氣相色譜-負(fù)化學(xué)源-質(zhì)譜法測定甘蔗中氟蟲腈及其3種代謝物殘留量

羅志榮，黃敏興*，譚煒彤，曾秋霞，高裕鋒

(1廣東省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程研究所，廣東廣州510316；2中國輕工業(yè)甘蔗制糖工程技術(shù)研究中心，廣東廣州510316)

0 前言

食糖是重要的戰(zhàn)略物資，而當(dāng)前世界生產(chǎn)的食糖絕大部分是以甘蔗為原料，因此發(fā)展甘蔗種植規(guī)模，提升甘蔗產(chǎn)量與質(zhì)量對保障食糖安全具有重要意義。我國的甘蔗種植主要分布在廣西、云南、廣東、海南等地區(qū)，植區(qū)氣候高溫濕熱，甘蔗在生長過程中易出現(xiàn)病蟲害，如螟蟲、綿蚜、粉蚧等，導(dǎo)致甘蔗減產(chǎn)，病蟲害嚴(yán)重時可減產(chǎn)60%以上[1-4]。使用殺蟲劑是目前除蟲害、提高甘蔗產(chǎn)量和質(zhì)量的重要技術(shù)手段。氟蟲腈及其代謝物屬于苯基吡唑類殺蟲劑，殺蟲譜廣，對蚜蟲、葉蟬等具有高效作用，被應(yīng)用于甘蔗、大豆、水稻、果蔬等多種作物生產(chǎn)。但是氟蟲腈類殺蟲劑毒性較強(qiáng)，若盲目增加使用劑量、縮短休藥期等，會導(dǎo)致甘蔗中氟蟲腈類藥物殘留超標(biāo)，對人體健康產(chǎn)生危害，造成食品安全問題[5-7]。因此建立高效、快速、準(zhǔn)確、高靈敏度的甘蔗氟蟲腈類農(nóng)藥多殘留檢測方法，對原料甘蔗中的氟蟲腈類農(nóng)藥殘留進(jìn)行監(jiān)測具有重要意義。

目前氟蟲腈及其代謝物常用的檢測方法有氣相色譜法[8]、氣相色譜質(zhì)譜法[9]、液相色譜質(zhì)譜法[10]等。與色譜法相比，質(zhì)譜法兼具了靈敏度和定性優(yōu)勢，尤其是配備負(fù)化學(xué)源的氣相色譜質(zhì)譜法，在化學(xué)電離模式下，具有極高的選擇性和靈敏度，抗干擾能力極強(qiáng)[11]。但目前針對甘蔗樣品中氟蟲腈、氟甲腈、氟蟲腈砜、氟蟲腈亞砜的氣相色譜-負(fù)化學(xué)源質(zhì)譜(GC-NCI-MS)檢測方法鮮見報道，本文根據(jù)甘蔗富含糖分、纖維素、有機(jī)酸、蔗蠟等特點，以QuEChERS法[12]作為前處理方法，并進(jìn)行方法優(yōu)化，采用氣相色譜-負(fù)化學(xué)源質(zhì)譜儀法建立甘蔗中氟蟲腈及氟甲腈、氟蟲腈砜、氟蟲腈亞砜等3種代謝物殘留的檢測方法，以期為甘蔗中氟蟲腈及其代謝物殘留檢測和食品安全風(fēng)險防控提供科學(xué)技術(shù)手段。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

配備負(fù)化學(xué)離子源的氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀7890B-7000D(美國安捷倫公司)；均質(zhì)機(jī)(睿科有限公司)；臺式高速冷凍離心機(jī)(50 mL 離心管)H1850R(湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司)；氮吹儀N-EVAP112(美國Organomation公司)；電子天平JE3002GE(梅特勒-托利儀器上海有限公司)。

氟蟲腈、氟甲腈、氟蟲腈砜、氟蟲腈亞砜(4種農(nóng)藥濃度均為1000 μg/mL，均購自農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所)；乙腈(色譜純，Sigma-Aldrich公司)；正己烷(色譜純，Sigma-Aldrich公司)；氯化鈉(色譜純，廣州化學(xué)試劑廠)；甲酸(色譜純，上海安譜實驗科技股份有限公司)；無水MgSO4(色譜純，廣州化學(xué)試劑廠)；N-丙基乙二胺(PSA)填料(40 μm)、C18填料(40 μm)、石墨化碳(GCB)填料(200 mesh)(3種填料均購自天津博納艾杰爾科技公司)；有機(jī)相濾膜(彼西絡(luò)科技(廣州)有限公司)。所用甘蔗樣品均在市面隨機(jī)購買。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

準(zhǔn)確吸取氟蟲腈、氟甲腈、氟蟲腈砜、氟蟲腈亞砜標(biāo)準(zhǔn)溶液各0.1 mL于10 mL容量瓶中，用正己烷定容，配制成質(zhì)量濃度為10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液，于4℃條件下保存。取上述標(biāo)準(zhǔn)儲備液逐級稀釋，用正己烷定容，配制成50、20、10、5、2、1、0.5 μg/L標(biāo)準(zhǔn)系列工作液。

1.3 提取和凈化

精確稱取已破碎均勻的甘蔗樣品5 g(精確至0.01 g)于具塞聚四氟乙烯離心管中，加入20 mL 0.1%甲酸乙腈，均質(zhì)2 min，超聲20 min，加入5 g NaCl，劇烈振蕩1 min，以5000 r/min離心5 min，移取上層有機(jī)相4 mL于15 mL離心管中，加入0.3 g MgSO4、30 mg PSA填料、30 mg C18填料、30 mg GCB，渦旋振蕩1 min，5000 r/min離心5 min，準(zhǔn)確移取上清液2 mL于10 mL刻度試管中，氮吹至近干，用1 mL正己烷復(fù)溶，過有機(jī)相濾膜，待GC-NCI-MS分析。

1.4 GC-NCI-MS分析

1.4.1 GC條件

毛細(xì)管色譜柱：DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)；程序升溫：起始溫度60℃，保持1 min，然后以30℃/min升溫至120℃，再以20℃/min升溫至280℃，保持2 min；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣流速1.2 mL/min；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL。

1.4.2 MS條件

離子源：負(fù)化學(xué)反應(yīng)離子源，離子源溫度150℃；電離能量：70 eV，四極桿溫度：150℃；質(zhì)譜連接線溫度280℃；反應(yīng)氣：甲烷(純度≥99.999%)；采集模式：選擇離子(SIM)模式，具體參數(shù)見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜和質(zhì)譜條件選擇

氟蟲腈及其3種代謝物屬于弱極性農(nóng)藥，根據(jù)相似相容的原理，選擇弱極性毛細(xì)管色譜柱DB-5 MS。比較了DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)和DB-5MS(30 m×0.25 μm×0.25 mm)2種型號的毛細(xì)管色譜柱，2個型號的DB-5MS色譜均能實現(xiàn)4種農(nóng)藥的有效分離且峰形對稱，但DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)分析時間更短(約12 min)，有利于提高檢測效率，因此選擇DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)作為分析用色譜柱，根據(jù)氟蟲腈及其3種代謝物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子色譜圖(圖1)，4種農(nóng)藥的具體保留時間見表1。

負(fù)化學(xué)源(NCI)電離是化學(xué)反應(yīng)軟電離方式，對電負(fù)性物質(zhì)具有高靈敏和高選擇性，基本不受色譜柱柱流失影響。NCI檢測負(fù)離子相對于電子電離源(EI)，質(zhì)譜碎片更少，譜圖更簡單，靈敏度更高，選擇性更好。氟蟲腈及其3種代謝物的分子結(jié)構(gòu)中因具備6個氟原子、2個氯離子而具有較強(qiáng)的電負(fù)性[13]，適合用NCI進(jìn)行檢測，因此選擇NCI作為分析用離子源。質(zhì)譜條件的優(yōu)化是：在NCI模式下進(jìn)行全掃描采集，確定氟蟲腈及其3種代謝物的離子，再針對每個物質(zhì)選擇3個強(qiáng)度較大的離子作為分析離子，進(jìn)行選擇離子(SIM)模式進(jìn)行采集分析，具體參數(shù)見表1，氟蟲腈及其3種代謝物的譜圖如圖1所示。

表1 氟蟲腈及其代謝物的保留時間和特征離子

圖1 氟蟲腈及其3種代謝物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子色譜圖

2.2 提取方法選擇

甘蔗樣品具有大量的粗纖維，必須進(jìn)行均質(zhì)勻漿處理，有機(jī)溶劑才能與甘蔗樣品充分接觸，從而高效提取甘蔗組織中的農(nóng)藥。乙腈是常用的農(nóng)藥提取溶劑，也是QuEChERS法的首選溶劑，對氟蟲腈及其3種代謝物均有較好的溶解度。由于甘蔗表面有較多蔗蠟，在乙腈中加入0.1%甲酸，不僅可以讓乙腈更好地滲透至甘蔗組織中對農(nóng)藥進(jìn)行提取，又可以進(jìn)一步保護(hù)氟蟲腈砜和氟蟲腈亞砜的穩(wěn)定性。

2.3 凈化方法優(yōu)化

甘蔗樣品經(jīng)乙腈提取后，會有糖分、有機(jī)酸、蔗蠟、維生素等雜質(zhì)進(jìn)入提取液中，本研究采用QuEChERS法對甘蔗提取液進(jìn)行凈化。QuEChERS法常用的凈化劑有PSA、C18和GCB等。PSA主要用于除去基質(zhì)中的糖類物質(zhì)、有機(jī)酸和極性色素等干擾物；C18主要用于除去基質(zhì)中的非極性干擾物，如脂類、花青素、蠟質(zhì)等；GCB能有效去除疏水性化合物，如葉綠素、葉黃素、類胡蘿卜素等色素和甾醇等。在提取液中加入無水MgSO4主要是除去提取液中的水分，避免影響儀器檢測。凈化填料的用量一方面可以去除提取液中的雜質(zhì)，降低雜質(zhì)干擾和基質(zhì)效應(yīng)，另一方面又可能會對目標(biāo)物回收率有影響，考察了4 mL提取液中分別加入0、10、20、30、40、50 mg等量的3種凈化機(jī)填料時的樣品基質(zhì)效應(yīng)和回收率(基質(zhì)匹配條件下的回收率)，結(jié)果詳見表2。基質(zhì)效應(yīng)指的是基質(zhì)匹配配制的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合方程的斜率與溶劑標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合方程的斜率比值，比值越接近1，則基質(zhì)效應(yīng)越小。實驗結(jié)果表明，當(dāng)樣品加標(biāo)水平為50 μg/kg時，3種凈化填料等量加入量＜30 mg時，甘蔗樣品的基質(zhì)效應(yīng)隨著加入量的增加不斷降低；當(dāng)?shù)攘考尤搿?0 mg 3種凈化填料時，甘蔗樣品的基質(zhì)效應(yīng)基本不再降低，當(dāng)?shù)攘考尤?0 mg 3種凈化填料時，回收率較優(yōu)，回收率保持在93.2%～112.0%之間。由于甘蔗樣品中含有水分，提取液中可能會有水分存在，因此在填料中加入0.3 g無水MgSO4除水。綜合考慮，選擇凈化填料是30 mg PSA、30 mg C18、30 mg GCB和0.3 g無水MgSO4。

表2 不同凈化條件下甘蔗樣品的基質(zhì)效應(yīng)和回收率

2.4 方法線性范圍和檢出限

氟蟲腈及其3種代謝物在甘蔗樣品中的基質(zhì)效應(yīng)較強(qiáng)(當(dāng)?shù)攘考尤?0 mg 3種凈化填料時，斜率比值均＞1.2)，因此采用甘蔗空白樣品基質(zhì)配制0.5～50.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作系列溶液，進(jìn)樣分析。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(x)和峰面積(y)計算的線性方程見表3。結(jié)果表明氟蟲腈及其3種代謝物的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)范圍在0.9992～0.9998，線性良好。方法檢出限(LOD)以空白樣品基質(zhì)配制的最低濃度出峰時，取信噪比S/N=3計算得出。定量限(LOQ)是以空白樣品基質(zhì)配制的最低濃度出峰時，取信噪比S/N=10計算得出。氟蟲腈及其3種代謝物的檢出限范圍為0.02～0.06 μg/kg，定量限范圍為0.07～0.20 μg/kg(見表3)。

表3 氟蟲腈及其代謝物檢測的方法檢出限、定量限、線性范圍、線性方程和相關(guān)系數(shù)

2.5 回收率和精密度

分別準(zhǔn)確添加氟蟲腈及其3種代謝物標(biāo)準(zhǔn)溶液于陰性甘蔗樣品中，設(shè)置3個加標(biāo)水平添加回收，每個濃度重復(fù)6次實驗(n=6)，以基質(zhì)標(biāo)曲進(jìn)行定量，以得到的平均回收率評價該分析方法的準(zhǔn)確度，以6次平行測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差評價方法的精密度。結(jié)果顯示，分別添加水平2、10、50 μg/kg時，平均回收率范圍為101.3%～109.5%，精密度范圍為2.9%～5.6%(見表4)，均在允許范圍內(nèi)，符合分析要求。

表4 氟蟲腈及其代謝物在甘蔗基質(zhì)中3個水平添加的回收率和精密度(n=6)

2.6 實際樣品測試

按照上述建立的方法檢測了從市場上購買回來的12批次甘蔗，除1批次樣品檢出氟蟲腈，檢出值為2.9 μg/kg外，其余樣品均未檢出氟蟲腈及其3種代謝物。

3 結(jié)論

通過優(yōu)化QuEChERS前處理方法，調(diào)整PSA、C18、GCB 3種凈化填料的用量(PSA 30 mg、C1830 mg、GCB 30 mg)，降低了樣品基質(zhì)干擾和基質(zhì)效應(yīng)；通過優(yōu)化色譜質(zhì)譜條件，選擇更短的毛細(xì)管色譜柱(DB-5MS，15 m×0.25 μm×0.25 mm)和選擇性更高的負(fù)化學(xué)離子源(NCI)，縮短了儀器分析時間，提高了分析準(zhǔn)確度和靈敏度。基于上述優(yōu)化，建立了甘蔗中氟蟲腈及其3種代謝物殘留的氣相色譜-負(fù)化學(xué)源-質(zhì)譜檢測方法，實驗結(jié)果顯示，該方法前處理簡單快捷、靈敏度高、選擇性好，分析時間短，符合農(nóng)藥殘留檢測要求，適用于甘蔗中氟蟲腈及其3種代謝物的檢測。