QuEChERS-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定玉米粉中41 種農(nóng)藥殘留

李同賓, 李 紅, 孫豐收,2, 楊 松, 李北興*,, 慕 衛(wèi)*,

(1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護學(xué)院農(nóng)藥毒理與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，山東 泰安 271018；2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)藥環(huán)境毒理研究中心，山東 泰安 271018)

隨著農(nóng)藥的大量和不合理使用，食品中的農(nóng)藥殘留對人類健康所造成的不利影響日益顯露[1-2]。近年來，我國玉米田中的病蟲害呈加重趨勢，化學(xué)防治依然是最重要的防治措施[3]，玉米及加工產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留風(fēng)險不可忽視。針對玉米及加工產(chǎn)品，建立快速、可靠的農(nóng)藥多殘留檢測技術(shù)，對于保障人畜安全顯得尤為重要。

目前，玉米中農(nóng)藥殘留的檢測手段主要有氣相色譜法 (GC)[4]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法 (GC-MS/MS)[5-6]以及液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法 (LC-MS/MS)[7]等。超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜 (UPLC-MS/MS) 具有準確、靈敏、快速等特點，適用于基質(zhì)復(fù)雜、干擾嚴重的痕量化合物的分析，同時在碰撞誘導(dǎo)解離模式下，可以得到化合物碎片離子的分子質(zhì)量，確證化合物的結(jié)構(gòu)和裂解規(guī)律，定性準確度高[8]。針對谷物類等含油量較高的樣品基質(zhì)在農(nóng)藥多殘留分析中農(nóng)藥難以提取和凈化等問題，國內(nèi)外專家對此進行了大量研究。Dicke 等[9]建立了谷物中擬除蟲菊酯類殺蟲劑殘留分析方法。He等[10]提出了一種基于改進的QuEChERS 結(jié)合GCMS/MS 的快速多殘留分析方法，可同時測定玉米等谷物中的多種農(nóng)藥。Mastovska 等[11]建立了將樣品處理與自動進樣技術(shù)相結(jié)合用于檢測玉米等谷物基質(zhì)中的農(nóng)藥殘留分析方法，提高了進樣量。我國也頒布了GB/T 20770—2008 用于測定糧谷中486 種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量，但是該方法前處理較為繁瑣[12]，對于特定產(chǎn)品的農(nóng)藥多殘留檢測(如玉米粉) 亟需更為簡便的檢測方法。

當(dāng)前，農(nóng)藥殘留樣品檢測的前處理技術(shù)主要包括傳統(tǒng)的液液萃取 (LLE)、固相萃取 (SPE)、基質(zhì)固相分散 (MSPD)、固相微萃取 (SPME)、凝膠色譜 (GPC) 和 QuEChERS[13-14]。其中 SPE 因提取效果較好，回收率高而常被用于一些農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)殘檢測的前處理，但其存在前處理過程操作復(fù)雜耗時、有機溶劑用量較大等不足[15]。雖然采用分散固相萃取 (dSPE) 凈化法，在乙腈提取液中直接加入PSA 吸附劑粉末進行凈化，具有操作簡單、快速、試劑用量小等優(yōu)勢，但對于一些復(fù)雜基質(zhì)凈化效果不理想，有的農(nóng)藥有效成分檢出限難以滿足要求[16-17]。自 2003 年 Anastassiades 提出QuEChERS 樣品前處理方法，傳統(tǒng)分析方法中樣品前處理耗費時間長、所用溶劑毒性大等問題得以解決[18]。為了減少復(fù)雜基質(zhì)中基質(zhì)效應(yīng)的影響，獲得更加準確可靠的殘留數(shù)據(jù)，降低檢測方法使用的局限性，對QuEChERS 樣品前處理方法進行優(yōu)化是一條重要的解決途徑。目前QuEChERS方法中分散固相萃取材料的種類很少，最常用的有乙二胺-N-丙基硅烷 (PSA)、C18、石墨化碳黑(GCB) 3 種，但其對復(fù)雜基質(zhì)的凈化效果仍不夠理想[19]。納米氧化鋯作為一種發(fā)展較快的無機功能材料，具有粒徑小、比表面積大、酸堿穩(wěn)定性好、不會對分析物質(zhì)造成影響等特點，并且具有較強的去除親脂性基質(zhì)的能力。研究表明，加入氧化鋯等新型材料配合傳統(tǒng)凈化材料使用可以提高對復(fù)雜基質(zhì)的凈化能力[20-22]。鑒于此，本研究采用混合型分散固相萃取凈化，除使用PSA 外，選擇加入納米氧化鋯以改善凈化效果，并結(jié)合UPLCMS/MS，以41 種玉米田病蟲草害防治常用農(nóng)藥為目標(biāo)化合物，建立了同時快速檢測玉米粉中41 種農(nóng)藥多殘留的分析方法。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

ACQUITY UPLC-H-Class Xevo-TQS (Masslynx4.1系統(tǒng)) 配電噴霧離子源 (ESI) (美國 Waters 公司)；T10 高速均質(zhì)儀 (德國 IKA 公司) 等。

41 種農(nóng)藥標(biāo)準品 (純度均在98%以上，中國標(biāo)準物質(zhì)中心)；PSA (40～60 μm，天津博納艾杰爾科技有限公司)；甲醇和乙腈 (色譜純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；氧化鋯 (5～20 nm，先鋒納囊有限公司)；氯化鈉 (分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)；無水硫酸鎂 (分析純，上海阿拉丁生化分析純股份有限公司)；試驗用水為高溫蒸餾水；玉米粉 (市售)。

1.2 檢測條件

色譜條件：ACQUITY UPLCTMBEH C18色譜柱 (100 mm × 2.1 mm，1.7 μm)；柱溫 35 ℃；流速 0.3 mL/min；進樣量 2.0 μL。

質(zhì)譜條件：電噴霧正離子源模式 (ESI+)；多重反應(yīng)監(jiān)測模式 (MRM) 掃描；毛細管電壓為3.0 kV；脫溶劑氣溫度為 400 ℃，流速800 L/h。

1.3 樣品前處理方法

準確稱取 10.0 g 玉米粉樣品于 50.0 mL 具塞離心管中，加入 20.0 mL 乙腈、5.0 g 氯化鈉和 2.0 g無水硫酸鎂，渦旋振蕩提取 3 min，于4 000 r/min下離心 2 min；取上清液 1.5 mL 轉(zhuǎn)入 2 mL QuEChERS離心管中 (含 50.0 mg PSA、5 mg 氧化鋯和150 mg無水MgSO4)，渦旋振蕩 3 min，于12 000 r/min下離心 2 min；取上清液過 0.22 μm 有機濾膜，待UPLC-MS/MS 分析。

1.4 標(biāo)準溶液配制及標(biāo)準曲線繪制

分別準確稱取一定量的41 種農(nóng)藥標(biāo)準品，用甲醇溶解配成100 mg/L的農(nóng)藥混合標(biāo)準儲備液，于?20 ℃保存，備用。

準確稱取10.0 g 玉米粉空白基質(zhì)樣品，按1.3 節(jié)方法進行前處理，獲得基質(zhì)空白提取液。用基質(zhì)空白提取液稀釋41 種農(nóng)藥混合標(biāo)準儲備液，配成 0.5、1、5、10、50 和 100 μg/L的系列基質(zhì)匹配標(biāo)準工作溶液。按1.2 節(jié)的條件測定，分別以41 種農(nóng)藥的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、相應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準曲線。

1.5 添加回收試驗

向空白玉米粉樣品中分別添加 0.01、0.1 和1 mg/kg 3 個水平的4 種農(nóng)藥標(biāo)準溶液，每個水平重復(fù) 5 次，按 1.3 節(jié)進行樣品前處理，按 1.2 節(jié)的條件測定，計算添加回收率和相對標(biāo)準偏差 (RSD)。

1.6 基質(zhì)效應(yīng)

基質(zhì)效應(yīng) (Me) 指除目標(biāo)化合物以外其他物質(zhì)對目標(biāo)物響應(yīng)值的影響，按公式 (1) 計算Me[23]。

式中：ksolvent為純?nèi)軇?biāo)準曲線的斜率，kmatrix為基質(zhì)匹配標(biāo)準曲線的斜率。若|Me|的值小于10%，表明無明顯基質(zhì)效應(yīng)；若|Me|的值大于10%，則說明具有明顯的基質(zhì)增強或減弱效應(yīng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 凈化條件選擇

采用QuEChERS 前處理方法，即采用單一溶劑乙腈提取玉米粉中的多殘留農(nóng)藥，隨后添加無水硫酸鎂等鹽類除水，利用PSA 的弱陰離子交換、相似相溶和螯合作用有效去除玉米粉中的糖類、脂肪酸、金屬離子和色素等雜質(zhì)[21]。但考慮到玉米粉中非不飽和脂肪酸如亞油酸含量較高，為了提高凈化效果，在離心管中加入了氧化鋯，利用氧化鋯表面的路易斯酸位點吸附脂肪酸等物質(zhì)[22]。鑒于玉米粉中色素較少，本研究未添加 GCB等凈化材料。

2.2 色譜條件優(yōu)化

為了提高分離效率，縮短檢測時間，采用梯度洗脫，梯度洗脫程序見表1。流動相中加入0.1%甲酸以增加色譜柱的保留能力，提高分離能力，加入2 mmol/L 乙酸銨以改善峰形，提高靈敏度。以低比例有機相開始進行梯度洗脫，41 種農(nóng)藥保留時間均在6 min 以內(nèi)，7～8.5 min 保持高比例有機相以洗脫色譜柱中的雜質(zhì)，9.5 min 恢復(fù)至初始低比例有機相，平衡0.5 min 使液相條件恢復(fù)初始狀態(tài)。本研究檢測時長明顯低于GB/T 20770—2008 用于測定糧谷中486 種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的方法 (檢測時長40 min)[12]。

表1 梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution program

2.3 質(zhì)譜條件優(yōu)化

在電噴霧正離子監(jiān)測模式下，以1 mg/L 的農(nóng)藥混合標(biāo)準溶液進行方法開發(fā)，獲得每種農(nóng)藥最優(yōu)的錐孔電壓、碰撞電壓等檢測條件，每種農(nóng)藥選取兩組豐度最高的離子對作為定量離子和定性離子，以信噪比高的作為定量離子，離子采集參數(shù)見表2。玉米粉中MRM 模式下41 種農(nóng)藥(0.1 mg/kg) 的選擇離子色譜圖見圖1。

2.4 基質(zhì)效應(yīng)、標(biāo)準曲線及定量限

由表3 可知，41 種農(nóng)藥中的大部分|Me|值大于10%，表明樣品基質(zhì)對大多數(shù)農(nóng)藥存在明顯的基質(zhì)減弱效應(yīng)，為了最大程度減少基質(zhì)效應(yīng)干擾，采用基質(zhì)匹配標(biāo)準曲線進行定量。以峰面積(y) 對農(nóng)藥質(zhì)量濃度 (x) 作回歸分析，在0.5～100 μg/L范圍內(nèi)，41 種農(nóng)藥的質(zhì)量濃度與對應(yīng)的峰面積間均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系 (表3)。以信噪比10 計算得 41 種農(nóng)藥的定量限 (LOQ)為 0.48～0.85 μg/kg。

表2 41 種農(nóng)藥在UPLC-MS/MS 多反應(yīng)監(jiān)測模式下的檢測條件Table 2 Multiple reaction monitoring conditions for the determination of 41 pesticides using UPLC-MS/MS

2.5 方法的準確度與精密度

結(jié)果 (表 4) 表明：在 1、0.1、0.01 mg/kg 3 個添加水平下，41 種農(nóng)藥的平均回收率在74%～110%之間，RSD 在為1.5%～12% (n=5)之間。

表3 41 種農(nóng)藥的線性回歸方程、決定系數(shù)、基質(zhì)效應(yīng)和定量限Table 3 Linear regression equations, determination coefficients, matrix effects and LOQs of 41 pesticides

續(xù)表 3Table 3 (Continued)

表4 41 種農(nóng)藥在玉米粉中的添加回收率和相對標(biāo)準偏差 (n = 5)Table 4 Recoveries and RSDs of 41 pesticides in maize meal (n = 5)

3 結(jié)論

本研究中樣品經(jīng)QuEChERS 方法進行前處理，采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù) (UPLCMS/MS) 進行測定，建立了玉米粉中41 種農(nóng)藥殘留量的測定方法。該方法具有良好的靈敏度、準確度和精密度，可滿足農(nóng)藥多殘留分析的要求，并可用于大量樣品的快速檢測。