固相微萃取与GC—MS联用检测白葡萄酒中三嗪类除草剂残留

郭亚芸　张宗磊　蒋锡龙　韩晓梅　史红梅

摘要：为建立白葡萄酒中三嗪类除草剂的测定方法，以固相微萃取（SPME）为富集、净化手段，采用气相色谱-质谱（ GC-MS） 联用法检测白葡萄酒中西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净等三嗪类除草剂的残留量，应用正交试验对萃取参数进行优化。结果表明，最适宜的萃取条件为： 85 μm PA作为萃取头，萃取时间 40 min，萃取温度 50℃，离子强度 100 g·L-1，此条件下西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净的检出限分别为 0.82、0.74、0.51、0.42 μg·L-1，相对标准偏差（ n=5） 在3.2%～8.8% 之间，在0.0025、0.1、1.5 mg·L-1 3个添加水平下，西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净的添加回收率在82%～103%之间。

关键词：三嗪类除草剂；固相微萃取；气相色谱-质谱法；白葡萄酒

中图分类号：O657 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2018）11-0133-05

Abstract In order to establish a method for detecting triazine herbicides residual in white wine， an enrichment and purification method by solid-phase microextraction （SPME） was coupled with gas chromatography mass spectrometry （GC-MS） to detect the simazine， atrazine， terbuthylazine and prometryn residues in white wine samples. The key extraction parameters influencing extraction efficiencies were investigated and optimized by orthogonal experiments. The results showed that the optimized conditions were as follows： 85 μm PA was used as extraction head， extraction time was 40 min， extraction temperature was 50℃ and the concentration of NaCl was 100 g·L-1. Under the optimized conditions， the detection limits obtained for simazine， atrazine， terbuthylazine and prometryn were 0.82， 0.74， 0.51， 0.42 μg·L-1. The relative standard deviations were from 3.2% to 8.8% （n=5）. The recoveries of simazine， atrazine， terbuthylazine and prometryn were in the range of 82% to 103% at spiked levels of 0.0025， 0.1， 1.5 mg·L-1.

Keywords Triazine herbicides； Solid-phase microextraction； Gas chromatography-mass spectrometry； White wine

三嗪类除草剂是含3个氮原子的六元杂环化合物，化学结构稳定，也称作均三氮苯类除草剂。由于具有广谱、高效和价格低廉等优点，目前被广泛应用。此类除草剂通过抑制植物光合作用从而预防农田杂草生长[1]，葡萄园中常施用的三嗪类除草剂有西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净等，该类除草剂属于内吸性除草剂，可通过发酵进入葡萄酒[2]。该类除草剂具有一定的致癌、致畸、致突变作用，对人体健康产生潜在威胁[3]。因此，必须建立一种有效的方法检测葡萄酒中三嗪类除草剂残留。

目前，常用的三嗪类除草剂残留的检测方法有高效液相色谱法[4，5]、气相色谱-质谱法[6]、高效液相色谱-质谱法[7]、气相色谱法[8，9]、毛细管电泳法[10]等，由于农药在葡萄酒中的残留浓度较低，且葡萄酒基体成分复杂，因此，样品的前处理过程，即富集和净化过程显得尤其重要。近年来，葡萄酒农药残留分析中，样品前处理技术得到迅猛发展，主要朝着“绿色”和微量化方向发展，与传统的固相萃取[11]、基质分散固相萃取[12]和液液萃取方法[13]相比，减少了有毒有害且具有挥发性有机试剂的使用，降低了对环境和人体健康的影响。固相微萃取技术是在固相萃取技术的基础上发展起来的一种无溶剂的环境友好型前处理技术[14]，并且具有操作简单、快速和易于与色谱技术联用[15]等优点。

本研究拟构建固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术分析白葡萄酒中西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净等三嗪类除草劑残留的检测方法，以期为白葡萄酒中三嗪类除草剂残留国家标准的制定提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

岛津GCMS-QP2010 Ultra及工作站（日本岛津），SPME装置：包括7 μm和100 μm 聚二甲基硅氧烷（PDMS）萃取头、85 μm聚丙烯酸酯（PA）萃取头、手柄、加热搅拌器、磁搅拌子，15 mL 萃取瓶（美国Supelco 公司），万分之一电子天平（梅特勒-托利多仪器上海有限公司），雷磁pH计（仪电科学仪器）。

氯化钠（AR），乙醇（AR），甲醇（色谱级），DL-酒石酸（AR），氢氧化钠（AR）（以上药品均购自国药集团化学试剂有限公司），超纯水，分析标准品为西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净（纯度99%，上海阿拉丁试剂有限公司），白葡萄酒（1#、2# 、3# 、4#） （购于济南某大型超市）。

1.2 标准溶液和模拟酒样的配制

标准溶液：准确称取西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净4种三嗪类除草剂标准品各10.0 mg于50 mL容量瓶中，用甲醇溶解并定容，配成质量浓度为0.2 g·L-1 的混合标准储备液，于4℃保存备用。

模拟酒样：配制体积分数为12% 的乙醇溶液，加入适量酒石酸，用NaOH调节pH至3.5。

质量浓度为1.25 mg·L-1的样品：准确移取0.2 g·L-1的标准溶液25 mL于100 mL容量瓶中，用模拟酒样或白葡萄酒样品稀释定容，配制成质量浓度为50 mg·L-1的样品溶液；准确移取50 mg·L-1的样品溶液2.5 mL于100 mL容量瓶中，用模拟酒样或白葡萄酒样品稀释定容，配制成质量浓度为1.25 mg·L-1的样品溶液。

1.3 GC-MS测定条件

GC条件：色谱柱为RXi-5ms毛细管色谱柱（30 m× 0.25 μm×0.25 mm），载气为高纯氦气，分流进样，分流比为10∶1，进样口温度 270℃；采用程序升温：100℃以25℃·min-1升至160℃并保持2 min，再以1.5℃·min-1升至180℃，最后以25℃·min-1升至270℃并保持1 min；恒流模式，流量为1.0 mL·min。

MS条件：色谱-质谱接口温度：200℃，离子源温度：200℃，电离模式：电子轰击源（EI），轰击能量：70 eV。选择离子监测待测农药的保留时间、定量离子和定性离子见表1。

1.4 固相微萃取试验过程

取8.0 mL加标浓度为1.25 mg·L-1的模拟酒样或白葡萄酒于15.0 mL样品瓶中，加入磁力搅拌子和0.8 g氯化钠，用带聚四氟乙烯胶垫的瓶盖封闭，将固相微萃取头完全浸入液面以下，启动磁力搅拌器，设定转速为900 r·min-1，在50℃下萃取40 min，立即插入270℃的GC进样口中解吸6 min，完成一次采样、萃取、浓缩、进样和解吸过程。

1.5 数据分析

正交试验结果按无交互作用作方差分析，检验各因素对目标分析物的平均色谱峰面积的影响。所有正交试验中方差分析計算均通过正交小助手Ⅱv3.1数据分析系统完成。

2 结果与分析

2.1 固相微萃取试验条件优化

在单因素试验的分析基础上，采用各因素相互独立的L9（34）正交试验进一步优化各参数。萃取头类型（A）、萃取时间（B）、萃取温度（C）、离子强度（ NaCl的质量浓度）（D）4个影响因素，各取3个水平（见表2），然后采用极差分析和方差分析确定最佳萃取因素。优化这些试验参数是为了获得良好萃取效率达到最佳分析条件，试验中采用目标分析物的平均色谱峰面积来评价萃取效率。

2.2 正交试验结果

用目标分析物的平均色谱峰面积作为响应值，由试验结果（表3）可知，在各种不同组合的萃取条件下，西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净的平均色谱峰面积具有明显差别，表明不同萃取条件对4种三嗪类农药的萃取效果影响很大。

为了判断各因素对目标分析物平均色谱峰面积影响的主次，采用极差分析和方差分析对数据进行分析。极差分析结果（表4）表明，不同萃取条件对平均色谱峰面积的影响程度从大到小分别为萃取头类型、离子强度、萃取时间和萃取温度。比较 K1、 K2、 K3 并对试验结果进行趋势分析，可得到最佳萃取条件为： A3B2C1D3，即85 μm PA作为萃取头，萃取时间 40 min，萃取温度 50℃，离子强度 100 g·L-1。

方差分析可以定量分析各个因素对试验结果的影响程度。正交试验方差分析结果见表5，根据表中偏差平方和与F值进行分析可知，萃取条件对目标分析物平均色谱峰面积的影响大小顺序为萃取头类型、离子强度、萃取时间和萃取温度，与极差分析结果一致。

2.3 方法学验证

配制一系列待分析物浓度均为0.01～6.5 mg·L-1的模拟酒样，按照1.4试验方法进行测定。以添加混合标准溶液的模拟酒样中目标分析物的浓度（x， mg·L-1）为横坐标，对应SIM扫描色谱峰峰面积（y）为纵坐标，绘制标准曲线，线性方程如表6所示。西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净在0.0025～1.5 mg·L-1浓度范围内呈现良好的线性关系，线性相关系数（r）分别为0.9998、0.9999、0.9998和0.9996。以3倍信噪比（S/N）计算得到以上4种三嗪类除草剂的检出限，为0.42～0.82 μg·L-1之间。

为考察本研究建立的固相微萃取-气相色谱质谱联用法的可行性和用于白葡萄酒测定时的准确度，对白葡萄酒进行添加回收试验，以白葡萄酒（1#、2#、3#和4#）作为空白基质，在0.0025、0.1、1.5 mg·L-13个添加水平下，每个水平重复5次。结果（表7）表明：4种白葡萄酒中西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净的添加回收率在82%～103%之间，相对标准偏差（RSD）（n=5）在3.2%～8.8% 之间。表明该方法有较高的准确度和良好的稳定性，可用于白葡萄酒样中4种三嗪类农药（西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净）的残留检测。

3 讨论与结论

早在1998年Vitali等[16]开始以商品化的萃取头（100 μm PDMS）进行固相微萃取试验，并与气相色谱-质谱联用检测葡萄酒中农药残留。本研究在此基础上与统计学模型相结合，建立白葡萄酒中农药残留检测的新方法。在对红葡萄酒样品进行检测时，天然色素容易污染萃取头，使萃取头寿命缩短，这个问题阻碍了此技术在日常大量葡萄酒样品检测中的广泛应用。当前，如何减小葡萄酒中天然色素对萃取头的影响，是今后固相微萃取技术应用在葡萄酒农药残留检测上的一个难点。由于我国现行的有关葡萄酒质量安全的标准中并未涉及农药残留的限量规定[17]，此方法的建立为我国白葡萄酒中三嗪类除草剂残留国家标准的制定提供理论参考。

本研究建立了固相微萃取-气相色谱质谱联用法测定葡萄酒中西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净残留的方法。采用正交试验对固相微萃取条件进行优化，得到最佳优化条件为：85 μm PA作为萃取头，萃取时间 40 min，萃取温度 50℃，离子强度 100 g·L-1。该方法对市售的 4 种品牌葡萄酒中西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净显示出良好的萃取效果，相对标准偏差在 10% 以内，添加回收率在82%～103%之间，该方法准确度高，稳定性好，具有操作简单、成本低和环境友好等优点，可用于葡萄酒样中西玛津、阿特拉津、特丁津和扑草净的残留检测。

参 考 文 献：

[1] 张华威，刘慧慧，田秀慧，等. 凝胶色谱-固相萃取-气相色谱-串联质谱法测定水产品中9种三嗪类除草剂[J]. 质谱学报， 2015， 36（2）： 177-184.

[2] 郭亚芸，张宗磊，韩晓梅，等. 表面活性剂辅助-凝固-漂浮分散液-液微萃取-高效液相色谱法检测葡萄酒中4种三嗪类除草剂残留[J]. 农药学学报， 2017， 19（5）： 624-630.

[3] 王晓春，刘庆龙，杨永亮. 高效液相色譜-串联质谱法同时测定农田土壤中31种三嗪类除草剂残留[J]. 分析化学， 2014， 42（3）： 390-396.

[4] 苏趋，刘彬，洪军，等. 加速溶剂萃取-高效液相色谱法测定土壤中11种三嗪类除草剂[J]. 环境化学， 2017， 36（3）：628-634.

[5] 李雪，王凡，郑永欣，等. 固相萃取-高效液相色谱法测定环境水样中痕量三嗪类除草剂[J]. 福建分析测试， 2018， 27（3）： 38-42.

[6] 方灵，苏德森，刘文静，等. 多壁碳纳米管固相萃取气相色谱-串联质谱法测定乌龙茶及土壤中10种三嗪类除草剂残留[J]. 农药学学报， 2017， 19（5）： 617-623.

[7] 郭宇彤，李欣悦，高仕谦，等. 磁性氧化石墨烯固相萃取/高效液相色谱-串联质谱法测定环境水样中6种三嗪类除草剂残留[J]. 分析测试学报， 2016， 35（11）： 1384-1389.

[8] 张敬波，姜文凤，董振霖，等. 气相色谱法同时测定玉米中12种三嗪类除草剂的残留量[J]. 色谱， 2006， 24（6）：648-651.

[9] 李卫建，聂志强，蔡彦明，等. 气相色谱法同时测定土壤中13种三嗪类除草剂残留量的方法研究[J]. 农业环境科学学报， 2009， 28（1）： 211-215.

[10]李亚珍，李兆乾，朱华玲，等. 磁性石墨烯固相萃取-毛细管电泳联用测定水样中三嗪类农药残留[J]. 分析化学， 2015 ，43（12）： 1882-1887.

[11]Pelajic' M， Pecˇek G， Pavlovic' D M，et al. Novel multiresidue method for determination of pesticides in red wine using gas chromatography-mass spectrometry and solid phase extraction[J]. Food Chemistry， 2016， 200： 98-106.

[12]李培培， 陈敏， 王军. QuEChERS-高效液相色谱法检测红葡萄酒中多菌灵和甲霜灵杀菌剂残留[J]. 食品与发酵工业， 2015， 41（1）： 202-206.

[13]孙霞， 蒋玉梅. 液液萃取法测定葡萄酒中的氨基甲酸乙酯[J]. 工业科技， 2017， 46（12）： 17-19.

[14]严锦申，李俊丽，赵莉，等. 农药残留现状及检测技术的研究进展[J]. 山东农业科学， 2013， 45（6）： 134-137， 152.

[15]Abolghasemi M M， Hassani S， Rafiee E， et al. Nanoscale-supported heteropoly acid as a new fiber coating for solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A，2015， 1381： 48-53.

[16]Vitali M， Guidotti M， Giovinazzo R， et al. Determination of pesticide residues in wine by SPME and GC/MS for consumer risk assessment[J]. Food Additives and Contaminants， 1998， 15（3）： 280-286.

[17]蒋宏， 王鹏， 朱龙仙. 葡萄酒中17种残留农药的固相萃取-气相色谱/负化学离子源质谱测定方法研究[J]. 酿酒科技， 2012（5）：98-101.