高效液相色谱-串联质谱法测定葡萄酒中4种有机磷类除草剂残留量

2021-04-18郭爱静花中霞张世勇

理化检验-化学分册 2021年4期

郭爱静,花中霞,张弘,张世勇,辛佳,王可

(石家庄市疾病预防控制中心,石家庄市化学毒物检测及风险预警技术创新中心,石家庄 050011)

有机磷类除草剂是分子结构中含有磷元素的一类除草剂,主要包括莎稗磷、甲基胺草磷、抑草磷和哌草磷等。有机磷类除草剂因高效、成本低而广泛应用在农业生产中。此类农药具有中等或高毒性,在人体中会抑制乙酰胆碱酯酶活性,造成神经系统损伤而引发中毒[1-2]。鉴于其危害性,我国在国家标准GB 2763-2019《食品中农药最大残留限量》中规定了莎稗磷在稻谷、糙米中的最大残留量为0.1 mg·kg-1[3]。

有机磷农药的主要检测方法有气相色谱法(GC)[4-7]、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)[8-11]、气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)[12-15]、液相色谱法(LC)[16-17]和液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)[18-20]。目前,国内外对莎稗磷或抑草磷的检测虽有报道[21-25],但对于有机磷类除草剂在食品中残留检测的文献相对较少。目前,葡萄酒中农残的检测以杀虫剂和杀菌剂为主,对除草剂残留的检测相对较少,尚未发现利用高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)检测葡萄酒基质中有机磷类除草剂的报道。

本工作采用乙酸乙酯作为提取剂,分散固相萃取法净化,建立了葡萄酒中莎稗磷、甲基胺草磷、抑草磷和哌草磷等4 种有机磷类除草剂的HPLCMS/MS分析方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1200-6410B型液相色谱-串联质谱仪,配电喷雾离子源;Mettler Toledo AE240型电子天平;IKA MS3 型涡旋振荡器;Elma T-460/H 型超声清洗器;TG16-WS 型台式高速离心机;Organomation EVAP-12型氮吹仪;Millipore Milli-Q 型超纯水机。

3种有机磷类除草剂标准储备溶液:1.00 g·L-1,称取抑草磷、哌草磷和甲基胺草磷标准品各10.0 mg,用甲醇溶解并定容至10 mL 棕色容量瓶中,此溶液保存于-20 ℃冰箱中。

莎稗磷标准溶液:10 mg·L-1。

4种有机磷类除草剂混合标准溶液:移取适量的1.00 g·L-1的3种有机磷类除草剂标准储备溶液和10 mg·L-1的莎稗磷标准溶液,混合后用甲醇稀释并定容至1.00 mg·L-1。

甲基胺草磷(Lot:SZBD350XV),纯度不小于99.8%;莎稗磷(Lot:407101O)、抑草磷(Lot:41016),纯度不小于98.0%;哌草磷(Lot:30416),纯度不小于99.0%;乙腈、甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲酸均为色谱纯;N-丙基乙二胺(PSA)、无水硫酸镁(MgSO4)、氯化钠(NaCl)均为分析纯;试验用水为去离子水。

1.2 仪器工作条件

1)色谱条件 Agilent ZORBAX XDB-C18色谱柱(50 mm×4.6 mm,1.8μm);柱温30 ℃;进样量3μL;流量0.3 mL·min-1;流动相A 为0.1%(体积分数,下同)甲酸溶液,B 为甲醇;等度洗脱,A 相与B相体积比为15∶85;运行时间5 min。

2)质谱条件电喷雾离子源(ESI),正离子模式;多反应监测(MRM)模式;干燥气温度350 ℃;干燥气流量10 L·min-1;雾化气压力206.8 k Pa;毛细管电压4 000 V;碰撞气为高纯氮气(纯度大于99.999%);各离子对驻留时间均为100 ms。其他质谱参数见表1,表中“∗”为定量离子。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.3 试验方法

称取2.000 0 g葡萄酒样品,置于50 mL 离心管中,加入1.00 g NaCl和12 mL的乙酸乙酯,涡旋30 s,超声10 min,以4 000 r·min-1转速离心5 min,取出10 mL有机相转移至盛有1.00 g PSA、0.20 g 无水MgSO4的离心管中,涡旋30 s,离心5 min,取上清液6 mL,在40 ℃下氮吹至近干,用1.0 mL 85%(体积分数,下同)甲醇溶液复溶后,涡旋30 s,经0.2μm 滤膜过滤,按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

在优化的仪器工作条件下对100.0μg·L-1的4种有机磷类除草剂混合标准溶液进行测定,其色谱图见图1。

2.2 提取条件的选择

2.2.1 提取剂

试验考察了乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷及不同体积比的乙腈-乙酸乙酯混合溶液等提取体系用于葡萄酒样品中4种有机磷类除草剂的提取时对回收率的影响。在葡萄酒基质中添加25μg·kg-1的4种有机磷类除草剂混合标准溶液,按照1.3节试验方法进行测定,不同提取剂所得回收率见图2。

图1 4种有机磷类除草剂的总离子流色谱图Fig.1 TIC chromatogram of 4 organophosphorus herbicides

由图2可知:用乙酸乙酯提取时,4种有机磷类除草剂的回收率为78.7%～84.1%,回收率最高,这可能是4种物质在乙酸乙酯中均有较好的溶解度的原因。因此,试验选择乙酸乙酯作提取剂。

2.2.2 超声提取时间

超声可以加速提取剂在样品中提取目标组分的过程。试验考察了超声提取时间分别为5,10,15,20 min时对4种有机磷类除草剂回收率的影响,结果见图3。

图2 提取剂对4种有机磷类除草剂回收率的影响Fig.2 Effect of extraction solvent on the recovery of 4 organophosphorus herbicides

图3 超声提取时间对4种有机磷类除草剂回收率的影响Fig.3 Effect of ultrasonic time on the recovery of 4 organophosphorus herbicides

由图3可知:回收率随着超声提取时间的延长先升高后降低;超声提取时间为10 min时,4种有机磷类除草剂的回收率最好;继续延长超声提取时间,回收率反而下降,可能是由于超声提取时间过长目标物发生降解所造成的。因此,试验选择超声提取时间为10 min。

2.3 净化剂用量的选择

试验考察了净化剂PSA 和无水MgSO4用量的不同对4种有机磷类除草剂回收率的影响。固定无水MgSO4用量0.20 g,分别对PSA 用量为0.20,0.40,0.75,1.00,1.20 g时4种有机磷类除草剂的回收率进行考察。结果发现:随着PSA 用量的增加回收率先升高后降低;PSA 用量为1.00 g时,回收率最好,为81.5%～96.7%。这可能是由于PSA 能有效吸附葡萄酒基质中的有机酸、糖类和色素等杂质,故随着PSA 用量增加回收率提高,但PSA 过量也会吸附待测组分,反而回收率降低。

固定PSA 用量为1.00 g,分别对无水MgSO4用量为0.10,0.20,0.40,0.75,1.00 g时4种有机磷类除草剂的回收率进行比较。结果表明:无水MgSO4用量为0.20 g时,回收率最好,为83.4%～95.8%。这是因为水在乙酸乙酯中溶解度很低,加入一定量的无水MgSO4会除去乙酸乙酯层的水分,但无水MgSO4过量会吸附待测组分,反而导致回收率降低。因此,试验最终选择用1.00 g PSA、0.20 g无水MgSO4对样品进行净化。

2.4 流动相的选择

使用100.0μg·L-14种有机磷类除草剂混合标准溶液进样,分别考察了乙腈-0.1%甲酸和甲醇-0.1%甲酸体系为流动相时对4种有机磷类除草剂峰形和响应值的影响。结果表明:当流动相为乙腈-0.1%甲酸溶液体系时,甲基胺草磷响应值较低;当流动相为甲醇-0.1%甲酸溶液体系时,整体响应值都有明显地提高,因此,选择甲醇-0.1%甲酸溶液体系作为试验的色谱流动相。试验进一步优化了两相比例,发现体积比为85∶15的甲醇和0.1%甲酸溶液作流动相、流量为0.3 mL·min-1时,4种有机磷类除草剂的色谱峰峰形和分离度均较好。试验采用体积比为85∶15 的甲醇和0.1%甲酸溶液等度洗脱。

2.5 质谱条件的选择

4种有机磷类除草剂的分子结构中均含有N、O等原子,均易结合H＋,极性较强。因此,选择电喷雾电源子正离子模式(ESI＋)进行检测。以100.0μg·L-14种有机磷类除草剂混合标准溶液进样,进行一级全扫描筛选母离子,发现各除草剂的[M＋H]＋峰均响应较强,确定为母离子;通过选择离子监测(SIM)优化碎裂电压,使其母离子响应达到最佳;用产物离子扫描确定两个响应强、干扰小的子离子,同时优化碰撞能量,使其子离子获得最佳响应。每个除草剂的两个子离子中响应较高的为定量离子,最终确定质谱条件,具体参数见表1。

2.6 基质效应

分别用85%甲醇溶液和葡萄酒基质空白提取溶液配制两组质量浓度均为10.0,20.0,50.0,100.0μg·L-1的混合标准溶液系列,按照仪器工作条件进行测定。比较同一质量浓度下在甲醇和基质溶液中同一被测组分的峰面积,计算基质效应(ME)。ME＝B/A×100%(B为空白样品基质中添加某一质量浓度待测物按照仪器条件测定的响应值,A为纯溶剂中添加同一质量浓度待测物相同仪器条件下测定的响应值[26]。ME 值为80.0%～120.0%时,表明基质效应较小;ME 值低于80.0%或高于120.0%时,表明有较强的基质抑制或增强作用[27]。试验结果表明:哌草磷的 ME 值在96.4%～104.8%之间,没有明显的基质效应;其他3种有机磷类除草剂的ME 值为53.6%～73.5%,有较强地基质抑制作用。因此,试验采用基质匹配标准曲线(工作曲线),以减少基质效应的影响。