朱萬燕 , 張 欣, 楊 娟, 徐文遠(yuǎn), 許美玲
(臨沂出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心,山東 臨沂276034)
由于各類獸藥的理化性質(zhì)存在較大差異,現(xiàn)有的獸藥殘留分析主要以分類檢測(cè)為主[1,2];這些方法所能同時(shí)分析的藥物種類較少,若要檢測(cè)多類獸藥,需進(jìn)行多次的樣品前處理,檢測(cè)周期長,成本高,效率低,不能滿足目前獸藥種類不斷增加、分析通量不斷提高的需求。因此獸藥多殘留同時(shí)檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)[3-7]。開發(fā)動(dòng)物源性食品中多類獸藥殘留同時(shí)分析的方法十分必要。
高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜(HPLCQ-TOF MS)分辨率高,可對(duì)化合物進(jìn)行精確分子質(zhì)量的測(cè)定,可以精確測(cè)定小數(shù)點(diǎn)后4 位有效數(shù)字,并依據(jù)所測(cè)得的化合物的精確分子質(zhì)量對(duì)其進(jìn)行確證分析;同時(shí)在碰撞誘導(dǎo)解離(CID)模式下,得到化合物碎片離子的分子式和精確分子質(zhì)量,可進(jìn)一步對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)和裂解規(guī)律加以確證,定性準(zhǔn)確性很高[8]。劉暢等[9]建立了豬肉中31 種β-受體激動(dòng)劑的HPLC-Q-TOF MS 同時(shí)測(cè)定方法;彭麗等[10]建立了超高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜(UPLCQ-TOF MS)篩查牛奶中55 種藥物的方法;高馥碟等[11]建立了UPLC-Q-TOF MS 快速篩查牛奶中13種農(nóng)藥和29 種獸藥殘留的方法。目前,有關(guān)豬肉中6 類(磺胺類、喹諾酮類、四環(huán)素類、硝基咪唑類、大環(huán)內(nèi)酯類、β-內(nèi)酰胺類)33 種獸藥殘留的UPLC-QTOF MS 方法鮮有報(bào)道。
QuEChERS 方法[12]是固相萃取技術(shù)(SPE)和基質(zhì)固相分散技術(shù)(MSPD)的衍生和進(jìn)一步發(fā)展,該方法快速、環(huán)保、經(jīng)濟(jì),目前主要用于果蔬中農(nóng)藥殘留的分析,在動(dòng)物性食品檢測(cè)中的應(yīng)用較少[13,14]。
本文在確定的儀器條件下,建立了6 類33 種獸藥基于精確質(zhì)量數(shù)、保留時(shí)間和碎片離子信息的篩查數(shù)據(jù)譜庫(每種獸藥有在4 個(gè)不同碰撞能量下得到的碎片離子信息),并結(jié)合本文建立的QuECh-ERS/UPLC-Q-TOF MS 分析方法,實(shí)現(xiàn)了在無標(biāo)準(zhǔn)品的情況下對(duì)豬肉樣品中33 種獸藥進(jìn)行高選擇性的同時(shí)快速篩查和確認(rèn),還可以對(duì)檢測(cè)到的目標(biāo)化合物進(jìn)行準(zhǔn)確定量。
Agilent 1290-6530 超高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(美國Agilent 公司);CR22GⅢ高速冷凍離心機(jī)(日本HITACHI 公司);ULTRA-TURRAX T25 型均質(zhì)器、GENIUS 3 基本型渦流混勻器、HS260 型調(diào)速多用振蕩器(德國IKA 公司);R-210型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(瑞士Buchi 公司)。
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(純度:92.2% ~99.5%)均購自德國Dr. Ehrenstorfer 公 司;乙 腈(ACN)、甲 醇(MeOH)、乙酸乙酯(EtAc)、甲酸和乙酸(HAc)為色譜純,均購自美國Tedia 公司;硫酸鎂、乙二胺四乙酸二鈉(Na2EDTA)、硫酸鈉(Na2SO4)和氯化鈉(NaCl)為分析純,均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;C18、PSA(硅膠表面鍵合N-丙基乙二胺)、NH2、中性Al2O3、PAX(陰離子交換混合機(jī)理水可浸潤型聚合物基質(zhì))、PCX(陽離子交換混合機(jī)理的水可浸潤型聚合物)、PEP(硅膠表面鍵合聚苯乙烯/二乙烯苯,表面同時(shí)具有親水性和憎水性基團(tuán))、GCB(石墨化炭黑)、弗羅里硅土吸附劑均購于天津Bonna-Agela 公司;實(shí)驗(yàn)用水為Millipore 純水系統(tǒng)(美國Millipore 公司)制得的高純水。
分別準(zhǔn)確稱取相當(dāng)于25 mg 目標(biāo)分析物的標(biāo)準(zhǔn)品于50 mL 燒杯中,用甲醇溶解并定量于25 mL容量瓶中,即得1 g/L 的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,-18 ℃下避光保存。實(shí)驗(yàn)中用空白樣品提取液逐級(jí)稀釋,根據(jù)每種目標(biāo)化合物的定量限配制成不同濃度的系列基質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,現(xiàn)用現(xiàn)配。
提取:稱取4.0 g(精確至0.01 g)肉類樣品于50 mL 離心管中,加入20 mL 5% (v/v)乙酸乙腈溶液和0.1 g Na2EDTA,同時(shí)加入4.0 g 無水硫酸鈉和2.0 g 氯化鈉均質(zhì)提取1 min,于9 000 r/min 下離心5 min,取上清液待凈化。
凈化:將上清液移入裝有300 mg C18 和400 mg NH2吸附劑的50 mL 具塞離心管中,使吸附劑和提取液充分接觸,振蕩5 min,以9 000 r/min 冷凍(-2 ℃)離心5 min,靜置10 min 后,取10 mL 上清液(相當(dāng)于2.0 g 樣品)于50 mL 雞心瓶中,40 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,氮吹吹干。加入1 mL 0.1% (v/v)甲酸水-乙腈(9 ∶1,v/v)的定容液,渦旋混勻,經(jīng)0.22 μm 濾膜過濾,濾液供UPLC-Q-TOF MS 測(cè)定。
UPLC 條件:ZORBAX SB-C18 色譜柱(100 mm×2.1 mm,3.5 μm)。流動(dòng)相A 為乙腈,B 為0.1%(v/v)甲酸水溶液(含5 mmol/L 乙酸銨);流速0.4 mL/min。梯度洗脫程序:0 ~10 min,1% A ~30%A;10 ~12 min,30% A ~40% A;12 ~14 min,40%A;14 ~14.1 min,40% A ~100% A;14.1 ~22 min,100% A;22 ~22.1 min,100% A ~1% A。柱溫40 ℃;進(jìn)樣量10 μL。
Q-TOF MS 條件:電噴霧離子(ESI)源,正離子模式;毛細(xì)管電壓4 000 V;霧化氣壓力2.4×105Pa;干燥氣溫度325 ℃;干燥氣流速10 L/min;鞘氣溫度325 ℃;鞘氣流速11 L/min;參比離子為m/z 121.050 9 和922.009 8,用于實(shí)時(shí)校正;數(shù)據(jù)采集采用棒狀圖數(shù)據(jù)采集模式,掃描范圍為m/z 50 ~1 700,掃描速率為3 spectra/s;產(chǎn)物離子數(shù)據(jù)在Target MS/MS 模式下設(shè)置固定的保留時(shí)間、母離子、碰撞能量等信息進(jìn)行采集,數(shù)據(jù)采集與處理使用Agilent MassHunter Workstation Software(version B.04.00),包括數(shù)據(jù)采集、定性分析、定量分析軟件。
[7],選取0.1% (v/v)甲酸水(含5 mmol/L 的乙酸銨)和乙腈作為流動(dòng)相。本文所分析的33 種獸藥以極性化合物為主,色譜峰出峰相對(duì)集中且出峰時(shí)間較早,對(duì)于前10 min 的梯度洗脫程序,需要緩慢增加乙腈的比例,保證極性化合物的分離;10 min 之后,只有少量化合物出現(xiàn)在這一區(qū)域,此階段快速提高乙腈的比例可快速洗脫目標(biāo)化合物,縮短檢測(cè)時(shí)間。經(jīng)過流動(dòng)相梯度配比優(yōu)化使得不同種類的獸藥得到分離。目標(biāo)化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流圖(TIC)見圖1。
圖1 33 種獸藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of a mixed standard solution of the 33 veterinary drugs
配制1 000 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液,在LC-Q-TOF MS 全掃描模式下進(jìn)行測(cè)定,記錄化合物的精確相對(duì)分子質(zhì)量和保留時(shí)間;在Targeted MS/MS 采集界面輸入目標(biāo)物的母離子、保留時(shí)間和相應(yīng)的碰撞能量,對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,選擇碎片離子信息較為豐富的4 個(gè)碰撞能量下的質(zhì)譜圖,并導(dǎo)出CEF 文件,將CEF 文件導(dǎo)入PCDL 軟件中,與對(duì)應(yīng)的獸藥信息相關(guān)聯(lián)并保存,即得數(shù)據(jù)譜庫。表1 列出了33種化合物的分子式、理論相對(duì)分子質(zhì)量、保留時(shí)間和特征離子。
表1 33 種獸藥的保留時(shí)間、理論相對(duì)分子質(zhì)量和質(zhì)譜參數(shù)Table 1 Retention times,theoretical relative molecular masses (Mr)and MS parameters for the 33 veterinary drugs
表1 (續(xù))Table 1 (Continued)
根據(jù)歐盟2002/657/EC 決議要求,當(dāng)使用高分辨質(zhì)譜作為確證技術(shù)時(shí),檢測(cè)到1 個(gè)具有精確質(zhì)量數(shù)的母離子就獲得2 個(gè)確證分?jǐn)?shù),二級(jí)質(zhì)譜中的每個(gè)子離子獲得2.5 個(gè)確證分?jǐn)?shù),即1 個(gè)具有精確質(zhì)量數(shù)的母離子和1 個(gè)特征碎片離子便可獲得超過4分的確證分?jǐn)?shù)。經(jīng)1.3 節(jié)樣品前處理后,結(jié)合本文建立的數(shù)據(jù)庫,33 種獸藥化合物均能夠被四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜有效篩查出來。
篩查參數(shù)包括質(zhì)量偏差窗口、保留時(shí)間窗口等。合適的參數(shù)設(shè)置可以避免假陽性和假陰性結(jié)果,提高篩查方法的準(zhǔn)確性。
質(zhì)量偏差窗口的確定:在LOQ、2LOQ 和4LOQ 3 個(gè)添加水平下,對(duì)樣品中目標(biāo)化合物的精確質(zhì)量數(shù)偏差進(jìn)行了考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn),84.8% 的目標(biāo)化合物的質(zhì)量偏差低于5×10-6(5 ppm),所有化合物的質(zhì)量偏差均低于10×10-6(10 ppm)(見圖2)。
圖2 33 種獸藥在3 個(gè)添加水平下的質(zhì)量偏差分布Fig.2 Distributions of Mr error for the 33 veterinary drugs at three spiked levels
保留時(shí)間窗口的確定:在樣品基質(zhì)中進(jìn)行保留時(shí)間限定參數(shù)的評(píng)估,保留時(shí)間的限定范圍分別為0.10、0.25、0.50、1.00 min 和無保留時(shí)間限定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在保留時(shí)間限定為0.10、1.00 min 和無保留時(shí)間限定的條件下,待測(cè)化合物出現(xiàn)定性偏差的占比分別為8.3%、2.5% 和16.7%;保留時(shí)間限定為0.25、0.50 min 時(shí),所有待測(cè)化合物均未出現(xiàn)定性偏差;此外,實(shí)驗(yàn)通過目標(biāo)化合物保留時(shí)間的重復(fù)性(n =6)和重現(xiàn)性(n =6),對(duì)保留時(shí)間的穩(wěn)定性進(jìn)行了考察,結(jié)果表明日內(nèi)保留時(shí)間最大標(biāo)準(zhǔn)偏差低于0.14 min,日間保留時(shí)間最大標(biāo)準(zhǔn)偏差低于0.24 min。最終保留時(shí)間的限定參數(shù)被設(shè)置為0.25 min。
2.4.1 鹽析劑和吸水劑的選擇
對(duì)于水果蔬菜樣品,QuEChERS 前處理普遍采用NaCl 作為鹽析劑,MgSO4作為吸水劑。由于本方法沒有添加水,NaCl 在本方法中的作用主要是輔助細(xì)胞破碎和目標(biāo)物溶出,將樣品中的少量水分析出,從而有利于吸水劑吸附。在QuEChERS 方法中添加MgSO4,主要是由于MgSO4能夠吸收大量的水分。實(shí)驗(yàn)表明MgSO4作為吸水劑會(huì)明顯降低部分獸藥如磺胺類、喹諾酮類及四環(huán)素類的回收率,特別是四環(huán)素類藥物。這是由于MgSO4中的Mg2+和四環(huán)素類獸藥結(jié)合形成配合物,從而影響了四環(huán)素類獸藥的提取,因此,實(shí)驗(yàn)選擇Na2SO4替代MgSO4作為吸水劑。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了NaCl 和Na2SO4的用量,當(dāng)添加2 g NaCl 和4 g Na2SO4時(shí),兩相分離效果最好,獲得了較高的回收率。此外,為了抑制四環(huán)素類獸藥與陽離子的配合作用,在提取液中加入0.1 g Na2EDTA。
2.4.2 提取劑的優(yōu)化
實(shí)驗(yàn)對(duì)獸藥殘留檢測(cè)常用提取試劑(乙腈、5%(v/v)乙酸乙腈、乙酸乙酯、甲醇)的提取效率進(jìn)行了比較。從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看,用乙腈、乙酸乙酯和乙酸乙腈提取時(shí),提取液澄清;用甲醇提取時(shí),提取液渾濁,這可能是由于甲醇與蛋白質(zhì)形成絮狀沉淀的原因,不利于后續(xù)凈化和測(cè)定步驟的進(jìn)行。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,乙酸乙腈的提取效率最高,75.7% 的目標(biāo)化合物的回收率在70% ~120% 范圍內(nèi),且采用乙酸乙腈提取時(shí),共提物較少,初步確定采用乙酸乙腈作為提取液。不同提取劑對(duì)33 種目標(biāo)物平均回收率的影響見圖3。
圖3 不同提取劑對(duì)33 種目標(biāo)物平均回收率的影響Fig.3 Effect of different extraction solvents on the average recoveries of the 33 analytes
對(duì)乙酸乙腈的酸度進(jìn)行了優(yōu)化,比較了1%、3%、5%、7%、10%、15% (v/v)乙酸乙腈的提取效率。結(jié)果顯示,采用5% 和7% 乙酸乙腈提取時(shí),回收率沒有明顯區(qū)別,提取效率最高,最終確定5%(v/v)乙酸乙腈為本方法的提取劑。
對(duì)提取劑的體積進(jìn)行了優(yōu)化,比較了不同體積(8、12、16、20、24、28 mL)乙酸乙腈的提取效率。結(jié)果表明,體積低于20 mL 時(shí),隨著提取溶劑體積的增加,回收率增大,當(dāng)體積為20 mL 時(shí),目標(biāo)化合物的平均回收率最高為85.7%;隨著提取劑體積的繼續(xù)增加,共萃取干擾物增多,回收率呈降低趨勢(shì),因此最終選擇20 mL 為本方法的提取劑體積。
2.4.3 吸附劑的優(yōu)化
比較了C18、PSA、PAX、NH2、PEP 吸附劑及兩兩組合對(duì)提取液的凈化效果及對(duì)目標(biāo)化合物回收率的影響。C18 主要吸附非極性物質(zhì),對(duì)脂肪等共提物吸附性強(qiáng),而NH2對(duì)糖類共提物凈化效果好。從回收率角度看,C18、NH2兩種吸附劑單獨(dú)使用時(shí),目標(biāo)化合物的平均回收率分別為80.6% 和70.3%;當(dāng)將200 mg C18 與200 mg NH2兩種吸附劑組合使用時(shí)目標(biāo)物的平均回收率為89.3%。表明兩者混合使用時(shí)凈化效果好于兩者單獨(dú)使用時(shí)的凈化效果。因此最終確定吸附劑為C18 和NH2。不同吸附劑對(duì)33 種目標(biāo)物平均回收率的影響見圖4。
圖4 不同吸附劑對(duì)33 種目標(biāo)物平均回收率的影響Fig.4 Effect of different sorbents on the average recoveries of the 33 analytes
對(duì)吸附劑的用量進(jìn)行了優(yōu)化,考察了50 ~600 mg C18 與50 ~600 mg NH2按不同比例組合的凈化效果及對(duì)目標(biāo)化合物回收率的影響。結(jié)果表明,300 mg C18 與400 mg NH2組合時(shí)凈化效果最好,回收率在70% ~120% 之間的目標(biāo)化合物占比為90.9%,回收率在60% ~120% 之間的目標(biāo)化合物占比為93.9%。因此最終確定C18 與NH2吸附劑的用量分別為300 mg 與400 mg。
2.5.1 基質(zhì)效應(yīng)
通過比較空白基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液和純?nèi)軇?biāo)準(zhǔn)溶液響應(yīng)值的差異評(píng)價(jià)方法的基質(zhì)效應(yīng)。參照文獻(xiàn)[15],在空白基質(zhì)提取液中添加混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,與相同濃度純?nèi)軇┗旌蠘?biāo)準(zhǔn)溶液的信號(hào)強(qiáng)度(峰面積)相比,當(dāng)比值等于或接近1 時(shí)(在0.85 ~1.15 范圍內(nèi)),認(rèn)為基質(zhì)效應(yīng)不明顯;小于0.85 時(shí),表明存在明顯的離子抑制作用,大于1.15 時(shí)表明存在明顯離子增強(qiáng)作用。結(jié)果見圖5,可見在豬肉樣品基質(zhì)中有63.6% 的目標(biāo)化合物基質(zhì)效應(yīng)不明顯,其余目標(biāo)化合物都不同程度地存在離子抑制或離子增強(qiáng)基質(zhì)效應(yīng)。為盡可能地消除基質(zhì)效應(yīng),實(shí)驗(yàn)采用基質(zhì)匹配法進(jìn)行定量分析。
圖5 豬肉樣品基質(zhì)中目標(biāo)物的基質(zhì)效應(yīng)分布Fig.5 Distribution of matrix effect of the analytes in pork
2.5.2 方法的線性關(guān)系和定量限
取空白樣品,按1.3 節(jié)方法進(jìn)行提取、凈化、定容得到樣品提取液,根據(jù)目標(biāo)化合物在質(zhì)譜中響應(yīng)的強(qiáng)弱,加入不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。以準(zhǔn)分子離子的峰面積Y 對(duì)含量X 做標(biāo)準(zhǔn)曲線,33 種目標(biāo)化合物的線性范圍及相關(guān)系數(shù)見表2。用空白基質(zhì)提取液稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液,直到獲得每種目標(biāo)化合物的信噪比等于10(S/N=10)的濃度,確定其為該化合物的定量限(LOQ)。
如表2 所示,33 種目標(biāo)化合物在各自的線性范圍內(nèi)相關(guān)系數(shù)均大于0.99,LOQ 為2.5 ~100 μg/kg。對(duì)于大多數(shù)有最大殘留限量(MRL)規(guī)定的獸藥來講,該方法的LOQ 小于MRL,可以滿足快速篩查的需要。
表2 33 種目標(biāo)化合物的線性關(guān)系和定量限Table 2 Linear relationships and limits of quantification of the 33 compounds
2.5.3 方法的回收率和精密度
在經(jīng)測(cè)定不含有待測(cè)物質(zhì)的豬肉樣品中進(jìn)行5個(gè)加標(biāo)水平(LOQ、2LOQ、4LOQ、500 μg/kg 和1 000 μg/kg)的回收率和精密度測(cè)定,每個(gè)加標(biāo)水平做6 個(gè)平行樣,計(jì)算其回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。結(jié)果表明,33 種化合物的回收率在67.0%~109.0% 范圍內(nèi),相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均不高于15.1%(表略),表明方法回收率高、通用性強(qiáng),可以滿足日常豬肉樣品中33 種獸藥殘留的同時(shí)測(cè)定。
應(yīng)用本方法對(duì)30 件從市場(chǎng)購買的豬肉樣品進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)一件豬肉樣品中檢出土霉素,含量為90.5 μg/kg。為了驗(yàn)證該結(jié)果,我們采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 21317-2007《動(dòng)物源性食品中四環(huán)素類獸藥殘留量檢測(cè)方法 液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法與高效液相色譜法》中的液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法,對(duì)上述檢出的陽性樣品進(jìn)行了確證,檢測(cè)結(jié)果為土霉素97.0 μg/kg,與本文方法的測(cè)定結(jié)果相吻合。
本文利用QuEChERS 方法提取、凈化,結(jié)合高分辨的超高效液相色譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù),建立了豬肉中6 類33 種獸藥殘留的檢測(cè)方法。該方法快速、簡便、靈敏,可以對(duì)樣品中的目標(biāo)化合物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定量分析,適用于豬肉樣品中多類獸藥殘留的快速檢測(cè)。
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