超高效液相色谱-四级杆-静电场轨道阱高分辨质谱法同时检测土壤中6 种磺酰脲类除草剂*

赵增兵，孔维刚，柴勇利，成兰兴，陈 波，杨舒程

（1 河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州450002；2.郑州市公安局 物证鉴定中心，河南 郑州450000）

超高效液相色谱-四级杆/静电场轨道阱高分辨质谱（UPLC-Q-Orbitrap）因为高选择性的四级杆和高分辨率、高灵敏度的轨道阱相结合，所以能够快速筛查目标物与非目标物[1]，它与三重四极杆低分辨质谱相比较不用对目标物逐个离子及相关参数进行优，弥补检测样品数量较少缺陷，在分析测试药类、环境中的毒物及毒品方面有较多应用。已有报道UPLC-Q-Orbitrap 应用于尿液中的毒蕈碱[2]、硝基咪唑类药物[3]、β-受体阻滞剂[4]、猪肉中的氯霉素、大环内酯类抗生素、氯丙嗪[5-7]等药物的测定。虽然现在环境质量明显改善，土壤、空气、水、蔬菜、粮食等仍存在微量或痕量的农药残留，它可能没有带来明显的职业病或动植物快速死亡，但会通过长时间累积引起慢性中毒或造成其他疾病。

自从1982 年杜邦公司研制出第一个应用于小麦与大麦田的磺酰脲类除草剂商品（绿黄隆），此后经过结构改造与修饰，汽巴精化又相继开发出醚苯磺隆、醚磺隆、氟嘧磺隆；日产公司开发出吡嘧磺隆；石原公司开发出啶密磺隆、烟嘧磺隆；组合化学公司开发出唑嘧磺隆。目前，磺酰脲类除草剂是使用最广泛的一类除草剂，属于弱酸性物质，因其具有广谱、低毒、高效等特点，在很多农业相关领域广泛应用。但该类除草剂具有不易光解、不易挥发的特点，在农作物、土壤、沉积物及水体中也存在一定残留。通过几十年的使用还是不可避免得会对环境造成污染[8,9]。

超高效液相色谱-四级杆/静电场轨道阱高分辨质谱用于对苯磺隆、噻吩磺隆、吡嘧磺隆、烟嘧磺隆、甲嘧磺隆、苄嘧磺隆等的测试未见报道，我们利用物质的精确分子量、相对保留时间、同位素丰度比例等对农药残留进行快速、准确的定性检验和定量分析，对调查农业污染源、土壤利用优劣、检测食品农药残留和提高行业检测水平具有重要意义。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

Ultimate 3000 超高效液相色谱-四极杆-串联静电轨道阱组合式高分辨质谱仪（美国Thermo 公司）；HESI 加热型电离喷雾源，高速离心机，美国Thermo公司；QUINTIX1250 电子天平，德国sartoyius 公司；Milli-Q 纯水仪（美国密理博公司）。

苯磺隆、噻吩磺隆、吡嘧磺隆、烟嘧磺隆、甲嘧磺隆、苄嘧磺隆标准品均来自美国Sigma-Aldrich 公司。甲醇、乙腈、乙酸铵均为色谱纯，H2O 均使用去离子水。

1.2 色谱条件

色谱柱 Thermo Hypersil GOLD 色谱柱（100mm×2.1mm，1.9μm，美国Thermo 公司），流动相A 为体积分数为0.1%甲酸、5mmol 乙酸铵的水溶液，B 为甲醇；进样量：10μL；柱温箱：30℃；梯度洗脱如下表1。

表1 流动相洗脱条件Tab.1 Mobile phase elution conditions

1.3 质谱条件

质量分析器 四级杆-静电场轨道阱；电喷雾离子源（正离子），使用全扫描（Full MS）和数据依赖二级扫描（dd-MS2），其中一级扫描分辨率为70000，一级母离子扫描范围为100～800，最大注入捕获器时间为100ms，静电轨道阱离子捕获器门限值（AGC Target）为3×106；二级扫描分辨率为17500，二级碎片离子捕获器门限值（dd-MS2 AGC Target）为1×105，最大响应离子（Top N）选5 个，最大注入捕获器时间（dd-MS2 Maximum inject time）为50ms，动态排除电压5s，归一化碰撞能为：20、40、50；离子传输管温度为325℃；加热器温度为350℃；喷雾电压为3.2kV；鞘气（N2）流速为40arb；辅助器流速为10arb。

1.4 混合工作溶液的配制

将10mL 100μg·L-1混合工作标准溶液，用无水甲醇定容至100mL 容量瓶中，得到混合工作液浓度10μg·L-1。

1.5 样品的预处理

将干燥后的样品过32 目（孔径为0.56mm）的土壤筛，称土样20.0g，置于250mL 具塞三角瓶中，加20mL 提取液（甲醇-0.02mol·L-1NH3·H2O（50∶50，V/V）），在摇床上以250r·min-1的速度振荡1h，然后将提取液转移至20mL 离心管中，以3000r·min-1的速度离心10min，取上清液；然后加入10mL 提取液，重复提取1 次，离心，合并上清液，定容100mL 容量瓶测试。

2 结果与讨论

2.1 条件优化

2.1.1 流动相和流速的选择 流动相常用乙腈或甲醇，经试验，用甲醇做流动相时峰型较佳。流动相流速在0.1～0.5mL·min-1范围内试验，结果0.4mL·min-1时，峰型最佳。

2.1.2 扫描模式的选择 根据6 种农药分子结构特征分析，都含有氮、氧、硫元素，含有杂环，其结构在电离时易得到一个H+带正电荷，故选用正模式进行扫描，使用负离子模式扫描无法检出。

2.1.3 离子源选择 质谱电离源常用ESI 和APCI两种，ESI 电离源适用于多电核、中高极性、分子量较大、热不稳定的物质；APCI 电离源适用于单电核、弱极性、小分子化合物、易挥发、热稳定的物质；经试验，两种电离源均可，选用ESI 电离源灵敏度较高，选用APCI 电离源色谱背景较为干净。故选用ESI 电离源。

2.2 检测结果

按上述仪器条件进样，苯磺隆、噻吩磺隆、吡嘧磺隆、烟嘧磺隆、甲嘧磺隆、苄嘧磺隆均能有效分离，且峰型较好。如图1～7 所示为总离子流谱图以及各物质一级质谱图。表2 为6 种农药保留时间、精确质量数与二级质谱碎片。

图1 6 种农药的总离子流色谱图及精确分子量提取后的色谱图Fig.1 Total ion flow chromatogram of six herbicides

图2 苯磺隆精确分子量提取的色谱图以及一级质谱图Fig.2 Total ion flow chromatogram and primary mass spectrum of tribenuron

图3 噻吩磺隆精确分子量提取的色谱图以及一级质谱图Fig.3 Total ion flow chromatogram and primary mass spectrum of thifensulfuron

图4 吡嘧磺隆精确分子量提取的色谱图以及一级质谱图Fig.4 Total ion flow chromatogram and primary mass spectrum of pyrazosulfuron

图5 烟嘧磺隆精确分子量提取的色谱图以及一级质谱图Fig.5 Total ion flow chromatogram and primary mass spectrum of nicosulfuron

图6 甲嘧磺隆精确分子量提取的色谱图以及一级质谱图Fig.6 Total ion flow chromatogram and primary mass spectrum of Mesulfuron

图7 苄嘧磺隆精确分子量提取的色谱图以及一级质谱图Fig.7 Total ion flow chromatogram and primary mass spectrum of bensulfuron-methyl

表2 6 种农药保留时间、精确质量数与二级质谱碎片Tab.2 Retention time, accurate mass number and secondary mass spectrum of six pesticides

2.3 方法学考察

2.3.1 线性范围和检出限 分别添加0.1、0.2、0.5、1、2、5、10μg·L-1的目标化合物混合工作标准液到空白基质溶液中。以6 种磺酰胺脲类除草剂的峰面积（Y）为纵坐标，质量浓度（X，μg·L-1）为横坐标绘制标准工作曲线。6 种化合物在0.1～10μg·L-1范围内线性关系良好，线性相关系数r2均大于0.99。在空白样品中分别添加一系列浓度的目标化合物混合标准溶液，进行前处理和测定，取信噪比3 倍对应的浓度为检出限（LOD），以信噪比10 倍对应的浓度为定量限（LOQ）。实验结果表明，6 种目标化合物的检出限为0.5～2μg·kg-1，定量限为1～5μg·kg-1。具体结果见表3。

表3 6 种目标化合物的线性方程、相关系数、线性范围、检出限和定量限Tab.3 Linear equations，correlation coeficients，linear ranges，LODs and LOQs of the 6 target compounds

2.3.2 回收率与精密度 为了评价方法的准确性和精密度，空白样品中添加5、10、15μg·L-13 个水平的6 种目标化合物混合标准溶液，每个水平进行6 次试验。结果，6 种化合物的平均回收率为72.8%～93.6%，相对标准偏差小于10%（见表4）。表4 结果表明，其准确度与精密度能够满足化合物残留检测的要求，该分析方法较可靠，适用于定量分析。

表4 6 种目标化合物在3 个添加水平下的平均回收率和相对标准偏差（n=6）Tab.4 Average recoveries and relative standard deviations of the 20 target compounds at three spiked levels（n=6）

甲嘧磺隆 5 86.0 2.1 10 82.7 5.4 15 79.9 5.3苄嘧磺隆 5 92.3 6.8 10 79.9 3.5 15 79.9 2.9

2.4 样品分析

用此检测方法对某地市基本农田土壤取200样品进行分析测定。结果表明，其中有54 组样品中检出了苯磺隆、噻吩磺隆、烟嘧磺隆、苄嘧磺隆等几种除草剂，平均质量分数分别为2.56，1.24，1.25，2.17μg·kg-1，没有一组样品检测到吡嘧磺隆、甲嘧磺隆。

3 结论

本研究建立了UPLC-Q-Orbitrap 同时测定磺酰脲类除草剂苯磺隆、噻吩磺隆、吡嘧磺隆、烟嘧磺隆、甲嘧磺隆、苄嘧磺隆的定性定量方法。该方法具有选择性好、简便快捷、灵敏准确等特点，满足环境中土壤等微量农药残留的快速、准确定量的需求，对现有检测农药标准提供方法参考与补充，对保障我国食品安全和提高行业检测水平具有重要意义。