QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定玉米粉中41 种农药残留

2021-02-05李同宾孙丰收李北兴

农药学学报 2021年1期

李同宾, 李红, 孙丰收,2, 杨松, 李北兴*,, 慕卫*,

(1. 山东农业大学植物保护学院农药毒理与应用技术重点实验室，山东泰安 271018；2. 山东农业大学农药环境毒理研究中心，山东泰安 271018)

随着农药的大量和不合理使用，食品中的农药残留对人类健康所造成的不利影响日益显露[1-2]。近年来，我国玉米田中的病虫害呈加重趋势，化学防治依然是最重要的防治措施[3]，玉米及加工产品中的农药残留风险不可忽视。针对玉米及加工产品，建立快速、可靠的农药多残留检测技术，对于保障人畜安全显得尤为重要。

目前，玉米中农药残留的检测手段主要有气相色谱法 (GC)[4]、气相色谱-串联质谱法 (GC-MS/MS)[5-6]以及液相色谱-串联质谱法 (LC-MS/MS)[7]等。超高效液相色谱-串联质谱 (UPLC-MS/MS) 具有准确、灵敏、快速等特点，适用于基质复杂、干扰严重的痕量化合物的分析，同时在碰撞诱导解离模式下，可以得到化合物碎片离子的分子质量，确证化合物的结构和裂解规律，定性准确度高[8]。针对谷物类等含油量较高的样品基质在农药多残留分析中农药难以提取和净化等问题，国内外专家对此进行了大量研究。Dicke 等[9]建立了谷物中拟除虫菊酯类杀虫剂残留分析方法。He等[10]提出了一种基于改进的QuEChERS 结合GCMS/MS 的快速多残留分析方法，可同时测定玉米等谷物中的多种农药。Mastovska 等[11]建立了将样品处理与自动进样技术相结合用于检测玉米等谷物基质中的农药残留分析方法，提高了进样量。我国也颁布了GB/T 20770—2008 用于测定粮谷中486 种农药及相关化学品残留量，但是该方法前处理较为繁琐[12]，对于特定产品的农药多残留检测(如玉米粉) 亟需更为简便的检测方法。

当前，农药残留样品检测的前处理技术主要包括传统的液液萃取 (LLE)、固相萃取 (SPE)、基质固相分散 (MSPD)、固相微萃取 (SPME)、凝胶色谱 (GPC) 和 QuEChERS[13-14]。其中 SPE 因提取效果较好，回收率高而常被用于一些农产品农残检测的前处理，但其存在前处理过程操作复杂耗时、有机溶剂用量较大等不足[15]。虽然采用分散固相萃取 (dSPE) 净化法，在乙腈提取液中直接加入PSA 吸附剂粉末进行净化，具有操作简单、快速、试剂用量小等优势，但对于一些复杂基质净化效果不理想，有的农药有效成分检出限难以满足要求[16-17]。自 2003 年 Anastassiades 提出QuEChERS 样品前处理方法，传统分析方法中样品前处理耗费时间长、所用溶剂毒性大等问题得以解决[18]。为了减少复杂基质中基质效应的影响，获得更加准确可靠的残留数据，降低检测方法使用的局限性，对QuEChERS 样品前处理方法进行优化是一条重要的解决途径。目前QuEChERS方法中分散固相萃取材料的种类很少，最常用的有乙二胺-N-丙基硅烷 (PSA)、C18、石墨化碳黑(GCB) 3 种，但其对复杂基质的净化效果仍不够理想[19]。纳米氧化锆作为一种发展较快的无机功能材料，具有粒径小、比表面积大、酸碱稳定性好、不会对分析物质造成影响等特点，并且具有较强的去除亲脂性基质的能力。研究表明，加入氧化锆等新型材料配合传统净化材料使用可以提高对复杂基质的净化能力[20-22]。鉴于此，本研究采用混合型分散固相萃取净化，除使用PSA 外，选择加入纳米氧化锆以改善净化效果，并结合UPLCMS/MS，以41 种玉米田病虫草害防治常用农药为目标化合物，建立了同时快速检测玉米粉中41 种农药多残留的分析方法。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

ACQUITY UPLC-H-Class Xevo-TQS (Masslynx4.1系统) 配电喷雾离子源 (ESI) (美国 Waters 公司)；T10 高速均质仪 (德国 IKA 公司) 等。

41 种农药标准品 (纯度均在98%以上，中国标准物质中心)；PSA (40～60 μm，天津博纳艾杰尔科技有限公司)；甲醇和乙腈 (色谱纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；氧化锆 (5～20 nm，先锋纳囊有限公司)；氯化钠 (分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司)；无水硫酸镁 (分析纯，上海阿拉丁生化分析纯股份有限公司)；试验用水为高温蒸馏水；玉米粉 (市售)。

1.2 检测条件

色谱条件：ACQUITY UPLCTMBEH C18色谱柱 (100 mm × 2.1 mm，1.7 μm)；柱温 35 ℃；流速 0.3 mL/min；进样量 2.0 μL。

质谱条件：电喷雾正离子源模式 (ESI+)；多重反应监测模式 (MRM) 扫描；毛细管电压为3.0 kV；脱溶剂气温度为 400 ℃，流速800 L/h。

1.3 样品前处理方法

准确称取 10.0 g 玉米粉样品于 50.0 mL 具塞离心管中，加入 20.0 mL 乙腈、5.0 g 氯化钠和 2.0 g无水硫酸镁，涡旋振荡提取 3 min，于4 000 r/min下离心 2 min；取上清液 1.5 mL 转入 2 mL QuEChERS离心管中 (含 50.0 mg PSA、5 mg 氧化锆和150 mg无水MgSO4)，涡旋振荡 3 min，于12 000 r/min下离心 2 min；取上清液过 0.22 μm 有机滤膜，待UPLC-MS/MS 分析。

1.4 标准溶液配制及标准曲线绘制

分别准确称取一定量的41 种农药标准品，用甲醇溶解配成100 mg/L的农药混合标准储备液，于−20 ℃保存，备用。

准确称取10.0 g 玉米粉空白基质样品，按1.3 节方法进行前处理，获得基质空白提取液。用基质空白提取液稀释41 种农药混合标准储备液，配成 0.5、1、5、10、50 和 100 μg/L的系列基质匹配标准工作溶液。按1.2 节的条件测定，分别以41 种农药的质量浓度为横坐标、相应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。

1.5 添加回收试验

向空白玉米粉样品中分别添加 0.01、0.1 和1 mg/kg 3 个水平的4 种农药标准溶液，每个水平重复 5 次，按 1.3 节进行样品前处理，按 1.2 节的条件测定，计算添加回收率和相对标准偏差 (RSD)。

1.6 基质效应

基质效应 (Me) 指除目标化合物以外其他物质对目标物响应值的影响，按公式 (1) 计算Me[23]。

式中：ksolvent为纯溶剂标准曲线的斜率，kmatrix为基质匹配标准曲线的斜率。若|Me|的值小于10%，表明无明显基质效应；若|Me|的值大于10%，则说明具有明显的基质增强或减弱效应。

2 结果与讨论

2.1 净化条件选择

采用QuEChERS 前处理方法，即采用单一溶剂乙腈提取玉米粉中的多残留农药，随后添加无水硫酸镁等盐类除水，利用PSA 的弱阴离子交换、相似相溶和螯合作用有效去除玉米粉中的糖类、脂肪酸、金属离子和色素等杂质[21]。但考虑到玉米粉中非不饱和脂肪酸如亚油酸含量较高，为了提高净化效果，在离心管中加入了氧化锆，利用氧化锆表面的路易斯酸位点吸附脂肪酸等物质[22]。鉴于玉米粉中色素较少，本研究未添加 GCB等净化材料。

2.2 色谱条件优化

为了提高分离效率，缩短检测时间，采用梯度洗脱，梯度洗脱程序见表1。流动相中加入0.1%甲酸以增加色谱柱的保留能力，提高分离能力，加入2 mmol/L 乙酸铵以改善峰形，提高灵敏度。以低比例有机相开始进行梯度洗脱，41 种农药保留时间均在6 min 以内，7～8.5 min 保持高比例有机相以洗脱色谱柱中的杂质，9.5 min 恢复至初始低比例有机相，平衡0.5 min 使液相条件恢复初始状态。本研究检测时长明显低于GB/T 20770—2008 用于测定粮谷中486 种农药及相关化学品残留量的方法 (检测时长40 min)[12]。

表1 梯度洗脱程序Table 1 Gradient elution program

2.3 质谱条件优化

在电喷雾正离子监测模式下，以1 mg/L 的农药混合标准溶液进行方法开发，获得每种农药最优的锥孔电压、碰撞电压等检测条件，每种农药选取两组丰度最高的离子对作为定量离子和定性离子，以信噪比高的作为定量离子，离子采集参数见表2。玉米粉中MRM 模式下41 种农药(0.1 mg/kg) 的选择离子色谱图见图1。

2.4 基质效应、标准曲线及定量限

由表3 可知，41 种农药中的大部分|Me|值大于10%，表明样品基质对大多数农药存在明显的基质减弱效应，为了最大程度减少基质效应干扰，采用基质匹配标准曲线进行定量。以峰面积(y) 对农药质量浓度 (x) 作回归分析，在0.5～100 μg/L范围内，41 种农药的质量浓度与对应的峰面积间均呈现良好的线性关系 (表3)。以信噪比10 计算得 41 种农药的定量限 (LOQ)为 0.48～0.85 μg/kg。