許芮菡, 謝倩文, 李旭軍, 趙紅麗, 劉學(xué)彬, 魏遠隆,,4,5*, 邱愛東

(1. 成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院, 四川 成都 610106; 2. 四川省中安檢測有限公司, 四川 成都 610100; 3. 四川茂華食品有限公司博士后創(chuàng)新實踐基地, 四川 眉山 620038; 4. 四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院, 四川 成都 610065; 5. 榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院, 陜西 榆林 719000)

茶葉最早起源于中國,是我國重要的經(jīng)濟作物之一,擁有可觀的市場價值[1]。茶葉中含有茶多酚、茶多糖、生物堿等物質(zhì),具有抗氧化、降血糖、抗癌和抗炎等保健功效[2,3],也因其特殊的風(fēng)味和口感,成為世界上消費最多的飲料之一[4,5]。茶樹多生長在濕熱環(huán)境中,利于害蟲的繁殖,為防病治病,茶農(nóng)多噴灑相關(guān)農(nóng)藥[4],擬除蟲菊酯類農(nóng)藥就是廣泛使用的茶葉農(nóng)藥之一[6]。隨著人們生活水平的不斷提高,健康意識的不斷增強,茶葉中農(nóng)藥殘留的潛在危害引起人們的高度關(guān)注。由于茶葉中色素等物質(zhì)含量較高,檢測時容易產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)(ME),給目標物測定帶來嚴重干擾[7]。為減少ME對檢測的干擾,目前常用的方法有:基質(zhì)多重凈化法、基質(zhì)匹配校準方法、進樣技術(shù)優(yōu)化、內(nèi)標校正法和同位素內(nèi)標校正法以及分析保護劑加入法等。為確保檢測方法能獲得更準確的結(jié)果,需要對ME進行評價[8,9]。

近些年來,碳納米材料因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的吸附性能[10,11],在食品安全檢測領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注,應(yīng)用于檢測前的樣品處理凈化過程。吳靜娜等[11]利用MWCNTs磁性固相萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測定茶葉中8種農(nóng)藥殘留,LOD為0.004～0.010 mg/kg;崔麗麗等[12]利用MWCNTs改進QuEChERS-氣相色譜-質(zhì)譜法檢測黃芪中16種農(nóng)藥,在0.01～5.0 mg/L范圍內(nèi),呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系;陳彬等[13]也采用該方法對韭菜中32種農(nóng)藥殘留進行檢測,在0.01～2 mg/L內(nèi)線性良好,LOD為0.003～0.02 mg/kg;陳啟榮等[14]采用MWCNTs固相萃取凈化-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測定茶葉中26種農(nóng)藥,在0.04～1.6 mg/L內(nèi)具有良好線性,LOD為0.005～0.05 mg/kg。石墨烯作為碳納米材料中的一員,比表面積大、電導(dǎo)率高,多用于電極材料、傳感器等[15],因其片層結(jié)構(gòu)間易團聚,運用其作為吸附材料的研究較少,多用氧化狀態(tài)的石墨烯作凈化材料,如侯秀丹等[16]采用氧化石墨烯氣凝膠固相萃取柱檢測蘋果中的有機磷農(nóng)藥,線性擬合良好,LOD為0.000 2～0.000 5 mg/L,獲得了較好的檢測效果。

國家標準GB 2763-2021《食品安全國家標準 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》對茶葉中10種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥明確規(guī)定了最大殘留限量(MRLs)。針對越來越嚴苛的茶葉中農(nóng)藥MRLs,為解決茶葉檢測中基質(zhì)干擾的難題,本研究將單壁碳納米管(SWCNTs)、MWCNTs、石墨烯等碳納米材料作為優(yōu)化QuEChERS前處理法中的凈化劑,用于茶葉樣品的基質(zhì)凈化過程,探討茶葉檢測中ME的影響,以期建立一種靈敏度高、可靠性強的茶葉農(nóng)藥殘留檢測方法,并將新建立的方法應(yīng)用于市售茶葉中擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留的檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

Agilent 7890B GC system-7000D GC/TQ氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀(帶反吹裝置); HP-5MS UI (15 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱(美國Agilent公司); XW-80A渦旋儀(海門市其林貝爾儀器制造有限公司); UPR-Ⅱ-10T超純水器(四川優(yōu)普超純科技有限公司); TD-5M低速離心機(四川省蜀科儀器有限公司);電子天平(瑞士Mettler Toledo); BJ-300多功能粉碎機(德清拜杰電器有限公司); KQ-500DE數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司); MTN-5800水浴手動圓形氮吹儀(天津奧特賽恩斯儀器有限公司)。

10種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥標準物質(zhì):氟氯氰菊酯(cyfluthrin)、氯菊酯(permethrin)、氰戊菊酯(fenvalerate)購自Laboratory of the Government Chemist;甲氰菊酯(fenpropathrin)、氯氟氰菊酯(cyhalothrin)購自CATO Research Chemicals Inc.;氯氰菊酯(cypermethrin)、聯(lián)苯菊酯(bifenthrin)購自壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司;氟氰戊菊酯(flucythrinate)購自Chem Service Inc.;溴氰菊酯(deltamethrin)購自中國計量科學(xué)研究院;100 mg/L醚菊酯(etofenprox)標準溶液購自北京曼哈格生物科技有限公司。

乙腈、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、正己烷(色譜純)購自美國MORELLK公司;甲苯(色譜純)購自成都市科隆化學(xué)品有限公司;氯化鈉(分析純)購自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;N-丙基乙二胺(PSA)、十八烷基鍵合硅膠(C18)購自青云實驗耗材有限公司;SWCNTs、MWCNTs、石墨烯(中國科學(xué)院成都有機化學(xué)有限公司);氨基化多壁碳納米管(南京先豐納米科技有限公司); 0.22 μm有機濾膜(天津市津騰實驗設(shè)備有限公司)。

1.2 標準溶液的配制

單一標準溶液:分別準確稱取氟氯氰菊酯、氟氰戊菊酯、氯氰菊酯、甲氰菊酯、聯(lián)苯菊酯、氯氟氰菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯標準品,用乙腈溶解,配制成質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的標準儲備液。-18 ℃凍存,有效期約為6個月。

混合標準儲備液:分別準確量取氟氯氰菊酯、氟氰戊菊酯、氯氰菊酯、甲氰菊酯、聯(lián)苯菊酯、氯氟氰菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯標準儲備液和醚菊酯標準溶液,用乙腈溶解,配制成質(zhì)量濃度為10 mg/L的混合標準儲備液,-18 ℃凍存,有效期約為1個月。

混合標準工作液:取一定量的混合標準儲備液,乙腈稀釋,現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.3 實驗條件

1.3.1加標方法

稱取不含目標農(nóng)藥的空白綠茶,加入1.2節(jié)中配制的混合擬除蟲菊酯類農(nóng)藥標準溶液后作為空白加標樣品,空白加標樣過夜,方法優(yōu)化的單因素實驗及正交試驗設(shè)計所采用的加標樣中農(nóng)藥的含量為0.1 mg/kg。

1.3.2樣品提取

稱取茶葉2.0 g(±0.01 g)于50 mL具塞離心管中,加入12 mL乙腈提取,渦旋混勻1 min,超聲35 min;加入6 g NaCl,渦旋1 min;放入-18 ℃冷凍30 min, 4 000 g離心5 min;取上清液,氮吹濃縮至2 mL,轉(zhuǎn)移至含有60 mg MWCNTs、200 mg PSA和200 mg C18凈化劑的15 mL離心管中,渦旋1 min, 4 000 g離心3 min,取1 mL過0.22 μm有機濾膜,進小瓶,于-18 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3GC-MS/MS分析

4)果皮底色。蘋果成熟時，果皮的顏色可作為判斷果實成熟度的標志之一。未成熟果實的果皮中有大量的葉綠素，隨著果實的成熟，葉綠素逐漸分解，果皮底色由深綠色逐漸轉(zhuǎn)為黃綠色可以作為果實成熟的標志。借助標準比色卡、色差儀或經(jīng)驗，可以根據(jù)果皮底色來判斷成熟度，以便適時采收。

色譜條件 2支Agilent HP-5MS UI色譜柱(15 m×0.25 mm×0.25 μm)串聯(lián);進樣量:1 μL;載氣:氮氣,純度≥99.999%;進樣方式:不分流模式;色譜柱1流量:1.2 mL/min,色譜柱2流量:1.4 mL/min;進樣口溫度:250 ℃。柱溫:初始溫度100 ℃,保持1 min;以30 ℃/min升到130 ℃,不保持;再以20 ℃/min升到250 ℃,不保持;最后以10 ℃/min升到300 ℃,保持4 min;后運行2 min。

質(zhì)譜條件 電子轟擊(EI)離子源;離子源溫度280 ℃;電離能量70 eV;碰撞輔助氣為氦氣;溶劑延遲4 min;采集模式為多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式。具體參數(shù)見表1。

1.4 基質(zhì)效應(yīng)評價

ME=(AM-AS)/AS×100%[17,18],其中AM為待測物在樣品基質(zhì)中的峰面積;AS為待測物在純?nèi)軇┲械姆迕娣e。評價標準[19,20]: a. ME>0,基質(zhì)增強;ME<0,基質(zhì)抑制;b. ME絕對值在0～25%之間時,基質(zhì)效應(yīng)不顯著;c. ME絕對值在25%～50%之間時,基質(zhì)效應(yīng)略顯著;d. ME絕對值大于50%時,基質(zhì)效應(yīng)顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同提取溶劑對回收率的影響

分別在0.1 mg/kg的空白加標綠茶樣品中加入乙腈、正己烷、丙酮、甲醇、乙酸乙酯5種有機溶劑進行提取效率比較,各目標農(nóng)藥的回收率結(jié)果見圖1。結(jié)果表明10種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥在甲醇、正己烷、丙酮、乙酸乙酯、乙腈中提取的回收率范圍分別為75.4%～133.8%、56.0%～132.3%、89.9%～134.6%、100.3%～150.1%、89.0%～104.8%。其中,正己烷提取的氯氟氰菊酯和氰戊菊酯回收率較低,甲醇提取某些菊酯類回收率偏低且目標農(nóng)藥間回收率差異較大。故本研究最后選擇丙酮、乙酸乙酯、乙腈3種溶劑進行正交試驗。

圖 1 提取溶劑對各目標農(nóng)藥回收率的影響(n=3)Fig. 1 Effect of extraction solvent on the recoveries of target pesticides (n=3)Ultrasonic extraction was performed for 35 min (40 kHz), using 30 mg MWCNTs, 200 mg PSA, and 200 mg C18 as purifiers.

2.2 不同提取時間對回收率的影響

分別在0.1 mg/kg的空白加標綠茶樣品中加入12 mL乙腈,渦旋1 min, 40 kHz超聲輔助提取5、20、35、50、65 min。各目標農(nóng)藥的回收率結(jié)果見圖2。結(jié)果表明,10種擬除蟲菊酯超聲提取5、20、35、50、65 min時平均回收率分別為54.9%、76.4%、87.1%、87.3%、86.3%。提取時間5～35 min時,各目標物的回收率隨不同提取時間的增長而呈上升趨勢,在35～65 min時,各回收率趨于平穩(wěn)。綜合考慮10種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥總體的回收率情況,選擇超聲提取時間20、35、50 min進行正交試驗。

圖 2 超聲提取時間對各目標農(nóng)藥回收率的影響(n=3)Fig. 2 Effect of ultrasonic extraction time on the recoveries of target pesticides (n=3)The extraction solvent was acetonitrile, while 30 mg MWCNTs, 200 mg PSA, and 200 mg C18 were used as purifiers.

2.3 不同碳納米材料及其用量對回收率的影響

在基礎(chǔ)凈化劑200 mg PSA和200 mg C18的基礎(chǔ)上,分別加入0、30、60、90、120 mg 4種不同的碳納米材料,考察其凈化效果,目標農(nóng)藥的回收率結(jié)果見圖3。

圖 3 4種碳納米材料及其用量對各目標農(nóng)藥回收率的影響(n=3)Fig. 3 Effects of four kinds of carbon nanomaterials and their dosages on the recoveries of target pesticides (n=3)The extraction solvent used was acetonitrile and ultrasonic extraction was performed for 35 min (40 kHz).

在用量分別為30、60、90、120 mg時,SWCNTs凈化組平均回收率分別為79.2%、87.7%、78.0%、64.2%; MWCNTs凈化組分別為88.9%、101.7%、99.3%、86.4%;氨基化多壁碳納米管凈化組分別為87.0%、88.1%、90.9%、83.4%;石墨烯凈化組分別為78.7%、79.9%、84.5%、80.6%。對4種碳納米材料凈化后各目標農(nóng)藥回收率進行比較,回收率較好的依次是MWCNTs、氨基化多壁碳納米管、石墨烯、SWCNTs(見圖3)。可見,在SWCNTs的用量為60 mg時回收率87.7%為最佳;石墨烯用量為90 mg時回收率84.5%為最佳,因石墨烯片層間易團聚使吸附凈化效果受到影響而需要增加其用量,同時,因質(zhì)量輕在實驗中石墨烯的稱量較難操作。綜合考慮后,選擇SWCNTs、MWCNTs、氨基化多壁碳納米管3種碳納米材料作為凈化劑,同時選擇碳納米材料用量為30、60、90 mg進行正交試驗。

2.4 正交試驗設(shè)計及方差分析

在QuEChERS法采用200 mg PSA和200 mg C18基礎(chǔ)凈化劑的基礎(chǔ)上,根據(jù)單因素實驗結(jié)果,采用空白綠茶樣品進行L9(34)正交試驗設(shè)計,并采用綠茶基質(zhì)標準曲線定量。正交試驗因素水平見表2,實驗結(jié)果及極差分析見表3,方差分析見表4。

表 2 QuEChERS法正交試驗設(shè)計因素水平表

結(jié)果表明,QuEChERS法影響因素依次為A(提取溶劑)、C(碳納米材料)、B(提取時間)和D(碳納米材料用量)(見表3); A(提取溶劑)在1水平較其他2個水平回收率高,B(提取時間)在2水平上較其他2個水平的回收率高,C(不同碳納米材料)在2水平上較其他2個水平的回收率高,D(碳納米材料用量)在2水平上較其他2個水平回收率高(見表3);方差分析結(jié)果可以看出,A(提取溶劑)、C(碳納米材料)對回收率的影響具有極顯著統(tǒng)計學(xué)差異(p<0.001), B(提取時間)對回收率的影響有統(tǒng)計學(xué)差異(p<0.05), D(碳納米材料用量)對回收率影響不顯著(p>0.05)(見表4)。

依正交試驗結(jié)果,篩選出最佳試驗條件為:乙腈為提取溶劑;超聲提取時間35 min; 60 mg MWCNTs、200 mg PSA和200 mg C18為凈化劑。

2.5 基質(zhì)效應(yīng)評價

選取綠茶、紅茶、花茶3種茶葉基質(zhì),對10種擬除蟲菊酯農(nóng)藥在不同茶葉中的ME進行評價,結(jié)果見圖4。

圖 4 不同含量的目標農(nóng)藥在綠茶、紅茶、花茶3種茶葉基質(zhì)中的基質(zhì)效應(yīng)Fig. 4 Matrix effects of the target pesticides at different contents in green tea, black tea, and scented green tea matrices

在0.05 mg/kg水平下,各目標農(nóng)藥的ME絕對值在綠茶、紅茶、花茶中分別為2.37%～20.85%、0.61%～45.10%、27.64%～102.18%;在0.1 mg/kg水平下,綠茶、紅茶、花茶中分別為0.19%～84.88%、0.65%～65.91%、24.99%～172.20%;在0.5 mg/kg水平下,在綠茶、紅茶、花茶中分別為0.47%～13.43%、0.66%～34.88%、16.43%～50.77%。即,各目標農(nóng)藥在綠茶中ME絕對值范圍為0.19%～84.88%,在紅茶中為0.61%～65.91%,在花茶中為16.43%～172.20%。可見,本方法下10種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥在紅茶中受ME干擾較小,在綠茶中次之,在花茶中受ME干擾較大。

2.6 方法學(xué)考察

用空白綠茶樣品基質(zhì)配制一系列質(zhì)量濃度為0.005、0.01、0.02、0.05、0.2、0.5、1、2 mg/L的混合標準溶液,對線性關(guān)系和相關(guān)系數(shù)(r2)進行考察。以3倍信噪比(S/N≥3)對應(yīng)的含量作為LOD,以S/N≥10對應(yīng)的含量作為LOQ[21],結(jié)果見表5。

表 5 綠茶中各目標農(nóng)藥的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

用空白綠茶樣品進行3水平6平行的加標回收試驗,并計算方法的相對標準偏差(RSD),結(jié)果見表6。

實驗結(jié)果表明,基質(zhì)混合標準曲線在0.01～2 mg/L范圍內(nèi),r2為0.998 9～0.999 9,線性良好。本方法中目標菊酯類農(nóng)藥的LOD為0.001～0.01 mg/kg, LOQ在0.005～0.04 mg/kg之間,在GB 23200.113-2018中相應(yīng)菊酯類農(nóng)藥的LOQ范圍為0.01～0.05 mg/kg(見表5)。此外,其他文獻采用MWCNTs凈化茶葉基質(zhì)的方法中LOD為0.004～0.01 mg/kg[11]和0.005～0.05 mg/kg[14],綜合比較發(fā)現(xiàn),本方法檢測靈敏度較高。

10種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥在3個加標水平的回收率范圍為91.4%～109.7%,RSD為0.12%～9.80%(見表6),說明該方法具有良好的準確性和精密度,可以滿足茶葉中擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的快速定量分析。

2.7 實際樣品檢測

分別采用本方法和國家標準方法GB 23200.113-2018中QuEChERS方法[22]對樣品進行檢測。對120份市售茶葉樣品,分別采用相應(yīng)的紅茶、綠茶、花茶3個基質(zhì)標準曲線進行定量分析。

結(jié)果表明,120份市售茶葉中氟氰戊菊酯和醚菊酯經(jīng)2種方法檢測均無檢出,氟氯氰菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯、聯(lián)苯菊酯、氯氟氰菊酯經(jīng)國標方法檢測的檢出率分別為1.67%、1.67%、3.33%、5.83%、26.67%、32.50%、55.00%、60.83%;經(jīng)本方法檢測的檢出率分別為1.67%、4.17%、5.00%、6.67%、31.67%、44.17%、60.83%、65.00%,兩種方法檢測結(jié)果相近。雖然目標農(nóng)藥有檢出,但所有樣品的農(nóng)藥殘留量均未超標,殘留量均低于GB 2763-2021中規(guī)定的MRLs值。本方法所用的凈化材料MWCNTs凈化效果較好,降低了檢測干擾。

3 結(jié)論

本文通過對SWCNTs、MWCNTs、氨基化多壁碳納米管和石墨烯4種碳納米材料進行前處理方法的篩選優(yōu)化,建立了一種基于MWCNTs優(yōu)化的QuEChERS法結(jié)合GC-MS/MS檢測技術(shù),用于茶葉中擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留的檢測。該方法能夠滿足茶葉中農(nóng)藥殘留安全檢測等相關(guān)要求。茶葉空白基質(zhì)加標試驗表明其回收率和精密度均滿足SN/T 5326.2-2020和GB/T 27404-2008的要求。相較于傳統(tǒng)的QuEChERS方法,本方法靈敏度高,可靠性好,可作為茶葉中農(nóng)藥殘留快速定量分析的一種新方法。