气相色谱质谱联用法对苹果中有机氯类农药残留含量测定的不确定度研究

杨 璐,廖 享,虞游毅,程 平,李 宏

(1 新疆林业科学院,新疆林木资源与利用国家林草局重点实验室,新疆林果树种选育与栽培重点实验室,乌鲁木齐830054;2 新疆师范大学地理科学与旅游学院,乌鲁木齐830054)

测量不确定度是与测量结果相联系的参数,用于表征合理赋予被测量之值的分散性[1-3],也是用来评定测量结果质量的参数[4-6]。 通过不确定度评定,可以客观的对影响检测结果的主要因素进行分析[7-9]。实验室必须确保提供的实验数据的有效性和准确性[10-11],评价及给出分析结果的不确定度是实验室质量控制中一项必要措施[12]。

随着人们生活水平的不断提高,农药残留问题受到越来越多的关注[13-14]。 有机氯类农药是一类严重的有机环境污染物,具有致突变、致畸、致癌效应[15-18]。 果蔬农药残留会严重危害人体健康,农药残留检测技术是国内外农产品质量安全领域的一个研究热点[19]。 Serpil[20]分析了蔬菜中16 种有机氯农药残留快速提取净化方法不确定度。 Nuno 等[21]建立了SPME-GC∕ECD 方法测量林丹和七氯含量,并对结果的不确定度进行了评估。 Radim 等[22]应用不同检测器对苹果上的14 种农药进行监测分析,对各个步骤的不确定度进行了计算比较。 蒋永祥等[23]对茶叶中有机磷测定过程进行了不确定度评价。 罗惠明等[24]计算了茶叶中硫丹菊酯类农药残留量的不确定度。 邵华等[25]评定了气质联用方法测定样品乐果含量过程的不确定度。 农业行业标准NY∕T 761—2008 中采用气相色谱法测定水果中有机氯农药残留的含量,但该方法的不确定度的来源有很多,如称样量、移取体积、容量仪器等。 本文拟建立气相色谱质谱法测定水果中有机氯农药残留含量的不确定度计算模型,对不确定度来源及大小进行分析评定,并探讨该方法在应用过程中应注意的问题,以提高数据和测量结果的准确性和可靠性。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器:7890A-5975C 气相色谱质谱联用仪(美国安捷伦公司);分析天平(北京赛多利斯);BUCHI Mixer B-400 均质机(瑞士步琦有限公司);TDL-50 离心机(金坛市医疗仪器厂);N-EVAP111 氮吹仪(Organomation Associates,Jnc.公司)。

材料:阿克苏‘红富士’苹果,购于新疆乌鲁木齐华凌干鲜果品市场。

试剂:五氯硝基苯、六氯苯、七氯、百菌清标准品(100 μg∕mL)(农业部环境保护科研检测所);正己烷[色谱纯,霍尼韦尔贸易(上海)有限公司],乙腈[色谱纯,赛默飞世尔科技(中国)有限公司];丙酮[色谱纯,霍尼韦尔贸易(上海)有限公司]

1.2 方法[26]

试样制备:四分法取样后将其切碎,制成鲜果匀浆,-20—-16 ℃保存,备用。

提取:准确称取15 g 样品匀浆于离心管中,加入200 μL 的标准溶液、30 mL 乙腈、5 g 氯化钠,剧烈震荡1 min,5 000 r∕min 离心10 min,吸取10 mL 上清液,放入20 mL 样品瓶中,缓缓通入氮气,乙腈蒸发近干后,加入2.0 mL 正己烷溶解残渣。

净化:将弗罗里矽SPE 柱依次用5.0 mL(丙酮+正己烷)(体积比1∶9)和5.0 mL 正己烷预淋洗,当溶剂液面到达柱吸附层表面时,立即加入上述待净化溶液,收集洗脱液,用5 mL(丙酮+正己烷)(体积比1∶9)冲洗样品瓶后过柱两次,氮吹至近干,用正己烷准确定容至2.0 mL,0.22 μm 滤膜过滤,待测。

1.3 GC-MS 条件

气相条件:Agilent HP-5 MS 毛细管色谱柱(30 m × 0.25 mm ×0.25 μm);升温程序:100 ℃不保持,10 ℃∕min升至150 ℃,保持2 min,3 ℃∕min 升至192 ℃,30 ℃∕min 升至252 ℃,保持2 min,氦气流速1.4 mL∕min;进样口温度250 ℃;分流比为10∶1,进样量1 μL;

质谱条件:电离方式为EI 电离源,电子能量70 eV,离子源温度230 ℃,四级杆温度150 ℃,传输线温度250 ℃,选择离子扫描模式,溶剂延迟4 min。 利用色谱峰保留时间及特征碎片离子峰进行定性,以外标法峰面积定量。 各有机氯农药质谱参数如表1 所示,总离子流图见图1。

表1 有机氯农药保留时间及特征碎片离子Table 1 Retention time and characteristic fragment ions of organochlorine pesticides

1.4 测量数学模型

测定样品中有机氯农药残留含量的数学模型为:

式中:X为样品中有机氯农药残留含量(μg∕g);C为样品最终定容后溶液的浓度(μg∕mL);V1为混合提取液总体积(mL);V2为用于浓缩的提取液体积(mL);V3为净化后定容体积(mL);m为样品质量(g)。

2 结果与分析

2.1 体积引入的相对标准不确定度urel(V)

2.1.1 提取液总体积引入的相对标准不确定度urel(V1)

用50 mL 单标线吸量管吸取乙腈30 mL,根据检定证书,50 mL 单标线吸量管(A 级)的容量允许误差为±0.1 mL,假定为三角形分布,相对标准不确定度为:

2.1.2 用于浓缩的提取液体积引入的相对标准不确定度urel(V2)

用10 ml 分度吸量管吸取提取液10 ml,根据检定证书,10 ml A 级分度吸量管的允许误差为±0.05 mL,假定为三角形分布,相对标准不确定度为:

2.1.3 净化后定容体积引入的相对标准不确定度urel(V3)

用2 mL 分度吸量管吸取正己烷2 mL,根据检定证书,2 mL 的A 级分度吸量管的允许误差估计为±0.015 mL,假定为三角形分布,相对标准不确定度为:

体积引入的相对标准不确定度为:

2.2 样品称量引入的相对标准不确定度urel(m)

万分之一天平校准的允许误差为±0.000 5 g,包含因子k=3,称样质量为15.00 g 时,相对标准不确定度为:

2.3 标准曲线引入的相对标准不确定度urel(C)

2.3.1 标准品引入的相对标准不确定度urel(C1)

标准品溶液浓度为100 μg∕mL,五氯硝基苯、六氯苯、七氯和百菌清标准样品证书显示扩展不确定度分别为:0.10 μg∕mL,0.08 μg∕mL,0.04 μg∕mL,0.10 μg∕mL,包含因子k=2,相对标准不确定度依次为:

2.3.2 标准曲线拟合引入的相对标准不确定度urel(C2)

配制标准系列溶液,设置0.1 μg∕mL、0.2 μg∕mL、0.4 μg∕mL、0.5 μg∕mL、0.6 μg∕mL、0.8 μg∕mL、1.0 μg∕mL共7 个浓度,每个浓度3 个平行,取其平均值,采用最小二乘法拟合,得到标准曲线回归方程y=ax+b(a为斜率,b为截距)及相关系数,结果如表2 所示。 样品平行测定3 次,取平均值,由拟合的标准曲线计算有机氯农药残留浓度。

表2 标准曲线线性拟合Table 2 The standard curve linear data fitting

式中:s(y)为拟合标准偏差;b为拟合标准曲线截距;p为样品重复测定次数,p=3;n为标准曲线测定次数,n=21;¯C为标准溶液的平均浓度;C0为通过标准曲线计算的有机氯农药残留含量平均值。

将表2 中4 种农药相对应的拟合标准偏差、拟合标准曲线截距、样品重复测定次数、标准曲线测定次数、标准溶液的平均浓度、通过标准曲线计算的有机氯农药残留含量平均值,带入以上公式中,五氯硝基苯、六氯苯、七氯和百菌清的标准曲线拟合引入的不确定分别为:

urel(C2.1)=0.012 29;urel(C2.2)=0.019 54;urel(C2.3) =0.024 12;urel(C2.4) =0.015 55

2.3.3 标准溶液配制引入的相对标准不确定度urel(C3)

使用量程为100—1000 μL 移液枪移取浓度为100 μg∕mL 的标准溶液1 mL 于10 mL 容量瓶中,用正己烷定容,配置成浓度为10 μg∕mL 的标准储备液。 使用量程为20—200 μL 移液枪吸取不同体积标准储备液,用正己烷定容至2 mL,配制成不同浓度的系列标准溶液。 根据校准证书,100—1 000 μL 移液枪在量程为1 000 μL 时,容量允许误差为±1%,20—200 μL 移液枪在量程为200 μL 时,容量允许误差为±1.5%,10 mL 容量瓶的容量允许误差为±0.020 mL,2 mL 容量瓶的容量允许误差为±0.015 mL,假定为矩形分布,相对标准不确定度依次为:

2.3.4 温度的变动引入的相对标准不确定度urel(C4)

有机氯标准溶液的浓度是在20 ℃条件下标定的,实验室温度变化范围为(20 ±5)℃,正己烷的体积膨胀系数为1.36 ×10-3℃,假设为均匀分布,由温度的变动性引入的相对标准不确定度为:

标准曲线引入的相对标准不确定度为:

经计算,五氯硝基苯为urel(C) =0.017 18、六氯苯为urel(C) =0.022 93、七氯为urel(C) =0.026 94、百菌清为urel(C) =0.019 65。

2.4 测量重复性引入的不确定度urel(f)

苹果样品中加入标准溶液,设置3 个平行,根据拟合的标准曲线计算有机氯农药残留含量,结果如表3 所示:

表3 有机氯农药残留含量Table 3 Content of organochlorine pesticide residues μg·mL -1

测量重复性引入的相对标准不确定度五氯硝基苯为urel(f) =9.057 ×10-3、六氯苯为urel(f) = 8.247 ×10-3、七氯为urel(f) = 9.703 ×10-3、百菌清为urel(f) = 8.535 ×10-3。

2.5 合成标准不确定度

样品中有机氯农药残留含量的合成标准不确定度为:

合成标准不确定度五氯硝基苯为urel(f) =1.981 ×10-3、六氯苯为urel(f) = 2.468 ×10-3、七氯为urel(f) = 2.890 ×10-3、百菌清为urel(f) = 2.178 ×10-3。

2.6 扩展不确定度

扩展因子k取2,扩展不确定度U(X)为:

评估的各不确定度如表4 所示:

表4 各有机氯农药不确定度Table 4 The uncertainty value of each organochlorine pesticide

3 讨论

通过气相色谱质谱联用法,分析评估苹果中五氯硝基苯、六氯苯、七氯和百菌清4 种有机氯农药残留含量测定过程中的不确定度,发现其不确定度来源于多方面,主要有:(1)体积引入的相对标准不确定度;(2)样品称量过程引入的相对标准不确定度;(3)标准曲线引入的相对标准不确定度;(4)测量重复性引入的相对标准不确定度[27]。 对各个不确定度分量进行评定,计算测量结果的合成不确定度和扩展不确定度,发现对测量结果影响最大的因素是标准曲线引入的不确定度,其次是样品测量重复性引入的不确定度,而体积和样品称量引入的不确定度较小,可以忽略不计。

4 结论

使用气相色谱质谱联用法分析五氯硝基苯、六氯苯、七氯和百菌清测量不确定度,其结果可分别表示为(0.144 8 ±0.005 7)mg∕kg(k=2),(0.097 02 ±0.004 8)mg∕kg(k=2),(0.071 40 ±0.004 1)mg∕kg(k=2),(0.200 2 ±0.008 7)mg∕kg(k=2)。 为了提高检测的准确性,在样品检测过程中应严格控制样品前处理的各个步骤,尽可能的操作准确,减少因分离提取液、定容溶液等操作引入的不确定度,准确细致的配制标准溶液,尽量提高标准曲线的拟合度,同时增加平行样品的测定次数,减少误差,保证结果的可靠性。