QuEChERS-超高效液相色譜-串聯質譜法測定玉米粉中41 種農藥殘留

李同賓, 李 紅, 孫豐收,2, 楊 松, 李北興*,, 慕 衛*,

(1. 山東農業大學 植物保護學院農藥毒理與應用技術重點實驗室，山東 泰安 271018；2. 山東農業大學 農藥環境毒理研究中心，山東 泰安 271018)

隨著農藥的大量和不合理使用，食品中的農藥殘留對人類健康所造成的不利影響日益顯露[1-2]。近年來，我國玉米田中的病蟲害呈加重趨勢，化學防治依然是最重要的防治措施[3]，玉米及加工產品中的農藥殘留風險不可忽視。針對玉米及加工產品，建立快速、可靠的農藥多殘留檢測技術，對于保障人畜安全顯得尤為重要。

目前，玉米中農藥殘留的檢測手段主要有氣相色譜法 (GC)[4]、氣相色譜-串聯質譜法 (GC-MS/MS)[5-6]以及液相色譜-串聯質譜法 (LC-MS/MS)[7]等。超高效液相色譜-串聯質譜 (UPLC-MS/MS) 具有準確、靈敏、快速等特點，適用于基質復雜、干擾嚴重的痕量化合物的分析，同時在碰撞誘導解離模式下，可以得到化合物碎片離子的分子質量，確證化合物的結構和裂解規律，定性準確度高[8]。針對谷物類等含油量較高的樣品基質在農藥多殘留分析中農藥難以提取和凈化等問題，國內外專家對此進行了大量研究。Dicke 等[9]建立了谷物中擬除蟲菊酯類殺蟲劑殘留分析方法。He等[10]提出了一種基于改進的QuEChERS 結合GCMS/MS 的快速多殘留分析方法，可同時測定玉米等谷物中的多種農藥。Mastovska 等[11]建立了將樣品處理與自動進樣技術相結合用于檢測玉米等谷物基質中的農藥殘留分析方法，提高了進樣量。我國也頒布了GB/T 20770—2008 用于測定糧谷中486 種農藥及相關化學品殘留量，但是該方法前處理較為繁瑣[12]，對于特定產品的農藥多殘留檢測(如玉米粉) 亟需更為簡便的檢測方法。

當前，農藥殘留樣品檢測的前處理技術主要包括傳統的液液萃取 (LLE)、固相萃取 (SPE)、基質固相分散 (MSPD)、固相微萃取 (SPME)、凝膠色譜 (GPC) 和 QuEChERS[13-14]。其中 SPE 因提取效果較好，回收率高而常被用于一些農產品農殘檢測的前處理，但其存在前處理過程操作復雜耗時、有機溶劑用量較大等不足[15]。雖然采用分散固相萃取 (dSPE) 凈化法，在乙腈提取液中直接加入PSA 吸附劑粉末進行凈化，具有操作簡單、快速、試劑用量小等優勢，但對于一些復雜基質凈化效果不理想，有的農藥有效成分檢出限難以滿足要求[16-17]。自 2003 年 Anastassiades 提出QuEChERS 樣品前處理方法，傳統分析方法中樣品前處理耗費時間長、所用溶劑毒性大等問題得以解決[18]。為了減少復雜基質中基質效應的影響，獲得更加準確可靠的殘留數據，降低檢測方法使用的局限性，對QuEChERS 樣品前處理方法進行優化是一條重要的解決途徑。目前QuEChERS方法中分散固相萃取材料的種類很少，最常用的有乙二胺-N-丙基硅烷 (PSA)、C18、石墨化碳黑(GCB) 3 種，但其對復雜基質的凈化效果仍不夠理想[19]。納米氧化鋯作為一種發展較快的無機功能材料，具有粒徑小、比表面積大、酸堿穩定性好、不會對分析物質造成影響等特點，并且具有較強的去除親脂性基質的能力。研究表明，加入氧化鋯等新型材料配合傳統凈化材料使用可以提高對復雜基質的凈化能力[20-22]。鑒于此，本研究采用混合型分散固相萃取凈化，除使用PSA 外，選擇加入納米氧化鋯以改善凈化效果，并結合UPLCMS/MS，以41 種玉米田病蟲草害防治常用農藥為目標化合物，建立了同時快速檢測玉米粉中41 種農藥多殘留的分析方法。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

ACQUITY UPLC-H-Class Xevo-TQS (Masslynx4.1系統) 配電噴霧離子源 (ESI) (美國 Waters 公司)；T10 高速均質儀 (德國 IKA 公司) 等。

41 種農藥標準品 (純度均在98%以上，中國標準物質中心)；PSA (40～60 μm，天津博納艾杰爾科技有限公司)；甲醇和乙腈 (色譜純，天津市科密歐化學試劑有限公司)；氧化鋯 (5～20 nm，先鋒納囊有限公司)；氯化鈉 (分析純，天津市凱通化學試劑有限公司)；無水硫酸鎂 (分析純，上海阿拉丁生化分析純股份有限公司)；試驗用水為高溫蒸餾水；玉米粉 (市售)。

1.2 檢測條件

色譜條件：ACQUITY UPLCTMBEH C18色譜柱 (100 mm × 2.1 mm，1.7 μm)；柱溫 35 ℃；流速 0.3 mL/min；進樣量 2.0 μL。

質譜條件：電噴霧正離子源模式 (ESI+)；多重反應監測模式 (MRM) 掃描；毛細管電壓為3.0 kV；脫溶劑氣溫度為 400 ℃，流速800 L/h。

1.3 樣品前處理方法

準確稱取 10.0 g 玉米粉樣品于 50.0 mL 具塞離心管中，加入 20.0 mL 乙腈、5.0 g 氯化鈉和 2.0 g無水硫酸鎂，渦旋振蕩提取 3 min，于4 000 r/min下離心 2 min；取上清液 1.5 mL 轉入 2 mL QuEChERS離心管中 (含 50.0 mg PSA、5 mg 氧化鋯和150 mg無水MgSO4)，渦旋振蕩 3 min，于12 000 r/min下離心 2 min；取上清液過 0.22 μm 有機濾膜，待UPLC-MS/MS 分析。

1.4 標準溶液配制及標準曲線繪制

分別準確稱取一定量的41 種農藥標準品，用甲醇溶解配成100 mg/L的農藥混合標準儲備液，于?20 ℃保存，備用。

準確稱取10.0 g 玉米粉空白基質樣品，按1.3 節方法進行前處理，獲得基質空白提取液。用基質空白提取液稀釋41 種農藥混合標準儲備液，配成 0.5、1、5、10、50 和 100 μg/L的系列基質匹配標準工作溶液。按1.2 節的條件測定，分別以41 種農藥的質量濃度為橫坐標、相應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。

1.5 添加回收試驗

向空白玉米粉樣品中分別添加 0.01、0.1 和1 mg/kg 3 個水平的4 種農藥標準溶液，每個水平重復 5 次，按 1.3 節進行樣品前處理，按 1.2 節的條件測定，計算添加回收率和相對標準偏差 (RSD)。

1.6 基質效應

基質效應 (Me) 指除目標化合物以外其他物質對目標物響應值的影響，按公式 (1) 計算Me[23]。

式中：ksolvent為純溶劑標準曲線的斜率，kmatrix為基質匹配標準曲線的斜率。若|Me|的值小于10%，表明無明顯基質效應；若|Me|的值大于10%，則說明具有明顯的基質增強或減弱效應。

2 結果與討論

2.1 凈化條件選擇

采用QuEChERS 前處理方法，即采用單一溶劑乙腈提取玉米粉中的多殘留農藥，隨后添加無水硫酸鎂等鹽類除水，利用PSA 的弱陰離子交換、相似相溶和螯合作用有效去除玉米粉中的糖類、脂肪酸、金屬離子和色素等雜質[21]。但考慮到玉米粉中非不飽和脂肪酸如亞油酸含量較高，為了提高凈化效果，在離心管中加入了氧化鋯，利用氧化鋯表面的路易斯酸位點吸附脂肪酸等物質[22]。鑒于玉米粉中色素較少，本研究未添加 GCB等凈化材料。

2.2 色譜條件優化

為了提高分離效率，縮短檢測時間，采用梯度洗脫，梯度洗脫程序見表1。流動相中加入0.1%甲酸以增加色譜柱的保留能力，提高分離能力，加入2 mmol/L 乙酸銨以改善峰形，提高靈敏度。以低比例有機相開始進行梯度洗脫，41 種農藥保留時間均在6 min 以內，7～8.5 min 保持高比例有機相以洗脫色譜柱中的雜質，9.5 min 恢復至初始低比例有機相，平衡0.5 min 使液相條件恢復初始狀態。本研究檢測時長明顯低于GB/T 20770—2008 用于測定糧谷中486 種農藥及相關化學品殘留量的方法 (檢測時長40 min)[12]。

表1 梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution program

2.3 質譜條件優化

在電噴霧正離子監測模式下，以1 mg/L 的農藥混合標準溶液進行方法開發，獲得每種農藥最優的錐孔電壓、碰撞電壓等檢測條件，每種農藥選取兩組豐度最高的離子對作為定量離子和定性離子，以信噪比高的作為定量離子，離子采集參數見表2。玉米粉中MRM 模式下41 種農藥(0.1 mg/kg) 的選擇離子色譜圖見圖1。

2.4 基質效應、標準曲線及定量限

由表3 可知，41 種農藥中的大部分|Me|值大于10%，表明樣品基質對大多數農藥存在明顯的基質減弱效應，為了最大程度減少基質效應干擾，采用基質匹配標準曲線進行定量。以峰面積(y) 對農藥質量濃度 (x) 作回歸分析，在0.5～100 μg/L范圍內，41 種農藥的質量濃度與對應的峰面積間均呈現良好的線性關系 (表3)。以信噪比10 計算得 41 種農藥的定量限 (LOQ)為 0.48～0.85 μg/kg。

表2 41 種農藥在UPLC-MS/MS 多反應監測模式下的檢測條件Table 2 Multiple reaction monitoring conditions for the determination of 41 pesticides using UPLC-MS/MS

2.5 方法的準確度與精密度

結果 (表 4) 表明：在 1、0.1、0.01 mg/kg 3 個添加水平下，41 種農藥的平均回收率在74%～110%之間，RSD 在為1.5%～12% (n=5)之間。

表3 41 種農藥的線性回歸方程、決定系數、基質效應和定量限Table 3 Linear regression equations, determination coefficients, matrix effects and LOQs of 41 pesticides

續表 3Table 3 (Continued)

表4 41 種農藥在玉米粉中的添加回收率和相對標準偏差 (n = 5)Table 4 Recoveries and RSDs of 41 pesticides in maize meal (n = 5)

3 結論

本研究中樣品經QuEChERS 方法進行前處理，采用超高效液相色譜-串聯質譜技術 (UPLCMS/MS) 進行測定，建立了玉米粉中41 種農藥殘留量的測定方法。該方法具有良好的靈敏度、準確度和精密度，可滿足農藥多殘留分析的要求，并可用于大量樣品的快速檢測。