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        超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法快速測(cè)定大米中14種農(nóng)藥殘留

        2021-06-04 01:43:30王松雪王松山郭寶元張志軍劉鑫輝
        中國(guó)糧油學(xué)報(bào) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:多菌靈甲基定量

        朱 琳 張 蕊 張 冰 葉 金 王松雪王松山 郭寶元 張志軍 劉鑫輝

        (國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院1,北京 100037)(呂梁學(xué)院2,呂梁 033000)

        “民以食為天,食以安為先”,我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó),糧食安全是關(guān)系著國(guó)計(jì)民生的重大問題,尤其是新冠疫情爆發(fā)以來,更突顯了糧食安全的重要性。我國(guó)是世界上最大的稻米生產(chǎn)國(guó),也是最大的稻米消費(fèi)國(guó),2019年,我國(guó)水稻產(chǎn)量達(dá)20 961萬t[1,2]。農(nóng)藥的使用保障了水稻生產(chǎn)免受病蟲草害的威脅,在保障其穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和品質(zhì)安全中起到重要的作用,同時(shí),農(nóng)藥作為一種人造化學(xué)品,其具有明顯的生物學(xué)效應(yīng),對(duì)人體和環(huán)境都存在著明顯的危害[3],因此,世界各國(guó)對(duì)糧食和環(huán)境中的農(nóng)藥殘留有嚴(yán)格的限定。我國(guó)的食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2763—2019規(guī)定了34種農(nóng)藥及其代謝產(chǎn)物在大米中的殘留限量[4,5]。依據(jù)國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局推動(dòng)的“優(yōu)質(zhì)糧食工程”要求[6],根據(jù)大米樣品基質(zhì)的特點(diǎn),從上述34種農(nóng)藥中,選擇14種農(nóng)藥殘留進(jìn)行了重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

        目前,現(xiàn)有農(nóng)藥殘留檢測(cè)的國(guó)標(biāo)方法主要采用GPC和SPE等凈化方法[7-9],QuECHERS凈化方法報(bào)道較多[10,11],但是由于農(nóng)藥品種較多,其理化性質(zhì)相差較大,采用現(xiàn)有的凈化方法,難免會(huì)造成目標(biāo)物的損失。隨著儀器靈敏度和抗干擾能力的提升,進(jìn)一步降低了儀器對(duì)樣品前處理的要求,逐漸出現(xiàn)了樣品提取液直接稀釋無需凈化的方法,大幅度的降低了前處理的時(shí)間和步驟,減少了前處理成本,同時(shí)也避免了復(fù)雜前處理導(dǎo)致的目標(biāo)物損失,且適用于多目標(biāo)物的同時(shí)分析[12]。本研究通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,建立了一種無需使用特殊凈化材料,可快速檢測(cè)大米中14種農(nóng)藥殘留的超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)方法,為有效監(jiān)測(cè)大米中的農(nóng)藥殘留提供了有力的技術(shù)支持。同時(shí),所建立的方法前處理與真菌毒素前處理基本一致[12,13],為后續(xù)進(jìn)行真菌毒素與農(nóng)藥殘留協(xié)同監(jiān)測(cè)提供了可能。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        大米:市售,共9份樣品。

        農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品:多菌靈(carbendazim)、甲萘威(carbaryl)、異丙威(isoprocarb)、芐嘧磺隆(bensulfuron-methyl)、敵稗(propanil)、稻瘟靈(isoprothiolane)、禾草敵(molinate)、馬拉硫磷(malathion)、喹硫磷(quinalphos)、稻豐散(phenthoate)、敵瘟磷(edifenphos)、甲基嘧啶磷(pirimiphos-methyl)、甲基毒死蜱(chlorpyrifos-methyl)、丁草胺(butachlor);甲醇、乙腈、甲酸、甲酸銨:色譜級(jí);實(shí)驗(yàn)用水。

        1.2 儀器與設(shè)備

        6470A三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng),1290 Infinity II液相色譜系統(tǒng),H1750臺(tái)式高速離心機(jī),3-30k高速冷凍離心機(jī),VX-III多管渦旋振蕩器,WH-866旋渦混合器。

        1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置

        分別用甲醇配制14種農(nóng)藥(多菌靈、甲萘威、異丙威、芐嘧磺隆、敵稗、稻瘟靈、禾草敵、馬拉硫磷、喹硫磷、稻豐散、敵瘟磷、甲基嘧啶磷、甲基毒死蜱、丁草胺)混合標(biāo)準(zhǔn)的儲(chǔ)備液,于-20 ℃保存;使用空白大米提取液(按照1.4制備)將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋,配制成不同濃度的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)工作液,備用。

        1.4 樣品處理

        樣品經(jīng)粉碎過40目篩后,準(zhǔn)確稱取5.00 g于50 mL離心管中,加入20 mL乙腈-水-乙酸(70∶29∶1)混合溶劑,渦旋搖勻20 min后,以4 000 r/min離心10 min使固液分離。準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移0.5 mL上清液于1.5 mL離心管中,加入0.5 mL去離子水稀釋,渦旋混勻1 min,然后在 4 ℃下以12 000 r/min離心10 min,取上清液用0.22 μm的濾膜過濾,待測(cè)[12,13]。

        1.5 儀器條件

        1.5.1 色譜條件

        色譜柱為Waters CORTECSTMUPLC C18柱(100 mm×2.1 mm,1.6 μm),保護(hù)柱為CORTECSTMUPLC C18柱(2.1 mm×5 mm,1.6 μm);柱溫35 ℃;進(jìn)樣量2 μL。流動(dòng)相A為含0.1%(體積分?jǐn)?shù))的甲酸和1 mmol /L甲酸銨的水溶液,流動(dòng)相B為甲醇,流速;0.4 mL/min。

        梯度洗脫條件:0 min,95%A,12 min,5%A,后運(yùn)行5 min。

        1.5.2 質(zhì)譜條件

        帶噴射流技術(shù)的ESI源(簡(jiǎn)稱AJS),干燥氣溫度為250 ℃,干燥氣流速為7 L/min;鞘氣溫度為325 ℃;鞘氣流速為11 L/min;毛細(xì)管電壓為3.5 kV;DMRM正離子掃描模式;經(jīng)優(yōu)化后,各農(nóng)殘母離子及定量、 定性子離子保留時(shí)間、碎裂電壓及碰撞能量見表1。

        表1 14種農(nóng)藥殘留質(zhì)譜條件

        2 結(jié)果與分析

        2.1 大米樣品農(nóng)殘種類

        本研究選擇14種(多菌靈、甲萘威、異丙威、芐嘧磺隆、敵稗、稻瘟靈、禾草敵、馬拉硫磷、喹硫磷、稻豐散、敵瘟磷、甲基嘧啶磷、甲基毒死蜱、丁草胺)農(nóng)藥,其主要為我國(guó)食品安全限量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的大米中使用較為頻繁且在液質(zhì)上響應(yīng)較好的農(nóng)藥[6-9]。

        2.2 農(nóng)殘質(zhì)譜條件的優(yōu)化

        在ESI源正離子模式下,對(duì)14種農(nóng)殘單標(biāo)溶液進(jìn)行母離子全掃描,再對(duì)各自子離子進(jìn)行全掃描,每種農(nóng)殘選擇2個(gè)響應(yīng)值高的特征離子對(duì)作為定量及定性離子對(duì),并進(jìn)行MRM及DMRM參數(shù)的優(yōu)化,優(yōu)化參數(shù)見表1。每種農(nóng)殘均以其相應(yīng)的加氫的準(zhǔn)分子離子作為特征母離子。

        2.3 農(nóng)殘色譜分析方法的優(yōu)化

        通過對(duì)流動(dòng)相含0.1%(體積分?jǐn)?shù))的甲酸和1 mmol/L甲酸銨的水溶液與甲醇梯度洗脫條件進(jìn)行優(yōu)化,以確定各農(nóng)殘?jiān)贑18柱上的最佳分離率及檢測(cè)時(shí)間,經(jīng)優(yōu)化,利用C18柱分離的14種農(nóng)藥提取離子色譜圖詳見圖1,峰6與峰7、峰8,峰9與峰10的提取離子色譜圖會(huì)有重疊,但各峰的定量離子和定性離子是不同,因此,不影響其定量分析。

        2.4 農(nóng)殘前處理方法的選擇

        注:峰1:多菌靈,峰2:甲萘威,峰3:異丙威,峰4:芐嘧磺隆,峰5:敵稗,峰6:稻瘟靈,峰7:禾草敵,峰8:馬拉硫磷,峰9:喹硫磷,峰10:稻豐散,峰11:敵瘟磷,峰12:甲基嘧啶磷,峰13:甲基毒死蜱,峰14:丁草胺。圖1 基于UPLC-MS/MS的C18色譜柱DMRM掃描模式下14種農(nóng)藥提取離子(EIC)色譜圖

        在前期方法開發(fā)的基礎(chǔ)上[12,13],本研究采用直接提取稀釋離心法用于大米樣品中多農(nóng)藥的快速前處理,提高了提取效率。使用本前處理方法對(duì)大米樣品進(jìn)行處理,上機(jī)檢測(cè)溶液澄清透明,對(duì)近百份大米基體樣品進(jìn)行檢測(cè),色譜柱柱壓未見顯著升高,方法靈敏度未發(fā)生顯著下降,表明本前處理方法不會(huì)對(duì)色譜柱和質(zhì)譜儀造成明顯的污染,適用于大量大米樣品的檢測(cè)。

        2.5 大米樣品農(nóng)殘方法學(xué)驗(yàn)證

        2.5.1 基質(zhì)效應(yīng)及線性范圍

        基質(zhì)效應(yīng)是基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率與純?nèi)軇┡渲茦?biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值,該比值用來評(píng)估基質(zhì)對(duì)質(zhì)譜響應(yīng)的抑制或增強(qiáng)效應(yīng)(SSE)。該比值等于或接近1時(shí)(在0.85~1.15),表明基質(zhì)效應(yīng)不明顯;小于0.85時(shí),表明存在明顯離子抑制作用,大于1.15時(shí),表明存在明顯離子增強(qiáng)作用[13]。大米樣品14種農(nóng)殘的基質(zhì)效應(yīng)及線性范圍詳見表2。

        表2 14種農(nóng)殘的基質(zhì)效應(yīng)及線性范圍

        表2(續(xù))

        由表2可知,大米中14種農(nóng)藥基質(zhì)效應(yīng)及其線性關(guān)系,其中有9種農(nóng)殘(多菌靈、甲萘威、異丙威、芐嘧磺隆、敵稗、稻瘟靈、喹硫磷、稻豐散、敵瘟磷)未有明顯的基質(zhì)效應(yīng),5種農(nóng)殘(禾草敵、馬拉硫磷、甲基嘧啶磷、甲基毒死蜱、丁草胺)有明顯的基質(zhì)效應(yīng),但這14種農(nóng)殘基質(zhì)標(biāo)液在線性范圍內(nèi)均線性相關(guān)。

        因此,在進(jìn)行大米樣品檢測(cè)時(shí),為了提高方法的準(zhǔn)確性,降低基質(zhì)效應(yīng)的影響,需采用基質(zhì)匹配曲線進(jìn)行定量。

        2.5.2 定量限及檢出限

        以性噪比S/N≥10確定各農(nóng)殘的定量限 (LOQ),并在定量限濃度水平進(jìn)行加標(biāo)回收以驗(yàn)證各農(nóng)殘的定量限(LOQ),以性噪比S/N≥3確定各農(nóng)殘的檢出限(LOD)。14種農(nóng)殘定量限和檢出限詳見表3。

        由表3可知,有11種農(nóng)藥(多菌靈、甲萘威、異丙威、芐嘧磺隆、敵稗、禾草敵、馬拉硫磷、喹硫磷、稻豐散、敵瘟磷、甲基毒死蜱)在1~100 μg/kg添加水平下的回收率為87.0%~115.6%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%~8.7%,定量限為1 μg/kg,有2種農(nóng)殘(甲基嘧啶磷和稻瘟靈)在2~100 μg/kg添加水平下的回收率為91.4%~115.2%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5%~8.3%,定量限2 μg/kg,丁草胺在5~100 μg/kg添加水平下的回收率為89.0%~102.1%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.9%~1.3%,定量限為5 μg/kg。這14種農(nóng)殘?jiān)谙鄳?yīng)的定量限范圍內(nèi)的加標(biāo)回收率為87.0%~115.6%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5%~8.7%,檢出限均小于0.4 μg/kg。由此可見,該方法不僅回收率高,精密度高,而且定量限大大低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2763—2019相應(yīng)農(nóng)殘限量的要求,因此,本方法可以滿足日常檢測(cè)和監(jiān)測(cè)需求。

        2.5.3 回收率及精密度

        取空白大米樣品,分別添加低、中、高三種濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照“1.4”樣品處理方法進(jìn)行處理,其中,低濃度、高濃度加標(biāo)水平進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),中濃度水平進(jìn)行6次重復(fù)性實(shí)驗(yàn),14種農(nóng)殘加標(biāo)回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果詳見表3。

        表3 14種農(nóng)殘加標(biāo)回收率、精密度及定量限、檢出限及最大殘留限量

        2.6 大米實(shí)際樣品的測(cè)定

        利用開發(fā)的UPLC-MS/MS的方法對(duì)市售的9個(gè)大米樣品進(jìn)行測(cè)試分析,經(jīng)分析可知,市售9份大米樣品中有4份樣品存在農(nóng)藥殘留,占比總樣品量的44%,其中多菌靈檢出2份,檢出率為22%,稻瘟靈檢出4份,檢出率為44%,其中農(nóng)藥殘留總量最高的樣品中稻瘟靈殘留量為166.8 μg/kg,多菌靈留量為2.4 μg/kg,遠(yuǎn)低于GB 2763—2019規(guī)定的稻瘟靈1 mg/kg的限量,多菌靈2 mg/kg的限量。從本次市場(chǎng)初步篩查的結(jié)果來看,市售9份大米中14種農(nóng)藥均未超過食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2763限量要求,因此,本次所采集的市售大米在農(nóng)藥殘留方面是相對(duì)安全的,可放心食用。

        3 結(jié)論

        基于超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)技術(shù),建立了同時(shí)檢測(cè)大米中14種農(nóng)藥殘留的方法,樣品經(jīng)提取、稀釋、離心、過濾后直接上機(jī),減少前處理的目標(biāo)物損失,采用加標(biāo)回收法驗(yàn)證了方法準(zhǔn)確度和精密度,本方法14種農(nóng)殘加標(biāo)回收率為87.0%~115.6%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5%~8.7%,多菌靈、甲萘威、異丙威、芐嘧磺隆、敵稗、禾草敵、馬拉硫磷、喹硫磷、稻豐散、敵瘟磷、甲基毒死蜱定量限為1 μg/kg,甲基嘧啶磷和稻瘟靈定量限為2 μg/kg,丁草胺定量限為5 μg/kg,14種農(nóng)殘的檢出限均小于0.4 μg/kg,本方法的定量限和檢出限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于食品安全標(biāo)準(zhǔn)大米中農(nóng)藥最大殘留限量的要求,本方法適用于大量大米樣品農(nóng)藥殘留的快速準(zhǔn)確定量分析,同時(shí),該方法前處理與真菌毒素前處理基本一致[12,13],為后續(xù)建立真菌毒素與農(nóng)藥殘留協(xié)同監(jiān)測(cè)方法提供了可能,為進(jìn)一步保障我國(guó)大米質(zhì)量安全提供了技術(shù)保障。

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