分離度提高。色譜分離度提高帶來的優勢包括基質干擾減小以及共洗脫分析物之間的干擾大幅降低，從而簡化通常涉及數百種目標分析物的復雜農藥殘留分析。準確預測保留時間并能將獲得的保留時間與氦氣條件下的保留時間相匹配可以節省大量的時間，并大大簡化從氦氣到氫氣的轉換。這一預測有助于簡化現有 MRM 方法從氦氣載氣轉換為氫氣載氣，并支持使用來自氦氣條件下所創建數據庫（如P&EP 4）的保留時間。