又又又一篇AC | 现场检测水土气污染物的便携式双质谱策略
暨南大学胡斌研究员团队在Analytical chemistry再次发表文章《A Portable Dual Mass Spectrometry Strategy for On-Site Monitoring of Accumulation Effects and Exposure Risks of Insecticides during Chikungunya Epidemics》。该研究发展了一种便携式双质谱（MS）策略，用于现场监测基孔肯雅热的典型杀虫剂在不同环境介质中的残留及其暴露风险。该方法结合了两种便携式质谱仪，可在10分钟内完成对空气、水和土壤中挥发性和非挥发性污染物的快速、灵敏检测。
研究发现，杀虫剂中的非挥发性成分（如氯菊酯和丙烯菊酯）会在水和土壤中累积，呈现锯齿状的累积效应，而挥发性成分（如甲苯、异辛醇）则迅速扩散至空气中。连续五天的监测显示，重复喷洒会显著增加健康暴露风险。该研究为现场环境监测和健康风险评估提供了高效、便携的新工具。
研究背景
2025年夏季以来，基孔肯雅热（一种蚊媒传染病）在全球多地持续扩散，为控制其快速传播，使用化学药剂灭蚊是主流防控手段。但频繁、大量使用杀虫剂会使其在空气、水、土壤中残留，引发蚊虫抗药性、非靶标生物受影响、人体健康暴露等风险，且杀虫剂中的有害成分会加剧环境危害。目前已经有实验室质谱检测方案，该方案需复杂前处理，且需在实验室进行，无法实现现场快速监测，而便携式质谱仪可满足现场分析需求。
研究目的
本研究旨在开发一种便携式双质谱联用策略，整合便携式气相色谱-质谱仪与微型质谱仪，实现空气、水、土壤中非挥发性杀虫剂以及挥发性辅助溶剂的现场快速检测，明确其环境动态与累积效应，评估生态及健康暴露风险，为蚊虫防控的化学品安全使用提供技术与数据支撑。
研究方法
仪器
- 微型质谱仪（型号：Cell，清谱科技，中国苏州）
- 便携式GCMS（型号：2000，禾信仪器，中国广州）
- 固相微萃取（SPME）纤维头，Supelco-Sigma，美国
- 离子源：nESI纳喷试剂盒、PCS微管纸喷雾试剂盒，清谱科技，中国苏州
- 一种含有丙烯菊酯和氯菊酯的商用复配拟除虫菊酯杀虫剂，Aestar ，中国广东
现场取样与分析
市售杀虫剂经水稀释100倍后，每日约在7:00和17:00两次喷洒于土壤及水体表面。所有环境样本（包括土壤、水体和空气）均在喷药前后立即采集，并连续五天每日于12:00进行额外检测。每个样本均在现场环境中至少分析三次。
空气样本：喷药后，将50/30 μm DVB/CAR/PDMS SPME纤维暴露于空气中1 min，以顶空（HS）方式采集空气中的挥发性组分，随后通过便携式GC-MS进行热解析与检测。
水样：取1.0 mL水样，采用活化后的C18-SPME纤维进行直接浸渍采样5 min。随后使用1.0 mL纯水对纤维冲洗10 s，再将纤维插入预装50 μL甲醇/水（95:5，V:V）溶液（含0.1%甲酸和12 mM乙酸铵）的nESI毛细管中，对分析物进行1 min解吸，最后通过nESI进样微型质谱仪进行分析。
土壤样品：取1.0 g土壤置于5 mL离心管中，与1 mL含0.1%氨水的乙腈溶液混合进行固液萃取，随后直接采用PCS进样微型质谱仪进行分析。
研究结果
为在现场环境中实现最佳分析性能，本研究系统优化了杀虫剂及其辅助溶剂的检测条件。结果表明，现场固相微萃取（SPME）采样可显著提升真实环境样品的检测灵敏度，且基于便携式双质谱仪可在10分钟内完成分析（图3）。
研究在水样与土样中检出杀虫剂的两种主要非挥发性有效成分：氯菊酯与丙烯菊酯，二者分别以铵加合离子（[M+NH4]+）或质子化分子离子（[M+H]+）形式被检测（图4 a）。通过二级质谱（MS/MS）与标准品对照，进一步确认了丙烯菊酯（图4 b）和氯菊酯（图4 c）的结构。
在环境空气样品中（图4 d），检出商用杀虫剂的两种主要挥发性辅助溶剂：甲苯（图4 e）与异辛醇（图4 f），并经标准品对照验证。需说明的是，商用杀虫剂除上述主要有效成分与辅助溶剂外，还可能含有其他组分。
该质谱策略还通过实验室气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和液相色谱-质谱联用仪（LC-MS/MS）进一步验证，显示出良好的一致性。
对杀虫剂及辅助溶剂的现场检测同样表现出优异的分析性能，包括极高的灵敏度（检测限LOD：0.1–3.0 ng/mL）、良好的重现性（日内RSD：2.44–13.58%，n=6；日间RSD：6.60–18.16%，n=7）以及定量检测能力（土壤/水中：0.5–50 ng/mL；空气中：5–200 ng/mL）。
特别值得注意的是，这些分析物的检测限均符合环境水体、土壤及空气中杀虫剂与挥发性有机化合物的相关要求。这些结果明确表明，所建立的便携式双质谱策略是适用于野外环境下复杂环境基质中痕量杀虫剂及辅助溶剂现场监测的有力工具。
环境介质中杀虫剂的现场监测
为明确杀虫剂在喷洒前后的动态变化与环境行为，连续5天对空气、水体、土壤进行检测。喷洒后，甲苯、异辛醇等挥发性辅助剂在空气中迅速出现，数小时内快速降至检出限以下，反复喷洒后浓度回升，仅存在短期反复暴露，无长期蓄积。
非挥发性的氯菊酯、丙烯菊酯在水体和土壤中可快速检出，且不会完全消失，仅缓慢下降。多次喷洒后浓度逐次升高，5天内呈现锯齿状累积效应。该效应源于其低蒸气压、扩散慢、难降解，易在水土中残留，带来显著环境污染与暴露风险。
为进一步评估杀虫剂对生态系统与人体健康的累积风险，本研究结合累积效应开展评价，计算了潜在暴露风险（RE）与健康风险（RH）。
结果显示，空气中甲苯（RE：0.037 mg·kg-¹·d-¹，(RH：0.46）、异辛醇（RE)：0.0479 mg·kg-¹·d-¹，(RH：0.86）的暴露与健康风险均处于低水平。首次喷洒时，水体与土壤中氯菊酯、丙烯菊酯的风险较低，但反复喷洒后累积效应风险显著升高。例如，第1天水体中氯菊酯(RH)为0.91（<1.0，安全），第2天升至1.51（>1.0，存在风险），第5天达3.18（>1.0，极高风险）。结果表明：即便杀虫剂本身为低毒，但频繁、大量使用仍会通过污染土壤、水体、食物及生物链，持续累积暴露风险。
结论
综上，针对城市常规大量、反复喷洒杀虫剂的灭蚊模式，本研究建立的便携式双质谱策略可实现环境样品现场分析，同时覆盖挥发性与非挥发性待测物，兼具优异分析性能、便携性与小型化优势。
数据表明，杀虫剂及其辅助溶剂可污染空气、水体、土壤，对生态系统与人体健康形成累积暴露风险。本研究深化了环境中化学灭蚊方式潜在生态与健康风险的认知。
同时，该研究提出未来蚊媒传染病防控应结合卫生城市建设、非化学技术、环境监测与修复，以提升蚊媒病、生态系统与人类健康的综合管理水平。