基于氣-液微萃取結合氣相色譜-質譜法快速檢測植物源性食品中28種農藥殘留

劉宇楠, 金香子, 高漢勇, 趙錦花, 何 苗, 李東浩

(延邊大學化學系,長白山生物資源與功能分子教育部重點實驗室,吉林延吉 133000)

植物源性食品主要指水果蔬菜類、谷類、豆類等以植物種子、果實或組織部分為原料，直接或加工后所得的食品，是為人類提供能量或營養物質的主要來源[1]?，F階段，為了降低病蟲害對果蔬產率的影響，大量農藥被應用于農產品的生產環節中[2]，引發一系列食品安全問題。因此，合理監控植物源性食品中農藥殘留是改善食品安全狀況，有效緩解食品安全問題的重要途徑和手段[3]。由于植物源性食品基質復雜，其含有的有機酸、糖分、色素及水分在殘留農藥檢測過程中產生明顯的基質干擾[4]，因此需要有效的前處理方法實現對不同類型基質的萃取凈化。目前，用于食品中農藥殘留檢測的前處理方法有液-液萃取[5]、固相萃取[6]、超聲波輔助萃取[7]、加速溶劑萃取[8]和凝膠滲透色譜[9]等。這些前處理方法使用廣泛，但普遍存在消耗溶劑量大、耗時耗力、前處理周期長等問題。新發展起來的QuEChERs前處理技術可用于農產品中殘留農藥的快速檢測[10 - 12]，雖然消耗的溶劑量相對較少，但仍然需要較為繁瑣的處理步驟。鑒于食品安全檢測的時效性，迫切需要一種簡便、快速、高效的前處理方法與氣相色譜-質譜(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)等儀器分析技術結合，實現植物源性食品中殘留農藥的快速檢測。

氣-液微萃取(Gas-liquid Microextraction,GLME)是基于氣流吹掃微注射萃取(Gas Purge Micro Syringe Extraction)技術發展而成的，一種集萃取、凈化、濃縮為一步的前處理方法。該技術通過加熱樣品基質，使目標物根據自身沸點從基質中揮發，在惰性氣體氮氣的帶動下富集在微量的有機溶劑中，通過目標物在有機溶劑中的溶解度差異，得到進一步凈化。此方法的優勢在于可以根據目標物與共萃取物間的沸點差異，以及其極性的差異實現多種復雜基質的高效萃取與凈化[13]，在短時間內完成色素、脂肪等干擾物質的萃取凈化過程。該方法原理與色譜相似，匹配于所有揮發性及半揮發性成分的分析，是一種適用于植物源性食品中農藥殘留檢測的快速前處理方法。王釗等[14]利用GLME技術建立了果蔬中殘留農藥的一步萃取方法，并成功檢測出黃瓜等樣品中30種殘留農藥。郭子鈺等[15]利用GLME技術對谷類中27種殘留農藥進行簡單分析，且其結果具有良好的重現性和準確性。本文以GLME為前處理方法，分別選擇水分含量高的黃瓜，脂肪含量高的谷類樣品玉米，含有果酸、水分和果糖的梨果類樣品蘋果，以及含有大量硫化物的蔥蒜類樣品大蒜為基質，通過優化方法參數，建立一種適用于多種植物源性食品中農藥殘留檢測的快速前處理方法。該方法可在20 min內實現不同食品基質中28種殘留農藥的有效萃取凈化，為農藥殘留的快速分析檢測提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

GCMS-QP 2010 Ultra氣相色譜-質譜聯用儀(日本，島津公司)；XPE105型號分析天平(瑞士，Mettler Toledo公司)；FA25勻漿機(德國，弗魯克公司)；AS系列超聲萃取儀(天津奧特賽恩斯儀器有限公司)；氣-液微萃取(GLME)儀，由實驗室自組研發。

農藥標準品(北京壇墨質檢科技有限公司)；丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯(色譜純，加拿大Fisher公司)；四氯間二甲苯、氘代戊唑醇、磷酸三苯酯(內標標準品，美國Accustandard公司)；無水Na2SO4(≥99%，中國成都化工有限公司)，用前于馬弗爐中400 ℃灼燒12 h，貯于真空箱中，冷卻后備用。

1.2 溶液配制

1.2.1 標準溶液準確移取一定量的農藥標準品于10 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，配制成0.2、0.4、1.0和10.0 mg/L混合標準溶液。標準系列工作溶液：準確吸取10 mg/L混合標準溶液，用正己烷逐級稀釋，配制成濃度分別為10、20、50、100、200、500、和1 000 μg/L的標準系列溶液，同時加入替代內標儲備溶液和儀器內標儲備溶液，使內標濃度均為200 μg/L。

1.2.2 替代內標溶液準確稱取四氯間二甲苯和氘代戊唑醇各0.2 g于100 mL容量瓶中，用正己烷定容至刻度，配制成2 mg/L混合內標標準溶液。

1.2.3 儀器內標準確移取儀器內標磷酸三苯酯母液于20 mL容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，配制成1 mg/L儲備溶液。

1.3 樣品前處理

1.3.1 采樣和試樣制備按國家標準(GB 2763-2016)附錄A采集樣品，將樣品粉碎后勻漿使其均一化。將制備好的試樣裝入棕色瓶中，密封標記并于-20 ℃冷凍保存。

1.3.2 提取稱取無水Na2SO4、試樣各3 g(精確至0.001 g)，依次加入到15 mL離心管中，加入替代內標溶液(加標實驗中還需加入目標物)，加入乙酸乙酯∶二氯甲烷(1∶1,V/V)，超聲萃取15 min后，加入NaCl振蕩，取100 μL上清液加入到樣品管的玻璃棉上，放入GLME樣品槽內，取50 μL二氯甲烷加入到250 μL內插管中作為接收相，萃取結束后用二氯甲烷∶丙酮∶乙酸乙酯(1∶1∶1，V/V/V)混合溶劑進行洗脫，完成萃取過程。

GLME萃取條件如下：溫度：300 ℃，氣流流速：2 mL/min，冷凝溫度：-4 ℃，萃取時間：5 min。萃取結束后，洗脫，定容至80 μL，加入20 μL磷酸三苯酯溶液，混勻后，采用GC-MS法進行分析。

1.4 氣相色譜-質譜條件

1.4.1 氣相色譜條件安捷倫DB-5MS石英毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)。色譜柱溫度程序：40 ℃保持1 min，然后以30 ℃/min程序升溫至130 ℃，再以5 ℃/min升溫至250 ℃，再以10 ℃/min升溫至300 ℃保持1 min。載氣：氦氣(純度≥99.999%)，流速1.34 mL/min；進口溫度：290 ℃；進樣體積：2.0 μL；進樣方式：不分流進樣。

1.4.2 質譜條件電離模式：電子轟擊(EI)；轟擊能量：70 eV；離子源溫度：200 ℃；GC-MS接口溫度：280 ℃；選擇離子監測：每種化合物分別選擇一個定量離子，2～3個定性離子。每組所有需要檢測的離子按照出峰順序，分時段分別檢測。每種化合物的保留時間、定量離子、定性離子及定量離子與定性離子的豐度比值，參見表1。

表1 化合物的保留時間、定量離子、定性離子及定量離子與定性離子的豐度比值

2 結果與討論

圖1 氣-液微萃取裝置圖Fig.1 Photo of gas-liquid microextraction device

2.1 前處理條件優化

GLME裝置如圖1所示。選擇9種代表性農藥作為目標物進行加標回收率實驗，分別對萃取溶劑、GLME的加熱溫度和萃取時間進行優化。

2.1.1 萃取溶劑優化選擇含水量高的黃瓜樣品進行基質加標實驗優化超聲萃取溶劑，分別以乙腈、二氯甲烷∶乙腈(1∶1,V/V)和二氯甲烷∶乙酸乙酯(1∶1,V/V)為溶劑，超聲萃取15 min后進行GLME，進樣分析結果如圖2。二氯甲烷∶乙酸乙酯(1∶1,V/V)為超聲萃取溶劑時9種目標物回收率在55.4%～89.9%之間，滿足分析要求。選擇二氯甲烷∶乙酸乙酯(1∶1,V/)為超聲溶劑。

2.1.2 GLME加熱溫度的優化利用GLME技術，在不同加熱溫度下對9種農藥進行萃取效果評價，結果如圖3所示。分別選擇280、300、320 ℃對二嗪磷、六六六、腐霉利、醚菊酯等9個目標物進行加標實驗。

圖2 不同超聲溶劑對農藥殘留回收率的影響Fig.2 Effect of different sonicate solvents on pesticide residues recoveries1.β -HCH;2.Diazinon;3.Aldrin;4.Fenthion;5.Procymidone;6.p,p′-DDE;7.p,p′-DDT;8.Tebuconazole;9.Etofenprox.

圖3 GLME加熱溫度對9種目標物回收率的影響Fig.3 Effect of heating temperature on recoveries of 9 targets in GLME1.β -HCH;2.Diazinon;3.Aldrin;4.Fenthion;5.Procymidone;6.p,p′-DDE;7.p,p′-DDT;8.Tebuconazole;9.Etofenprox.

圖4 GLME萃取時間對9種目標物回收率的影響Fig.4 Effect of extraction time on recoveries of 9 targets in GLME1.β -HCH;2.Diazinon;3.Aldrin;4.Fenthion;5.Procymidone;6.p,p′-DDE;7.p,p′-DDT;8.Tebuconazole;9.Etofenprox.

由圖3可知，當加熱溫度為300 ℃時，9種目標物都得到了較高的回收率，共同為60.0%～102.9%。選擇300 ℃為加熱溫度。

2.1.3 GLME時間的優化萃取時間對GLME效果的影響如圖4所示。分別設置3、5、7 min對9種目標物的萃取時間進行優化。由圖4可知，萃取時間為5 min時，9種目標物回收率均可以滿足分析要求，且結果良好，回收率在74.0%～112.0%之間，選擇5 min為萃取時間。

2.2 方法線性、檢出限及定量限

由表2可知，28種目標農藥在0.001～1.000 mg/kg范圍內線性良好，相關系數為0.9991～1.0000，儀器定量限為0.0010～0.0370 mg/kg。

表2 28種農藥的線性范圍、線性方程、相關系數及定量限

(續表2)

2.3 實際樣品中加標回收率

選擇脂肪含量高的玉米樣品進行基質加標實驗，其基質加標總離子流色譜圖如圖5所示。

圖5 玉米樣品基質加標總離子流色譜圖Fig.5 Total ion current chromatogram of the spiked maize1.2-Phenylphenol;2.Phorate;3.α -HCH;4.β -HCH;5.Quintozene;6.γ -HCH;7.Terbufos;8.Diazinon;9.Pyrimethanil;10.Vinclozoline;11.Heptachlor;12.Aldrin;13.Fenthion;14.Parathion;15.Triadimefon;16.Pendimethalin;17.Procymidone;18.Trans-chlordane;19.o-p′-DDE;20.Cis-chlordane;21.p,p′-DDE;22.o,p′--DDD;23.o,p′--DDT;24.p,p′-DDT;25.Tebuconazole;26.Bifenthrin;27.Pyridaben;28.Etofenprox.

分別以1倍、2倍和5倍定量限3種加標濃度，進行基質加標實驗，玉米基質中28種農藥的加標回收率及相對標準偏差(RSD)如表3所示。由結果可以看出，28種目標物都得到較高的回收率，在65.6%～114.1%之間，RSD在3.2%～19.9%之間。

比較了GLME前處理步驟前后萃取液的總離子流色譜圖變化(圖6)。利用NIST14和NIST14s譜庫對色譜峰定性，結果顯示GLME對油酸、亞油酸、棕櫚酸類高級脂肪酸有良好的凈化效果。

圖6 玉米加標樣品在不同前處理方法下總離子流色譜圖Fig.6 Total ion current chromatogram of the spiked maize sample with different pretreatment methods1.Methyl palmitate;2.Palmitic acid;3.Methyl linoleate;4.Methyl Oleate;5.Linoleic acid;6.Oleic acid;7.β -Monolinolein;8.β -Monolinolein;9.Squalene;10.γ -Tocopherol;11.Campesterol;12.β -sitosterol.

2.4 方法比較

選擇蘋果、大蒜兩種基質進行基質加標實驗，將本方法與國家標準(GB 23200.8-2016)[18]和國際通用的AOAC方法進行比較。表4展示了三種方法對比實驗結果(28種農藥加標回收率及檢出濃度)，可以看出在該方法下28種目標物回收率良好，蘋果、大蒜加標回收率分別在77.6%～114.8%和57.7%～113.7%之間，相比于另兩種方法受到基質效應影響較小。同時在此方法下，蘋果、大蒜中各有4種和2種殘留農藥被檢出，多于國標法和AOAC法下殘留農藥檢出數量。

表4 不同實驗方法下28種農藥加標回收率和檢出濃度對比

(續表4)

3 結論

本文基于氣-液微萃取技術，結合氣相色譜-質譜法對植物源性食品黃瓜、玉米、蘋果及大蒜中28種農藥殘留進行檢測。GLME在對所選農藥進行高效萃取的同時可以很好地去除基質中的色素、脂類等干擾物質，所得結果具有良好的準確性(回收率在65.6%～114.1%)和重現性(RSD<20.0%)。本方法根據化合物的沸點差異和極性差異，實現了高效凈化，將萃取、凈化、濃縮結合為一體，進一步簡化實驗步驟，有效縮短了樣品前處理時間(20 min)，并極大地減少了樣品基質對精密分析儀器的污染。本方法可滿足痕量水平殘留農藥的檢測要求，可以作為植物源性食品中殘留農藥的快速檢測方法，為我國食品安全檢測體系的完善提供技術支撐。