超高效液相色譜-四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯(lián)質(zhì)譜法測定菜田土壤中甲拌磷及其代謝物殘留量

韓 梅,焦 穎,邱世婷,侯 雪

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測試中心 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實(shí)驗(yàn)室(成都),成都 610066)

在給農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥時,部分農(nóng)藥會殘留并積累于土壤中,其經(jīng)植物吸收富集并被人體攝入后,將會引起健康安全風(fēng)險[1-2]。目前土壤中農(nóng)藥殘留污染的研究大多集中于有機(jī)氯類農(nóng)藥上[3],其他農(nóng)藥如有機(jī)磷類農(nóng)藥也會殘留在土壤中[4],特別是其中的甲拌磷,在國內(nèi)土壤中可被普遍檢出[4]。甲拌磷是一種內(nèi)吸性殺蟲劑,主要應(yīng)用于土壤、種子,其在土壤或植物中可以母體形式存在,還可以甲拌磷亞砜、甲拌磷砜、氧甲拌磷、氧甲拌磷亞砜、氧甲拌磷砜等代謝物形式存在[5],且代謝物的毒性更強(qiáng),性質(zhì)更穩(wěn)定。2002年農(nóng)業(yè)部第199號公告規(guī)定,嚴(yán)禁在蔬菜等作物上使用甲拌磷農(nóng)藥。但是,在對蔬菜產(chǎn)品進(jìn)行日常例行檢查時,仍發(fā)現(xiàn)有甲拌磷及其代謝物檢出量超標(biāo)的現(xiàn)象,可能有兩方面污染來源:①栽培的土壤已被甲拌磷或其代謝物污染;②農(nóng)藥中存在甲拌磷的隱形添加[6]。由于針對第一種情況的研究較少,有必要開展這方面的篩查工作。

甲拌磷測定的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB 23200.113－2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物源性食品中208種農(nóng)藥及其代謝物殘留量的測定 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法》和GB/T 20769－2008《水果和蔬菜中450種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法》,這兩種方法測定的是食品或農(nóng)作物中的甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜含量,不包含對土壤中甲拌磷及其5種代謝物的研究[7-8]。在相關(guān)文獻(xiàn)報道方面,測定方法有氣相色譜法[9]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[10-12]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[12-17]、氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法[18]、超高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜法[19]和熒光分光光度法[20]等,研究對象主要為土壤中甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜,缺乏氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜方面的研究。

本工作先以酸化乙腈為提取劑進(jìn)行提取,再以氯化鈉鹽析后用分散固相萃取法(d-SPE)凈化,然后以超高效液相色譜-四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯(lián)質(zhì)譜法測定,建立了土壤中甲拌磷及其5種代謝物(甲拌磷砜、甲拌磷亞砜、氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜)殘留量的測定方法,以期為甲拌磷及其5種代謝物污染來源的追溯和開展、農(nóng)田綠色防控研究提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Thermo Q Exactive Focus型四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯(lián)質(zhì)譜儀;Dionex Ulti Mate 3000 型超高效液相色譜儀;數(shù)據(jù)處理軟件Trace Finder;IKA Vortex 3型渦旋混合儀;TGL-16LM 型高速離心機(jī)。

甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:1 000 mg·L－1。

氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:1 000 mg·L－1,取適量氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜標(biāo)準(zhǔn)品,用甲醇分別稀釋配制成對應(yīng)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:10 mg·L－1,取適量6種農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,用甲醇稀釋配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,于－18 ℃儲存。

氧甲拌磷、氧甲拌磷砜、氧甲拌磷亞砜標(biāo)準(zhǔn)品的純度均大于95%;乙腈、甲醇、甲酸、乙酸、甲酸銨、乙酸銨均為色譜級;乙二胺-N-丙基硅烷(PSA);氯化鈉為分析純;試驗(yàn)用水為純凈水。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 CAPCELL CORE AQ 型色譜柱(150 mm×2.1 mm,2.7μm);柱溫30 ℃;流動相A 為含5 mmol·L－1甲酸銨的0.1%(體積分?jǐn)?shù),下同)甲酸溶液,B為含0.1%甲酸和5 mmol·L－1甲酸銨的甲醇溶液。梯度洗脫程序:0～4.0 min時,A由100%降至80%;4.0～5.5 min時,A 由80%降至60%;5.5～10.5 min 時,A 由60%降 至0,保 持2.4 min;12.9～13.0 min時,A 由0跳轉(zhuǎn)至100%,保持2.0 min。流量0.40 mL·min－1;進(jìn)樣體積10μL。

2)質(zhì)譜條件 加熱電噴霧離子源(HESI),正離子模式;定量掃描模式為平行反應(yīng)監(jiān)測(PRM)模式[21];掃描范圍質(zhì)荷比(m/z)100～500;分辨率70 000;噴霧電壓3.5 kV;加熱器溫度350 ℃,毛細(xì)管溫度350 ℃;鞘氣壓力3.5 MPa,輔助氣壓力1.0 MPa;隔離窗口m/z1.0;碰撞能量分別為40,60,80 eV;自動增益控制目標(biāo)(AGC target)為2×105;最大駐留時間100 ms,動態(tài)排除時間5 s。其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 6種農(nóng)藥質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters of 6 pesticides

1.3 試驗(yàn)方法

隨機(jī)采集邛崍市、彭州市、米易縣等川西、川南地區(qū)蔬菜基地的土壤樣品,經(jīng)自然涼干后粉粹,過孔徑為0.250 mm 篩網(wǎng)(60目)。取處理好的樣品5 g(精確至0.01 g)置于50 mL離心管中,加入10 mL水,渦旋1 min 后靜置30 min。加入1%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙酸的乙腈溶液10 mL,混勻后渦旋提取30 min。加入2～3 g 氯化鈉,渦旋混勻后以8 000 r·min－1轉(zhuǎn)速離心3 min;取上清液5.0 mL,加入750 mg硫酸鎂、150 mg PSA,渦旋1 min,以8 000 r·min－1轉(zhuǎn)速離心5 min,過0.22μm 有機(jī)濾膜,按照儀器工作條件測定濾液中目標(biāo)物的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

2.1.1 色譜條件

液相色譜法測定農(nóng)藥殘留時常用含無機(jī)酸的甲醇溶液和無機(jī)鹽溶液的混合溶液作為流動相,經(jīng)過多次試驗(yàn),選擇的流動相見1.2 節(jié),在此條件下,6種農(nóng)藥均能得到有效分離,且色譜峰峰形良好。

2.1.2 質(zhì)譜條件

高分辨質(zhì)譜質(zhì)量精度良好,提取離子窗口m/z的實(shí)際值與理論值的最大偏差為0.001 2,每種組分的保留時間偏差在0.05 min內(nèi),可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的精確分析。試驗(yàn)先通過全掃描方式篩選目標(biāo)物母離子,母離子在碰撞池內(nèi)裂解后用Orbitrap掃描并采集碎片離子的數(shù)據(jù)(保留時間、二級碎片等),最后利用Trace Finder軟件建立甲拌磷及其代謝物的二級數(shù)據(jù)庫,通過PRM 模式從中選擇高分辨二級子離子進(jìn)行定性、定量分析。6種農(nóng)藥的保留時間、母離子m/z、子離子m/z見表1。

按照優(yōu)化的儀器工作條件測定混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,6種農(nóng)藥的提取離子色譜圖見圖1。

圖1 6種農(nóng)藥的提取離子色譜圖Fig.1 Extracted ion chromatograms of 6 pesticides

2.2 前處理?xiàng)l件的選擇

甲拌磷在20 ℃時的飽和蒸氣壓為0.112 Pa[3],飽和蒸氣壓較低,因此試驗(yàn)采用乙腈溶液提取目標(biāo)物、PSA 凈化雜質(zhì)、離心過濾后直接上機(jī)的方法對樣品進(jìn)行前處理,避免了因過柱、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)及氮吹濃縮等步驟帶來的樣品損失。

在進(jìn)行前處理?xiàng)l件優(yōu)化時,首先考察了提取溶劑分別為乙腈、含0.1%～2%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙酸的乙腈溶液、體積比為1∶1的甲醇-水時對加標(biāo)(加標(biāo)量200μg·kg－1)樣品中6種農(nóng)藥回收率的影響。結(jié)果顯示,以體積比為1∶1的甲醇-水為提取溶劑時,6種農(nóng)藥的回收率為20.0%～96.0%,提取效果不佳,其他2種溶劑的提取效果見圖2。

由圖2可知:含乙酸的乙腈溶液的提取效果優(yōu)于乙腈,其中含1%乙酸的乙腈溶液的提取效果較高,因此試驗(yàn)選擇提取溶劑為含1%乙酸的乙腈溶液。

圖2 提取溶劑對6種農(nóng)藥回收率的影響Fig.2 Effect of extraction solvent on recovery of 6 pesticides

土壤主要由礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和微生物組成,因此可選擇吸附劑PSA 對其進(jìn)行凈化。試驗(yàn)考察了吸附劑PSA 的用量分別為50,100,150,200,300 mg時對加標(biāo)(加標(biāo)量200μg·kg－1)樣品中6種農(nóng)藥回收率的影響。結(jié)果顯示:當(dāng)PSA 的用量大于150 mg時,回收率隨吸附劑用量的增加而下降,因此試驗(yàn)選擇PSA 用量為150 mg。

2.3 基質(zhì)效應(yīng)

分別用空白樣品溶液和含1%乙酸的乙腈溶液配制的1.0,5.0,10,50,100,200,500,1 000μg·L－1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,以各標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率比值與1的差值作為基質(zhì)效應(yīng)值,以考察基質(zhì)效應(yīng)[22],結(jié)果見表2。

表2 6種農(nóng)藥基質(zhì)效應(yīng)Tab.2 Matrix effect of 6 pesticides

由表2可知:土壤基質(zhì)對6種農(nóng)藥存在較強(qiáng)的基質(zhì)抑制效應(yīng),為了降低基質(zhì)的影響,試驗(yàn)采用基質(zhì)匹配的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.4 工作曲線和測定下限

以空白樣品溶液配制6種農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,以各農(nóng)藥的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制工作曲線,6種農(nóng)藥的線性參數(shù)見表3。以10倍信噪比(S/N)計(jì)算測定下限,結(jié)果見表3。

表3 6種農(nóng)藥的線性參數(shù)和測定下限Tab.3 Linearity parameters and lower limits of determination of 6 pesticides

2.5 精密度和回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對實(shí)際樣品進(jìn)行3個濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個濃度水平平行測定5次,計(jì)算回收率和測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表4。

表4 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝5)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝5)

由表4 可知:各農(nóng)藥的回收率為90.2%～109%,RSD 為0.33%～10%,說明本方法的準(zhǔn)確度和精密度均較好。

2.6 樣品分析

按照試驗(yàn)方法分析39個菜田土壤樣品,僅在來自于彭州市的兩個樣品中檢出了甲拌磷及其代謝物,結(jié)果見表5。

由表5可知:在陽性樣品中均未檢出甲拌磷,但檢出了甲拌磷的代謝物,說明土壤樣品仍存在被甲拌磷農(nóng)藥污染的風(fēng)險;其中甲拌磷砜的檢出量較高,表明甲拌磷砜是甲拌磷的主要代謝產(chǎn)物。

表5 樣品分析結(jié)果Tab.5 Analytical results of samples μg·kg－1

本工作建立了超高效液相色譜-四極桿-靜電場軌道阱高分辨串聯(lián)質(zhì)譜法測定土壤中甲拌磷及其5種代謝物殘留量的方法,該方法簡便、快速、準(zhǔn)確、靈敏度高,可用于土壤中甲拌磷及其代謝產(chǎn)物的快速篩查及精確定量檢測,并對土壤中殘留的甲拌磷代謝產(chǎn)物如何遷移到部分蔬菜導(dǎo)致超標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生的風(fēng)險研究提供技術(shù)支撐。