超高效液相色譜-四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯質譜法測定菜田土壤中甲拌磷及其代謝物殘留量

韓 梅,焦 穎,邱世婷,侯 雪

(四川省農業(yè)科學院分析測試中心 農業(yè)農村部農產品質量安全風險評估實驗室(成都),成都 610066)

在給農作物噴灑農藥時,部分農藥會殘留并積累于土壤中,其經植物吸收富集并被人體攝入后,將會引起健康安全風險[1-2]。目前土壤中農藥殘留污染的研究大多集中于有機氯類農藥上[3],其他農藥如有機磷類農藥也會殘留在土壤中[4],特別是其中的甲拌磷,在國內土壤中可被普遍檢出[4]。甲拌磷是一種內吸性殺蟲劑,主要應用于土壤、種子,其在土壤或植物中可以母體形式存在,還可以甲拌磷亞砜、甲拌磷砜、氧甲拌磷、氧甲拌磷亞砜、氧甲拌磷砜等代謝物形式存在[5],且代謝物的毒性更強,性質更穩(wěn)定。2002年農業(yè)部第199號公告規(guī)定,嚴禁在蔬菜等作物上使用甲拌磷農藥。但是,在對蔬菜產品進行日常例行檢查時,仍發(fā)現有甲拌磷及其代謝物檢出量超標的現象,可能有兩方面污染來源:①栽培的土壤已被甲拌磷或其代謝物污染;②農藥中存在甲拌磷的隱形添加[6]。由于針對第一種情況的研究較少,有必要開展這方面的篩查工作。

甲拌磷測定的國家標準為GB 23200.113－2018《食品安全國家標準 植物源性食品中208種農藥及其代謝物殘留量的測定 氣相色譜-質譜聯用法》和GB/T 20769－2008《水果和蔬菜中450種農藥及相關化學品殘留量的測定 液相色譜-串聯質譜法》,這兩種方法測定的是食品或農作物中的甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜含量,不包含對土壤中甲拌磷及其5種代謝物的研究[7-8]。在相關文獻報道方面,測定方法有氣相色譜法[9]、氣相色譜-串聯質譜法[10-12]、高效液相色譜-串聯質譜法[12-17]、氣相色譜-高分辨質譜法[18]、超高效液相色譜-高分辨質譜法[19]和熒光分光光度法[20]等,研究對象主要為土壤中甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜,缺乏氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜方面的研究。

本工作先以酸化乙腈為提取劑進行提取,再以氯化鈉鹽析后用分散固相萃取法(d-SPE)凈化,然后以超高效液相色譜-四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯質譜法測定,建立了土壤中甲拌磷及其5種代謝物(甲拌磷砜、甲拌磷亞砜、氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜)殘留量的測定方法,以期為甲拌磷及其5種代謝物污染來源的追溯和開展、農田綠色防控研究提供依據。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Thermo Q Exactive Focus型四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯質譜儀;Dionex Ulti Mate 3000 型超高效液相色譜儀;數據處理軟件Trace Finder;IKA Vortex 3型渦旋混合儀;TGL-16LM 型高速離心機。

甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜標準儲備溶液:1 000 mg·L－1。

氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜標準儲備溶液:1 000 mg·L－1,取適量氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜標準品,用甲醇分別稀釋配制成對應物質的標準儲備溶液。

混合標準溶液:10 mg·L－1,取適量6種農藥的標準儲備溶液,用甲醇稀釋配制成混合標準溶液,于－18 ℃儲存。

氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜標準品的純度均大于95%;乙腈、甲醇、甲酸、乙酸、甲酸銨、乙酸銨均為色譜級;乙二胺-N-丙基硅烷(PSA);氯化鈉為分析純;試驗用水為純凈水。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 CAPCELL CORE AQ 型色譜柱(150 mm×2.1 mm,2.7μm);柱溫30 ℃;流動相A 為含5 mmol·L－1甲酸銨的0.1%(體積分數,下同)甲酸溶液,B為含0.1%甲酸和5 mmol·L－1甲酸銨的甲醇溶液。梯度洗脫程序:0～4.0 min時,A由100%降至80%;4.0～5.5 min時,A 由80%降至60%;5.5～10.5 min 時,A 由60%降 至0,保 持2.4 min;12.9～13.0 min時,A 由0跳轉至100%,保持2.0 min。流量0.40 mL·min－1;進樣體積10μL。

2)質譜條件 加熱電噴霧離子源(HESI),正離子模式;定量掃描模式為平行反應監(jiān)測(PRM)模式[21];掃描范圍質荷比(m/z)100～500;分辨率70 000;噴霧電壓3.5 kV;加熱器溫度350 ℃,毛細管溫度350 ℃;鞘氣壓力3.5 MPa,輔助氣壓力1.0 MPa;隔離窗口m/z1.0;碰撞能量分別為40,60,80 eV;自動增益控制目標(AGC target)為2×105;最大駐留時間100 ms,動態(tài)排除時間5 s。其他質譜參數見表1。

表1 6種農藥質譜參數Tab.1 MS parameters of 6 pesticides

1.3 試驗方法

隨機采集邛崍市、彭州市、米易縣等川西、川南地區(qū)蔬菜基地的土壤樣品,經自然涼干后粉粹,過孔徑為0.250 mm 篩網(60目)。取處理好的樣品5 g(精確至0.01 g)置于50 mL離心管中,加入10 mL水,渦旋1 min 后靜置30 min。加入1%(體積分數,下同)乙酸的乙腈溶液10 mL,混勻后渦旋提取30 min。加入2～3 g 氯化鈉,渦旋混勻后以8 000 r·min－1轉速離心3 min;取上清液5.0 mL,加入750 mg硫酸鎂、150 mg PSA,渦旋1 min,以8 000 r·min－1轉速離心5 min,過0.22μm 有機濾膜,按照儀器工作條件測定濾液中目標物的含量。

2 結果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

2.1.1 色譜條件

液相色譜法測定農藥殘留時常用含無機酸的甲醇溶液和無機鹽溶液的混合溶液作為流動相,經過多次試驗,選擇的流動相見1.2 節(jié),在此條件下,6種農藥均能得到有效分離,且色譜峰峰形良好。

2.1.2 質譜條件

高分辨質譜質量精度良好,提取離子窗口m/z的實際值與理論值的最大偏差為0.001 2,每種組分的保留時間偏差在0.05 min內,可以實現對目標物的精確分析。試驗先通過全掃描方式篩選目標物母離子,母離子在碰撞池內裂解后用Orbitrap掃描并采集碎片離子的數據(保留時間、二級碎片等),最后利用Trace Finder軟件建立甲拌磷及其代謝物的二級數據庫,通過PRM 模式從中選擇高分辨二級子離子進行定性、定量分析。6種農藥的保留時間、母離子m/z、子離子m/z見表1。

按照優(yōu)化的儀器工作條件測定混合標準溶液,6種農藥的提取離子色譜圖見圖1。

圖1 6種農藥的提取離子色譜圖Fig.1 Extracted ion chromatograms of 6 pesticides

2.2 前處理條件的選擇

甲拌磷在20 ℃時的飽和蒸氣壓為0.112 Pa[3],飽和蒸氣壓較低,因此試驗采用乙腈溶液提取目標物、PSA 凈化雜質、離心過濾后直接上機的方法對樣品進行前處理,避免了因過柱、旋轉蒸發(fā)及氮吹濃縮等步驟帶來的樣品損失。

在進行前處理條件優(yōu)化時,首先考察了提取溶劑分別為乙腈、含0.1%～2%(體積分數,下同)乙酸的乙腈溶液、體積比為1∶1的甲醇-水時對加標(加標量200μg·kg－1)樣品中6種農藥回收率的影響。結果顯示,以體積比為1∶1的甲醇-水為提取溶劑時,6種農藥的回收率為20.0%～96.0%,提取效果不佳,其他2種溶劑的提取效果見圖2。

由圖2可知:含乙酸的乙腈溶液的提取效果優(yōu)于乙腈,其中含1%乙酸的乙腈溶液的提取效果較高,因此試驗選擇提取溶劑為含1%乙酸的乙腈溶液。

圖2 提取溶劑對6種農藥回收率的影響Fig.2 Effect of extraction solvent on recovery of 6 pesticides

土壤主要由礦物質、有機質和微生物組成,因此可選擇吸附劑PSA 對其進行凈化。試驗考察了吸附劑PSA 的用量分別為50,100,150,200,300 mg時對加標(加標量200μg·kg－1)樣品中6種農藥回收率的影響。結果顯示:當PSA 的用量大于150 mg時,回收率隨吸附劑用量的增加而下降,因此試驗選擇PSA 用量為150 mg。

2.3 基質效應

分別用空白樣品溶液和含1%乙酸的乙腈溶液配制的1.0,5.0,10,50,100,200,500,1 000μg·L－1混合標準溶液制作標準曲線,以各標準曲線斜率比值與1的差值作為基質效應值,以考察基質效應[22],結果見表2。

表2 6種農藥基質效應Tab.2 Matrix effect of 6 pesticides

由表2可知:土壤基質對6種農藥存在較強的基質抑制效應,為了降低基質的影響,試驗采用基質匹配的混合標準溶液制作標準曲線。

2.4 工作曲線和測定下限

以空白樣品溶液配制6種農藥的混合標準溶液系列,以各農藥的質量濃度為橫坐標,其對應的峰面積為縱坐標繪制工作曲線,6種農藥的線性參數見表3。以10倍信噪比(S/N)計算測定下限,結果見表3。

表3 6種農藥的線性參數和測定下限Tab.3 Linearity parameters and lower limits of determination of 6 pesticides

2.5 精密度和回收試驗

按照試驗方法對實際樣品進行3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定5次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表4。

表4 精密度和回收試驗結果(n＝5)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝5)

由表4 可知:各農藥的回收率為90.2%～109%,RSD 為0.33%～10%,說明本方法的準確度和精密度均較好。

2.6 樣品分析

按照試驗方法分析39個菜田土壤樣品,僅在來自于彭州市的兩個樣品中檢出了甲拌磷及其代謝物,結果見表5。

由表5可知:在陽性樣品中均未檢出甲拌磷,但檢出了甲拌磷的代謝物,說明土壤樣品仍存在被甲拌磷農藥污染的風險;其中甲拌磷砜的檢出量較高,表明甲拌磷砜是甲拌磷的主要代謝產物。

表5 樣品分析結果Tab.5 Analytical results of samples μg·kg－1

本工作建立了超高效液相色譜-四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯質譜法測定土壤中甲拌磷及其5種代謝物殘留量的方法,該方法簡便、快速、準確、靈敏度高,可用于土壤中甲拌磷及其代謝產物的快速篩查及精確定量檢測,并對土壤中殘留的甲拌磷代謝產物如何遷移到部分蔬菜導致超標現象發(fā)生的風險研究提供技術支撐。