超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨串联质谱法测定菜田土壤中甲拌磷及其代谢物残留量

2021-11-25邱世婷

理化检验-化学分册 2021年11期

韩梅,焦颖,邱世婷,侯雪

(四川省农业科学院分析测试中心农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(成都),成都 610066)

在给农作物喷洒农药时,部分农药会残留并积累于土壤中,其经植物吸收富集并被人体摄入后,将会引起健康安全风险[1-2]。目前土壤中农药残留污染的研究大多集中于有机氯类农药上[3],其他农药如有机磷类农药也会残留在土壤中[4],特别是其中的甲拌磷,在国内土壤中可被普遍检出[4]。甲拌磷是一种内吸性杀虫剂,主要应用于土壤、种子,其在土壤或植物中可以母体形式存在,还可以甲拌磷亚砜、甲拌磷砜、氧甲拌磷、氧甲拌磷亚砜、氧甲拌磷砜等代谢物形式存在[5],且代谢物的毒性更强,性质更稳定。2002年农业部第199号公告规定,严禁在蔬菜等作物上使用甲拌磷农药。但是,在对蔬菜产品进行日常例行检查时,仍发现有甲拌磷及其代谢物检出量超标的现象,可能有两方面污染来源:①栽培的土壤已被甲拌磷或其代谢物污染;②农药中存在甲拌磷的隐形添加[6]。由于针对第一种情况的研究较少,有必要开展这方面的筛查工作。

甲拌磷测定的国家标准为GB 23200.113－2018《食品安全国家标准植物源性食品中208种农药及其代谢物残留量的测定气相色谱-质谱联用法》和GB/T 20769－2008《水果和蔬菜中450种农药及相关化学品残留量的测定液相色谱-串联质谱法》,这两种方法测定的是食品或农作物中的甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜含量,不包含对土壤中甲拌磷及其5种代谢物的研究[7-8]。在相关文献报道方面,测定方法有气相色谱法[9]、气相色谱-串联质谱法[10-12]、高效液相色谱-串联质谱法[12-17]、气相色谱-高分辨质谱法[18]、超高效液相色谱-高分辨质谱法[19]和荧光分光光度法[20]等,研究对象主要为土壤中甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜,缺乏氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亚砜方面的研究。

本工作先以酸化乙腈为提取剂进行提取,再以氯化钠盐析后用分散固相萃取法(d-SPE)净化,然后以超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨串联质谱法测定,建立了土壤中甲拌磷及其5种代谢物(甲拌磷砜、甲拌磷亚砜、氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亚砜)残留量的测定方法,以期为甲拌磷及其5种代谢物污染来源的追溯和开展、农田绿色防控研究提供依据。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Thermo Q Exactive Focus型四极杆-静电场轨道阱高分辨串联质谱仪;Dionex Ulti Mate 3000 型超高效液相色谱仪;数据处理软件Trace Finder;IKA Vortex 3型涡旋混合仪;TGL-16LM 型高速离心机。

甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜标准储备溶液:1 000 mg·L－1。

氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亚砜标准储备溶液:1 000 mg·L－1,取适量氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亚砜标准品,用甲醇分别稀释配制成对应物质的标准储备溶液。

混合标准溶液:10 mg·L－1,取适量6种农药的标准储备溶液,用甲醇稀释配制成混合标准溶液,于－18 ℃储存。

氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亚砜标准品的纯度均大于95%;乙腈、甲醇、甲酸、乙酸、甲酸铵、乙酸铵均为色谱级;乙二胺-N-丙基硅烷(PSA);氯化钠为分析纯;试验用水为纯净水。

1.2 仪器工作条件

1)色谱条件 CAPCELL CORE AQ 型色谱柱(150 mm×2.1 mm,2.7μm);柱温30 ℃;流动相A 为含5 mmol·L－1甲酸铵的0.1%(体积分数,下同)甲酸溶液,B为含0.1%甲酸和5 mmol·L－1甲酸铵的甲醇溶液。梯度洗脱程序:0～4.0 min时,A由100%降至80%;4.0～5.5 min时,A 由80%降至60%;5.5～10.5 min 时,A 由60%降至0,保持2.4 min;12.9～13.0 min时,A 由0跳转至100%,保持2.0 min。流量0.40 mL·min－1;进样体积10μL。

2)质谱条件加热电喷雾离子源(HESI),正离子模式;定量扫描模式为平行反应监测(PRM)模式[21];扫描范围质荷比(m/z)100～500;分辨率70 000;喷雾电压3.5 kV;加热器温度350 ℃,毛细管温度350 ℃;鞘气压力3.5 MPa,辅助气压力1.0 MPa;隔离窗口m/z1.0;碰撞能量分别为40,60,80 eV;自动增益控制目标(AGC target)为2×105;最大驻留时间100 ms,动态排除时间5 s。其他质谱参数见表1。

表1 6种农药质谱参数Tab.1 MS parameters of 6 pesticides

1.3 试验方法

随机采集邛崃市、彭州市、米易县等川西、川南地区蔬菜基地的土壤样品,经自然凉干后粉粹,过孔径为0.250 mm 筛网(60目)。取处理好的样品5 g(精确至0.01 g)置于50 mL离心管中,加入10 mL水,涡旋1 min 后静置30 min。加入1%(体积分数,下同)乙酸的乙腈溶液10 mL,混匀后涡旋提取30 min。加入2～3 g 氯化钠,涡旋混匀后以8 000 r·min－1转速离心3 min;取上清液5.0 mL,加入750 mg硫酸镁、150 mg PSA,涡旋1 min,以8 000 r·min－1转速离心5 min,过0.22μm 有机滤膜,按照仪器工作条件测定滤液中目标物的含量。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件的选择

2.1.1 色谱条件

液相色谱法测定农药残留时常用含无机酸的甲醇溶液和无机盐溶液的混合溶液作为流动相,经过多次试验,选择的流动相见1.2 节,在此条件下,6种农药均能得到有效分离,且色谱峰峰形良好。

2.1.2 质谱条件

高分辨质谱质量精度良好,提取离子窗口m/z的实际值与理论值的最大偏差为0.001 2,每种组分的保留时间偏差在0.05 min内,可以实现对目标物的精确分析。试验先通过全扫描方式筛选目标物母离子,母离子在碰撞池内裂解后用Orbitrap扫描并采集碎片离子的数据(保留时间、二级碎片等),最后利用Trace Finder软件建立甲拌磷及其代谢物的二级数据库,通过PRM 模式从中选择高分辨二级子离子进行定性、定量分析。6种农药的保留时间、母离子m/z、子离子m/z见表1。

按照优化的仪器工作条件测定混合标准溶液,6种农药的提取离子色谱图见图1。

图1 6种农药的提取离子色谱图Fig.1 Extracted ion chromatograms of 6 pesticides

2.2 前处理条件的选择

甲拌磷在20 ℃时的饱和蒸气压为0.112 Pa[3],饱和蒸气压较低,因此试验采用乙腈溶液提取目标物、PSA 净化杂质、离心过滤后直接上机的方法对样品进行前处理,避免了因过柱、旋转蒸发及氮吹浓缩等步骤带来的样品损失。

在进行前处理条件优化时,首先考察了提取溶剂分别为乙腈、含0.1%～2%(体积分数,下同)乙酸的乙腈溶液、体积比为1∶1的甲醇-水时对加标(加标量200μg·kg－1)样品中6种农药回收率的影响。结果显示,以体积比为1∶1的甲醇-水为提取溶剂时,6种农药的回收率为20.0%～96.0%,提取效果不佳,其他2种溶剂的提取效果见图2。

由图2可知:含乙酸的乙腈溶液的提取效果优于乙腈,其中含1%乙酸的乙腈溶液的提取效果较高,因此试验选择提取溶剂为含1%乙酸的乙腈溶液。

图2 提取溶剂对6种农药回收率的影响Fig.2 Effect of extraction solvent on recovery of 6 pesticides

土壤主要由矿物质、有机质和微生物组成,因此可选择吸附剂PSA 对其进行净化。试验考察了吸附剂PSA 的用量分别为50,100,150,200,300 mg时对加标(加标量200μg·kg－1)样品中6种农药回收率的影响。结果显示:当PSA 的用量大于150 mg时,回收率随吸附剂用量的增加而下降,因此试验选择PSA 用量为150 mg。