呂 冰,辛少鯤,陳達(dá)煒,趙云峰
(國家食品安全風(fēng)險評估中心/衛(wèi)生部食品安全風(fēng)險評估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100021)
新煙堿類農(nóng)藥是一種新型的廣譜性殺蟲劑,其對刺吸式口器害蟲防治作用明顯,是防治棉蚜、葉蟬及飛虱等害蟲的主要?dú)⑾x劑[1]。近年來,因新煙堿類農(nóng)藥的廣泛應(yīng)用而導(dǎo)致的蜜蜂中毒現(xiàn)象屢有發(fā)生。研究表明,亞致死劑量的新煙堿類農(nóng)藥雖不會直接導(dǎo)致蜜蜂死亡,但會影響蜜蜂的記憶系統(tǒng),導(dǎo)致蜜蜂不能正常返回巢穴,同時會對蜜蜂的生殖、生長發(fā)育和工蜂采集等行為產(chǎn)生不良影響[2-3]。由于蜜蜂的大量死亡,可能影響農(nóng)作物授粉,歐盟于2013年12月起限制使用吡蟲啉、噻蟲胺和噻蟲嗪3種新煙堿類農(nóng)藥,2018年2月已完成新一輪新煙堿類農(nóng)藥對蜜蜂危害的風(fēng)險評估,并禁止戶外使用這3種新煙堿類農(nóng)藥[4-6]。因此,建立蜂蜜中新煙堿類農(nóng)藥的有效、快速的殘留檢測方法,以應(yīng)對可能因新煙堿類農(nóng)藥的禁用而導(dǎo)致的蜂蜜中此類農(nóng)藥的風(fēng)險評估具有重要意義。
圖1 交聯(lián)聚維酮(PVPP)的分子結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Molecular structure of PVPP
目前,新煙堿類農(nóng)藥在環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品及生物樣品中的測定方法主要有液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)[7-10]、高效液相色譜配二極管陣列檢測器法(HPLC-DAD)[11]及毛細(xì)管電泳法(CE)[12]。其中,蜂蜜樣品的前處理方法主要包括液液萃取法(LLE)、固相萃取法(SPE)以及基于分散固相萃取(DSPE)的QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)法等[13-16]。其中,DSPE因簡便和價格低廉等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用,N-丙基乙二胺(PSA)、石墨化炭黑(GCB)和C18粉為其最常用的凈化吸附劑,如王東等[13]采用基于PSA為吸附劑的DSPE凈化方法測定蜂蜜中6種新煙堿類農(nóng)藥。交聯(lián)聚維酮(Polyvinylpolypyrrolidone,PVPP,結(jié)構(gòu)見圖1)是一種高分子量的交聯(lián)結(jié)構(gòu)材料,其分子中具有酰胺鍵,易通過氫鍵效應(yīng)吸附多酚類結(jié)構(gòu),常被用作啤酒和茶飲料等的穩(wěn)定劑[17-18]。文獻(xiàn)曾報道采用PVPP替代PSA作為吸附劑去除茶葉中的酚酸類成分,其較PSA更高效且價格低[19],但未見其在蜂蜜樣品中的應(yīng)用。由于蜂蜜中新煙堿類農(nóng)藥殘留水平較低,近年來,質(zhì)譜技術(shù)成為其主要檢測手段。其中,隨著高分辨質(zhì)譜-非靶向全掃描(Full scan,FS)檢測技術(shù)的發(fā)展,其越來越廣泛的應(yīng)用于農(nóng)藥多殘留體系的分析[20]。然而,在靶向分析中,高分辨質(zhì)譜的FS檢測技術(shù)則遠(yuǎn)遜于三重四極桿的多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)技術(shù)。
基于上述研究背景分析,本研究進(jìn)一步改進(jìn)QuEChERS前處理技術(shù),使用PVPP作為凈化吸附劑,基于鹽析輔助LLE-PVPP凈化,實(shí)現(xiàn)了蜂蜜中7種新煙堿類農(nóng)藥的提取和凈化一步式樣品制備,可節(jié)省樣品前處理制備時間。在高分辨質(zhì)譜的靶向分析中,采用靶向單一離子監(jiān)測(Target single ion monitoring,TSIM)技術(shù)替代FS檢測技術(shù),改進(jìn)了儀器檢測分析的線性動態(tài)范圍和靈敏度?;邴}析輔助LLE-PVPP的有效凈化和TSIM高靈敏度的檢測分析,建立了一種簡單、快速和高靈敏的蜂蜜中7種新煙堿類農(nóng)藥的殘留分析方法。
Dionex UltiMate 3000超高效液相色譜串聯(lián)四極桿-靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜(美國賽默飛公司),渦旋混合器(美國Scientific Industries公司),冷凍離心機(jī)(美國Sigma公司)。
乙腈、甲醇(質(zhì)譜級,美國Fisher Scientific公司),甲酸、甲酸銨(HPLC級,美國Tedia公司),其它試劑均為分析純;交聯(lián)聚維酮(PVPP,分析純,國藥試劑有限公司);噻蟲胺、啶蟲脒、烯啶蟲胺、呋蟲胺、吡蟲啉、噻蟲嗪和噻蟲啉標(biāo)準(zhǔn)品(純度>98%,德國Dr.Ehrenstorfer公司);內(nèi)標(biāo)噻蟲胺-d3、吡蟲啉-d4和噻蟲嗪-d3購自加拿大TRC公司;實(shí)驗(yàn)用水為超純水,由美國Millipore公司純水儀制備。蜂蜜樣品購于北京各大超市和農(nóng)貿(mào)市場。
分別準(zhǔn)確稱取適量新煙堿類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品及內(nèi)標(biāo)(精確至0.000 1 g)于不同的容量瓶中,用甲醇溶解并定容,配制成100 mg/L或1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液,于-20 ℃儲存。新煙堿類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)混合中間液(10 mg/L)和標(biāo)準(zhǔn)混合使用液(10、100、1 000 μg/L)由甲醇逐級稀釋標(biāo)準(zhǔn)儲備液制得。內(nèi)標(biāo)混合使用液(200 μg/L)由甲醇逐級稀釋內(nèi)標(biāo)儲備液制得。準(zhǔn)確吸取新煙堿類農(nóng)藥各標(biāo)準(zhǔn)混合使用液適量及內(nèi)標(biāo)混合使用液50 μL于10 mL容量瓶中,用25%乙腈水溶液定容,即得0.01~100 μg/L質(zhì)量濃度范圍的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液,臨用現(xiàn)配。
準(zhǔn)確稱取蜂蜜樣品2 g(精確至0.001 g),置于15 mL離心管中,加入100 μL內(nèi)標(biāo)混合使用液,渦旋混合30 s,以2 mL的25%氯化鈉水溶液溶解后,加入200 mg PVPP渦旋混合1 min,再加5 mL乙腈萃取,以5 000 r/min 離心5 min,取乙腈上清液0.25 mL,加水定容至1 mL,過0.22 μm有機(jī)微孔濾膜后,待測定。
色譜條件:BEH C18色譜柱(1.7 μm,2.1 mm×100 mm),柱溫:40 ℃,流動相為甲醇(A)-水(B)體系,兩相中均含0.1%甲酸和5 mmol/L甲酸銨,流速0.3 mL/min。梯度洗脫程序:0~3 min,20%A;3~7 min,20%~40%A;7~9 min,40%~100%A;9~9.1 min,100%~20%A;9.1~12 min,20%A。進(jìn)樣體積:5 μL。
質(zhì)譜參數(shù):采用HESI離子化方式;噴霧電壓為3.5 kV;毛細(xì)管溫度為325 ℃;加熱溫度為350 ℃;鞘氣為40 arb,輔助氣為10 arb;掃描模式為TSIM/ddMS2模式,正離子采集;分辨率采用70 000 FWHM,AGC為2e5,Maximum IT為50 ms,MSX設(shè)為4,Isolation window為2 Da;ddMS2采集分辨率為17 500 FWHM,Loop Count為1,TopN為2,碰撞裂解能量(NCE)為30%。新煙堿類農(nóng)藥的保留時間、母離子和碎片離子見表1。
表1 新煙堿類農(nóng)藥的保留時間、母離子及子離子Table 1 Retention times(tR),precursor ions and fragment ions of neonicotinoids
比較了高分辨質(zhì)譜技術(shù)中FS和TSIM的定量檢測模式。兩種定量檢測技術(shù)均以化合物的精確母離子進(jìn)行定量,但相較于FS模式,TSIM模式是在更窄的質(zhì)量掃描寬度(2 Da)下進(jìn)行,從而產(chǎn)生較低的背景噪音。因此,在檢測性能方面,TSIM模式較FS模式具有更高的檢測靈敏度。7種新煙堿類農(nóng)藥和3種同位素內(nèi)標(biāo)在低質(zhì)量濃度水平(0.02 μg/L)TSIM模式下的提取離子色譜圖見圖2。在目標(biāo)化合物的定性確證方面,通過ddMS2模式對母離子進(jìn)行二級質(zhì)譜碎裂,可在30%的NCE能量下獲取二級質(zhì)譜碎片譜圖,目標(biāo)化合物的二級質(zhì)譜碎片離子信息見表1。
圖3 鹽濃度對新煙堿類農(nóng)藥提取效率的影響Fig.3 Effect of NaCl concentrations on extraction efficiencies of neonicotinoids
鹽析輔助LLE法在QuEChERS前處理技術(shù)中應(yīng)用廣泛,其關(guān)鍵因素是在鹽析條件下,目標(biāo)分析物在水相和有機(jī)相(乙腈)中的分配效率。本研究考察了不同鹽濃度(10%~30%)下7種新煙堿類農(nóng)藥的提取效率。結(jié)果表明,10%的鹽濃度足以達(dá)到水與有機(jī)相之間的相分離,且鹽濃度對噻蟲胺、啶蟲脒、吡蟲啉、噻蟲嗪和噻蟲啉并無明顯影響,但隨著鹽濃度的增加,烯啶蟲胺和呋蟲胺的提取效率有所增加,但當(dāng)鹽濃度大于25%時則無明顯變化(見圖3)。這可能歸因于烯啶蟲胺和呋蟲胺具有相對更大的極性,在水相中具有更高的分配比,通過增加鹽濃度,可以降低其在水相的分配系數(shù),從而提高提取效率。當(dāng)鹽濃度達(dá)到飽和后,提取效率達(dá)到平衡,此時提取效率可達(dá)92%。此外,水相體積也會影響目標(biāo)物在兩相中的分配效率。本研究比較了用2 mL和4 mL的25%過飽和鹽溶液溶解蜂蜜樣品后,用5 mL乙腈進(jìn)行LLE的提取效率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)體積由2 mL增至4 mL時,其他化合物的提取效率無明顯變化,但烯啶蟲胺和呋蟲胺的提取效率有所降低。因此,本研究采用2 mL的25%過飽和鹽溶液溶解蜂蜜樣品,以備下一步的提取凈化。
PVPP作為吸附劑對酚酸類物質(zhì)具有較好的吸附效果,并得到一定應(yīng)用[17-18],這主要?dú)w因于PVPP結(jié)構(gòu)單元中具有內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu),含有N原子和O原子,其上的孤對電子能夠與活潑氫形成氫鍵效應(yīng),從而起到吸附作用。蜂蜜中含有的大量糖和酚酸類成分在鹽析輔助LLE的分配比不同,糖類因極性較大,在水層中分配比較高,而酚酸類成分的極性與新煙堿類農(nóng)藥的極性相似,在乙腈層分配比較高,故通過鹽析輔助LLE法能夠去除絕大部分的糖成分,而酚酸類成分則無法去除。因此,乙腈層中仍含有酚酸類物質(zhì)和少量的糖成分,文獻(xiàn)采用PSA進(jìn)一步去除這些物質(zhì)[13]。鑒于PVPP對酚酸類物質(zhì)較佳的吸附效果以及低廉的價格(遠(yuǎn)低于PSA吸附劑),本研究通過在鹽析輔助的LLE過程中添加適量PVPP,以除去乙腈層中的酚酸類物質(zhì)和少量的糖成分。該操作可簡化樣品的制備過程,實(shí)現(xiàn)一步式提取凈化,避免了因多步操作而導(dǎo)致的目標(biāo)物損失。本研究進(jìn)一步考察了PVPP用量(0~400 mg)對新煙堿類農(nóng)藥提取效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),PVPP的添加不會對新煙堿類農(nóng)藥形成吸附,可以作為凈化吸附劑;且在蜂蜜未添加PVPP情況下,啶蟲脒、吡蟲啉和噻蟲啉具有一定的基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)(1.22~1.27之間),而添加適量PVPP凈化后,基質(zhì)效應(yīng)有所改善(0.99~1.03之間),當(dāng)PVPP用量達(dá)到200 mg時可獲得最佳的基質(zhì)效應(yīng)改善效果。繼續(xù)增加PVPP用量至400 mg,凈化效果無改善且不會對目標(biāo)物有明顯吸附??紤]到價格成本,本研究采用添加200 mg的PVPP進(jìn)行凈化。
反相液相色譜的溶劑效應(yīng)對中、高極性化合物的色譜行為具有一定影響,本研究考察了純乙腈樣品溶液、50%乙腈樣品溶液和25%乙腈樣品溶液進(jìn)樣5 μL時7種新煙堿類農(nóng)藥的色譜行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)烯啶蟲胺和呋蟲胺在純乙腈和50%乙腈下的溶劑效應(yīng)明顯,而在25%乙腈下色譜行為良好,無明顯溶劑效應(yīng)。因此,本研究對乙腈提取液用純水稀釋4倍(25%乙腈),以改善溶劑效應(yīng)的影響。
基質(zhì)的存在可能會導(dǎo)致離子強(qiáng)度的增強(qiáng)或抑制,從而影響濃度的準(zhǔn)確測定。稱取蜂蜜樣品按照“1.3”方法處理,檢測未發(fā)現(xiàn)其中含有痕量目標(biāo)化合物,從而得到蜂蜜樣品空白基質(zhì)提取液。然后用蜂蜜基質(zhì)提取液及25%乙腈水溶液配制得到質(zhì)量濃度為0.01~100 μg/L的基質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)液和純?nèi)軇┗旌蠘?biāo)準(zhǔn)液,以各組分的峰面積對溶液質(zhì)量濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。依據(jù)基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液和溶劑標(biāo)準(zhǔn)溶液之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率比值評價基質(zhì)效應(yīng),斜率比值越接近1.0說明基質(zhì)效應(yīng)越弱。當(dāng)平均基質(zhì)效應(yīng)(增強(qiáng)或抑制)大于0.2(即0.8~1.2之間)時,認(rèn)為基質(zhì)效應(yīng)對定量檢測有顯著影響,不可忽略。
按照上述方式評價本方法的基質(zhì)效應(yīng),結(jié)果如表2所示,蜂蜜基質(zhì)對目標(biāo)化合物檢測的基質(zhì)影響的斜率比值在0.92~1.05之間,說明本方法中蜂蜜對7種新煙堿類農(nóng)藥測定存在較弱的基質(zhì)效應(yīng)影響,但其影響均低于0.2,可以忽略不計(jì),因此本實(shí)驗(yàn)選擇溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。
表2 分析物的線性、檢出限、定量下限和基質(zhì)效應(yīng)Table 2 Linear ranges,linear equations,LODs,LOQs and matrix effects of analytes
Y:peak area ratio of the analyte to the internal standard;X:mass concentration of the analyte,μg/L
配制質(zhì)量濃度分別為0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、50、100 μg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,內(nèi)標(biāo)法定量,每個濃度水平添加同位素內(nèi)標(biāo)1 μg/L。以系列標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X,μg/L),以各組分分別與同位素內(nèi)標(biāo)的提取離子色譜峰的峰面積比值為縱坐標(biāo)(Y),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果見表2。噻蟲胺、吡蟲啉、噻蟲啉在0.01~100 μg/L范圍內(nèi),啶蟲脒、烯啶蟲胺、呋蟲胺、噻蟲嗪在0.02~100 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)(r2)均大于 0.999。
圖4 新煙堿類農(nóng)藥在不同濃度水平下的相對平均偏差Fig.4 Relative average bias of neonicotinoids at different concentration levelsA.TSIM mode;B.FS mode
本研究考察了7種新煙堿類農(nóng)藥在不同采集模式(TSIM和FS)下的線性動態(tài)范圍和各濃度點(diǎn)的相對平均偏差。從圖4可見,在TSIM采集模式下,各組分的線性動態(tài)范圍約為104,而低水平標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對平均偏差(即通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到的濃度值與理論濃度值之間的偏差)低于15%(圖4A);而在常規(guī)的FS采集模式下,各組分的線性動態(tài)范圍約為103,遠(yuǎn)低于TSIM模式,且FS模式在低濃度分析(0.1 μg/L)時,7種新煙堿類農(nóng)藥的相對平均偏差為12%~65%,僅當(dāng)濃度水平達(dá)到0.5 μg/L時,才能獲得可接受的相對平均偏差(<20%)(圖4B)。因此,采用TSIM采集模式,通過標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍的拓寬,可滿足濃度差異較大的實(shí)際樣品的檢測需要,提高檢測效率。以低水平加標(biāo)空白樣品測試方法的檢出限和定量下限,根據(jù)3倍和10倍信噪比(S/N)分別確定化合物的方法檢出限和定量下限。測得本方法中新煙堿類農(nóng)藥在蜂蜜中的檢出限(LOD)為0.03~0.07 μg/kg,定量下限為0.1~0.2 μg/kg (表2)。各組分的定量下限遠(yuǎn)低于歐盟規(guī)定的7種新煙堿類農(nóng)藥在蜂蜜中的最大殘留限量(10~50 μg/kg[21])。
以空白蜂蜜樣品作為基質(zhì),選取歐盟規(guī)定的新煙堿類農(nóng)藥最大殘留限量范圍的20 μg/kg為最高加標(biāo)水平,選取接近定量下限水平的0.2 μg/kg為低加標(biāo)水平,選取中間濃度2 μg/kg為中加標(biāo)水平,進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),考察方法的準(zhǔn)確度和精密度。每個加標(biāo)水平日內(nèi)平行測定6次,日間平行測定5次。結(jié)果顯示,7種組分在3個加標(biāo)水平下的平均回收率為84.8%~112.7%,日內(nèi)精密度(RSDr)為0.9%~5.7%,日間精密度(RSDR)為3.7%~9.7%(見表3)。方法的準(zhǔn)確度和精密度良好。
表3 不同加標(biāo)濃度下新煙堿類農(nóng)藥的回收率與精密度Table 3 Recoveries and precisions of neonicotinoids at different spiked levels
采用已建立的方法對市售的66份蜂蜜樣品進(jìn)行檢測,結(jié)果顯示啶蟲脒和吡蟲啉的檢出頻率最高,檢出率分別為22.7%(15份)和37.9%(25份),但均未超過歐盟規(guī)定的蜂蜜中的最大殘留限量,其中啶蟲脒的檢出含量為0.20~13.44 μg/kg,平均值為2.42 μg/kg,中位數(shù)為0.87 μg/kg;吡蟲啉的檢出含量為0.10~4.83 μg/kg,平均值為0.61 μg/kg,中位數(shù)為0.26 μg/kg;1份樣品檢出噻蟲嗪,含量為0.50 μg/kg;2份樣品檢出噻蟲啉,含量分別為0.14 μg/kg和0.18 μg/kg。所有樣品均未檢出噻蟲胺、烯啶蟲胺和呋蟲胺。上述結(jié)果表明,本方法靈敏度高,樣品處理快捷簡便,凈化效果好,適用于蜂蜜中新煙堿類農(nóng)藥的快速測定。
本研究基于鹽析輔助LLE-PVPP凈化-TSIM/高分辨質(zhì)譜靶向檢測技術(shù),建立了蜂蜜中7種新煙堿類農(nóng)藥殘留的測定方法。該方法可實(shí)現(xiàn)提取凈化一步式樣品制備,且樣品前處理時間短,操作簡單、成本低、凈化效果良好;進(jìn)一步采用TSIM靶向檢測技術(shù),改善了高分辨質(zhì)譜檢測的靈敏度以及檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性。本方法能滿足蜂蜜中新煙堿類農(nóng)藥殘留檢測的要求,為我國蜂蜜產(chǎn)品中此類農(nóng)藥殘留的常規(guī)監(jiān)測和風(fēng)險評估提供了可靠的技術(shù)手段。
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