SWATH技术应用于水中371种农药及PPCPs的筛查和定量分析

随着我国工农业的迅速发展，近年来水环境的污染问题日渐 严重化，水环境的污染主要来自于水体中逐渐增加的一些微量有机污染物，如除草剂、杀虫剂等农药，消毒副产物，药物及个人 护理品（PPCPs）等，其去除作用极其有限。同时，由于水体受到 污染，导致水体富营养化，藻类过量繁殖，产生难闻的嗅味和有 害的藻毒素。对日常饮用水带来了极大的危害，严重影响着人群 健康水平。本方法在X500R QTOF平台上，建立了水质中371种农药及环 境污染物的SWATH数据采集和数据处理方法。该方法可实现一针进样同时测定371种化合物，在短短20分钟内同时获得所有化合物 的一级和二级质谱信息。不仅具备以一级质量精度，保留时间， 同位素丰度，二级信息数据库匹配的功能确定阳性样品，还可满 足欧盟SANTE/11945/2015农残筛查标准中关于ion ratio 的判定标 准，实现真正意义上的一针进样同时定性定量分析，大大提高了 工作效率和通量，节省人力物力和财力。For Research Use Only. Not For Use In Diagnostic Procedures.SCIEXClinicalResearch SCIEX SWATH技术应用于水中371种农药及PPCPs的筛查和定量分析 翟南 S 南 W ，贾 A 彦 T 波 H ，靳 技 文海 术应用于水中371种农药及PPCPs的筛查和定量 SCIEX，亚太应用支持中心（北京），中国 SWATH技术应用于水中371种农药及PPCPs的筛查和定量 翟南南，贾彦波，靳文海 SCIEX，亚太应用支持中心（北京），中国 随着我国工农业的迅速发展，近年来水环境的污染问题日渐 严重 分 化，析 水环境的污染主要来自于水体中逐渐增加的一些微量有 随着我国工农业的迅速发展，近年来水环境的污染问 机污染物，如除草剂、杀虫剂等农药，消毒副产物，药物及个人 翟题南日南渐，严贾重彦化波，，水靳环文境海的污染S主CI要E来X，自亚于太水应体用中逐支持渐增中加心（北京），中国 护理品（PPCPs）等，其去除作用极其有限。同时，由于水体受到 的一些微量有机污染物，如除草剂、杀虫剂等农药，消毒 污染，导致水体富营养化，藻类过量繁殖，产生难闻的嗅味和有 副产物，药物及个人护理品（PPCPs）等，其去除作用极其 害的藻 随 毒 着 素。我 对 国 日 工 常 农 饮 业 用 的 水 迅 带 速 来 发 了 展 极 ，大的 近 危 年 害 来 ，水 严 环 重 境 影 的 响 污 着 染 人 问 群 题有日限渐。严同重时化，，由于水体受到污染，导致水体富营养化，藻 健康水平。水环境的污染主要来自于水体中逐渐增加 的类一过些量微繁量殖有，机产污生染难物闻，的如嗅除味草和剂有、害杀的虫藻剂毒等素农。药对，日消常毒饮 副用产 为 水物 使 带，人 来药 们 了 能 物极 放 及大 心 个 的 的人 继 危护 续 害理 享 ，品 受 严（水 P重P 资 影C 源 P响s ，）着 如 等人 何 ，群 有 其健 效 去康 的 除水 对 平作 水 用。环 极 境 其 中 污 有 染 限 物 。的 为 进 同 行 使时 监 人，测 们由 显 能于 得 放水 尤 心体 为 的受 重 继 要 到 。续污享染受，水导资致源水，体如富何营有养效化的，对藻水 环境中污染物的进行监测显得尤为重要。 类过 本 量 文针 繁 对 殖 水 ，环 产 境 生 污 难 染 闻 物 的 问 嗅 题，味 在 和 X 有 50害 0R 的 Q-藻 TO 毒 F 素 上建 。立 对 了 日 37常 1饮 种 用水带来本了文极针大对的水环危害境，污严染重物影问响题着，人在群X5健00康R 水Q平-T。OF上建立 农药 了 及P 3P 7C 1Ps 种 的 农 快 药 速 及 筛查 PP 方 C 法 Ps ，的 为 快 监 速 测工 筛 作 查 者 方 们 法 提 ，供 为 了 监 高 测 效 工 准 作 确 者 的 们 多农残及 为 P 使 PC 人 Ps 们 的 能 解决 放 方 心 案 的 。继续享受水资源，如何有效的对水提供了高效准确的多农残及PPCPs的解决方案。 环境中污染物的进行监测显得尤为重要。 本方 本本 法 文 具 方针 有 法对 以 具水 下 有环 特 以境 点 下污 ：特染点物：问题，在X500R Q-TOF上建立 1.了1一 .3 7针 1进 一种 样 针农 同 进药 时 样及 测 同 定 P时 3P 7C测 1P定s 种农 3的7药 1快 及 种速 环 农筛 境 药查 污 及方 染 环法 物 境，，污为 分 染监 析 物测 仅 ，工 时 分作 间2析者 0仅们 分 时提 钟 供 ，了 提 间高 高 2效0工 准分 作 确钟 效 的，率 多 及 提农 通 高残 量 工 。及作P效P率CP及s的通解量决。方案。 2. 一针进样同时实现定性定量。不仅具备一级质量精度、 本方法具有以下特点： 2.一针进样同时实现定性定量。不仅具备一级质量精度、保留时 1. 一保针留进时样间同、时化测合定物37同1位种素农丰药度及、环二境级污谱染库物匹，配分四析重仅关时卡，间、化合物同位素丰度、二级谱库匹配四重关卡，还有可满足 间还20有分可钟满，足提欧高盟工最作新效的率法及规通要量求。ion ratio，保证筛查结 欧盟最新的法规要求ion ratio，保证筛查结果准确可靠，为农 2. 一果针准进确样可同靠时，实为现农定残性及定环量境。污不染仅物具的备快一速级筛质查量工精作度保、驾 残及环境污染物的快速筛查工作保驾护航。 护航。 保留时间、化合物同位素丰度、二级谱库匹配四重关卡， 3.3水 . 样 还 品 水有 直 样可 接 品满 进 直足 样 接欧 ，进盟 无 样最 需 ，新 富 无的 集 需 ，法富 简 规 单 集要 、，求 快 简io 速 单n ，r、a 省 ti快o 时 速，、，保 省 省证 力 时筛 。、查省结力。 1.3. 1建 . 立 水 S 建样 W 立品 AT 直S H W 采 接A 集 进TH 方 样 法 ，采 ，集无 一 需方 针 富法 进 ，集 样 一，获 针简 得 进单 高 样、质 获快 量 得速 一 高，级 质省 和 量时 二 一、级 级省 质 和力 谱 二。信息 级质谱信息 2. 实 S 2验.C IE 思 X S 路C O I S E 软 X 件 O 多 S 维 软 度 件 确 多 证 维 样 度 品 确 信 证 息 样品信息 1. 3. 建一立级SW信A息T同H时采进集行方定法性，定一量针进样获得高质量一级和二 3.一级信息同时进行定性定量 4. 级二质级谱信信息息数据库比对及Ion Ratio对阳性化合物确认 4.2. 二 S 级 C 信 IE 息 X 数 O 据 S 库 软 比 件 对 多 及 维 Io 度 n R 确 ati 证 o 样 对 品 阳性 信 化 息 合物确认 3. 仪一器级设信备息同时进行定性定量 For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedures. © 2014 SCIEX. The trademarks mentioned herein are the property of Sciex Pte. Ltd. or their respective owners. SCIEX™ is being used under license. SCIEX ExionLC™液相系统+ X500R Q-TOF质谱系统 SC S I C E IE X X E O x S io 数 nL 据 C 采 ™集 液 和 相 处 系 理 统 软 +件 X500R Q-TOF质谱系统 SCIEX OS数据采集和处理软件 样品制备 样品制备 水样样品直接进样分析。 液相方法 样品 水 制 样 备 样品直接进样分析。 流动相A：水 （含5 mM甲酸铵）流动相B：甲醇（含 液相 水 方 样 法 样品直接进样分析。5 mM甲酸铵） ；色谱柱：Phenomenex Kinetex Biphenyl， 液1相00流 方 × 动 法3.相 0 A m ：m 水 ， 2.（6 µ 含 m 5 。mM甲酸铵）流动相B：甲醇（含 5 m 流 M 动 甲 相 酸 A 铵 ：）水 ；（色 含 谱柱：Phenomenex Kinetex Biphenyl，质谱方法5 mM甲酸铵）流动相B：甲醇（含 15 0m 0M ×3.S甲 0 W酸 mm A铵 ，TH）2 . 6数； µ 据色 m。采谱集柱方：式Ph，enEoSmIen源ex正 K离in子ete扫x 描Bi，ph一en次yl进，样 1质 00谱 同 ×时 方 3.采 法 0 集mmT，OF2-.6M µSm和。MS/MS数据。 质谱 S 方 WA 法 TH数据采集方式，ESI源正离子扫描，一次进样同时采集 TOF-S M W S和 AT M H S/M 数 S 据 数据 采 。集方式，ESI源正离子扫描，一次进样 同时采集TOF-MS和MS/MS数据。 Source and Gas Parameters lon source gas 50 ：pi Curtan ga 30 ： 500 Temperature 60 ：psi CADgM 7 ： rExperimentSWATH Polanty Positive Spray voltage 5500 ：V TOF MS TOF start mass 50 ：Da Dedustering potentu 10 Collision energ TOF stop mass 900 ：D DPspread 0 CE spread Accumulation tim 01 ：： Advanced Experiment ettingi Time bins to sur 4 Channel， Chonnel2 Channel3 √ Channei TOF MSMS TOF start masi 100 ：D TOF stop masi 9000 ：0 Dynamic collaion energy Enhance dynamic range Enhance dyn amic ran ge 1 49.5000 139.3000 80 0 35 15 2 138.3000 198.7000 80 0 35 15 3 197.7000 256.2000 80 0 35 15 4 255.2000 288.9000 80 0 35 15 5 287.9000 317.5000 80 0 35 15 6 316.5000 353.1000 80 0 35 15 7 352.1000 377.8000 80 0 31 15 8 376.8000 402.0000 80 0 31 15 9 401.0000 439.5000 80 0 31 15 10 438.5000 999.6000 80 0 31 15 实实验验结结果果 1. 一次进样同时对371种农药级环境污染物进行筛查，每 实 实 验结果 个验农结药果实验结果都有固定的保留时间，在本方法条件下即使在无 1实. 验一结次果进样同时对371种农药级环境污染物进行筛查，每 1.1 .一 一 次标 次 进 进 准样 样 品 同 同情 时 时 对 对况 337下711种 也种 农 可农 药 药 级 根级 环 据环 境 保 污 境 染 留污 物 染时 进 物间 行 进 筛 进行 查 筛行 ，查筛 每 ，个 查每 农 。药 1.都 有 一个 固 次农 定 进药 的 样 保 都 留 同有 时 时固 间 对定 ，的37在 保1本 留种 方 时农 法 间药 条 ，级 件 在环 下 本境 即 方污 使在 法染 无 条物 标 件进 准 行下 品 即筛 情 查使 况 ，在 下 每无个农药都有固定的保留时间，在本方法条件下即使在无 也可 个标 根 农 据 准 保 药品 留 都情 时 有 间 固况 进 定下 行 的 筛 也保 查 可留 。时根间据，保在本留方时法间条进件下行即筛使查在无。标准品情况下也可根据保留时间进行筛查。 标准品情况下也可根据保留时间进行筛查。 2. 一针进样，获得全面且高质量的一级和二级质谱信息， 图1. 371种农药及环境污染物提取色谱图（10 ppb） 图1 371种农药及环境污染物提取色谱图（10 ppb）可可同同时时定定性性定定量量。。 图1 371种农药及环境污染物提取色谱图（10 ppb） 2. 一针进样，获得全面且高质量的一级和二级质谱信息， 2. SW一A针TH进图1样 技37，术1种获对农得化药全合及面环物境且母污高离染质子物提量的取的质色一量谱级范图（和围1二0进 pp级行b）质智谱能信窗息口， 2.2一 . 针 一可 进 针同 样 进时 ，获 定样 得 ，性 全 定获 面 得量 且 。全 高 面 质 且 量 高 的 质 一 量 级 的 和 一 二 级 级质 和 谱 二 信 级 息 质 ，谱 可 信 同 息 时 ，划分，每个窗口内的所有离子一起碰碎，从而得到质量范 可 定 同 性 时 定量 定 。性定量。 围内所S可有W同A离T时子H定的技性一术定级对量和。化二合级物质母谱离信子息的，质进量一范步围进通行过智软能件窗智口SWATH技术对化合物母离子的质量范围进行智能窗口 能能去划去 S 卷 W 分卷S积 A ，积 T W进 H A进每行T 技 行个H数 术 数窗据 对 技据口库 化 术库内 合 匹对匹的 物 配化配所 母 。合。有 离 物 子 离母 的 子离 质 一子 量 起的 范 碰质 围 碎量 进 ，范 行 从 智 围而 能 进 窗 得行 口 到智 划 质能 分 量窗 ，范口划分，每个窗口内的所有离子一起碰碎，从而得到质量范 每个 划围 窗 分内 口 ，所 内 每有 的 个离 所 子窗 有 口的 离子 内一 一 的级 起 所和 碰 有二 碎 离级 ，子质 从 一谱 而 起信 得 碰息 到 碎，质 ，进 量范 从一 围 而步 内 得通 所 到过 有 质软 离 量件 子 范智围内所有离子的一级和二级质谱信息，进一步通过软件智 的一 能围 级 去内 和 卷所 二 积有 级 进离 质 行子 谱 数的 信 据 息 一库 ，级匹 进 和配 一 二。步 级 通 质 过 谱 软 信 件 息 智 ，能 进 去卷 一 积 步 进 通 行 过 数 软 据 件 库 智能去卷积进行数据库匹配。匹配 能 。去卷积进行数据库匹配。 色色谱谱图图 色谱图 同同位位素素分 同 分布 位 布图 素 图 分布图 二二级级质质 二 谱谱 级 图图 质谱图 图2 SWATH一级定性结果示例图（通过Mass error、RT、Isotope、Library 图2. SW 色 A 谱 TH 图 一 级 定 性 结 判判 果 定定同 示 筛筛 例 位查查 图 结素结 （果分果）通 ）布 过 图 M a ss e rr o r 、二 RT 级 、质 Iso 谱 to 图 pe、色谱图 同位素分布图 二级质谱图 Li 图 br 2 a S ry W 判 色AT 定 谱H 筛 一图 查 级 结 定 果 性 ）结 果 示 例同图位（素通分过M布as图s e rr o r 、 R T 、I二sot级op质e、谱Lib图rary 图2 SWATH一级定性结果示例图（通过Mass error、RT、Isotope、Library 判定筛查结果） 3. 图 图 33S .S W S WAATTHH一级二定级量完结果整示的例图数【据灵敏库度匹（0.配005及ppb符）和合重最现性新（欧以盟灭菌图3 SWATH W 一 AT 级 H 定 一 量 级 结 定 果 量 示 结 例 果 图 示 【例 灵 图 敏 【度 灵 （敏 0.0度 05（pp 0b .0）05和 pp 重 b 现 ）性 和 （重 以 现 灭 性 菌 （以灭 菌 图3S 安 SA 为 WN 例 ATT ）EH/】1一1 级9 4定 5/ 量2 结0 1 果 5 示 农 例 残图安【筛为灵例查敏）标度】准（0要.00求5pp的b）Io和n 重R现ati性o（为以灭筛菌安为例）】3. SWATH二级完整的安为数例据）】库匹配及符合最新欧盟 查查保保驾驾护护航航 3. SWATH二级完整的数据库匹配及符合最新欧盟 3.3 . SW SSAW A NA T TT H EH/1二 1二9级 45级/完 2完01整 5整 的 农的残 数 数筛 据 据查 库 库标 匹 准匹 配 要配求 及 及的 符 符Io 合 合n 最 R最ati新 新 o欧 欧 为盟筛 盟 SAN STE/11945/2015农残筛查标准要求的Ion Ratio为筛 SAN 查 T A E 保N /1T驾 1E 9/护 4151航 /924051/520农 15残筛 农 查 残 标 筛 准 查 要 标 求 准 的 要 Ion 求 R 的 ati I o on 为 R 筛 at 查 io 保 为 驾 筛 护 查 航 保驾护航查保驾护航 © ©2 021041 4S CSICEIXE.X T. hTeh ter atrdaedmeamrakrsk sm emnetinotinoende dh ehreerieni na raer teh teh ep rporpoepretyrt yo f o f S cSiecixe xP tPet. eL. tLdt. do. r otrh tehire irr ersepsepceticvtiev eo wonwenresr. sS. CSICEIXEX™ ™is isb ebienign gu suesde du nudnedre lir cliecnesnes.e. 图4 SWATH二级库匹配示例图 图4 SWATH二级库匹配示例图 图3. SWATH二级库匹 广广 配 州 示 州分 例 分公 图 公司司 子的峰面积ion ratio在样品和标准品中偏差不超过30%。 欧 运 盟 用 发 S 布 W 的 A 农 TH 残 技 鉴 术 定 采 指 集 导文 样 件 品 (S 数 AN 据 TE ，/1在 19数 45据 /2处 01理 5)方 ，法 要 编 求在 辑 使 界 用 面 高 可 分 智 辨 能 质 选 谱进 择i 行 on 鉴 ra 定 tio 时 限 ，定 不 范 仅 围 要 。求 在 提 结 供 果 高 的 质 展 量 示 精 上 度 以 的 “一级 交 和 通 二 灯 级质 ”谱 的 信 方 息 式 （对 < 阳 5 性 pp 结 m）果 ，进 而 行 且 判 规 定 定 ，了 满 两 足 个 欧 离 盟 子 农 的峰 残 面 筛 积 查 io 的 n rati 法 o 规 在样 要 品 求 和 。标准品中偏差不超过30%。 Table 4. Identification require m e n ts f or di f ferent M S techniques ² Ms detector / Typicol systems Requ i rements for i dent i fication characterishics (examples) Acqulsition r minin mum number of ions other Unit mass quadrup olo. resolution ion t rap.IOF full sc a n， limited m/z ra n ge. S I M 3 ions s elected o r multi ple reaction i on t rap.a-lrao. resolution fo r pre cursor-ion monitor i n g (SRM，MRM). mass MS/MS ion trap.G aro p. 2 produc t ions S/N23m Q-T OF ，Q-Orbi t rap i solation equal to or better t han u n i t ma ss r e so l u t ion Analyt e peaks i n t he 图5. SCIEX OS 图5软 S 件 CI 结 E 果 X O 列 S 表 软 中 件 ion 结 r 果 ati 列 o 表 结 中 果 io 展 n r 示 atio结果展示 For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedures. © 2014 SCIEX. The trademarks mentioned herein are the property of Sciex Pte. Ltd. or their respective owners. SCIEX™ is being used under license. 北京分公司上海分公司 广州分公司 Answers for Science. Knowledge for Life.™地址：北京市朝阳区酒仙桥中路24号院1号楼5层 地址：上海市长宁区福泉北路518号1座502室 地址：地址：广州市天河区珠江西路15号珠江城 AB Sc 电 iex 话 is ： 0do 1i 0n -g 5 8b 0u 8si 1n 3e 8s 8s as SCIEX. 电话：021-24197200 1907室 传真：010-58081390 传真：021-24197333 © 2017 AB Sciex. For research use only. Not for use in diagnostic procedures. The trademarks mentioned herein are the property of the AB Sciex Pte. Ltd. or their respective owners.www.sciex.com www.sciex.com AB SCIEX™ is being used under license.传真：020-38760835www.sciex.com RUO-MKT-02-7831-ZH-A SCIEX中国公司 5. 运 样 用 品 S 处 WA 理 TH 简 技 单 术采集样品数据，在数据处理方法编辑界面可 智能 传 选 统 择io 的 n 水 rat 样 io 前 限 处 定 理 范围 一 。样 在 采 结 用 果 SP 的 E 展 方 示 法 上 进 以 行 “富 交 集 通灯 ，”本 的 方 方 法 式 对 采 阳 用 性 大 结 体 果 积 进 进 行 样 判 方 定 法 ，，满足 简 欧 单 盟 快 农 速 残 易 筛 操 查 作 的 。法规要求。 4.可溯源式数据分析，无需再次采集数据 SWATH技术采集样品数据，所有化合物的全部二级碎片都被 采 总 集 结 并记录，具有可溯源性。无需重复进样，可根据需求随时调 用关注 本 信 方 息 法 ，在 节 X 省 50实 0R 验 Q 时 -间 TO 和 F 成 平 本 台 。上，建立了水质中371种农 药及环境污染物的SWATH数据采集和数据处理方法。该方 5.法可 样 实 品 现 处理 一 简 针 单 进样同时测定371种化合物，在短短20分钟内 同时获得所有化合物的一级和二级质谱信息。不仅具备以 传统的水样前处理一样采用SPE方法进行富集，本方法采用大 体 一 积 级 进 质 样 量 方 精 法 度 ，，简单 保 快 留 速 时 易 间 操 ，作 同 。位素丰度，二级信息数据库 匹配的功能确定阳性样品，还可满足欧盟 SANTE/11945/2015农残筛查标准中关于ion ratio的判定标准，总结 实现真正意义上的一针进样同时定性定量分析，大大提高 了工作效率和通量，节省人力物力和财力。 本方法在X500R Q-TOF平台上，建立了水质中371种农药及环 境污染物的SWATH数据采集和数据处理方法。该方法可实现一针 进样同时测定371种化合物，在短短20分钟内同时获得所有化合物 的一级和二级质谱信息。不仅具备以一级质量精度，保留时间，同位素丰度，二级信息数据库匹配的功能确定阳性样品，还可满 足欧盟SANTE/11945/2015农残筛查标准中关于ion ratio的判定标 准，实现真正意义上的一针进样同时定性定量分析，大大提高了 工作效率和通量，节省人力物力和财力。 上海公司及亚太区应用支持中心广州分公司 地址：北京市朝阳区酒仙桥中路24号院地址：上海市长宁区福泉北路518号地址：广州市天河区珠江西路15号 1号楼5层1座502室珠江城1907室 电话：010-5808 1388电话：021 - 2419 7200电话：020-8510 0200传真：010-5808 1390传真：021 - 2419 7333传真：020-3876 0835