非靶向快速篩查茶飲料中未知農(nóng)藥殘留

伍穎儀,陳 中,張思群,張 弘

(1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510640;2.合生元(廣州)健康產(chǎn)品有限公司,廣東廣州 510663;3.廣東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術(shù)中心,廣東廣州 510623;4.亨氏(中國)投資有限公司,廣東廣州 510900)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對食品安全的關(guān)注日益提升,食品中農(nóng)藥殘留作為影響食品安全的重要因素更是人們關(guān)注的重點。目前,農(nóng)藥殘留檢測的前處理方法有液液萃取法[1]、QuEChERS法[2]、固相萃取法[3]、基質(zhì)固相分散法[4]、分散液液微萃取法(DLLME)[5-6]等。其中分散液液微萃取法是一種新型樣品前處理技術(shù)。近年來發(fā)展迅速,具有操作簡便、富集倍數(shù)高、快速,尤其是具有有機溶劑用量少等優(yōu)點,已經(jīng)逐步在農(nóng)藥殘留檢測領(lǐng)域應(yīng)用[7]。

目前,農(nóng)藥多殘留的篩查方法主要有氣相色譜-質(zhì)譜法[8-9]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[10-11]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[12]、氣相色譜-四極桿-飛行時間質(zhì)譜法[13]和液相色譜-四極桿-飛行時間質(zhì)譜法等[14-15]。以單四級桿和串聯(lián)四級桿等為代表的低分辨質(zhì)譜由于靈敏度較低等問題應(yīng)用受到限制,以四極桿飛行時間質(zhì)譜為代表的高分辨質(zhì)譜具有出色的一級和二級質(zhì)譜分析性能、高質(zhì)量精度和無需標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定性等優(yōu)勢,能同時高通量地篩查大量農(nóng)藥,在農(nóng)藥多殘留篩查檢測方面得到了廣泛應(yīng)用,為農(nóng)藥的科學(xué)合理使用提供了有效的監(jiān)管手段。四極桿-飛行時間質(zhì)譜可根據(jù)化合物的精確質(zhì)量數(shù)、保留時間、同位素強度、同位素分布和二級碎片等質(zhì)譜信息匹配特定的數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)化合物的無標(biāo)準(zhǔn)品快速篩查,理論上可同時掃描目標(biāo)物的數(shù)量無上限,真正實現(xiàn)高通量分析[16-18]。四極桿-飛行時間質(zhì)譜的高分辨率和高質(zhì)量精度的特點可以有效降低化學(xué)噪音,從而提高定性結(jié)果的可靠性和定量結(jié)果的準(zhǔn)確度,尤其適合復(fù)雜基質(zhì)體系中未知化合物的痕量分析[19]。

目前茶飲料中農(nóng)藥殘留篩查以靶向篩查為主,非靶向篩查的方法未見報道。DLLME法作為前處理技術(shù)用于農(nóng)藥殘留檢測的應(yīng)用已有應(yīng)用報道。四極桿-飛行時間質(zhì)譜篩查食品中的農(nóng)藥殘留技術(shù)也比較成熟。但將二者結(jié)合起來對茶飲料中的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測則未見報道。本試驗以茶飲料作為研究基質(zhì),采用DLLME法前處理技術(shù),采用液相色譜-四極桿-飛行時間質(zhì)譜法對茶飲料中常用農(nóng)藥進(jìn)行無標(biāo)準(zhǔn)品非靶向快速定性篩查，并對篩查方法的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、檢測水平等方面進(jìn)行評估，以期將方法應(yīng)用到茶飲料樣品的實際篩查和檢測過程中。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅茶、綠茶、烏龍茶飲料樣品 購自超市;異丙威、克百威、敵敵畏、毒死蜱、馬拉硫磷、甲氰菊酯、戊唑醇、丙環(huán)唑、啶蟲脒、吡蟲啉、異丙甲草胺、多殺霉素、百克敏標(biāo)準(zhǔn)品 純度大于98%,德國Dr.Ehrenstorfer公司，購自上海安譜公司;甲醇、甲酸、乙腈、正丙醇、乙醇、丙酮、異丙醇 HPLC級,美國Thermo Fisher公司;1-溴-3-甲基-丁烷、溴苯、1-溴辛烷、溴環(huán)己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、中性氧化鋁(Al-N)、堿性氧化鋁(Al-B)、硅膠鍵合十八烷基(C18)、氨丙基粉(NH2)、石墨化炭黑(GCB)、N-丙基乙二胺(PSA) 分析純，購自上海安譜公司;實驗用水 為Milli-Q超純水。

TripleTOFTM5600+高分辨質(zhì)譜儀 美國AB SCIEX公司;島津LC-20AD液相色譜系統(tǒng) 日本島津公司;Milli-Q Advantage A10 超純水系統(tǒng) 法國Merck Millipore公司;4k-15離心機 德國Sigma公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 準(zhǔn)確稱取5 g樣品于50 mL聚四氟乙烯塑料離心管中,加入2 g N-丙基乙二胺粉末,渦旋震蕩10 min,于10000 r/min離心5 min,轉(zhuǎn)移上清液于15 mL聚四氟乙烯塑料離心管中,加入0.2 mL三氯甲烷、0.1 mL甲醇,搖床震蕩5 min,于4000 r/min離心10 min,取下層提取液用乙腈定容至0.2 mL,供HPLC-Q-TOF測定。

1.2.2 儀器條件

1.2.2.1 色譜條件 色譜柱:Xbridge BEH C18色譜柱(100 mm×2.1 mm,3 μm);進(jìn)樣體積:5 μL;流速0.5 mL/min;柱溫:40 ℃;流動相為乙腈(B)-0.1%甲酸(A),梯度洗脫程序如表1。

表1 流動相梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution procedure of mobile phase

1.2.2.2 質(zhì)譜條件 離子源:ESI和APCI復(fù)合源;APCI源:連接AB sciex公司自動校正系統(tǒng)(CDS),每10個樣品自動校正一次,校正液流速0.40 mL/min;一級TOF-MS掃描準(zhǔn)確質(zhì)量范圍:100～1000 Da;數(shù)據(jù)采集時間:100 ms;二級IDA-MS掃描準(zhǔn)確質(zhì)量范圍:50～1000 Da;高靈敏模式;數(shù)據(jù)采集時間:50 ms;信號閾值:100 cps;IDA實驗每循環(huán)采集6次數(shù)據(jù),動態(tài)背景減法扣除。離子模式為ESI+,錐孔電壓5500 V,離子源溫度650 ℃,去簇電壓90 V,碰撞能量為20、35、50 eV疊加,監(jiān)測模式為TOF-IDA-MS。

1.2.3 方法的優(yōu)化 方法的優(yōu)化均以回收率為考察指標(biāo),加標(biāo)含量均為1.0 μg/kg,按照GB/T 27404-2008[20]規(guī)定當(dāng)加標(biāo)量小于100 μg/kg時,回收率可接受范圍為60%～120%。

這是一場死亡的舞會。凡是參加了這個舞會的鬼子，都是在赴一場死亡之舞，非死即傷。鬼子被炸懵了，再也顧不得武士道精神，掉轉(zhuǎn)屁股趕緊往山下撤。

1.2.3.1 吸附劑及用量的選擇 使用空白的烏龍茶飲料樣品加入13種質(zhì)控農(nóng)藥分別考察6種吸附劑(Al-N、Al-B、C18、NH2、GCB、PSA)對回收率的影響。準(zhǔn)確稱取5 g樣品(n=6)于50 mL聚四氟乙烯塑料離心管中,分別加入2 g上述吸附劑粉末,渦旋震蕩10 min,于10000 r/min離心5 min,轉(zhuǎn)移上清液于15 mL聚四氟乙烯塑料離心管中,加入0.2 mL三氯甲烷、0.1 mL甲醇,搖床震蕩5 min,于4000 r/min離心10 min,取下層提取液用乙腈定容至0.2 mL,供HPLC-Q-TOF測定。確定最佳吸附劑以后,將其用量設(shè)置為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g,考察吸附劑的使用量對回收率的影響。

1.2.3.2 萃取劑及用量的選擇 使用空白的烏龍茶飲料樣品加入13種質(zhì)控農(nóng)藥分別考察6種萃取劑(1-溴-3-甲基-丁烷、溴苯、1-溴辛烷、溴環(huán)己烷、二氯甲烷、三氯甲烷)對回收率的影響。前處理操作除加入的萃取劑不同外,其他操作同1.2.3.1,HPLC-Q-TOF測定。確定最佳萃取劑以后,將其用量設(shè)置為50、100、150、200、250、300 μL,考察萃取劑的使用量對回收率的影響。

1.2.3.3 分散劑的選擇 使用空白的烏龍茶飲料樣品加入13種質(zhì)控農(nóng)藥分別考察6種分散劑(甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、正丙醇、異丙醇)對回收率的影響。前處理操作除加入的分散劑不同外,其他操作同1.2.3.1,HPLC-Q-TOF測定。

1.2.4 方法學(xué)考察 由于液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀的基質(zhì)影響很明顯,所以本方法采用空白基質(zhì)配制校正曲線。將13種農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用空白樣品提取液稀釋配制成2.00～400 μg/L的系列基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液,在1.2.2的分析條件下對其進(jìn)行測定,以峰面積(y)對濃度(x)做標(biāo)準(zhǔn)曲線。按10倍信噪比計算定量限,3倍信噪比計算檢出限。分別向紅茶、綠茶和烏龍茶飲料空白樣品中添加13種農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,添加水平分別為0.5、1.0、5.0 μg/kg,然后按照本實驗方法進(jìn)行預(yù)凈化、提取和檢測。每個加標(biāo)水平重復(fù)6次測定,并計算回收率和精密度。

1.2.5 篩查方法 高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)在AB Sciex公司的Analyst TF 1.6軟件采集,采用PeakView2.0軟件對實際樣品中的農(nóng)藥殘留進(jìn)行篩查,由農(nóng)藥化合物列表進(jìn)行檢索,在PeakView2.0軟件中調(diào)用已建立的農(nóng)藥化合物列表,設(shè)置相應(yīng)的檢索參數(shù):精確質(zhì)量偏差為±1×10-5,離子化模式設(shè)定為+H模式。軟件會計算化合物的實測值與理論值的偏差,通過分子離子的精確質(zhì)量偏差、同位素比、二級碎片和保留時間給出相應(yīng)的檢索匹配得分值,對于檢索結(jié)果綜合得分≥85的化合物,本方法確認(rèn)其為檢出農(nóng)藥。

2 結(jié)果與討論

2.1 非靶向快速篩查農(nóng)藥殘留的質(zhì)控方法優(yōu)化

為保證樣品前處理過程、整個色譜保留時間和高分辨質(zhì)量數(shù)的精確度和準(zhǔn)確度,實現(xiàn)篩查結(jié)果的準(zhǔn)確性,挑選13種農(nóng)藥進(jìn)行質(zhì)控實驗。選擇的農(nóng)藥包括有機磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、大環(huán)內(nèi)酯和煙堿類殺蟲劑、殺菌劑和除草劑。選擇依據(jù)是盡量覆蓋常見的農(nóng)藥、極性跨度大和出峰時間分散,能夠有效監(jiān)控非靶向篩查過程中整體實驗條件的穩(wěn)定性,確保篩查結(jié)果穩(wěn)定可靠。13種質(zhì)控農(nóng)藥分別在1.2.2節(jié)條件下進(jìn)行實驗,優(yōu)化分散液液微萃取前處理條件。

圖1 不同吸附劑對13種質(zhì)控農(nóng)藥回收率的影響

圖2 PSA用量對13種質(zhì)控農(nóng)藥回收率的影響

2.1.2 萃取劑及用量的選擇 萃取劑是影響萃取效率的重要因素,應(yīng)具有較強的疏水作用且對目標(biāo)物有良好的萃取能力。實驗比較了1-溴-3-甲基-丁烷、溴苯、1-溴辛烷、溴環(huán)己烷、二氯甲烷、三氯甲烷6種有機溶劑的萃取效果。考察的6種溶劑提取效果見圖3。結(jié)果表明,三氯甲烷對所有的農(nóng)藥具有良好的提取效率,其次是二氯甲烷和溴苯。可能是由于三氯甲烷和二氯甲烷的極性較大,根據(jù)相似相溶原理,13種農(nóng)藥屬于極性化合物，易溶于極性有機溶劑。使用三氯甲烷作為提取劑的回收率滿足要求，所以選擇三氯甲烷作為萃取劑做進(jìn)一步研究。本實驗分別用50、100、150、200、250、300 μL的三氯甲烷進(jìn)行萃取,考察了萃取劑體積對萃取回收率的影響。結(jié)果如圖4所示,當(dāng)萃取劑體積低于50 μL時,下層無法回收到有機相,可能由于萃取劑量太少,在分散劑的作用下完全溶于樣品中。隨著三氯甲烷體積增大,回收率也增大,而當(dāng)三氯甲烷體積大于200 μL時,回收率增大已不明顯,所以三氯甲烷200 μL是最佳萃取體積。

圖3 不同萃取劑對13種質(zhì)控農(nóng)藥提取效果的影響

圖4 提取劑用量對13種質(zhì)控農(nóng)藥回收率的影響

2.1.3 分散劑的選擇 分散劑的類型是影響液液微萃取萃取效率的關(guān)鍵因素,通常要求分散劑要能同時溶于萃取劑和水,使萃取溶劑在水相中分散成細(xì)小的液滴,增大其與待測物的接觸面積。這些液滴在分散萃取的過程中對目標(biāo)物進(jìn)行連續(xù)萃取,促進(jìn)形成水/分散劑/萃取劑三元乳濁液體系,快速完成分析物在水溶液與萃取劑之間的分配平衡,從而提高萃取效率。因此選擇合適的分散劑對提高方法的萃取率十分重要。在本實驗中,分別考察了甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、正丙醇、異丙醇作為分散劑對萃取效果的影響。結(jié)果見圖5,測定結(jié)果表明,甲醇、乙醇和異丙醇作為分散劑時,回收率均在可接受范圍內(nèi),三種分散劑比較后,甲醇最好。正丙醇作為分散劑時,多殺霉素回收效果不好。乙腈和丙酮作為分散劑時,大部分農(nóng)藥回收率偏低。這是因為偏極性的分散劑更有利于三氯甲烷在樣品中分散。因此,本研究選取甲醇為分散劑。

圖5 不同分散劑對13種質(zhì)控農(nóng)藥提取效果的影響

2.1.4 質(zhì)控農(nóng)藥定性定量依據(jù) 本研究選擇13種農(nóng)藥作為目標(biāo)分析對照參考物質(zhì)。首先將13個目標(biāo)化合物進(jìn)行HPLC-Q-TOF-MS分析,獲得目標(biāo)化合物高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)信息;根據(jù)一級TOF-MS和二級IDA-MS質(zhì)譜信息定性定量分析目標(biāo)化合物。13個目標(biāo)化合物的定性定量分析質(zhì)譜數(shù)據(jù)依據(jù)見表2。13種質(zhì)控農(nóng)藥的實測質(zhì)量精度較好,誤差均小于10-6Da。

表2 13種農(nóng)藥化合物高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)Table 2 Mass spectrometry parameters data for 13 pesticides

2.1.5 線性范圍與檢測限 樣品中13種農(nóng)藥的含量,根據(jù)目標(biāo)化合物的一級TOF-MS高分辨質(zhì)譜信息進(jìn)行分析。首先利用LC-Q-TOF-MS分析方法獲得目標(biāo)化合物的離子流色譜,13種目標(biāo)化合物配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,并使用空白基質(zhì)溶液稀釋成一系列質(zhì)量濃度,獲得目標(biāo)化合物的校正曲線以及線性范圍;同時以3倍信噪比和10倍信噪比依據(jù),確定方法的檢測限與定量限。13種目標(biāo)化合物的高分辨提取離子流圖見圖6。

圖6 13種質(zhì)控農(nóng)藥的提取離子流色譜圖

結(jié)果表明,空白基質(zhì)校準(zhǔn)曲線的R2在0.9989以上,檢測限為0.002～0.092 μg/kg,定量限為0.006～0.307 μg/kg。相關(guān)參數(shù)見表3。由質(zhì)控農(nóng)藥的定量分析結(jié)果可知,本方法檢出限低,靈敏度高,可用于非靶向農(nóng)藥殘留快速篩查。

表3 13種質(zhì)控農(nóng)藥的校準(zhǔn)曲線、檢測限與定量限Table 3 Calibration curves,LOD and LOQ of 13 kinds of quality-controlled pesticides

2.1.6 質(zhì)控農(nóng)藥精密度數(shù)據(jù) 分別對綠茶、紅茶和烏龍茶3種基質(zhì)進(jìn)行添加回收實驗。

每種基質(zhì)添加3個不同濃度水平標(biāo)準(zhǔn)溶液,按實驗方法進(jìn)行測定,每個濃度水平做6份平行樣品,回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,%)結(jié)果見表4。由表4可知,3種不同基質(zhì)樣品的平均回收率范圍在83.1%～96.8%,RSD范圍在0.88%～4.82%,方法精密度及準(zhǔn)確度良好,可用于非靶向農(nóng)藥殘留快速篩查。

表4 13種質(zhì)控農(nóng)藥回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)(n=6)Table 4 Recovery rate and relative standard deviation of 13 kinds of quality-controlled pesticides(n=6)

續(xù)表

2.2 非靶向農(nóng)藥殘留快速篩查驗證

基于13種質(zhì)控農(nóng)藥優(yōu)化的結(jié)果可知,本方法建立的篩查方法穩(wěn)定性好、靈敏度高,可擴展到有機磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯、大環(huán)內(nèi)酯和煙堿類殺蟲劑、殺菌劑以及酰胺類和三唑類除草劑同類別的農(nóng)藥的非靶向篩查。為驗證本篩查方法的可靠性,在烏龍茶飲料樣品中添加2 μg/kg與質(zhì)控農(nóng)藥同類別的農(nóng)藥(莠去津、醚菌酯、噻蟲啉、丁硫克百威、樂果),在未知添加農(nóng)藥品種的情況下,按照1.2.1的經(jīng)前處理后供HPLC-Q-TOF/MS測定。將待篩查的所有農(nóng)藥分子式導(dǎo)入Peak View 2.0即可構(gòu)成篩查數(shù)據(jù)庫。采集的一級質(zhì)譜圖包含化合物的精確質(zhì)量數(shù)和同位素比值。使用一級譜圖對篩查出的可疑農(nóng)藥進(jìn)行同位素分布和精確質(zhì)量數(shù)進(jìn)行匹配分析。如果同位素分布得分大于90且精確質(zhì)量數(shù)誤差小于± 1×10-5,再進(jìn)行二級碎片信息進(jìn)行匹配。通過Chem Draw Ultra 14.0軟件繪制可疑農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)式,并將其導(dǎo)入Peak View 2.0軟件中,將結(jié)構(gòu)與二級碎片進(jìn)行匹配,結(jié)合相應(yīng)的檢索匹配得分值判斷目標(biāo)化合物是否檢出。以除草劑莠去津篩查為例,建立非靶向定性篩查農(nóng)藥的分析方法時,現(xiàn)將其分子式輸入篩查列表中,并定義離子化模式為[M+H]+,得到的提取離子流色譜圖見圖7(A)。其提取精確質(zhì)量數(shù)誤差小于1×10-5,可進(jìn)一步進(jìn)行同位素分布分析,見圖7(B)。由于可疑目標(biāo)峰的同位素分布與莠去津相似,可調(diào)用其二級質(zhì)譜圖,結(jié)合其結(jié)構(gòu)式進(jìn)行結(jié)構(gòu)與二級精確質(zhì)量數(shù)的匹配,結(jié)果見圖7(C)?？梢赡繕?biāo)峰的三個主要碎片都和莠去津結(jié)構(gòu)完全匹配上,三個碎片精確質(zhì)量數(shù)誤差小于0.0001 Da。綜合匹配分值為90,可判定為檢出莠去津。其它農(nóng)藥的篩查模式與上文一樣。在未知添加農(nóng)藥品種的情況下,5種添加用于驗證篩查方法的農(nóng)藥均定性檢出,篩查準(zhǔn)確率為100%。依據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)2002/657/EC,高分辨定性方法要求只需母離子和1個子離子的精確質(zhì)量數(shù)即可。因此,本試驗方法所建立茶飲料中的農(nóng)殘非靶向定性篩查技術(shù)可滿足方法學(xué)要求。

圖7 莠去津定性篩查圖示

3 結(jié)論

本實驗利用液相色譜-四極桿-飛行時間質(zhì)譜建立了茶飲料中的農(nóng)殘非靶向篩查方法。通過添加13種農(nóng)藥作為質(zhì)控化合物,優(yōu)化了分散液液微萃取方法對茶飲料樣品的前處理條件。最佳前處理組合為:N-丙基乙二胺為預(yù)凈化劑,用量為2 g;三氯甲烷為萃取劑,用量為200 μL;分散劑為甲醇。質(zhì)控化合物的回收率范圍為83.1%～96.8%,RSD范圍在0.88%～4.82%?？瞻谆|(zhì)校準(zhǔn)曲線的范圍為2～400 μg/L,決定系數(shù)R2大于0.9989,檢測限為0.002～0.092 μg/kg,定量限為0.006～0.307 μg/kg。數(shù)據(jù)通過軟件處理,比對目標(biāo)化合物母離子的精確質(zhì)量數(shù)、同位素比例等信息,結(jié)合二級碎片譜圖與結(jié)構(gòu)匹配技術(shù),無需對照標(biāo)準(zhǔn)品即可同時篩查和確認(rèn)茶飲料中的與13種質(zhì)控化合物性質(zhì)類似的多種農(nóng)藥殘留。本方法的建立可為茶飲料中未知農(nóng)殘快速篩查和質(zhì)量控制提供技術(shù)依據(jù)。