QuEChERS超高效液相色谱串联质谱法测定麦田环境中的磺酰胺类残留

,,2,,,, ,*

(1.东北农业大学农学院,黑龙江哈尔滨 150030;2.黑龙江省农业科学院农产品质量安全研究所,黑龙江哈尔滨 150086)

乔禹欣1,陈国峰1,2,马诚义1,邵百惠1,宋秀丽1,陶波1,*

(1.东北农业大学农学院,黑龙江哈尔滨 150030;2.黑龙江省农业科学院农产品质量安全研究所,黑龙江哈尔滨 150086)

建立了同时测定麦田环境中三种磺酰胺类除草剂残留的改进QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)测定方法。样品经乙腈振荡提取,小麦籽粒和小麦植株以石墨化碳黑(graphitized carbon black,GCB)对提取液进行净化处理、土壤样品采用乙二胺-N-丙基硅烷(primary secondary amine,PSA),UPLC-MS/MS外标法检测定量。结果表明,唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺在0.01～1 mg/L范围内线性良好,相关系数(r)分别为0.9998、0.9997和0.9997,检出限均为0.01 mg/L。小麦籽粒、小麦植株和土壤中的三种磺酰胺类除草剂的平均加标回收率为85.9%～105.5%,相对标准偏差(RSDs)不大于9.8%。方法简便、快速,能够满足麦田环境中上述3种磺酰胺农药残留同时检测的需要。

磺酰胺,QuEChERS,高效液相色谱-串联质谱,麦田,残留

三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂是将磺酰脲类除草剂通过脲桥的结构改造和修饰而得,结构见图1[1-3],该类除草剂是典型的乙酰乳酸合成酶抑制剂[4-5],施用后使植物体内的乙酰乳酸合成酶(Acetolactate Synthase,ALS)活性降低,氨基酸的生物合成受到抑制,从而抑制蛋白质的合成,导致植物生长停止而死亡[6-8]。唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺是农田常用的磺酰胺类除草剂,目前,对三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂残留的分析方法的研究屡见报导,宋国春等研究了双氟磺草胺在小麦和土壤中的残留动态[9],Li Zhuonan等采用高效液相色谱-质谱法测定研究了双氟磺草胺在小麦和土壤中的残留和消解动态[10],赵亚洲等研究了双氟磺草胺在土壤中的残留分析[11],李丛荻等研究了稻田水和土壤中五氟磺草胺的残留及消解动态[12],马云峰等对双氟磺草胺在不同类型土壤中的吸附与淋溶特性进行了研究[13],刘亚娟等建立了超高效液相色谱串联质谱法检测水稻土壤、稻田水中五氟磺草胺的残留的方法[14],郝瑞辰建立了固相萃取-高效液相色谱检测土壤中五氟磺草胺在稻田土壤中残留量定量检测分析方[15],但系统对麦田环境中的三唑并嘧啶类除草剂残留分析方法在国内却未见报导,本研究探索建立了改进的QuEChERS前处理方法,采用超高效液相色谱-串联质谱为分析手段,建立了三种三唑并嘧啶类除草剂残留量的检测方法,为麦田环境中三唑并嘧啶类除草剂的监测提供有力保证。

表1 唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺多重反应监测Table 1 Mass spectral transitions monitored and instrumental parameters

图1 磺酰胺类除草剂的模式结构Fig.1 Structure of sulfonanilide herbicides注:Ar为各种芳香取代基;R1、R2为取代烷基或烷氧基团;X为氢、卤素或取代烷基。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

唑嘧磺草胺标准品(分子式为C12H9F2N5O2S,CAS No. 98967-40-9,纯度为99.0%)、双氟磺草胺标准品(分子式为C12H8F3N5O3S,CAS No. 145701-23-1,纯度为99.0%)、五氟磺草胺标准品(分子式为C16H14F5N5O5S,CAS No. 219714-96-2,纯度为97.8%) 德国Dr. Ehrenstorfer公司;乙腈、甲醇 色谱纯 迪马科技公司;乙腈(分析纯) 天津市科密欧化学试剂有限公司;氯化钠(分析纯) 北京益利精细化学品有限公司;石墨化炭黑(GCB 120-400 Mesh)、乙二胺-N-丙基硅烷(PSA 40～60 μm) 天津博纳艾杰尔科技有限公司;实验用水 超纯水。

WATERS Xevo TQ-S超高效液相色谱仪-串联质谱仪(配电喷雾离子源)、BEH T3色谱柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μm) 美国Waters公司;LXJ-ⅡB高速离心机 上海安亭科学仪器设备厂;IKA MS3 basic型涡流混合器 德国IKA公司;BT 2202 S电子天平 德国Sartorius公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液的配制 准确称取唑嘧磺草胺0.0101 g、双氟磺草胺0.0101 g、五氟磺草胺0.0102 g标准品,用甲醇定容至10 mL,配制成质量浓度为1.0 mg/mL的标准储备液,于-20 ℃下保存。使用时用甲醇逐级稀释成所需浓度的工作溶液。

1.2.2 样品前处理 称取已制备的小麦籽粒、小麦植株和土壤样品10.0 g,置于50 mL离心管中,加入20 mL水分散,并加入20 mL乙腈振荡提取30 min,加入5 g NaCl,涡旋2 min后,以5000 r/min的速度离心5 min,将小麦籽粒、小麦植株和土壤的上层乙腈提取液各取1 mL,转入分别装有50 mg GCB、50 mg PSA和100 mg GCB净化剂的2 mL离心管中,涡旋1 min,以8000 r/min的速度离心3 min后过0.22 μm有机系滤膜,待测。

1.2.3 色谱条件 柱温:35 ℃;进样量:2 μL;流动相:乙腈/水。为加强色谱峰的分离度,流动相采用梯度洗脱条件,乙腈浓度:0～1 min时,10%;1～1.10 min时,10%～90%;1.1～3.0 min时,90%;3.0～3.1 min时,90%～10%;3.1～5 min时,10%。

离子源:电喷雾离子源ESI;扫描方式:唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺均为正离子源;毛细管电压:3.9 kV;离子源温度:150 ℃;脱溶剂温度:400 ℃;脱溶剂气流量:800 L/h;锥孔气流量:150 L/h;检测方式:多重反应监测,见表1。

2 结果与讨论

2.1 提取条件优化

分析加水对三种磺酰胺类除草剂在小麦籽粒、小麦植株和土壤基质中的提取效果的影响。结果发现,加水能够有效提高乙腈对三种磺酰胺除草剂的提取效率,直接用乙腈提取的三种磺酰胺除草剂的回收率为50.65%～72.88%,加20 mL水分散乙腈提取盐析后回收率提高至98.32%～104.57%。因此本研究采用加水分散,乙腈提取的预处理方式。

目前的提取方式主要有振荡、超声和均质提取。本研究比较了振荡和超声2种提取方式,分别为振荡提取30 min、超声提取10、20、30 min,结果表明,超声提取随着时间的增加,三种磺酰胺类除草剂的提取率也逐渐提高,由平均回收率40.89%提高至73.09%;仍远低于振荡30 min的平均回收率。振荡提取操作简便,适合大批量样品,由此本研究选择振荡30 min作为三种磺酰胺类除草剂的提取方式。

图2 不同提取方式对三种磺酰胺除草剂回收率的影响Fig.2 Effect of different extraction methods on the recovery of 3 kinds of sulfonanilide

2.2 净化条件的优化

分析了100 mg的PSA、GCB和PSA和GCB的混合物3种不同组合的净化剂对小麦籽粒、小麦植株和土壤样品的乙腈提取溶液的净化效果。结果表明,PSA对土壤样品的乙腈提取剂具有良好的净化效果。这是因为土壤样品的乙腈提取溶剂中的主要杂质为有机酸等,PSA分子中含有两个氨基,能与有机酸、脂肪酸、色素、糖类等极性基质成分结合[16-17]。GCB对小麦籽粒和小麦植株样品的乙腈提取剂具有良好的净化效果,GCB净化剂中有着特殊的层状结构,能够吸附植株提取剂中的色素和甾醇类杂质[18-19]。

净化剂的用量对前处理的净化效果有着至关重要的作用,净化剂过少则净化效果不明显,净化剂过多则可能造成回收率偏低。本研究在三种磺酰胺除草剂在提取浓度为0.5 mg/L乙腈提取液中分别加入PSA、GCB和PSA+GCB 3种不同组合的净化剂,在添加量为50、100、150、200、250 mg时,分析其对三种磺酰胺除草剂的吸附能力,结果见图3。结果表明,小麦籽粒的乙腈提取液中,随着净化剂用量的增加,回收率逐渐降低,PSA对小麦籽粒提取液中三种农药的吸附不明显,随着PSA用量的增加,平均回收率仅由63.26%降至58.73%,而GCB对三种农药的吸附非常明显,随着GCB用量的增加,平均回收率由102.61%减少为28.56%。在所有处理中50 mg GCB处理的回收率最高,为102.61%,250 mg GCB和250 mg PSA共同处理的回收率最低,仅为0.08%。在土壤的乙腈提取液中,三种组合的净化剂对三种农药均有吸附作用,且随着净化剂使用量的增加,回收率逐渐降低,PSA由回收率90.08%逐渐降低至55.64%,50 mg的PSA处理的土壤提取液回收率最高,为90.08%;250 mg的GCB处理的土壤提取液回收率最低,为4.47%。小麦植株的乙腈提取液中,三种不同组合的净化剂随着使用量的增加,回收率逐渐降低,其中100 mg的GCB处理的回收率为94.41%,200 mg PSA处理的回收率为99.34%,其中GCB处理的植株提取液对色素净化效果较好。综上所述,考虑到净化效果、回收率和使用成本,小麦籽粒的乙腈提取液用50 mg的GCB净化,土壤的乙腈提取液使用50 mg的PSA进行净化,小麦植株的乙腈提取液使用100 mg的GCB净化,能够去除提取溶液中的杂质,并能够满足加标回收率。

图3 不同净化剂对小麦籽粒、土壤和小麦植株的乙腈提取液中三种磺酰胺除草剂回收率的影响Fig.3 Effect of different sorbents on the recovery of 3 kinds of sulfonanilide in wheat grain,soil and wheat plant

2.3 标准曲线的绘制

在1.2.3色谱条件下,对不同质量浓度的标样溶液分别进样,得到相应的响应值,标准品色谱图见图4,以峰面积响应值为纵坐标(y)、标样质量浓度为横坐标(x),绘制标准曲线。唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺在0.01～1 mg/L线性关系良好,唑嘧磺草胺线性回归方程为:y=1908146.87x-8202.3,相关系数为:r=0.9998;双氟磺草胺线性回归方程为:y=967997x-6578.2,相关系数为:r=0.9997;五氟磺草胺线性回归方程为:y=629820x+7219.2,相关系数为:r=0.9997。

图4 唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺标样质谱图(0.1 mg/L)Fig.4 Mass spectra of flumetsulam,penoxsulam and florasulam standard(0.1 mg/L)

2.4 方法的准确度和精密度

采用标样添加的方法[20],分别在空白小麦、植株和土壤样品中添加3种浓度的唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺标准溶液,每个浓度重复5次,用上述优化的分析方法测定回收率。计算每个加标样品中三种农药的平均加标回收率和标准偏差(RSD),用以考察所建立方法的准确度和精密度。测定结果见表2。由表2可知,小麦、植株和土壤样品的加标平均回收率为:唑嘧磺草胺为85.9%～102.0%,相对标准偏差均在0.8%～8.2%之间;双氟磺草胺为86.2%～105.1%,相对标准偏差均在3.0%～8.1%之间;五氟磺草胺为89.7%～105.5%,相对标准偏差均在1.3%～9.8%之间。

3 结论

研究建立了QuEChERS结合液相色谱-串联质谱法同时测定唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺在麦田环境中的残留分析方法。该方法分析速度快,试剂用量较小,净化效果理想;方法回收率高,在85.9%～105.5%之间,检测限低,重复性好,稳定可靠,能够满足我国及欧盟的残留限量要求,应用于实际样品的检测,得到满意的结果,符合农药残留分析从繁琐的传统方法向快速、简便的方法发展趋势,具有一定的实际应用参考价值。

表2 小麦、植株及土壤中三种磺酰胺除草剂的添加回收率和相对标准偏差Table 2 The recovery and relative standard deviations of 3 kinds of sulfonanilide in wheat,plant and soil

图5 唑嘧磺草胺、双氟磺草胺和五氟磺草胺标准曲线Fig.5 Standard curve of flumetsulam, florasulam and penoxsulam

[1]赵青山,付颖,叶非. 三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂的研究概况[J]. 植物保护,2011,37(2):14-19.

[2]顾林玲. 三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂-五氟磺草胺[J]. 现代农药,2015,14(2):46-51.

[3]冒宇翔,栾玉柱,顾继伟,等. 唑嘧磺草胺WG对大豆田阔叶杂草的防除效果及安全性[J]. 杂草学报，2012,30(2):46-48.

[4]Sundaram Baskaran,Denis R Lauren,Patrick T. Holland. High-performance liquid chromatographic determination of flumetsulam,a newly developed sulfonamide herbicide in soil[J]. Journal of Chromatography A,1996(746):25-30.

[5]Dong Bizhang,Qian Wei,Hu Jiye. Dissipation kinetics and residues of florasulam and tribenuron-methyl in wheat ecosystem[J]. Chemosphere,2015(120):486-491.

[6]李文卓,钱圆,Matsumoto Haruna,等. 五氟磺草胺在稻田中的消解动态及残留特性[J]. 农药学学报,2017,19(1):61-67.

[7]Shobha Sondhia,Smita Rajput,RK Varmac,et al. Biodegradation of the herbicide penoxsulam(triazolopyrimidine sulphonamide)by fungal strains of Aspergillus in soil[J]. Applied Soil Ecology,2016(105):196-206.

[8]Pang Nannan,Cui Yu,Hu Jiye. Weather dependent dynamics of the herbicides florasulam,carfentrazone-ethyl,fluroxypyr-meptyl and fluroxypyr in wheat fields through field studies and computational simulation[J]. Chemosphere,2016(165):320-328.

[9]宋国春,于建垒,李瑞娟,等. 双氟磺草胺在小麦和土壤中的残留动态及安全性评价[J]. 山东农业科学,2015,47(6):113-117,124.

[10]Zhuonan Li,Wenbi Guan,Huijie Hong,et al. Determination and study on residue and dissipation of florasulam in wheat and soil under field conditions[J].Bull Environ Contam Toxicol,2013,90:280-284.

[11]赵亚洲,段亚玲,王睿,等. 双氟磺草胺在土壤中的残留分析[J]. 中国农学通报,2015,31(7):180-184.

[12]李丛荻,何裕建,袁龙飞,等. QuEChERS-高效液相色谱法分析稻田水及土壤中五氟磺草胺残留及其消解动态研究[J]. 食品安全质量检测学报,2017,8(2):380-385.

[13]马云峰,李学德. 双氟磺草胺在不同类型土壤中的吸附与淋溶特性研究[J]. 农药学学报,2016,18(3):380-386.

[14]刘亚娟,侯志广,梁爽,等. 22%苄嘧磺隆o五氟磺草胺SC在水稻土壤及稻田水中的残留分析方法[J]. 农药,2016,55(4):284-286,296.

[15]郝瑞辰,梁兵兵,姚远,等. 固相萃取-高效液相色谱检测稻田土壤中五氟磺草胺的残留[J]. 农药,2014,53(12):906-908.

[16]Dong Hao,Xiao Kaijun. Modified QuEChERS combined with ultra high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry to determine seven biogenic amines in Chinese traditional condiment soy sauce[J]. Food Chemistry,2017(229):502-508.

[17]丁立平,蔡春平,王丹红. 改进的QuEChERS-气相色谱-质谱联用法测定蔬菜中的氟吗啉和烯酰吗啉残留[J]. 色谱,2014,32(8):849-854.

[18]王兵,李斌,张媛媛,等. QuEChERS-高效液相色谱法测定绿茶中虫螨腈残留[J]. 中国食品学报,2017,17(1):240-245.

[19]马婧玮,周玲,叶融,等. QuEChERS/高效液相色谱-串联质谱法测定小麦中萎锈灵残留量[J]. 环境化学,2016,35(1):35-41.

[20]NY/T 788-2004.农药残留实验准则[S]. 中华人民共和国农业行业标准.

DeterminationoftriazolopyrimidinesulfonamidesintheenvironmentofwheatfieldbyQuEChERS-UPLC-MS/MS

QIAOYu-xin1,CHENGuo-feng1,2,MACheng-yi1,SHAOBai-hui1,SONGXiu-li1,TAOBo1,*

(1.College of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Safety and Quality Institute of Agricultural Products,Heilongjiang Acadamy of Agricultural Sciences,Harbin 150086,China)

The method for simultaneous determination of 3 kinds of triazolopyrimidine sulfonamides herbicides in the environment of wheat field by improved QuEChERS-UPLC-MS/MS was established. Residues in wheat grain,wheat plant and soil samples were extracted by acetonitrile,the wheat grain and wheat plant extracts were purified by GCB(graphitized carbon black),and the soil extracts were purified by PSA(primary secondary amine). The residues were determined by UPLC-MS/MS. The results showed the linear rang of flumetsulam,florasulam and penoxsulam was 0.01～1 mg/L with the correlation coefficient of 0.9998,0.9997 and 0.9997 respectively. The recoveries of flumetsulam,florasulam and penoxsulam were in the rang of 85.9%～105.5%,with relative standard deviations(RSD)less than 9.8%. This method is easy,quick,and can meet the requirements for simultaneous residue determination of flumetsulam,florasulam and penoxsulam in wheat,plant and soil.

triazolopyrimidine sulfonamides;QuEChERS;UPLC-MS/MS;wheat;residues

2017-04-14

乔禹欣(1993-)，女，硕士研究生，研究方向：农药残留及环境毒理，E-mail：yu1243392111@163.com。

*通讯作者:陶波(1963-)，男，博士，教授，研究方向：农药作用机理、农药新活性物质的开发与应用，E-mail：botaol@163.com。

杂草抗药性监测及治理技术研究与示范(201303031)。

TS207.3

A

1002-0306(2017)23-0221-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.041