QuEChERs法结合气相色谱检测大米中的有机磷农药

关文碧，朱国榕

（1.肇庆学院 食品与制药工程学院，广东 肇庆 526061；2.农业农村部农产品质量安全风险评估实验室（肇庆），广东 肇庆 526061）

水稻是我国第二大粮食作物，生长在温暖、潮湿的环境中，杂草和病虫害较多，农民为保证产量和品质常常会选择施用农药.若用药不当，会影响大米的食用安全，危害人体健康，因此快速准确检测大米中的农药残留对保障粮食安全和人体健康具有重要意义[1].有机磷农药是常用的杀虫杀螨剂，具有高效、低成本、控制范围广、植物毒性低等优点[2]，但是大部分有机磷农药对人和动物毒性较强，使用不当会导致哺乳动物急性中毒，损害机体.为防止产生食品安全危害，建立一种高效、准确、快速的检测粮食中的有机磷农药残留量的方法非常重要.

有机磷农药常用的检测方法包括生物技术检测法[3-5]、气相色谱法[3-6]、气质联用法[7-8]、高效液相色谱法[9]、液相色谱串联质谱法[10-11]等，其中气相色谱搭配电子捕获检测器检测有机磷农药具有灵敏度高、专一性强、仪器价格较低、快速、高效等优点，被广泛用于有机磷农药的检测[3-5,9].样品前处理是农药残留分析的关键步骤之一，通过选择合适的前处理方法能有效去除杂质，减少对检测结果的干扰.目前，农药残留分析的样品前处理技术主要包括固相萃取法[9]、加速溶剂萃取法[12]、凝胶渗透色谱法[13]和QuEChERs法[14]等，QuEChERs法是2003年由美国农业部首次提出，该方法具有简便、快速，选择性高等优点[14].本实验采用改进的QuEChERs样品前处理方法结合气相色谱检测大米中有机磷农药残留，并将该方法应用于肇庆地区市售大米中有机磷农药残留量检测.

1 实验部分

1.1 仪器与设备

GC-2014气相色谱仪配备电子捕获检测器（日本岛津仪器有限公司），CCA-20低温冷却循环水槽（巩义市予华仪器有限责任公司），SHZ-D（Ⅲ）型循环水真空泵（上海邦西仪器科技有限公司），H1650R冷冻高速离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司），TDL-40C低速大容量离心机（上海安亭科学仪器厂），BSA1245-CW电子天平（赛多利斯科学仪器北京有限公司），MX-S涡旋混匀仪（大龙兴创实验仪器北京股份公司）.

色谱纯乙腈（Macklin中国有限公司），色谱纯乙酸乙酯（北京迈瑞达科技有限公司），蒸馏水（肇庆市鼎湖区飘雪饮用水有限公司），氯化钠和无水硫酸钠（分析纯，广州化学试剂厂），PSA（粒径40~60 μm，上海安谱实验科技股份有限公司），C18（粒径40~75 μm，武汉瑞科美新能源有限公司），纳米氧化铝（纯度99.99%、γ相、粒径10 nm，阿拉丁试剂上海有限公司），低粘度壳聚糖、中粘度壳聚糖和高粘度壳聚糖（上海麦克林生化科技有限公司），弗罗里硅土（分粒度60~100目，山东西亚化学工业有限公司），乙酰甲胺磷标准品（纯度99.9%，美国AccuStandard公司），乐果标准品（分析标准品，上海九鼎化学科技有限公司），马拉硫磷标准品（纯度99.15%，德国Dr.Ehrenstorfer GmbH公司），毒死蜱标准品（纯度99.9%，美国AccuStandard公司）.

1.2 标准溶液配制

999 mg∕L乙酰甲胺磷标准储备液配制：称取10 mg乙酰甲胺磷标准品于烧杯中，加入少量色谱纯乙腈溶解，转移到10 mL容量瓶并用色谱纯乙腈定容至刻度线.1 230 mg∕L乐果标准储备液配制：称取12.3 mg乐果标准品于烧杯中，加入少量色谱纯乙腈溶解，转移到10 mL容量瓶并用色谱纯乙腈定容至刻度线.1 200 mg∕L马拉硫磷标准储备液配制：称取12.1 mg马拉硫磷标准品于烧杯中，加入少量色谱纯乙腈溶解，转移到10 mL容量瓶并用色谱纯乙腈定容至刻度线.999 mg∕L毒死蜱标准储备液配制：称取10 mg毒死蜱标准品于烧杯中，加入少量色谱纯乙腈溶解，转移到10 mL容量瓶并用色谱纯乙腈定容至刻度线.10 mg∕L有机磷农药混合标准溶液配制：分别吸取100 μL乙酰甲胺磷母液，81 μL乐果母液，83 μL马拉硫磷母液，100 μL毒死蜱母液到10 mL容量瓶中，使用色谱纯乙腈定容至刻度线.

1.3 样品前处理

称取5.00 g粉碎后的大米样品置于50 mL塑料离心管中，加入5 mL蒸馏水和10 mL色谱纯乙腈，涡旋提取2 min，加入2 g氯化钠和2 g无水硫酸钠，剧烈手摇30 s，于4 000 r∕min转速下离心4 min.取8 mL上清液于鸡心瓶中，旋蒸至干（水浴锅不加热），加入1.6 mL色谱纯乙酸乙酯复容，取出1 mL复容液至2 mL装有50 mg PSA和50 mg C18的离心管中，涡旋30 s，在10 565 r∕min转速下离心3 min，取上清液过0.22 μm有机滤膜，待测.

1.4 仪器条件

色谱柱：SH-Rtx-5（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气：高纯氮气，纯度＞99.99%；流速：1.5 mL∕min；进样口温度：270℃；检测器温度：300℃；进样方式：分流进样，分流比为15:1；进样量：5 μL；程序升温：初始温度为120℃，以25℃∕min的速率升温至170℃，继续以10℃∕min的速率升温至260℃，最后以5℃∕min的速率升温至280℃，保留2 min，共运行17 min.乙酰甲胺磷的保留时间是4.1 min，乐果的保留时间是6.6 min，马拉硫磷的保留时间是8.7 min，毒死蜱的保留时间是9.0 min.

2 结果与讨论

2.1 净化剂种类的优化

为了探究净化剂的种类对农药添加回收率R的影响，保持其他实验条件不变，固定50 mg C18的前提下，搭配50 mg的PSA、纳米氧化铝、弗罗里硅土、低粘度壳聚糖、中粘度壳聚糖和高粘度壳聚糖.结果表明选用纳米氧化铝和弗罗里硅土时，乙酰甲胺磷的回收率低于70%，不满足农药残留准则中规定的添加回收率范围.选用PSA、低粘度壳聚糖、中粘度壳聚糖和高粘度壳聚糖时4种有机磷农药的回收率分别为76.22%~127.58%、84.46%~104.51%、79.26%~100.30%和77.99%~103.28%，农药残留分析均满足要求（图1）.图2是PSA净化后和低粘度壳聚糖净化后的大米样品提取净化液色谱图，横坐标为时间，纵坐标为色谱峰响应值.从图2的方框区域可看出PSA净化的色谱图中杂峰数量比低粘度壳聚糖净化的色谱图少，且PSA净化后的提取溶液中杂峰的峰面积更小.由此可知，PSA的净化效果更佳.综合考虑，选择PSA搭配C18为净化剂.

图1 净化剂种类对有机磷农药回收率的影响

图2 大米样品提取净化液色谱对比图

2.2 净化剂用量的优化

为了达到更好的净化效果，本实验固定C18的用量为50 mg，设置6个PSA用量（50 mg、60 mg、70 mg、80 mg、90 mg、100 mg）进行优化，实验结果见图3.当PSA使用量为60~100 mg时，乙酰甲胺磷的回收率低于70%，不满足农药残留分析要求；PSA使用量为50 mg时，4种有机磷农药的回收率在76.22%~116.30%之间，因此选择50 mg PSA和50 mg C18作为此次实验最优的净化剂用量.

图3 PSA用量对有机磷农药回收率的影响

2.3 方法的确证

2.3.1 线性范围

分别用色谱纯乙酸乙酯和空白大米样品提取净化液稀释10 mg∕L有机磷农药混合标准溶液，得到0.01 mg∕L、0.02 mg∕L、0.05 mg∕L、0.1 mg∕L、0.2 mg∕L、0.5 mg∕L、1 mg∕L、2 mg∕L的溶剂标准系列溶液和基质标准系列溶液，进GC-ECD分析.以有机磷农药浓度作为横坐标，有机磷农药峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，并分别求出溶剂标准曲线和基质标准曲线，结果如表1所示.4种有机磷农药在0.01~2 mg∕L的范围内线性关系良好，相关系数均大于0.992 3，能满足定量分析的需求.

表1 有机磷农药的溶剂标准曲线和基质标准曲线

2.3.2 基质效应

基质效应（Matrix effect，ME）是指样品分析液中除目标分析物之外的成分使分析物的响应值发生变化，具体表现为以纯溶剂配制的农药标准品和以样品基质配制的农药标样中的相同组分的检测值存在差异，从而影响了分析的准确度.通过如下公式判断本实验中其他组分产生的基质效应对待测物质的影响程度：

式中：slopematrix为基质标准曲线斜率，slopeslovent为溶剂标准曲线斜率.

通过计算，乙酰甲胺磷的ME为2.72，乐果的ME为2.37，马拉硫磷的ME为1.81，毒死蜱的ME为1.60.因为ME＞1.1，所以4种农药均表现为明显增强的基质效应.

2.3.3 准确度和精密度

按照上述所说的前处理方法和检测方法，以及实验得到的最佳条件，在4个不同的添加浓度（0.01 mg∕kg、0.05 mg∕kg、0.1 mg∕kg、0.5 mg∕kg）下进行添加回收实验，每个浓度各做5个平行实验，结果如表2所示，4种有机磷农药的平均回收率在70.95%~113.49%之间，相对标准偏差RSDs在1.05%~19.10%之间，满足农药残留分析的准确度要求.

表2 4种有机磷农药的平均回收率和相对标准偏差

2.3.4 检出限和定量限

方法的灵敏度由方法的检出限和定量限进行评价.本实验在空白大米提取净化液中添加有机磷农药的标准溶液，进GC-ECD检测，选取使检测系统产生3倍噪音信号所需待测物质的浓度作为检出限[15]，4种有机磷农药的检出限均为0.02 mg∕L.基于方法准确度和精密度的实验结果，在满足回收率为70%~120%和RSDs≤20%的前提下，本实验选取添加回收实验中最低添加浓度作为方法的定量限[15]，本方法中4种有机磷农药的定量限均为0.01 mg∕kg.

2.3.5 实际样品的测定

基于本方法对肇庆市端州区销售的15种大米中的乙酰甲胺磷、乐果、马拉硫磷、毒死蜱的残留量进行检测分析，检测结果如表3所示.15种市售大米中，乐果和毒死蜱的检出率均为0%，残留量低于方法的定量限；乙酰甲胺磷的检出率为6.67%，残留量为0.21 mg∕kg；马拉硫磷的检出率为100%，残留量为0.02~0.09 mg∕kg.本实验结果表明肇庆地区市售食用大米中乙酰甲胺磷、乐果、马拉硫磷、毒死蜱的残留量均低于GB2763-2019食品安全国家标准《食品中农药最大残留限量》（表4）.

表3 15种市售大米的4种有机磷农药残留量

表4 国标中4种有机磷农药的最大残留限量值

3 结论

本试验采用改进的QuEChERS样品前处理方法，结合气相色谱技术建立了大米中乙酰甲胺磷、乐果、马拉硫磷、毒死蜱4种有机磷农药的QuEChERS-GC-ECD残留检测方法.实验中优化了净化剂的种类和用量，线性范围在0.01~2 mg∕L浓度范围内，乙酰甲胺磷、乐果、马拉硫磷、毒死蜱显现良好的线性关系，相关系数均大于0.992 3.在0.01、0.05、0.1、0.5 mg∕kg4个添加浓度下进行大米中有机磷农药的添加回收实验，4种有机磷农药的平均添加回收率为70.95%~113.49%，RSDs为1.05%~19.10%，方法的检出限为0.02 mg∕L，定量限为0.01 mg∕kg.将该方法应用于市售15种大米中有机磷农药的残留量检测，结果表明，实际样品中有机磷农药残留量均低于国家标准.该方法的前处理步骤简单，操作性强，准确度和精密度较高，可用于大米中4种有机磷农药的残留检测.