溶剂标、基质标对农药残留检测结果的影响及校正

2022-03-02强生军刘玉荣

中国农学通报 2022年4期

强生军，刘玉荣，李刚

（1白银市农产品质量安全监督检测中心，甘肃白银 730900；2白银市农业农村局，甘肃白银 730900；3白银市农业技术中心，甘肃白银 730900）

0 引言

农药是用于防治危害农林牧业生产的有害生物（害虫、害螨、线虫、病原菌、杂草及鼠类）和调节植物生长的化学药品总称[1]。近年来中国农业现代化、产业化、专业化发展不断深入，农药需求虽稳中有降，但总体用量仍居高不下，由此导致的农药残留（简称“农残”）给消费者食用安全、农产品出口带来严峻挑战。

党的十八大以来，党中央国务院高度重视农业绿色发展，围绕质量兴农、绿色兴农，推进农药减量增效是加强环境保护、保障农产品质量安全的重要举措。此外，生活水平的显著提高使得人民群众对于蔬菜水果等基本农副产品的品质、安全提出了更高要求，从吃饱、吃好逐步转向吃出健康、吃出品位、吃出文化[2]。农残检测作为农业生产实践的重要技术手段，其准确性直接关乎农产品质量安全。

国内外研究人员针对农残检测开展了许多有益的探索。孙仟等[3]介绍了针对于中药材农残检测的超高效液相色谱-串联质谱技术（UPLC-MS/MS），并总结了基质效应的应对方法；刘军虎等[4]对常见农药特性及残留检测方法进行分类归纳；汤银姬[5]分析了蔬菜农残检测中面临的共性问题并提出了应对对策；郭艳等[6]讨论了气相色谱法在农残检测中的应用、使用优缺点；杨春华[7]分析了果蔬农残检测的意义，并着重探讨了果蔬农残检测质量控制对策；任红艳等[8]就食品农残监测技术现状进行了分析；Rahman等[9]利用气相色谱-质谱技术（GC-MS）测定了孟加拉国不同地区的鱼类饲料、鱼类和蔬菜样品中的农药残留，发现蔬菜中的农药残留量远多于鱼类饲料、鱼类；Gavahian等[10]研究了等离子体辅助去除食品和水中农药残留的作用机理。调研显示，国内外相关研究多集中于农残检测方法、基质效应的描述性特征总结，而有关基质效应响应特性、校正方法的实验研究较少，作为影响农残检测结果准确性的重要因素，有必要进一步研究。笔者采用加标回收质控检测方法，实验研究甘肃省白银市代表性果蔬中基质效应对农残检测的影响机理，提出基质标校正优化方案，确保检测结果的可靠性，供相关实验参考。

1 农药残留与基质效应

农药残留是伴随着农业生产中农药的广泛使用而产生的有害现象，农药使用后残存于环境、生物体和食品中的农药母体、衍生物、代谢物、降解物和杂质统称为农药残留[11]。其中，造成蔬菜、水果农药残留量超标的主要包括有机磷类、有机氯类和氨基甲酸酯类农药，如甲胺磷、氧化乐果、甲拌磷、对硫磷、甲基对硫磷等，上述农药均被国家禁止在果蔬栽培中使用。农药残留对于食品安全、人体健康、自然环境均具有巨大危害，若人体摄入大量高毒、剧毒农药残留，会导致急性食物中毒；若长期食用农药残留超标的农副产品，单次剂量虽不易引起急性中毒，但累积的慢性中毒甚至会诱发各类癌症、肿瘤等恶性疾病；农药的长期过量使用，不仅危及农产品质量，还极易引起药害事故，导致大面积减产甚至绝产，同时污染土壤，破坏土壤团粒结构，导致土壤板结，不利于农作物根系发育；污染水源，直接或间接影响了人们的生产生活质量。

根据化学分析相关理论，基质特指样品中被分析物以外的组分，会对目标分析物产生显著的增强或抑制作用，上述干扰作用称之为基质效应，最终影响分析结果的准确性[4,12-14]。农残检测是化学分析在农业生产中的具体应用，降低或消除基质效应对检测结果的影响是农业检测实践中亟待解决的共性问题。

白银市地处甘肃省中部、黄河上游，是国家首批资源枯竭型城市，域内经济发展较为滞后，农业是其基础性产业，具有旱地农业分布广、作物种类丰富、品质优良的显著特点。笔者选择当地具有代表性的一菜（结球甘蓝）一果（桃）以及近年来检出率较高的几种农药开展基质效应对农残检测影响的实验研究。结球甘蓝是当地广泛种植的蔬菜，种植面积大、产量高、契合饮食口味、销路广，生产中结球甘蓝病虫害频发，尤其是软腐病、黑腐病、菜青虫、白粉虱、甘蓝夜蛾等，严重威胁农业生产，为避免产量下降、歉收绝收，甚至出现了每周均需施用农药的极端情况。桃是当地第三大栽培果树，面积和产量仅次于苹果和梨，但由于桃果肉糖分含量高、质地松软，相较于其他栽培果树，病虫害更为严重，桃树流胶病、白粉病、桃蛀螟、桃小食心虫、蚜虫、螨类等呈重发态势，生产中除改良品种、果园土壤深翻、生草、树干涂白、清除病虫枝等措施外，农药防治必不可少，其农药施用周期接近于结球甘蓝。

2 材料与方法

2.1 供试材料

2.1.1 样品结球甘蓝、桃（市售）。

2.1.2 试剂默克股份两合公司出品的乙腈、丙酮、正己烷（均为HPLC级）；天津市风船化学试剂科技有限公司出品的无水氯化钠（分析纯试剂）。

2.1.3 农药标准品（纯度≥95%）农业农村部环境保护科研检测所出品的的氧化乐果、毒死蜱、水胺硫磷、丙溴磷、三唑磷、腐霉利、联苯菊酯，其中丙溴磷、三唑磷质量浓度为120 μg/mL，其余均为100μg/mL。

2.2 仪器设备

Agilent 6890B气相色谱仪配FPD、ECD，振荡器HY-8A（常州普天仪器制造有限公司），电子天平SE202FZH（奥豪斯仪器有限公司），氮吹仪HN200（山东海能仪器有限公司），电热恒温水浴锅HWS28型（上海一恒科学仪器有限公司）。部分实验设备示于图1。

图1 实验设备

2.3 方法

2.3.1 样品前处理

（1）空白样品。确保该组样品中没有待检农药目标物，其中针对空白样品进行与待试样品相同的前处理操作后所提取获得的溶液为样品空白提取液。

（2）待试样品。对样品进行农药匀桨处理，检测时3个平行。

（3）质控样品。用已知理论值的样品和待试样品经相同前处理操作后作为对照组进行测试的样品。

2.3.2 溶液配制

（1）标准溶液。根据各种农药标准品的溶解性，选择丙酮或正己烷试剂分别稀释配制成适当浓度的农药混合标准溶液，-18℃避光保存。

（2）基质标。以样品空白提取液作为溶剂，配制质量浓度为0.1 μg/mL的基质标标准溶液（简称基质标）。

（3）溶剂标。以丙酮、正己烷作为溶剂，配制质量浓度为0.1 μg/mL的溶剂标标准溶液（简称溶剂标）。

2.3.3 样品处理

（1）有机磷农药检测（FPD）。称取样品25.0 g（m）于具塞三角瓶，加入50.0 mL（V1）乙腈，振荡30 min后过滤于装有6 g无水氯化钠的具塞试管中，振荡1 min后静置30 min，提取上清液10.00 mL（V2）于烧杯中，并在恒温水浴锅上（80℃）蒸至近干，用丙酮转移定容至5.0 mL（V3）的刻度试管中，过0.2 μm有机滤膜，待仪器分析。

（2）有机氯农药检测（ECD）。称取样品25.0 g（m）于具塞三角瓶，加入50.0 mL（V1）乙腈，振荡30 min后过滤于装有6 g无水氯化钠的具塞试管中，振荡1 min后静置30 min，吸上清液10.00 mL（V2）于烧杯中，并在恒温水浴锅上（80℃）蒸至近干，过弗罗里硅柱净化、氮吹，用正己烷定容至5.0 mL（V3）的刻度试管中，待仪器分析。

2.3.4 色谱条件

（1）有机磷农药检测（FPD）。FPD检测器，色谱柱DB-1701（毛细管柱15 m×0.32 mm×0.25 μm），进样口温度220℃，检测器温度250℃，柱温150℃保持2 min，以8℃/min升温至250℃保持13 min，30℃/min升至260℃，保持2 min，载气为高纯氮气≥99.99%、流速60 mL/min，柱流量3 mL/min，氢气流速75 mL/min，空气流速100 mL/min，进样量1 μL，进样方式为不分流进样。

（2）有机氯农药检测（ECD）。ECD检测器，色谱柱DB-1701（毛细管柱15 m×0.32 mm×0.25 μm），进样口温度200℃，检测器温度320℃，柱温180℃保持1 min，以6℃/min升温至270℃保持10 min，载气为高纯氮气≥99.99%，流速60 mL/min，柱流量3 mL/min，尾吹气流量30 mL/min，隔垫吹扫3 mL/min，进样量1 μL，进样方式为不分流进样。

2.3.5 检测方法严格依据农业农村部制定的行业标准NY/T 761—2008[15]所规定的检测方法进行。

3 结果与分析

3.1 溶剂标、基质标响应结果

将7种目标农药分别进行溶剂标、基质标检测（质量浓度均为0.1 μg/mL），检测响应结果列于表1。基于文献[16]，采用相对响应值法衡量基质效应，引入无量纲基质效应率St[式（1）]用以反映基质效应的强弱，该值为正，基质呈增强作用，反之为抑制作用，绝对值越大则相应作用越显著。

式中，St为无量纲基质效应率，A为溶剂标测定响应值，B为基质标测定响应值，其中根据目标农药类型的不同，A、B分别对应不同的物理量及量纲。

由表1，无论是溶剂标还是基质标，桃、结球甘蓝对于不同农药的保留时间与峰面积均具有显著差异，由此说明水果、蔬菜的响应结果对于农药种类十分敏感。桃中，相较于有机氯类农药，有机磷类农药保留时间更长，其中丙溴磷保留时间（20.111 min）最长，是腐霉利保留时间（8.321 min）的近2.5倍，由此推测有机氯类农药在水果中分解较快、不易残留；基质对4种目标农药均具有增强作用，不同种农药的基质效应差异明显，其中氧化乐果最为显著，对应农残检测结果需要谨慎判断，有机磷类农药基质效应强于有机氯类农药。结球甘蓝中，2类农药对应保留时间较为接近，无明显特征，推测有机氯类、有机磷类农药在蔬菜中均不易分解，具有较高的残留可能；基质对于毒死蜱、联苯菊酯具有抑制作用，而对于三唑磷具有增强作用，基质效应差异明显但对于农药类型无明显倾向性；3种目标农药对应基质效应强度均较弱。

表1 溶剂标、基质标响应结果

3.2 溶剂标响应特性

通过对3.1节实验数据的回归分析，获得桃、结球甘蓝在溶剂标实验条件下对应基质响应特性经验关系式列于表2，一次项系数、常数项均保留至小数点后5位，在不具备实验条件的情况下可用于相关农残检测的一般估算，供参考。

表2 溶剂标响应特性

3.3 基质标校正

利用基质标（质量浓度0.1 μg/mL）对样品和质控样品分别进行单标结果校正，其校正结果列于表3～4。

由表3，桃、结球甘蓝对应基质标校正样品相对标准偏差（RSD）均在可控范围内（≤20%）。桃中，各种农药对应基质标校正RSD存在明显差异，但误差均较小，RSD最大不超过7%，其中氧化乐果RSD最小，仅为1.8%，说明氧化乐果基质标校正准确度最高、重复性最好，测定结果最为稳定。结球甘蓝中，各种农药对应基质标校正RSD无明显差异，大致在4%～7%范围内，其中联苯菊酯RSD最大，其校正准确度相对较差。

表3 基质标校正样品测定结果

由表4，桃、结球甘蓝对应基质标校正质控样品回收率均在可控范围内（70%～130%）。桃中，各种农药对应回收率存在明显差异，其中丙溴磷回收率最高，达到117%，氧化乐果回收率最低，为84%，检出值需要与质控样品回收率进行校正，其他2种农药回收率均接近于100%，检出值较为准确，可免于校正。结球甘蓝中，联苯菊酯回收率最好，为100%，检测结果最为准确；毒死蜱、三唑磷回收率虽在可控范围内，但接近可控范围上限，实践中上述2种农药检出值应与质控样品回收率进行校正。

表4 基质标校正质控样品测定结果

3.4 溶剂标校正

利用溶剂标（质量浓度0.1 μg/mL）对样品和质控样品分别进行单标结果校正，其校正结果列于表5～6。

表5 溶剂标校正样品测定结果

结合表3、表5，桃、结球甘蓝对应溶剂标校正样品相对标准偏差（RSD）均在可控范围内（≤20%）。桃中，各种农药对应溶剂标校正RSD存在明显差异，其中氧化乐果RSD最小，仅为2.1%，说明氧化乐果溶剂标校正准确度最高、重复性最好，测定结果最为稳定，但仍略高于基质标校正RSD。结球甘蓝中，各种农药对应基质标校正RSD亦存在明显差异，其中联苯菊酯RSD最大，远高于有机磷类农药RSD，由此说明蔬菜对于有机氯类农药溶剂标校正准确度较差且低于基质标校正准确度。

结合表4、表6，相较于基质标，桃、结球甘蓝对应溶剂标校正质控样品回收率均呈增大趋势。结球甘蓝中，毒死蜱、联苯菊酯回收率在可控范围内，但接近可控范围上限。其他各种农药回收率均超出可控范围（70%～130%），基质效应作用明显，说明溶剂标检测结果准确性受基质效应影响更为严重。

表6 溶剂标校正质控样品测定结果

3.5 基质标校正优化方案

基质标、溶剂标（质量浓度均为0.1 μg/mL）样品与质控样品单标结果校正对比如图2。对比结球甘蓝中基质标、溶剂标校正样品测定结果，毒死蜱、联苯菊酯检测均值相同（分别为0.12、0.10 mg/kg），由此说明结球甘蓝基质对毒死蜱、联苯菊酯的基质效应不明显；而其他农药检测均值均存在明显差异，且基质标校正结果均低于溶剂标校正结果，即桃基质对氧化乐果、水胺硫磷、丙溴磷、腐霉利以及结球甘蓝基质对三唑磷均存在明显基质效应，且为基质增强效应。

图2 基质标、溶剂标校正结果对比

基质标、溶剂标（质量浓度均为0.1 μg/mL）质控样品回收率对比如图3。结球甘蓝质控样品中毒死蜱、联苯菊酯农药残留对应基质标、溶剂标校正结果均在可控范围内，毒死蜱基质标校正回收率130%，溶剂标校正回收率120%，联苯菊酯基质标校正回收率100%，溶剂标校正回收率110%。由此说明结球甘蓝对毒死蜱、联苯菊酯的基质效应不明显，而对三唑磷基质效应明显；桃基质对氧化乐果、水胺硫磷、丙溴磷、腐霉利4种农药均具有明显的基质效应。

图3 基质标、溶剂标回收率对比

4 讨论

4.1 有机磷类与有机氯类农药基质效应强弱的验证

农残检测中基质效应的强弱与诸多影响因素有关，主要包括农药结构、浓度、基质化学环境、进样模式以及色谱条件[13,17-23]。笔者着眼于甘肃省白银市当地具有代表性水果、蔬菜，针对基质效应的响应特性开展实验研究，明确了有机磷类与有机氯类（2大类共7种目标农药）分别在溶剂标与基质标检测中的基质效应强弱，为相关文献中定性结论提供了客观的实验数据支撑。有研究推测果蔬中有机磷类农药基质效应强于有机氯类农药[13,16]，本文2.1节研究内容验证了该推测，同时指出2类农药基质效应的强弱与具体水果、蔬菜种类息息相关，不可一概而论，其中桃中有机磷类农药基质效应强于有机氯类农药，而结球甘蓝中基质效应对于农药类型无明显倾向性。

4.2 基础数据库的补充与基质标校正优化方案

中国各地发展不均衡，尤其是西北、西南等边疆地区经济发展较为滞后，而农残检测对于仪器设备、药品试剂、实验室辅助设施、人员培训等均具有较高要求，因此现阶段在部分老少边穷地区实施大规模、高精度、全天候的农残检测存在诸多障碍，因此建立常见水果、蔬菜、粮食、肉类等农副产品残留检测基础数据库对于实际应用具有重要意义[24-26]。本研究开展的各项实验为该数据库提供了基础数据支撑，通过线性回归拟合得到了精度较高的基质响应特性经验关系式，可用于相关农残检测的预测，具有较高的实用推广价值。此外，基于实验数据的分析，提出了基质标校正优化方案，明确了基质标校正法更具优越性，为基质效应的后续研究与补偿方法提供了方向。