QuEChERS-气相色谱串联质谱法同时测定番茄中46种农药残留
时间：2023-04-11 09:00:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
薛新花，李婷婷，刘 盼，周 丽, ，任兴权，王 蓉
（1.酒泉职业技术学院，甘肃酒泉 735000；
2.酒泉市食品检验检测中心，甘肃酒泉 735000）
番茄（SolanumlycopersicumL.）属茄科茄属，富含番茄红素、维生素、酚类物质、有机酸等多种营养成分，由于其独特的口感和丰富的营养，深受广大消费者的喜爱[1]。同时番茄属于蔬果兼用型蔬菜，是酒泉戈壁日光温室中主要栽培种植的蔬菜种类[2]。由于日光温室是封闭的，其高温、高湿、无雨的种植环境，在满足蔬菜生产周期的同时也为害虫提供了适宜的生态环境，为了保证蔬菜质量，农药被使用到蔬菜生产过程中。但在施用农药用来防治病虫害的过程中，生产者常常盲目或过量使用农药，造成番茄时有农药残留超标问题出现，从而影响番茄质量安全[3]。因此，建立番茄中快速、高效、准确的农药多残留的检测方法对控制番茄农药残留，促进戈壁设施产业健康发展具有重要意义。
农药残留检测过程中，从样品中提取目标物是关键过程，目前最常见的前处理方法有加速溶剂萃取法[4]、固相萃取法[5-6]、分散液相萃取法[7]等，这些方法都需要特定的设备，不能最大化使用到检测过程中。而QuEChERS法是近年来备受欢迎的样品前处理方法，具有快速（quick）、简单（easy）、廉价（cheap）、高效（effective）、可靠（rugged）、安全（safe）等特点，广泛应用于蔬菜[8]、水果[9-10]、谷物[11]等基质样品中多残留农药的快速前处理技术。对于番茄中农药残留的检测方法主要有气相色谱法[12]、液相色谱法[13]、气相色谱质谱法[14-15]、液相色谱质谱法[16]，对于大多数检验检测机构，在合规运营的前提下，多采用快速简便的前处理方法和高灵敏度、高准确度、高通量的检测技术。赵丽敏等[17]利用优化的QuEChERS法结合气相色谱串联质谱法分析了番茄和油菜中的50种农药残留。Yang等[18]等用改进的QuEChERS方法结合气相色谱-串联质谱法测定蔬菜中118种农药残留量。
本研究采用QuEChERS方法处理样品，根据46种农药的回收率高低对提取溶剂和净化条件进行选择和优化，同时采用气相色谱质谱联用仪分析样品，建立了同时测定番茄中46种农药残留的QuEChERS-GC-MS快速分析方法。考察了所建立方法的灵敏度、精密度以及基质适用性等。该方法高效、快速、灵敏、准确，能满足番茄中农药残留的检测要求，可为番茄的质量控制提供技术支持。
1.1 材料与仪器
番茄样品 按照NY/T 789-2014《农药残留分析样本的采样方法》[19]，采自酒泉市戈壁农业产业园，采集当天运回实验室，并将样品破碎、打成浆后置于-18 ℃冰箱中备用；
甲胺磷、敌敌畏、乙酰甲胺磷、氧乐果、灭线磷、甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜、乐果、唑螨酯、五氯硝基苯、嘧霉胺、二嗪磷、氯唑磷、氟虫脲、抗蚜威、甲基对硫磷、莠灭净、氟甲腈、氟虫腈、氟虫腈砜、氟虫腈亚砜、杀螟硫磷、毒死蜱、噻虫嗪、嘧菌环胺、戊菌唑、腐霉利、粉唑醇、己唑醇、抑霉唑、咯菌腈、腈菌唑、三唑磷、氟环唑、肟菌酯、亚胺硫磷、联苯肼酯、乙螨唑、伏杀硫磷、氯苯嘧啶醇、哒螨灵、腈苯唑、啶酰菌胺、氟氰戊菊酯、嘧菌酯标准品 浓度均为100 μg/mL（46），农业部环境保护科研监测所；
乙腈、甲醇、正己烷 色谱纯，德国Merck公司；
丙酮 色谱纯，南京化学试剂股份有限公司；
氯化钠、无水硫酸镁 分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；
柠檬酸钠、柠檬酸氢二钠 分析纯，天津光复化学试剂公司；
乙二胺-N-丙基硅烷（PSA）40～60 μm Biosun公司；
石墨化碳黑（GCB）40～60 μm 日照科谱诺新材料有限公司；
C1840～60 μm Agilent公司。
TRACE1310+TSQ8000Evo三重串联四极杆气相色谱串联质谱连用仪 赛默飞世尔科技（中国）有限公司；
PL602E/02型便携式天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；
Vortex-Genie2涡旋混合器美国Scientific Industries公司；
Quintix2102-1CN高速冷冻离心机 长沙英泰仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 样品前处理 参考GB 23200.113-2018的标准方法[20]，将制备好的样品在室温下解冻，准确称取10 g番茄样品于50 mL离心管中，用移液管精密加入10.0 mL乙腈，2000 r·min-1下涡旋振荡10 min，再加入2 g氯化钠、4 g硫酸镁、1 g柠檬酸钠和0.5 g柠檬酸氢二钠后剧烈振荡2 min，再以8000 r/min的转速离心5 min。准确吸取上清液3 mL加入到净化管中，2000 r·min-1下涡旋振荡萃取3 min，再以8000 r·min-1离心5 min，精密移取上清液1 mL，用氮气缓慢吹至近干后用乙酸乙酯复溶，经0.22 μm有机滤膜过滤后用于GC-MS/MS测定。同法处理空白试样，制得空白基质溶液。
1.2.2 标准系列配制 分别吸取各农药标准溶液（100 μg/mL）0.10 mL于10 mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容至刻度，得到1 μg/mL的混合标准中间溶液，于-18 ℃冰箱中密封、避光保存。准确吸取混合标准中间溶液，用乙酸乙酯配制成浓度分别为0.005、0.010、0.050、0.100、0.500 μg/mL的农药混合标准系列。吸取6份按照1.2.1制备的空白基质溶液1 mL，用氮气缓缓吹干，再向其中分别加入1 mL农药混合标准系列溶液复溶，配制成基质混合标准系列。以46种农药的基质标准系列的质量浓度为横坐标，各农药的定量离子对的峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。
1.2.3 色谱条件 色谱柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；
程序升温：40 ℃保持1 min，以40 ℃/min升温至120 ℃，以5 ℃/min升温至240 ℃，再以12 ℃/min升温至300 ℃，保持10 min；
载气：高纯氦气（纯度为99.999%）；
流速1.0 mL/min；
进样口温度300 ℃；
不分流进样，进样量1 μL；
碰撞气：高纯氩气（纯度为99.999%）。
1.2.4 质谱条件 电离方式：电子轰击离子源，70 eV；
离子源温度：280 ℃；
传输线温度：280 ℃；
扫描方式：多反应监测（SRM）；
溶剂延迟5.0 min。
1.3 数据处理
采用TraceFinder软件处理数据，用TraceFinder和Microsoft Excel 2010软件分析数据并作图。
2.1 仪器条件优化
采用全扫描模式对各农药的标准品分别进行扫描，确定46种农药的保留时间，并在质谱图中选择丰度高且质荷比大的特征离子为母离子，母离子通过适宜碰撞能量的碰撞池产生子离子，从中选取1～2个灵敏度高、强度大的子离子，与母离子组成定量离子对和定性离子对。表1为46种农药组分优化的保留时间、定量离子对、定性离子对和碰撞能量。图1为46种农药的总离子流图。
表1 46种农药的保留时间和质谱条件Table 1 Retention time and mass spectrometric parameters of 46 kinds of pesticides
图1 番茄基质中46种农药混合标准溶液的总离子流图Fig.1 TIC of 46 pesticide mixed standard solutionsin tomato matrix
2.2 前处理条件优化
2.2.1 提取溶剂的选择 根据所检测的农药极性、检测样品的性质，选择所需要的提取溶剂。本文参照李莎等[21]的研究结果，选择正己烷、丙酮、乙酸乙酯、乙腈作为提取溶剂，以加入1 mg/kg农药混标的番茄样品为研究对象，考察不同溶剂对番茄中农药残留的提取效果，结果如图2所示。46种农药在正己烷、丙酮、乙酸乙酯、乙腈中的平均回收率分别为82.97%、85.39%、70.58%和97.33%。乙酸乙酯作为提取溶剂，部分农药回收率较低；
正己烷由于其自身极性较弱，对于部分有机磷等极性较大的农药提取率较低；
丙酮虽然极性较大，但是作为提取剂，容易将样品中色素等杂质溶解出来，加大后续净化难度，同时丙酮作为易制毒试剂，其挥发性和毒性较大，不利于环境保护和操作人员身体健康；
乙腈作为提取溶剂，对农药溶解度大且通用性强，其回收率高，提取效果最好，同时乙腈对样品中的色素和油脂等非极性组分的提取率低，样品基质干扰小[22]，所以本文选择乙腈作为提取溶剂。
图2 不同提取溶剂对46种农药提取效果的影响Fig.2 Effects of different extraction solvents on the extraction efficiency of 46 kinds of pesticide compounds
续表1
2.2.2 净化剂的选择 PSA、GCB、C18、无水MgSO4是QuEChERS方法主要使用的净化试剂[23]，其中PSA、GCB和C18主要用于除去样品中的有机酸、色素、糖类等大分子干扰物质，但是GCB表面具有特殊的六元环，会吸附结构对称的极性组分农药[24]，无水MgSO4主要用于除去样品中的水分，但是无水MgSO4吸水后会大量放热，使样品温度升高，从而使热不稳定的农药分解，导致其回收率会降低。因此，本文参照杨志敏等[25]的研究结果，设计3种不同填料和配比的QuEChERS净化管（A：PSA 150 mg、GCB 15 mg、MgSO4885 mg，B：PSA 150 mg、GCB 45 mg、MgSO4855 mg，C：PSA 150 mg、C18150 mg、MgSO4900 mg），以45种农药的回收率考察净化管的净化效率，结果见图3。方案B中45种农药的回收率范围在29.4%～85.4%之间，且回收率在80%以上的只有氟甲腈、乙酰甲胺磷、氧乐果、甲拌磷砜、甲胺磷，其他农药化合物的回收率均较低，无法满足试验要求。方案A和C的回收率均在60%～100%之间，但是方案A的平均回收率只有73.7%，而方案C的平均回收率达到了83.2%，能够满足试验要求，因此，本试验以方案C的填料和配比进行样品净化。
图3 不同净化方案对46种农药净化效果的影响Fig.3 Effects of different purification conditions on the extraction efficiency of 46 kinds of pesticide compounds
2.3 基质效应
本文使用按照1.2.1制备的番茄空白基质溶液和乙酸乙酯溶液分别配制成浓度为0.005、0.05、0.5 μg/mL的基质标液和溶剂标液，用ME来表示基质效应，计算公式为ME=A/B，其中A为基质标液的响应值、B为溶剂标液的响应值。当ME＜1时，表示基质对分析物的响应有减小的影响；
当ME=1时，表示不存在基质效应，可以用溶剂标准曲线对样品进行定量；
当ME＞1时，基质对分析物的响应有增大的影响[26-27]。46种农药的基质效应见表2。其中敌敌畏、噻虫嗪、腈苯唑基质效应为0.74、0.87、0.95，均小于1，说明基质的加入会使这三种农药的响应值减小，其他43种农药均表现为基质效应增强，为了补偿基质效应，本文采用机制匹配校准法来消除基质的干扰[28]。
表2 番茄中46种农药的线性方程、决定系数、基质效应、检出限、定量限、回收率和相对标准偏差Table 2 Linear equations, determination coefficients, matrixeffects (ME), limit of detection (LOD), limit of quatification (LOQ),recoveries and standard deviations of 46 pesticide residues in tomato
2.4 线性方程、决定系数、检出限
采用优化后的提取和净化方法，对空白番茄样品进行提取，利用空白番茄样品的提取液配制基质标准系列，得到46种农药的标准曲线，如表2所示。46种农药在0.005～0.500 μg/mL的浓度范围内线性关系良好，R2值均大于0.999。以仪器3倍的信噪比表示方法的检出限，46种农药的方法检出限在0.07～2.63 μg/kg，以仪器10倍的信噪比表示方法的定量限，46种农药的方法定量限为0.21～8.39 μg/kg，均低于GB 23200.113-2018标准规定的0.01 mg/kg[20]，能够满足国家标准对农药残留检测的定量限要求。
2.5 方法的回收率和精密度
在番茄样品中分别加入0.0025、0.025、0.25 mg/kg三个水平浓度的46种农药标液，涡旋混匀2 min，静置2 h，按照1.2.1的步骤对样品进行提取和净化，每个添加浓度做5次平行试验，得到各农药组分三个添加水平的回收率和精密度，结果见表2。46种农药残留的加标回收率在70.40%～115.08%范围内，相对标准偏差在0.22%～4.89%范围内。番茄样品检测结果的精密度和准确度均能达到GB/T 27404-2008标准中农药残留检测的要求[29]。
2.6 实际样品测定
利用优化好的QuEChERS前处理方法和GCMS/MS条件，对50批酒泉市戈壁设施产番茄样品中的农药残留量进行检测，发现9批样品中检出农药残留。其中9批样品中均检出毒死蜱，含量分别为0.0144、0.0127、0.0075、0.0125、0.0117、0.0088、0.0057、0.0051、0.0043 mg/kg，其中3批样品同时检出嘧菌酯，含量分别为0.0365、0.0278、0.0112 mg/kg，但是检出的残留农药均未超出GB 2763-2021[30]标准规定的限量值（毒死蜱为0.02 mg/kg、嘧菌酯为3 mg/kg）。
本文采用乙腈提取，PSA、C18、无水MgSO4净化，HP-5MS色谱柱分离，采用多反映监测（MRM）模式检测，机制匹配外标法定量，建立了同时测定番茄中46种农药残留的分析检测方法。结果表明，46种农药组分在0.005～0.500 μg/mL的浓度范围内线性关系良好，决定系数均大于0.999，方法检出限和定量限分别在0.07～2.63 μg/kg和0.21～8.39 μg/kg之间，添加低、中、高三个浓度水平的平均回收率在70.40%～115.08%范围内，相对标准偏差为0.22%～4.89%。本文的方法快速、简单、环保、灵敏度高，能够满足番茄中多农药残留的检测，可为戈壁设施产番茄的质量监测提供一种快速高效的分析手段。
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