QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定玉米粉中22 种农药残留

2022-06-10袁园

化学与粘合 2022年2期

袁园

（肇庆市食品检验所，广东肇庆 526000）

引言

近年来，我国农业发展进入了新的进程，现代化农业基于植物学、动物学的高速发展，在物理化学等多学科的帮助下，走上了区域化、专业化的道路，成为了新中国不可或缺的商品经济一环。在农业生产过程中，农药毫无疑问扮演着重要角色，是预防和控制虫害的主力军，其成本低，作用显著，是现代农业的必需品[1]。然而农药的使用不可避免地会产生农药的残留，而生产作物中农药的残留会对人体造成很大影响，也会对生态环境造成一定的破坏[2]。当下，为了防止常见的农作物病害，有机磷、氯类和拟菊酯类等农药被大批量使用，1997 年国家颁布《农药管理条例》并逐渐完善，直至今日，《中华人民共和国食品安全法》的颁布确立了我国对农药残留限量标准，确立了农药残留检测分析的参考[3]。玉米田中的病虫害问题一直是困扰我国玉米相关产业的问题之一，化学防治是主要的针对措施，相对的，化学农药在玉米加工产品中的残留也是不可忽视的，那么制定一个准确有效的农药残留检测技术就对保障人类健康有着较为重要的意义。

然而，现有的检测条件并不成熟，分辨有机磷、氯农药残留较为复杂，需要分开检测并花费大量的人力物力。现有常见检测农药残留的方法一般以气相色谱（Gas chromatography）[4]和液相色谱（Liquid Chromatogram）为主，或搭配质谱法连用，如气相色谱-串联质谱法（Gas chromatography-mass spectrometer）[5]以及液相色谱-串联质谱法（Liquid Chromatogrammass spectrometer）[6]，但这些方法的应用范围较小，有着较大的局限性，且由于玉米粉成分的复杂性，往往会有基质效应，对农药残留测定干扰较大。相比而言，超高效液相色谱-串联质谱（Ultra-performance liquid chromatography - tandem mass spectrometry）测量过程迅速有效，检测结果准确、灵敏，对玉米粉这种基质复杂、干扰严重的化合物检测分析具有相当优越的适应性。

同时，为了防止基质效应对结果的影响，需要合理的净化前处理来降低基质作用，当前，对农药残留检测样品进行前处理的技术有很多种，传统的方法有液液萃取（liquid-liquid extraction）、固相萃取（solid-phase extraction）、基质固相分散（matrix solid-phase dispersion）、固相微萃取（solid phase microextraction）、凝胶色谱（gel filtration chromatography）[7,8]和QuEChERS[9,10]。现在运用最为广泛的方法是Qu-EChERS 法，与传统的基质固相分散法和固相萃取法相比，QuEChERS 法测量简便快速，成本低廉，大幅度降低了成本和节省了时间[11]。

本文借鉴农药检测的相关文献，以玉米粉作为研究对象，通过QuEChERS 法对样品进行前处理，使用乙腈溶液为萃取剂，结合超高效液相色谱-串联质谱法对玉米田中可能出现的22 种农药残留为目标化合物，快速检测玉米粉中农药残留。

1 材料与仪器

使用的材料仪器如下表1 所示。

表1 本文使用的材料及仪器Table 1 The materials and instruments used in this paper

（续表1）

1 实验方法

称量8.0g 玉米粉研磨后置于50mL 的聚苯乙烯（EPS）中，涡旋分散混匀后向其中再加入20mL 乙腈溶液，再次分散混匀，静置3min 后缓慢加入5.0g氯化钠，混匀后转移至离心管中，振荡1min 后离心5min，离心速度调节至4000r/min。离心后静置2min取上清液10mL，与0.2g 硫酸镁，50mL PSA，50mg C18 和10mL EPS 混匀再次振荡离心1min，离心速度依然选择4000 r/min，静置5min 后取上清液，氮吹浓缩处理，加入1∶1 含量的丙酮和正己烷，定容至1mL，使用液相色谱质谱联用仪对得到的溶液进行检测。

图1 22 种农药MRM 色谱图Fig.1 The MRM chromatograms of 22 kinds of pesticides

液相色谱测试参数如下：WelchXtimateC18（4.6mm×150mm，5μm）色谱柱，以水（A），乙腈（B）为流动相，梯度洗脱程序：0～6min，90%A→65%A；6～8min，65%A→45%A；8～14.5min，45%A→30%A；14.5～20min，30%A →10%A；20～20.5min，10%A →90%A；20.5～22min，90%A），流速0.8mL/min，采集时间为22min，柱温30℃，进样量2μL，得到色谱图如图1。

2 实验优化

2.1 提取溶剂的选择

对农药检测工艺来说，农药提取步骤尤为重要，不同提取溶剂的提取效率决定了试验的精确性，而提取效率是由样品本身和提取溶剂两者的理化性质决定的。对于有机物而言，有机溶剂如丙酮、乙腈、乙酸乙酯、醚类等常用于农药残留的提取溶剂，在本文的实验中，使用丙酮作为提取溶剂时，22 种农药的平均回收率达到118.2%，乙腈次之，平均回收率为103.8%，乙酸乙酯作为提取剂时平均回收率为91.7%，结合文献可知，可能是某些农药的基质增强和丙酮对其他杂质的提取能力也很高的原因[12]，综合考虑下，本文使用乙腈作为提取溶剂。

2.2 吸附剂的选择

商用玉米粉中的化合物较为复杂，含有较多的色素和糖类、油脂等，PSA 和C18 能够有效地去除玉米粉中含有的某些有机酸和色素、糖精等杂质，硫酸镁作为一种易于吸水的化合物，且硫酸镁吸水时会放出大量的热能，升高提取溶液的温度，有利于农药残留的提取过程[13]。故而本文使用一定量的PSA，C18 和硫酸镁作为吸附剂。

2.3 标准曲线的相关系数

在使用优化后的工艺条件对制备的样品进行测定，以农药残留的质量浓度为X 轴，峰面积为Y轴绘制22 种农药残留的标准曲线。对曲线进行拟合得到的结果发现，在50～200μg/L 浓度范围内，标准曲线呈良好的线性关系且相关系数均高于0.99。具体相关系数（R2）检出限（LODs），定量限（LOQs）如表2。

表2 玉米粉中22 种农药的曲线的相关系数、检出限、定量限及基质效应Table 2 The correlation coefficient, limit of detection, limit of quantification and matrix effect of the curves of 22 kinds of pesticides in corn flour

（续表2）

2.4 基质效应

玉米粉中的杂质被提取溶剂提取后，会对检测的结果有所影响，基质效应的相对强度被定义为空白基质标准响应值和纯溶剂标准响应值的比值[14]，当此比值大于1 时认为此基质效应是相对增强的，相反，当此比值小于1 时认为此基质效应是抑制的。在本文中，通过对实验结果的观察，大部分的农药残留呈现一个相对增强的效应，小部分农药残留如甲胺磷、敌敌畏和乙酰甲胺磷呈现出一个抑制效应。