QuEChERS前處理方法聯(lián)合GPC-GC/MS在測定蔬菜水果農(nóng)藥殘留中的應(yīng)用

盧大勝,熊麗蓓,溫憶敏,邱歆磊,汪國權(quán)

(上海市疾病預(yù)防控制中心,上海 200336)

QuEChERS前處理方法聯(lián)合GPC-GC/MS在測定蔬菜水果農(nóng)藥殘留中的應(yīng)用

盧大勝,熊麗蓓,溫憶敏,邱歆磊,汪國權(quán)

(上海市疾病預(yù)防控制中心,上海 200336)

采用QuEChERS前處理方法和在線凝膠過濾色譜-氣相色譜-質(zhì)譜(GPC-GC/MS)聯(lián)用法對蔬菜水果樣品中的25種有機(jī)氯、菊酯和殺螨劑等農(nóng)藥殘留進(jìn)行測定。首先用QuEChERS方法進(jìn)行樣品前處理,即乙腈提取,提取溶液經(jīng)脫水后離心,用分散性吸附劑去除離心提取液中的干擾基質(zhì)(如脂肪酸和色素等),然后直接進(jìn)行在線 GPC-GC/MS分析。GPC-GC/M S系統(tǒng)中的 GPC能彌補(bǔ)QuEChERS方法去除干擾物質(zhì)不徹底的問題,從而降低了分析背景,改善了峰形,提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和相關(guān)質(zhì)譜圖的匹配性。在加標(biāo)0.01 mg/kg情況下,3種樣品(菠菜、黃瓜和蘋果)的回收率均在80%～120%之間,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于20%。

農(nóng)藥殘留;在線凝膠過濾色譜-氣相色譜-質(zhì)譜(GPC-GC/MS);QuEChERS前處理;食品安全

隨著大量不同種類農(nóng)藥的使用和人們對日常農(nóng)藥殘留監(jiān)測數(shù)量日益劇增的需要,農(nóng)藥殘留分析已不能只局限于單一農(nóng)藥檢測(SRM s),而需要進(jìn)行多種類農(nóng)藥的同時檢測(MRM s)。目前國內(nèi)外已有很多MRM s方法,但這些方法都有一個共性:耗時、耗力、費(fèi)用昂貴和多種農(nóng)藥同時分析時很難滿足所有待測農(nóng)藥均取得很好的定性定量效果[1]。QuEChERS方法在蔬菜水果農(nóng)殘分析中具有快速、簡單、廉價(jià)、有效、可靠和安全等優(yōu)勢,已在世界很多國家和地區(qū)得到驗(yàn)證和推廣[2]。目前已形成 AOAC 2007.01、EN 15662和N Y/T 1380-2007標(biāo)準(zhǔn)方法,但該方法用分散性SPE粉末去除干擾物質(zhì)的能力比SPE柱差[3],往往在分析檢測中出現(xiàn)襯管和柱前端嚴(yán)重污染而導(dǎo)致色譜峰丟失或拖尾、背景高、基質(zhì)誘導(dǎo)色譜增強(qiáng)效應(yīng)嚴(yán)重,從而影響了一些農(nóng)藥的定性和定量檢測。

凝膠滲透色譜(GPC)能很好地去除樣品基質(zhì)中潛在的干擾目標(biāo)化合物分析的油脂、色素(葉綠素、葉黃素等)、生物堿、聚合物等大分子化合物,并已在農(nóng)藥殘留分析中得到廣泛應(yīng)用[4]。歐盟標(biāo)委會技術(shù)委員會的農(nóng)藥殘留測定標(biāo)準(zhǔn)(TC 275)和日本厚生勞動省的農(nóng)藥殘留分析都采用了 GPC法[5-6]。但是,常規(guī)的 GPC法一般采用離線方式,存在速度慢、有機(jī)溶劑使用量大、操作繁瑣等問題,限制了 GPC法在這一領(lǐng)域的廣泛使用。

本工作通過在線凝膠滲透色譜-氣體色譜-質(zhì)譜(GPC-GC/M S)聯(lián)用法克服QuECh ERS方法去除干擾物不徹底的缺陷,對蔬菜水果中的25種有機(jī)氯、菊酯和殺螨劑等農(nóng)藥殘留進(jìn)行測定,實(shí)現(xiàn)MRM s的快速、自動化、高效性和可靠性,滿足農(nóng)藥殘留日常性監(jiān)測的需求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

GPC-GC/M S系統(tǒng):日本島津公司產(chǎn)品,配有LC-10ADvp泵、10ADvp自動進(jìn)樣器、Shodex CLNpak EV-200AC凝膠滲透色譜柱(2 mm×150 mm)等部件;GC/M S系統(tǒng):日本島津公司產(chǎn)品,配有 PTV-2010大體積進(jìn)樣器,Rtx-5m s毛細(xì)管色譜柱(0.25 mm×30 m×0.25μm)。

25種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品和過氧七氯內(nèi)標(biāo)(含量＞98.0%):美國Chem Service公司產(chǎn)品;乙腈(農(nóng)殘級):美國 Sigma A ldrich公司產(chǎn)品;氦氣(純度99.999%):昆山普萊克斯實(shí)用氣體有限公司產(chǎn)品;氯化鈉、無水硫酸鎂和醋酸鈉(含量大于98.0%):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品,使用前在400℃烘2 h;石墨碳黑(GCB)、C18和乙二胺基-N-丙基固相(PSA)分散性SPE粉末來源于SPE小柱(3 L/500 g):美國Supelco公司產(chǎn)品;13 mm有機(jī)過濾膜:美國 M illipore公司產(chǎn)品。

1.2 GPC-GC/MS分析條件

泵流速:0.1 mL/min;柱溫:40℃;農(nóng)藥殘留餾分截取時間段:4～6 m in;載氣吹掃:0.1 min;流動相:V(丙酮)∶V(環(huán)己烷)=3∶7的溶液;PTV進(jìn)樣口程序升溫:120℃保持4.5 min,以80℃/m in升至250℃,保持34 min;進(jìn)樣模式:不分流進(jìn)樣;進(jìn)樣時間:7 m in;柱溫箱程序升溫:82℃保持5 min,以80℃/min升至280℃,保持10.25 min;柱流速控制:恒壓,120 M Pa;載氣總流速:30 mL/min;柱流速:1.75 m L/min;進(jìn)樣量:20μL。

M S離子源溫度:200℃;接口溫度:250℃;溶劑延遲時間:8 min;檢測電壓:1.05 kV;質(zhì)譜檢測模式為單離子檢測(SIM),選擇質(zhì)量數(shù)大(特異性強(qiáng))和強(qiáng)度大(靈敏度高)的離子作為定量和定性離子,其中定量離子在靈敏度、特異性和選擇性上更高于定性離子,而且這些離子經(jīng)空白基質(zhì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,要求空白基質(zhì)對應(yīng)的共流離子小于標(biāo)準(zhǔn)曲線最低點(diǎn)10倍以下,并且避免選擇實(shí)驗(yàn)環(huán)境和柱流失過程中常見的干擾離子,具體SIM離子參數(shù)列于表1,標(biāo)準(zhǔn)圖譜示于圖1。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 QuECh ERS前處理方法 取蔬菜或水果樣品擦凈,蔬菜去掉非可食部分,然后用食品處理器粉碎,制成蔬菜或水果試樣。

按照文獻(xiàn)[1]的方法,取10 g制備的樣品于40 m L具塞聚四氟乙烯離心管中,加入10 m L含1%醋酸的乙腈溶液和1 g醋酸鈉,搖勻后加入1 g氯化鈉和4 g無水硫酸鎂,趁熱劇烈震蕩1 min,以4 000 r/min離心1 min;取1 m L 上清液于含有 50 mg PSA、50 mg C18、20 mg GCB和125 mg無水硫酸鎂的離心管中,劇烈震蕩1 min,然后以4 000 r/min離心2 min;取上清液0.5 m L于有刻度的進(jìn)樣瓶中,加入10μL 2.5 mg/L內(nèi)標(biāo)過氧七氯,用氮?dú)獯抵?.5 m L,過膜后置于冰箱保存,備用。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列 將各標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)藥和內(nèi)標(biāo)過氧七氯溶于丙酮,配成5 g/L標(biāo)準(zhǔn)儲備液,置于冰箱保存,備用。將標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋,配制0.005～0.1 mg/L標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,內(nèi)標(biāo)濃度均為0.05 mg/L。

表1 25種農(nóng)藥化合物GC/MS測定的單離子檢測參數(shù)表Table 1 Table of GC/MS single ion monitor parameters of 25 pesticides

圖1 25種農(nóng)藥(0.05 mg/L)的標(biāo)準(zhǔn)總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatography of 25 pesticides in standard solution at the concen tration of 0.05 mg/L

2 結(jié)果與討論

2.1 QuEChERS前處理方法

在提取凈化分析過程中,p H值的高低會影響一些農(nóng)藥的降解,如N-三鹵代乙基硫農(nóng)藥(克菌丹、滅菌丹、敵菌丹、抑菌靈、對甲抑菌靈和百菌清)會在堿性環(huán)境中發(fā)生丟失SX3的降解,三氯殺螨醇會降解為4,4’-二氯苯甲酮[7]。本實(shí)驗(yàn)若三氯殺螨醇不在緩沖液體系中提取,其回收率會降至60%左右,所以用QuEChERS處理樣品時,應(yīng)使用緩沖液體系來防止或降低這些農(nóng)藥的降解。

在加入氯化鈉和無水硫酸鎂時,應(yīng)先加入氯化鈉振蕩2 min,讓氯化鈉完全溶解,水相和有機(jī)相(乙腈)分層后再加入無水硫酸鎂;若同時加入,無水硫酸鎂瞬間與大量的水接觸而結(jié)塊,結(jié)塊里層的無水硫酸鎂由于被包裹會降低吸水效果。實(shí)驗(yàn)表明,若除水不徹底,會降低農(nóng)藥(特別是水溶性農(nóng)藥)轉(zhuǎn)入到乙腈層的效果,凈化效果也會受到影響,回收率降低。

石墨碳黑能去除部分色素、類胡蘿卜素、固醇和具有平面結(jié)構(gòu)等極性大的基質(zhì)干擾物,但對儀器檢測器識別起干擾作用的脂肪酸去除作用則不大,所以在蔬菜水果農(nóng)殘測定中,無法從圖譜上看出其去除干擾物的優(yōu)越性,示于圖2。但考慮到儀器的維護(hù)需要使用石墨碳黑,因此用量要適量,否則會吸附一些平面結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥(如六氯苯、五氯硝基苯、噻菌靈、蠅毒磷、百菌清、特丁硫磷等[7])而造成回收率下降。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)六氯苯由于石墨碳黑(50 mg)的吸附,回收率會下降30%以上。

另外發(fā)現(xiàn)分散性SPE粉末C18對除去干擾基質(zhì)的能力要差于氨基或 PSA,氨基和 PSA能去除一些儀器檢測器識別的干擾基質(zhì)(如脂肪酸等),這與文獻(xiàn)[8]報(bào)道一致。由于 PSA能提供伯氨基和仲氨基,它與氨基相比其去除干擾物質(zhì)的范圍更廣,所以在蔬菜水果農(nóng)殘測定中 PSA是首選的。為了加強(qiáng)儀器的維護(hù),往往在 PSA的基礎(chǔ)上再加一種吸附填料——C18或 GCB。

圖2 3種不同的分散性SPE粉末處理樣品后的部分色譜圖Fig.2 TIC comparison of samplesafter cleaning up with 3 differen t dispersive SPE powers

2.2 GPC-GC/MS的應(yīng)用

在黃瓜基質(zhì)加標(biāo)樣品中,按照QuEChERS方法處理兩份樣品。一份采用 GPC-GC/M S分析農(nóng)藥殘留,樣品在 GPC色譜柱中實(shí)現(xiàn)了根據(jù)相對分子質(zhì)量的不同,將油脂、色素成分與農(nóng)藥分離,通過兩個流動通道選擇閥的切換,有效截取含有農(nóng)藥殘留部分的餾分(4～6 min),導(dǎo)入試樣定量捕集環(huán)(200μL),然后進(jìn)行程序升溫,進(jìn)樣口(PTV)進(jìn)樣和 GC/M S分離檢測,實(shí)現(xiàn)樣品全自動的前處理和儀器分析測定的在線分析;另一份直接進(jìn)行 GC/M S分析。通過比較譜圖可知,直接進(jìn)樣 GC/M S分析的背景明顯高于GPC-GC/M S。當(dāng)開啟質(zhì)譜燈絲保護(hù)功能時,由于直接GC/M S分析時樣品基質(zhì)沒有經(jīng)過 GPC凈化去除干擾而導(dǎo)致質(zhì)譜檢測過載,所以常出現(xiàn)電離離子過飽和而燈絲熄滅現(xiàn)象,示于圖3。

另外,由于 GPC具有強(qiáng)去除基質(zhì)干擾的能力,黃瓜基質(zhì)加標(biāo)樣品的 GPC-GC/M S峰形和強(qiáng)度明顯好于 GC/M S,特別是o,p’-DD T和氰戊菊酯兩個組分,其圖譜示于圖4。所以 GPCGC/M S能改善由于基質(zhì)干擾導(dǎo)致的 GC/M S靈敏度差、定性和定量不準(zhǔn)確等問題,同時也降低了儀器的維護(hù)成本。

圖3 黃瓜的 GPC-GC/MS和 GC/MS農(nóng)殘圖譜比較Fig.3 Chromatographic comparison of pesticide residues between GPC-GC/MSand GC/MS in thematrix of cucumber

圖4 QuEChERS方法提取兩種農(nóng)藥的 GPC-GC/MS(a、c)和 GC/MS(b、d)圖譜Fig.4 Chromatographic of two pesticide residues between GPC-GC/MS(a,c)and GC/MS(b,d)with QuEChERSmethod in thematrix of cucumber

QuEChERS方法的提取液不經(jīng)過凈化直接進(jìn)行GPC-GC/M S分析,除個別時間段的圖譜由于背景過高而影響個別農(nóng)藥(如三氯殺螨砜和氯氰菊酯)的定性和定量外,其他農(nóng)藥均同凈化樣品一樣獲得較好的定性定量圖譜,示于圖5,所以GPC-GC/M S法可直接用于蔬菜水果中農(nóng)藥殘留的快速篩選,特別是應(yīng)對農(nóng)藥中毒等突發(fā)事故。但為了更好地進(jìn)行農(nóng)藥殘留的定性、定量分析,降低儀器的維護(hù)成本,GPC-GC/M S與QuEChERS前處理方法聯(lián)用可以便利、快速、高效地測定蔬菜水果中的農(nóng)藥殘留。

圖5 黃瓜經(jīng)過 QuEChERS方法凈化(Ⅰ)和不經(jīng)過凈化(Ⅱ)的 GPC-GC/MS農(nóng)殘圖譜比較Fig.5 Chromatographic of pesticide residues between cleaning up(Ⅰ)and non-cleaning up(Ⅱ)with QuEChERSmethod in thematrix of cucumber

2.3 QuEChERS方法與在線 GPC-GC/MS聯(lián)用的加標(biāo)回收測定

本實(shí)驗(yàn)選用菠菜、黃瓜和蘋果3種樣品,按0.01 m g/kg添加農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn),用QuEChERS方法進(jìn)行前處理,添加內(nèi)標(biāo)過氧七氯使其濃度為0.05 m g/L,每個樣品重復(fù) 5次,用 GPC-GC/M S測定,內(nèi)標(biāo)法積分,線性相關(guān)系數(shù)R均在0.99以上。除硫丹的最低定量限在0.01 m g/kg外,其他所有農(nóng)藥均在0.005 mg/kg,其回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表2。3種樣品的回收率均在80%～120%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在20%以下。但若分散性SPE石墨碳黑的添加量增加到50 mg,六氯苯的回收率會下降到50%～70%;但若在提取液中加入1/3體積的甲苯,回收率則可以提高到70%～90%。

表2 3種樣品基質(zhì)測定的回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)Table 2 Recovery and RSD of pesticide residues in 3 spiked samples using QuEChERSmethod coupled with GPC-GC/MS

3 結(jié)論

通過 QuEChERS前處理和 GPC-GC/M S分析方法,對3種蔬菜水果(菠菜、黃瓜和蘋果)中的25種農(nóng)藥進(jìn)行分析測定。QuEChERS方法提取過程中要確保緩沖體系、防止農(nóng)藥的降解、做好除水步驟,讓農(nóng)藥向有機(jī)相(乙腈)中分配,以獲得高回收率;凈化步驟中分散性SPE去除干擾物能力的順序?yàn)?PSA或氨基＞石墨碳黑＞C18,石墨碳黑會吸附一些平面結(jié)構(gòu)的分子(如六氯苯),所以石墨碳黑的用量要適當(dāng)(一般20 mg)。QuEChERS方法具有快速(處理8個樣品不超過30 min)、簡單(實(shí)驗(yàn)步驟簡單,誤差來源小)、廉價(jià)、溶劑用量低(10 m L乙腈)、農(nóng)殘范圍廣(包括非極性、極性和p H依賴性農(nóng)藥)和提取溶劑與 GC/MC儀器兼容性好等優(yōu)勢。GPC具有強(qiáng)的基質(zhì)干擾能力,一方面彌補(bǔ)了QuEChERS前處理方法去干擾物質(zhì)不徹底的問題,提高了方法的靈敏度、分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和相關(guān)質(zhì)譜圖的匹配性;另一方面把 GPC凈化和GC/M S分析檢測聯(lián)用,每個樣品的分析時間只比 GC/M S法多4～5 min,按每個樣品的分析檢測時間為1 h算,從進(jìn)樣到完成 GPC色譜柱沖洗僅需要使用 12 m L有機(jī)溶劑。在 0.01 mg/kg加標(biāo)情況下,3種樣品(菠菜、黃瓜和蘋果)的回收率均在80%～120%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在20%以下。

[1]ANASTASSIADESM,LEHOTA Y SJ,STAJNBAHER D.Quick,easy,cheap,effective,rugged,and safe(QuEChERS)approach for the determination of pesticide residues[C].18th Annual Waste Testing and Quality Assurance Symposium Proceedings,2002:231-241.

[2]SCHENCK F J,HOBBS J E.Evaluation of the quick,easy,cheap,effective,rugged,and safe(QuEChERS)approach to pesticide residue analysis[J].Bull Environ Contam Toxicol,2004,73(1):24-30.

[3]HERCEGOV A,KRUZ D,MA TISOV E.Comparison of samp le p reparation methods combined with fast gas chromatography-mass spectrometry for ultratrace analysis of pesticide residues in baby food[J].J Sep Sci,2006,29(8):1 102-1 109.

[4]L IU L B,HASH I Y,Q IN Y P.Development of automated online gel permeation chromatographygas chromatograph mass spectrometry for measuring multiresidual pesticides in agricultural products[J].Journal of Chromatography B,2007,845(1):61-68.

[5]SCHENZLER C,THEIR H P.European standardization of methods for pesticide residue analysis in foods-current status[J].Food Additives and Contaminants,2001,18(10):875-879.

[6]Directo r Notice of Ministry of Health,Labour and Welfare,Japan.Analytical methods for residual compositional substancesof agricultural chemicals,feed additives,and veterinary drugs in food[S].Syoku-An No.0124001,2005,Final amendments weremade on May 26,2006.

[7]MA?TOVSKá K,LEHOTA Y SJ.Evaluation of common organic solvents for gas chromatographic analysis and stability of multiclass pesticide residues[J].Journal of Chromatography A,2004,1 040(2):259-272.

[8]SCHENCK FJ,LEHOTA Y SJ,V VEGA.Comparison of solid-phase extraction sorbents for cleanup in pesticide residue analysis of fresh fruits and vegetables[J].J Sep Sci,2002,25(14):883-890.

Application of QuEChERSMethod Coupled with Online GPC-GC/MS for Determination Pesticide Residues in Vegetablesand Fruits

LU Da-sheng,XIONG Li-bei,WEN Yi-min,Q IU Xin-lei,WANG Guo-quan
(Shanghai M unicipal Center for Disease Control and Prevention,Shanghai 200336,China)

25 pesticide residues including organochlorine,pyrethroid,acaricide in vegetables and fruitswere determined by online GPC-GC/M S coup led with QuEChERSmethod.The results show that GPC of online GPC-GC/M S system can effectively remove chromatographic interferences that QuEChERS p retreating method can not effectively removed.Compared with GC/M S,online GPC-GC/M S has the low er interfered background and better peak shape.Identification and quantization of pesticide residues with online GPC-GC/M S can be well performed.A ll pesticides including three spiked samples(spinach,cucumber and app le)at the level of 0.01 mg/kg have 80%—120%of the recovery and less than 20%of the coefficientsof variation.

pesticide residues;online gel permeation chromatography-gas chromatographymass spectrometry(GPC-GC/M S);QuEChERS p retreating method;food safety

汪國權(quán)(1967～),男(漢族),上海人,主任技師。E-mail:gqwang@scdc.sh.cn

O 657.63

A

1004-2997(2011)04-0229-07

2010-08-30;

2010-12-21

盧大勝(1976～),男(漢族),湖北宜昌人,碩士,從事環(huán)境污染物分析研究。E-mail:dslu@scdc.sh.cn