气相色谱-串联质谱法测定茶叶中83种农药残留

2023-01-18吴易峰

分析科学学报 2022年6期

吴易峰

(1.厦门海关技术中心，福建厦门 361026;2.徐敦明职工创新工作室，福建厦门 361026)

我国作为传统的茶叶生产大国，随着茶叶生产数量不断增多、各种新型农药的发展，致使茶叶中有大量的农药残留问题[1]。欧盟是我国茶叶主要出口地之一[2]，对茶叶农药残留有相关规定[3]。2021年9月国家实施新的国家标准GB 2763-2021,规定了茶叶中106种农药及其代谢物的最大残留量[4]，并推荐一共超过16个检测标准，其中包含气相色谱-质谱的混标方法[5 - 7]。茶叶检测方法繁多，从前处理到仪器种类各不相同，单一检测方法难以满足实际检测需求。

人们对茶叶中农药多残留检测技术已有大量的研究[8 - 12]，其中气相色谱法作为农药残留检测的方法，需要配备不同的检测器[13,14]，如电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、氮磷检测器(NPD)等，对茶叶中残留的拟除虫菊酯[15]、有机氯[16]、有机磷[17]等其他化学农药检测有着灵敏度高的特点。但是由于茶叶基质干扰以及农药理化性质差异,使得气相方法很难满足一次性前处理、一次进样分析不同种类农药残留量，导致农药残留分析困难，成本偏高等问题。液相色谱-串联质谱法，自身对于非极性物质难离子化，导致其对于有机氯，拟除虫菊酯等常用农药的检测灵敏度不足，因此气相色谱-串联质谱法成为茶叶农残检测中最常用的检测方法，可以同时检测茶叶中多种农药[18 - 21]。本文基于GB 2763-2021《食品安全国家标准-食品中农药最大残留限量》的农药限量，进一步完善国家标准，加入溴虫腈，醚菊酯，氟虫睛代谢物，五氯硝基苯代谢物，虱螨脲，四螨嗪等尚未建立国家标准的农药，优化定量限，建立对茶叶多种农药残留的气相色谱串联质谱法检测方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-串联质谱仪(TQ-8040，日本Shimadzu)；固相萃取装置(美国Supelco)；氮吹仪(瑞典Biotage)；离心机(上海安亭科学仪器厂)；Milli-Q超纯水系统(美国Millipore)；涡旋混匀器(IKA 3 Basic，德国IKA)；石墨化炭柱(0.5 g,6 mL,美国Supelco)。

正己烷、乙酸乙酯、乙腈(色谱纯，德国Merck)；其余试剂均为分析纯，实验室用水为超纯水。所检测的农药标准品均来自Dr.Ehrenstorfer,纯度96.5%～99.7%。

准确称取10.0 mg标准品，用正己烷定容至10 mL配制成1 000 mg/L的储备液并储存在-4 ℃冰箱中。根据实验需要用，正己烷稀释标准储备液，配成适当浓度的混合标准工作溶液。

1.2 样品前处理

试样制备：取500 g茶叶样品，粉碎后充分混匀，放入密封袋中。称取5.00 g(精确至0.01 g)样品于25 mL离心管中，加入10 mL水浸泡30 min，加入20 mL正己烷，涡旋振荡2 min，以4 000 r/min离心5 min；取上层于试管中，再用20 mL正己烷提取，以4 000 r/min离心5 min，取上层正己烷提取液，45 ℃水浴氮吹浓缩至约2 mL，待净化。

将石墨化炭小柱装在固相萃取装置上，先用5 mL丙酮淋洗活化小柱，保持流速约1 mL/min，将吹至约2 mL的浓缩液倒入石墨化碳小柱，用约20 mL淋洗液(正己烷-丙酮，体积比2∶1)洗脱，收集所有流出物，置于45 ℃水浴氮吹至近干，用2 mL正己烷溶解残渣，待测。

空白样品：经检测所有农药均未检出的乌龙茶。

1.3 仪器条件

1.3.1 色谱条件色谱柱：石英毛细管柱Rxi-5MS-sil(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度：250 ℃；传输线温度：300 ℃；载气：氦气，纯度≥99.999%；流速1.2 mL/min；不分流进样，1 min后开阀。色谱柱温度：初始温度60 ℃，保持0.5 min，以25 ℃/min上升至180 ℃，以10 ℃/min上升至300 ℃保持10 min。

1.3.2 质谱条件离子源：EI源，灯丝电压70 eV；离子源温度：230 ℃；检测方式：多反应监测。经优化后农药多反应监测条件如表1。

表1 83种农药定性、定量离子对和质谱分析参数

(续表1)

2 结果与讨论

2.1 溶剂选择

常用的农药提取溶剂有乙腈，正己烷，乙酸乙酯等有机溶剂，本实验通过对空白样品加标分别用乙腈、正己烷、乙酸乙酯作为提取剂，比对其回收率，结果如图1。如图可见正己烷和乙腈拥有更好的回收率，国家标准[5 - 7]使用乙腈作为提取溶剂，实际操作中乙腈沸点较高，通过溶剂转换时间长，效率低。若直接使用乙腈进样容易造成样品超载和柱流失，不利于仪器使用和大批量的进样，故最后使用正己烷作为提取试剂。

2.2 净化条件优化

茶叶提取液中通常含有非常多的色素、生物碱和一些有机酸，为了减少对仪器的损耗和降低仪器基质效应，茶叶提取液的净化尤为重要。参照文献方法[8]首先采用净化能力很强的石墨化炭复合中性氧化铝固相萃取小柱，经试验发现中性氧化铝极性大，对极性物质(如甲拌磷，水胺硫磷等有机磷农药)吸附很强，洗脱回收率较低，结合实际需求，不复合使用中性氧化铝，选用单一石墨化碳固相萃取小柱净化。净化前后的回收率如图2所示，可以看到在除去大部分色素之后，对于检测农药回收率没有很大影响。

图1 不同提取剂的提取效果对比Fig.1 Comparison of extraction efficiency of different extractants

图2 净化效果的比较Fig.2 Comparison of purification effects

2.3 质谱条件的优化

根据GC-MS/MS母离子和子离子一一对应的多反应检测模式，通过设定多个时间段和扫描通道同时分析多种农药成分，先通过气相色谱对其进行分离，应用电子轰击源(EI源)对农药进行电离，确定农药的出峰时间和一级碎片离子，选择离子强度高的一级碎片作为母离子，碎片扫描模式对母离子在不同碰撞能量下进行二次电离，选择信号较强的二级碎片离子作为子离子，以产生信号强度最强的碰撞能量作为最终优化碰撞能量。待测农药的多反应监测(MRM)条件见表1，相较于其他使用三重四级杆的文献方法[7,15,17,21]，本文大部分农药多提供了一对定性离子对，进一步避免假阳性的情况发生，总离子流图见图3。

图3 83种农药的多反应监测总离子流图Fig.3 Total ion chromatogram for multi reaction monitoring of 83 pesticides The peak numbers denoted were the same as those listed in Table 1.

2.4 标准工作曲线与定量限

在确定的最佳仪器分析条件下，配制待测农药浓度依次为5、10、50、100、500 μg/L的系列混合标准溶液，以目标组分的峰面积(y)对相应的质量浓度(x,μg/L)绘制标准工作曲线。结果显示，待测农药在5～500 μg/L范围内具有良好的线性关系，线性相关系数均大于0.999。

采用标准外标法进行定量测定,向空白茶叶中添加83种农药混合标准溶液,以定量离子对信噪比(S/N)大于3的浓度为检出限，以定量离子对S/N大于10的浓度为定量限。详见表2,每种农药的定量限均能满足相关法规的要求[3,4]。

2.5 方法回收率与精密度

在空白茶叶样品中添加不同浓度的待测农药的混合标准溶液，使样品中农药含量的浓度为50、100、500 μg/kg，进行加标回收实验，每个水平浓度下做6个平行样，从实验结果上看目标分析物的回收率均在70%～110%之间，相对标准偏差在3.2%～11.6%之间，其中有机磷的回收率在75.2%～95.4%之间，相对标准偏差在6.9%～11.2%之间，有机氯和拟除虫菊酯的回收率在70%～97.4%之间，相对标准偏差在3.7%～11.6%。回收率与精密度都符合农药残留分析要求，待测农药的线性方程、相关系数、添加回收率和相对标准偏差见表2。

表2 83种农药的线性方程、相关系数、检出限、定量限、添加回收率和相对标准偏差(RSD,n=6)

(续表2)

2.6 实际样品检测

采用本方法对某样品进行检测时发现该样品检出溴虫腈0.046 mg/kg，氯氟氰菊酯0.025 mg/kg，若按照国家标准[5,7]进行检测则须出证为未检出，可见本方法拥有更高的灵敏度以满足日常检测需求，对近期进口的100个样品进行检测，其中溴虫腈，戊唑醇，苯醚甲环唑，氯氟氰菊酯，氯氰菊酯，唑虫酰胺检出率为23%，25%，53%，52%，47%，74%，部分阳性样品的谱图如图4所示，从样品的谱图上看通过气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)可以很好的除去茶叶中杂质的干扰，通过提取离子对的方式可以有效降低基线和减少杂峰的干扰，可以提高农残检测的灵敏度。