QuEChERS超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定麥田環(huán)境中的磺酰胺類殘留

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(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究所,黑龍江哈爾濱 150086)

喬禹欣1,陳國峰1,2,馬誠義1,邵百惠1,宋秀麗1,陶波1,*

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究所,黑龍江哈爾濱 150086)

建立了同時測定麥田環(huán)境中三種磺酰胺類除草劑殘留的改進(jìn)QuEChERS-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(UPLC-MS/MS)測定方法。樣品經(jīng)乙腈振蕩提取,小麥籽粒和小麥植株以石墨化碳黑(graphitized carbon black,GCB)對提取液進(jìn)行凈化處理、土壤樣品采用乙二胺-N-丙基硅烷(primary secondary amine,PSA),UPLC-MS/MS外標(biāo)法檢測定量。結(jié)果表明,唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺在0.01～1 mg/L范圍內(nèi)線性良好,相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.9998、0.9997和0.9997,檢出限均為0.01 mg/L。小麥籽粒、小麥植株和土壤中的三種磺酰胺類除草劑的平均加標(biāo)回收率為85.9%～105.5%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSDs)不大于9.8%。方法簡便、快速,能夠滿足麥田環(huán)境中上述3種磺酰胺農(nóng)藥殘留同時檢測的需要。

磺酰胺,QuEChERS,高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜,麥田,殘留

三唑并嘧啶磺酰胺類除草劑是將磺酰脲類除草劑通過脲橋的結(jié)構(gòu)改造和修飾而得,結(jié)構(gòu)見圖1[1-3],該類除草劑是典型的乙酰乳酸合成酶抑制劑[4-5],施用后使植物體內(nèi)的乙酰乳酸合成酶(Acetolactate Synthase,ALS)活性降低,氨基酸的生物合成受到抑制,從而抑制蛋白質(zhì)的合成,導(dǎo)致植物生長停止而死亡[6-8]。唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺是農(nóng)田常用的磺酰胺類除草劑,目前,對三唑并嘧啶磺酰胺類除草劑殘留的分析方法的研究屢見報(bào)導(dǎo),宋國春等研究了雙氟磺草胺在小麥和土壤中的殘留動態(tài)[9],Li Zhuonan等采用高效液相色譜-質(zhì)譜法測定研究了雙氟磺草胺在小麥和土壤中的殘留和消解動態(tài)[10],趙亞洲等研究了雙氟磺草胺在土壤中的殘留分析[11],李叢荻等研究了稻田水和土壤中五氟磺草胺的殘留及消解動態(tài)[12],馬云峰等對雙氟磺草胺在不同類型土壤中的吸附與淋溶特性進(jìn)行了研究[13],劉亞娟等建立了超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法檢測水稻土壤、稻田水中五氟磺草胺的殘留的方法[14],郝瑞辰建立了固相萃取-高效液相色譜檢測土壤中五氟磺草胺在稻田土壤中殘留量定量檢測分析方[15],但系統(tǒng)對麥田環(huán)境中的三唑并嘧啶類除草劑殘留分析方法在國內(nèi)卻未見報(bào)導(dǎo),本研究探索建立了改進(jìn)的QuEChERS前處理方法,采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜為分析手段,建立了三種三唑并嘧啶類除草劑殘留量的檢測方法,為麥田環(huán)境中三唑并嘧啶類除草劑的監(jiān)測提供有力保證。

表1 唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺多重反應(yīng)監(jiān)測Table 1 Mass spectral transitions monitored and instrumental parameters

圖1 磺酰胺類除草劑的模式結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of sulfonanilide herbicides注:Ar為各種芳香取代基;R1、R2為取代烷基或烷氧基團(tuán);X為氫、鹵素或取代烷基。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

唑嘧磺草胺標(biāo)準(zhǔn)品(分子式為C12H9F2N5O2S,CAS No. 98967-40-9,純度為99.0%)、雙氟磺草胺標(biāo)準(zhǔn)品(分子式為C12H8F3N5O3S,CAS No. 145701-23-1,純度為99.0%)、五氟磺草胺標(biāo)準(zhǔn)品(分子式為C16H14F5N5O5S,CAS No. 219714-96-2,純度為97.8%) 德國Dr. Ehrenstorfer公司;乙腈、甲醇 色譜純 迪馬科技公司;乙腈(分析純) 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;氯化鈉(分析純) 北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司;石墨化炭黑(GCB 120-400 Mesh)、乙二胺-N-丙基硅烷(PSA 40～60 μm) 天津博納艾杰爾科技有限公司;實(shí)驗(yàn)用水 超純水。

WATERS Xevo TQ-S超高效液相色譜儀-串聯(lián)質(zhì)譜儀(配電噴霧離子源)、BEH T3色譜柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μm) 美國Waters公司;LXJ-ⅡB高速離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器設(shè)備廠;IKA MS3 basic型渦流混合器 德國IKA公司;BT 2202 S電子天平 德國Sartorius公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 準(zhǔn)確稱取唑嘧磺草胺0.0101 g、雙氟磺草胺0.0101 g、五氟磺草胺0.0102 g標(biāo)準(zhǔn)品,用甲醇定容至10 mL,配制成質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲備液,于-20 ℃下保存。使用時用甲醇逐級稀釋成所需濃度的工作溶液。

1.2.2 樣品前處理 稱取已制備的小麥籽粒、小麥植株和土壤樣品10.0 g,置于50 mL離心管中,加入20 mL水分散,并加入20 mL乙腈振蕩提取30 min,加入5 g NaCl,渦旋2 min后,以5000 r/min的速度離心5 min,將小麥籽粒、小麥植株和土壤的上層乙腈提取液各取1 mL,轉(zhuǎn)入分別裝有50 mg GCB、50 mg PSA和100 mg GCB凈化劑的2 mL離心管中,渦旋1 min,以8000 r/min的速度離心3 min后過0.22 μm有機(jī)系濾膜,待測。

1.2.3 色譜條件 柱溫:35 ℃;進(jìn)樣量:2 μL;流動相:乙腈/水。為加強(qiáng)色譜峰的分離度,流動相采用梯度洗脫條件,乙腈濃度:0～1 min時,10%;1～1.10 min時,10%～90%;1.1～3.0 min時,90%;3.0～3.1 min時,90%～10%;3.1～5 min時,10%。

離子源:電噴霧離子源ESI;掃描方式:唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺均為正離子源;毛細(xì)管電壓:3.9 kV;離子源溫度:150 ℃;脫溶劑溫度:400 ℃;脫溶劑氣流量:800 L/h;錐孔氣流量:150 L/h;檢測方式:多重反應(yīng)監(jiān)測,見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取條件優(yōu)化

分析加水對三種磺酰胺類除草劑在小麥籽粒、小麥植株和土壤基質(zhì)中的提取效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),加水能夠有效提高乙腈對三種磺酰胺除草劑的提取效率,直接用乙腈提取的三種磺酰胺除草劑的回收率為50.65%～72.88%,加20 mL水分散乙腈提取鹽析后回收率提高至98.32%～104.57%。因此本研究采用加水分散,乙腈提取的預(yù)處理方式。

目前的提取方式主要有振蕩、超聲和均質(zhì)提取。本研究比較了振蕩和超聲2種提取方式,分別為振蕩提取30 min、超聲提取10、20、30 min,結(jié)果表明,超聲提取隨著時間的增加,三種磺酰胺類除草劑的提取率也逐漸提高,由平均回收率40.89%提高至73.09%;仍遠(yuǎn)低于振蕩30 min的平均回收率。振蕩提取操作簡便,適合大批量樣品,由此本研究選擇振蕩30 min作為三種磺酰胺類除草劑的提取方式。

圖2 不同提取方式對三種磺酰胺除草劑回收率的影響Fig.2 Effect of different extraction methods on the recovery of 3 kinds of sulfonanilide

2.2 凈化條件的優(yōu)化

分析了100 mg的PSA、GCB和PSA和GCB的混合物3種不同組合的凈化劑對小麥籽粒、小麥植株和土壤樣品的乙腈提取溶液的凈化效果。結(jié)果表明,PSA對土壤樣品的乙腈提取劑具有良好的凈化效果。這是因?yàn)橥寥罉悠返囊译嫣崛∪軇┲械闹饕s質(zhì)為有機(jī)酸等,PSA分子中含有兩個氨基,能與有機(jī)酸、脂肪酸、色素、糖類等極性基質(zhì)成分結(jié)合[16-17]。GCB對小麥籽粒和小麥植株樣品的乙腈提取劑具有良好的凈化效果,GCB凈化劑中有著特殊的層狀結(jié)構(gòu),能夠吸附植株提取劑中的色素和甾醇類雜質(zhì)[18-19]。

凈化劑的用量對前處理的凈化效果有著至關(guān)重要的作用,凈化劑過少則凈化效果不明顯,凈化劑過多則可能造成回收率偏低。本研究在三種磺酰胺除草劑在提取濃度為0.5 mg/L乙腈提取液中分別加入PSA、GCB和PSA+GCB 3種不同組合的凈化劑,在添加量為50、100、150、200、250 mg時,分析其對三種磺酰胺除草劑的吸附能力,結(jié)果見圖3。結(jié)果表明,小麥籽粒的乙腈提取液中,隨著凈化劑用量的增加,回收率逐漸降低,PSA對小麥籽粒提取液中三種農(nóng)藥的吸附不明顯,隨著PSA用量的增加,平均回收率僅由63.26%降至58.73%,而GCB對三種農(nóng)藥的吸附非常明顯,隨著GCB用量的增加,平均回收率由102.61%減少為28.56%。在所有處理中50 mg GCB處理的回收率最高,為102.61%,250 mg GCB和250 mg PSA共同處理的回收率最低,僅為0.08%。在土壤的乙腈提取液中,三種組合的凈化劑對三種農(nóng)藥均有吸附作用,且隨著凈化劑使用量的增加,回收率逐漸降低,PSA由回收率90.08%逐漸降低至55.64%,50 mg的PSA處理的土壤提取液回收率最高,為90.08%;250 mg的GCB處理的土壤提取液回收率最低,為4.47%。小麥植株的乙腈提取液中,三種不同組合的凈化劑隨著使用量的增加,回收率逐漸降低,其中100 mg的GCB處理的回收率為94.41%,200 mg PSA處理的回收率為99.34%,其中GCB處理的植株提取液對色素凈化效果較好。綜上所述,考慮到凈化效果、回收率和使用成本,小麥籽粒的乙腈提取液用50 mg的GCB凈化,土壤的乙腈提取液使用50 mg的PSA進(jìn)行凈化,小麥植株的乙腈提取液使用100 mg的GCB凈化,能夠去除提取溶液中的雜質(zhì),并能夠滿足加標(biāo)回收率。

圖3 不同凈化劑對小麥籽粒、土壤和小麥植株的乙腈提取液中三種磺酰胺除草劑回收率的影響Fig.3 Effect of different sorbents on the recovery of 3 kinds of sulfonanilide in wheat grain,soil and wheat plant

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在1.2.3色譜條件下,對不同質(zhì)量濃度的標(biāo)樣溶液分別進(jìn)樣,得到相應(yīng)的響應(yīng)值,標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖見圖4,以峰面積響應(yīng)值為縱坐標(biāo)(y)、標(biāo)樣質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺在0.01～1 mg/L線性關(guān)系良好,唑嘧磺草胺線性回歸方程為:y=1908146.87x-8202.3,相關(guān)系數(shù)為:r=0.9998;雙氟磺草胺線性回歸方程為:y=967997x-6578.2,相關(guān)系數(shù)為:r=0.9997;五氟磺草胺線性回歸方程為:y=629820x+7219.2,相關(guān)系數(shù)為:r=0.9997。

圖4 唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺標(biāo)樣質(zhì)譜圖(0.1 mg/L)Fig.4 Mass spectra of flumetsulam,penoxsulam and florasulam standard(0.1 mg/L)

2.4 方法的準(zhǔn)確度和精密度

采用標(biāo)樣添加的方法[20],分別在空白小麥、植株和土壤樣品中添加3種濃度的唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺標(biāo)準(zhǔn)溶液,每個濃度重復(fù)5次,用上述優(yōu)化的分析方法測定回收率。計(jì)算每個加標(biāo)樣品中三種農(nóng)藥的平均加標(biāo)回收率和標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),用以考察所建立方法的準(zhǔn)確度和精密度。測定結(jié)果見表2。由表2可知,小麥、植株和土壤樣品的加標(biāo)平均回收率為:唑嘧磺草胺為85.9%～102.0%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在0.8%～8.2%之間;雙氟磺草胺為86.2%～105.1%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在3.0%～8.1%之間;五氟磺草胺為89.7%～105.5%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在1.3%～9.8%之間。

3 結(jié)論

研究建立了QuEChERS結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時測定唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺在麥田環(huán)境中的殘留分析方法。該方法分析速度快,試劑用量較小,凈化效果理想;方法回收率高,在85.9%～105.5%之間,檢測限低,重復(fù)性好,穩(wěn)定可靠,能夠滿足我國及歐盟的殘留限量要求,應(yīng)用于實(shí)際樣品的檢測,得到滿意的結(jié)果,符合農(nóng)藥殘留分析從繁瑣的傳統(tǒng)方法向快速、簡便的方法發(fā)展趨勢,具有一定的實(shí)際應(yīng)用參考價值。

表2 小麥、植株及土壤中三種磺酰胺除草劑的添加回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 2 The recovery and relative standard deviations of 3 kinds of sulfonanilide in wheat,plant and soil

圖5 唑嘧磺草胺、雙氟磺草胺和五氟磺草胺標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.5 Standard curve of flumetsulam, florasulam and penoxsulam

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DeterminationoftriazolopyrimidinesulfonamidesintheenvironmentofwheatfieldbyQuEChERS-UPLC-MS/MS

QIAOYu-xin1,CHENGuo-feng1,2,MACheng-yi1,SHAOBai-hui1,SONGXiu-li1,TAOBo1,*

(1.College of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Safety and Quality Institute of Agricultural Products,Heilongjiang Acadamy of Agricultural Sciences,Harbin 150086,China)

The method for simultaneous determination of 3 kinds of triazolopyrimidine sulfonamides herbicides in the environment of wheat field by improved QuEChERS-UPLC-MS/MS was established. Residues in wheat grain,wheat plant and soil samples were extracted by acetonitrile,the wheat grain and wheat plant extracts were purified by GCB(graphitized carbon black),and the soil extracts were purified by PSA(primary secondary amine). The residues were determined by UPLC-MS/MS. The results showed the linear rang of flumetsulam,florasulam and penoxsulam was 0.01～1 mg/L with the correlation coefficient of 0.9998,0.9997 and 0.9997 respectively. The recoveries of flumetsulam,florasulam and penoxsulam were in the rang of 85.9%～105.5%,with relative standard deviations(RSD)less than 9.8%. This method is easy,quick,and can meet the requirements for simultaneous residue determination of flumetsulam,florasulam and penoxsulam in wheat,plant and soil.

triazolopyrimidine sulfonamides;QuEChERS;UPLC-MS/MS;wheat;residues

2017-04-14

喬禹欣(1993-)，女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)藥殘留及環(huán)境毒理，E-mail：yu1243392111@163.com。

*通訊作者:陶波(1963-)，男，博士，教授，研究方向：農(nóng)藥作用機(jī)理、農(nóng)藥新活性物質(zhì)的開發(fā)與應(yīng)用，E-mail：botaol@163.com。

雜草抗藥性監(jiān)測及治理技術(shù)研究與示范(201303031)。

TS207.3

A

1002-0306(2017)23-0221-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.041