QuEChERS-超高效液相色谱-质谱联用技术测定果蔬中5种农药残留的方法优化
作者: 严娅 宋敏 袁辉 韩瑨烜
摘 要:本文基于超高效液相色谱-质谱联用技术建立了同时检测草莓和生姜中5种典型农药残留的快速检测方法。从盐析剂和净化材料两方面对QuEChERS方法进行了优化,并对液相色谱条件及质谱条件进行了优化。结果显示,所有组分在1~50 ng/mL线性良好,相关系数(R2)均大于0.99,检出限为0.000 5
~0.003 0 mg/kg,定量限为0.001 5~0.009 0 mg/kg;3个加标浓度(0.1 mg/kg、0.02 mg/kg、0.004 mg/kg)下,5种农药组分的平均回收率为82.4%~116.3%,相对标准偏差为4.3%~8.3%。本方法具有前处理简单、快速、准确、高灵敏度和高选择性等特点,适用于果蔬农药残留的快速检测。
关键词:超高效液相色谱-质谱联用技术;农药残留;方法优化
Optimization of QuEChERS-Ultra Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry for Determination of 5 Pesticide Residues in Fruits and Vegetables
YAN Ya, SONG Min, YUAN Hui, HAN Jinxuan*
(Xinjiang Uygur Autonomous Region Product Quality Supervision and Inspection Institute, Urumqi 830011, China)
Abstract: A rapid method for simultaneous determination of 5 typical pesticide residues in strawberry and ginger was developed based on ultra performance liquid chromatography-mass spectrometry. The QuEChERS method was optimized from 2 aspects of salting out agent and purifying material, and the conditions of liquid chromatography and mass spectrometry were optimized. All the components showed good linearity in the concentration range of 1 to 50 ng/mL, with correlation coefficients (R2) greater than 0.99 and limits of detection of 0.000 5 mg/kg to 0.003 0 mg/kg. Limits of quantification were 0.001 5~0.009 0 mg/kg, and the average recoveries were 82.4%~116.3% with relative standard deviations of 4.3%~8.3% at 3 spiked concentrations (0.1 mg/kg, 0.02 mg/kg, 0.004 mg/kg). This method has the advantages of simple, rapid, accurate, high sensitivity and high selectivity, and is suitable for rapid determination of pesticide residues in fruits and vegetables.
Keywords: UPLC-MS/MS; pesticide residues; method optimization
当前我国水果、蔬菜等农产品需求量与日俱增,大量大棚果蔬上市,一些农产品种植户在病虫害防治过程中违规使用农药,导致出现农药残留超标现象[1]。大剂量的农药残留会导致人体急性中毒,低剂量的农药残留会通过食物链的传递在人体内富集,长期蓄积在人体内的农药残留会导致人体慢性中毒[2]。超高效液相色谱-质谱联用技术(Ultra Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,UPLC-MS/MS)具有分析范围广、分离能力强、检测限低及分析快速等优点[3]。本研究所涉及的5种农药组分包括吡虫啉、啶虫脒、烯酰吗啉、噻虫胺及噻虫嗪,目前标准中常用的检测方法为《水果和蔬菜中450种农药及相关化学品残留量的测定 液相色谱-串联质谱法》(GB/T 20769—2008)和《食品安全国家标准 植物源性食品中331种农药及其代谢物残留量的测定 液相色谱-质谱联用法》(GB 23200.121—2021)。这些方法普遍存在前处理过程复杂、有机试剂用量大、分析时间长的缺点,随着检验工作量的逐年增加,此方法无法提高现阶段的检验工作效率[4]。因此,建立一套同时对多组分农药残留进行大批量、准确、快速检测的方法就显得尤为重要。
分散萃取法即QuEChERS方法,是一种国际流行的农药残留快速检测方法,具有方便、快速、高效等优点[5]。本研究以草莓和生姜农药残留较高的两种果蔬为样本,选取烯酰吗啉、吡虫啉、啶虫脒、噻虫胺和噻虫嗪5种典型的农药残留物作为待测组分。采用经过优化的QuEChERS方法,结合UPLC-MS/MS对样品进行检测,建立一种适合目前实验室的多组分农药残留快速检测方法[6]。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
本实验所用草莓和生姜样品源于乌鲁木齐市辖区及周边农贸市场;乙腈、甲醇(色谱纯)。5种农药残留对照品信息:烯酰吗啉(批号G128140,Dr.EhrenstorferGmbH);吡虫啉(批号G988243,Dr. EhrenstorferGmbH);啶虫脒(批号202103,农业部环境保护科研检测所);噻虫胺(批号202105,农业部环境保护科研检测所);噻虫嗪(批号D0018283,Dr. EhrenstorferGmbH)。
1.2 仪器与设备
TSQ Quantis型超高效液相色谱-三重四极杆质谱仪(美国赛默飞世尔科技公司);Hettich 380R型高速冷冻离心机;ME204E型电子天平(瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司);多管涡旋混匀仪(深圳逗点生物技术有限公司);SB-800DT型超声波清洗机(宁波新芝生物科技股份有限公司);Hypersil GOLD C18色谱柱(100 mm×2.1 μm,美国赛默飞世尔科技公司)。
1.3 实验方法
1.3.1 前处理方法
样品预先匀浆,称取匀浆好的样品10 g置入50 mL聚四氟乙烯离心管中,加入10 mL乙腈,涡旋混匀,再加入5~7 g氯化钠并振摇,超声15 min,取出后恢复至室温,5 000 r/min离心5 min,吸取约1.5 mL上清液加入含有乙二胺-N-丙基硅烷化硅胶吸附剂(Primary-secondary Amine,PSA)、碳十八吸附剂(C18)以及无水硫酸钠的净化小柱(各填料配比为50 mg∶50 mg∶150 mg),振摇涡旋混匀,静置待填料完全沉降后吸取上清液经0.22 μm针头滤器过滤后供超高效液相色谱-质谱联用仪分析。
1.3.2 液相色谱条件
色谱柱:Hypersil GOLD C18色谱柱(100 mm×2.1 μm);柱温:35 ℃;进样量:1 μL;流动相:A/B=0.1%甲酸-水/甲醇;流速:0.2 mL/min;梯度洗脱程序:0~1 min,10% B;1~3 min,90% B;3~7 min,90% B;7.0~7.2 min,10% B;7.2~10.0 min,10% B。
1.3.3 质谱条件
离子源类型:电喷雾电离源;正离子模式;多反应监测扫描;离子源电压:3 500 V;雾化器温度:350 ℃;离子传输管温度:350 ℃;5种农药组分质谱参数详见表1。
2 结果与分析
2.1 前处理方法的优化
2.1.1 盐析剂的选择
盐析剂的作用主要是去除样品中多余的水分,使农药组分在有机相中的溶解度增加,有利于提高提取效率[7]。本实验测试了3种常用盐析剂,即无水硫酸钠、氯化钠以及无水硫酸镁+乙酸钠的混合盐析剂对样品中5种农药组分提取效果的影响,结果如图1所示。由图1可知,盐析剂采用氯化钠和无水硫酸镁+乙酸钠时,提取效果大致相当,各组分平均回收率均高于90%。而采用无水硫酸钠的样品有3个组分的平均回收率低于90%,提取效果不及前两种。此外,无水硫酸镁在吸水过程中会剧烈放热,造成溶剂的挥发,影响实验结果,因此实验选择价格低、盐析效果好的氯化钠作为盐析剂。
2.1.2 净化材料的选择
近年来研究人员对QuEChERS方法的研究逐渐增加,该方法利用吸附剂与样品基质的交互作用达到净化的目的[8]。目前常用的吸附剂有PSA(除去基质中的脂肪酸、有机酸及碳水化合物)、C18(除去基质中的脂肪和非极性杂质)、GCB(Graphitized Carbon Black,可除去基质中的色素)和无水硫酸钠(除去基质中的水分)[9]。本实验考察了不同吸附剂组合对样品中5种农药组分提取效果的影响,结果如图2所示。当吸附剂中不含GCB时,样品中5种农药组分回收率最优,平均回收率可达79%~89%。但实验发现当吸附剂中含有GCB时,烯酰吗啉和啶虫脒组分的平均回收率均大幅降低。原因可能在于GCB表面的六元环结构会吸附一些平面结构的农药,因此在采用QuEChERS方法进行农药残留检测时应按照样品颜色深浅预先进行分组,浅色组避免使用GCB,深色组可在净化材料中加入一定量的甲苯,减少GCB对平面分子的吸附。
2.2 线性范围及检出限、定量限
配制5种农药组分混合标准储备液,用乙腈分别稀释至浓度为1 ng/mL、2 ng/mL、5 ng/mL、10 ng/mL、20 ng/mL和50 ng/mL的标准工作液,在选定的质谱条件下进行测试,利用工作站对标准线性方程进行拟合。结果表明,5种农药组分在1~50 ng/mL线性关系良好,相关系数均大于0.99。再以3倍基线噪声(S/N)确定各组分的检出限,10倍基线噪声(S/N)确定各组分的定量限,结果表明5种农药组分在该方法下检出限为0.000 5~0.003 0 mg/kg,定量限为0.001 5~0.009 0 mg/kg。具体结果见表2。
2.3 加标回收率与精密度
选取阴性样品进行加标回收实验,加标浓度为3个水平(0.1 mg/kg、0.02 mg/kg、0.004 mg/kg),每个加标浓度平行测定6次,计算平均回收率和精密度(RSD),结果见表3。由表3可知,加标浓度为0.1 mg/kg时,5种农药组分回收率为82.4%~100.8%;加标浓度为0.02 mg/kg时,回收率为90.6%~109.0%;加标浓度为0.004 mg/kg时,回收率为96.1%~116.3%,3个加标浓度下的相对标准偏差为4.3%~8.3%。
3 结论
本文基于超高效液相色谱-质谱联用仪优化了针对草莓和生姜中5种典型农药残留物的检测方法,结果显示,所有组分在1~50 ng/mL线性良好,相关系数R2均大于0.99,检出限为0.000 5~0.003 0 mg/kg,定量限为0.001 5~0.009 0 mg/kg,3个加标浓度(0.1 mg/kg、0.02 mg/kg、0.004 mg/kg)下5种农药组分的平均回收率为82.4%~116.3%,相对标准偏差为4.3%~8.3%。本方法具有前处理简单、快速、准确、高灵敏度、高选择性等特点,适用于果蔬农药残留的快速检测。
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