气相色谱-负化学电离质谱法测定食用植物油中5种酰基吡唑类农药残留

沈伟健, 吴 斌, 王 红, 王晓研, 余可垚, 陆慧媛, 胡国绅, 李静静

(南京海关动植物与食品检测中心, 江苏 南京 210019)

在新农药开发领域,含氮杂环化合物已经成为主流方向。近十年开发的新化学农药中,有70%左右的品种为含氮杂环化合物,其中吡唑类农药是一类较为重要的农药,共有30多个含吡唑结构的农药,国内上市的有23个。酰基吡唑类农药在吡唑类农药中占据非常重要的地位,目前有2类,一类是4-位酰胺基吡唑类杀菌剂,其中的氨基多为苯环或杂环取代,且以杂环取代时活性更高,主要有呋吡菌胺(furametpyr)、吡噻菌胺(penthiopyrad)和氟唑菌苯胺(penflufen)3种;另一类是4-位芳酰基吡唑类除草剂,结构中4-位上都是苯甲酰基,且苯环上含有多个取代基团,主要有吡唑特(pyrazolynate)和苄草唑(pyrazoxyfen)两种。国外对食品中酰基吡唑类农药残留有较为严格的限制,例如日本肯定列表中明确规定芝麻籽或其他坚果类农产品中呋吡菌胺和吡唑特的最大残留限量分别为0.1和0.02 mg/kg。

目前针对吡唑类农残检测的国内外文献多数集中于单残留或少数几种相关目标物的检测[1-12],尚无专门针对多种酰基吡唑类农残检测的报道。这些文献多数采用气相色谱-电子捕获(GC-ECD)技术[1]、气相色谱-质谱(GC-MS)技术[2-7]或液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术[7-12]进行分析测定。其中,LC-MS/MS在分析吡唑类农药时,灵敏度较高,选择性也较好,但是仪器及运行成本较高,不易推广。而气相色谱-质谱联用法中最常用的离子源技术是电子轰击(EI)离子化技术,这种技术在分析诸如食用植物油等基体复杂的“问题”基质时,干扰现象非常普遍,为了解决干扰问题和降低仪器维护成本,需要对样品进行严格而繁琐的净化过程[4-7]。化学电离(CI)离子化技术相对于EI而言,属于软电离技术,离子碎裂较少,容易得到相对分子质量信息。根据极性的不同又分为正化学电离(PCI)和负化学电离(NCI),其中PCI技术由于对农药等目标物的质子亲和力比复杂基质的基体成分及柱流失要高些,因此干扰现象相对要少得多,但总体灵敏度和EI基本相当[13-15]。NCI技术一方面对含电负性元素或基团的化合物有特殊性响应,而对基质成分和柱流失分别没有响应和响应极低,具有强抗干扰能力;另一方面,目标物的电负性越强,NCI的响应也越高,因此近些年NCI在农药残留等领域的应用研究得到持续关注[2,3]。考虑到食用植物油基质的复杂性和5种酰基吡唑类待测农药分子中均带有强电负性的卤族元素(氟或氯),选用高选择性、高灵敏度的NCI-GC-MS技术分析,应该是较好的选择。因此本文采用QuEChERS前处理技术结合NCI-GC-MS检测技术测定了食用植物油中5种酰基吡唑类农药的残留量。

1 实验部分

1.1 试剂与标准品

实验用水符合GB/T 6682中一级水要求,乙腈有色谱纯和分析纯2种试剂,其他试剂均为分析纯。标准品:呋吡菌胺(furametpyr, CAS号:123572-88-3)、吡噻菌胺(penthiopyrad, CAS号:183675-82-3)、氟唑菌苯胺(penflufen, CAS号:494793-67-8)、吡唑特(pyrazolynate, CAS号:58011-68-0)、苄草唑(pyrazoxyfen, CAS号:71561-11-0)、纯度均≥98%,均购自德国Dr. Ehrenstorfer公司。

1.2 仪器与材料

Agilent 7890A气相色谱-5975C质谱联用仪(配备有CI离子源,美国安捷伦公司)。ST16离心机(美国ThermoFisher公司), WH-3旋涡混合仪(上海沪西分析仪器厂有限公司)。BUCHI R-300旋转蒸发仪(瑞士BUCHI有限公司)。超声波振荡器(KH5200B,昆山禾创超声仪器厂), EVA32全自动氮吹浓缩仪(普立泰科仪器有限公司)。50 mL鸡心瓶,50 mL塑料具塞离心管。

PestiCard石墨化炭黑(GCB)填料(120～140目,赛分科技有限公司),乙二胺-N-丙基硅烷(PSA)填料(40～60目,北京艾杰尔科技有限责任公司), C18(碳载量17%)填料(40～60目,北京艾杰尔科技有限责任公司)。

试验用到的橄榄油、芝麻油、大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油和玉米油等样本均为南京海关动植物与食品检测中心食品实验室提供的送检样品,并储藏于实验室冷藏室中备用。

1.3 标准溶液的配制

标准储备液:准确称取10 mg 5种酰基吡唑类农药标准品于10 mL容量瓶中,用色谱纯乙腈溶解并定容至刻度线,配制成1.0 g/L的单标储备液,于4 ℃冰箱内避光保存,有效期为6个月。

混合标准溶液:分别准确移取5种酰基吡唑类农药单标储备液1 mL于同一个容量瓶中,用色谱纯乙腈稀释至刻度线,配制成100 mg/L的混合标准溶液,临用时用色谱纯乙腈稀释为10 mg/L混合标准溶液,于4 ℃冰箱内避光保存,有效期为3个月。 基质标准工作溶液:阴性植物油样品经提取净化后得到基质溶液,将5种酰基吡唑类农药混合标准溶液稀释成1 000、500、200、100、50和20 μg/L系列基质标准工作溶液,需现用现配。

1.4 提取

准确称取10 g(精确至0.01 g)食用油样品于50 mL塑料离心管中,加入20 mL分析纯乙腈,涡旋混合均匀,加入5 g氯化钠,采用超声波振荡器提取15 min,放入离心机中8 000 r/min下离心3 min,取上层清液至鸡心瓶中。放置于-18 ℃冰箱中冷冻保存1 h,取出鸡心瓶后迅速用滤纸滤去凝固的脂肪。残渣采用同样的方法提取一次,合并两次的提取液于40 ℃水浴条件下旋转蒸发至干。鸡心瓶中加入2.0 mL分析纯乙腈溶解残渣,涡旋1 min,待净化。

1.5 QuEChERS净化

将待净化提取液移入玻璃试管中,加入100 mg PSA、50 mg石墨化炭黑、200 mg C18,高速涡旋1 min,过0.22 μm有机相滤膜至进样小瓶,待GC-NCI-MS检测分析。

1.6 仪器分析

1.6.1色谱条件

色谱柱:HP-5MS UI柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);升温程序:初始温度100 ℃(保持4.5 min),以20 ℃/min升至300 ℃,保持4.5 min;载气:高纯氦气(≥99.999%);载气流速:1.0 mL/min;进样体积:1 μL;进样模式:脉冲不分流进样(脉冲压力275 kPa), 1.50 min后打开分流阀;进样口温度:300 ℃;传输线温度:280 ℃。

1.6.2质谱条件

离子源温度:150 ℃;四极杆温度:150 ℃;电离模式:负化学离子源;电子能量:经自动调谐后得到的电子能量;溶剂延迟时间:8.00 min;反应气:高纯甲烷气(≥99.999%);数据采集模式:分时段选择离子监测模式(SIM),具体参见表1。

表 1 酰基吡唑类农药的保留时间、保留时间窗口、定量及定性离子、线性方程和定量限Table 1 Retention times (RTs), RT windows, quantitative ions, qualitative ions, linear equations, and limits of quantification (LOQs) of acylpyrazole pesticides

Y: peak area;X: mass concentration, μg/L.

图 1 (a)阴性橄榄油基质及(b)阴性橄榄油基质加标 溶液(0.1 mg/L)的总离子流图Fig. 1 TIC chromatograms of (a) a negative olive oil matrix and (b) a negative olive oil matrix spiked with mixed standard solution (0.1 mg/L)

2 结果与讨论

2.1 仪器方法的选择

如表1所示,由于所分析的5种酰基吡唑类农药的分子结构中均含有若干个氟原子或氯原子,分子具有较强的电负性,因此选用对含电负性基团或元素有特异性响应的NCI技术进行测定,显然应该是较好的选择,如沈伟健等[2]和陈珊珊等[3]就是采用NCI技术对含多个氟原子的氟虫腈及其代谢物进行分析测定,选择性和灵敏度都较好。

将阴性食用油样本经过前述的提取净化前处理后,得到的总离子流色谱图比较平坦,近乎走空针,见图1a。采用阴性橄榄油作为基质,进行加标试验得到的总离子流图见图1b,可以看出5种酰基吡唑类农药均得到了较好的分离且无干扰,因此本文选择GC-NCI-MS技术进行分析。

2.2 前处理条件的优化

2.2.1提取步骤的优化

通常情况下食用植物油脂类物质熔点较低,因此可以利用熔点上的差别实现待分析物和植物油脂类物质的分离。实验中采用冷冻的方法可以较为有效地将脂类物质从提取溶液中分离出去。将乙腈提取液放置于-18 ℃冰箱中冷冻1 h后,鸡心瓶内壁上凝结着大量脂类物质,而目标物依旧溶解在低温的乙腈中,使用滤纸快速过滤,可以有效去除析出的固体脂类物质。

2.2.2净化过程的优化

本方法净化步骤采用经典的分散固相萃取技术(QuEChERS),其原理简单,操作方便,试剂耗材消耗小,对环境友好,速度快,效率高,一天一人能完成100个以上样本的前处理。

方法对3种填料(PSA、石墨化炭黑和C18)的使用量(分50 mg、100 mg、150 mg、200 mg等4个使用量)进行了正交试验,综合考虑了回收率、净化效果、基质效应、仪器维护保养和经济效益等因素,最终确定每种填料的使用量分别为PSA 100 mg、石墨化炭黑50 mg、C18200 mg。

基质效应普遍存在于质谱分析中,其存在通常会影响定量的准确性。实验中发现,部分目标物的回收率超过130%,显示出一定的基质增强效应。因此为了保证检测结果的准确性,实验中采用基质标准曲线进行外标法定量,在一定程度上控制了基质增强效应。

2.3 方法学验证

2.3.1标准曲线和定量限

采用阴性橄榄油、芝麻油两种典型食用植物油作为研究对象,经过前述完全相同的提取、净化和浓缩等前处理后用提取溶剂进行稀释,得到基质溶液(最终确保每毫升基质溶液中含有基质的质量浓度与实际检测样品溶液相同)。再用基质溶液稀释配制得到的系列基质标准溶液,在20～1 000 μg/L范围内,以定量离子峰面积Y为纵坐标,工作溶液浓度X(μg/L)为横坐标,绘制6点标准工作曲线,所有目标物均呈现了良好的线性,相关系数均大于0.993 0;根据定量限信噪比(S/N)=10得到目标物的定量限,线性方程及定量限见表1。

由表1定量限数据可知,本方法灵敏度较高,所有目标物的方法定量限均不高于2 μg/kg,完全满足国际国内相关法规(GB 2763-2016与日本肯定列表)的限量要求。

2.3.2方法的准确度及精密度

选取阴性橄榄油、芝麻油样品做添加回收试验,3个添加水平分别为0.01、0.02、0.05 mg/kg,每个添加水平做6个平行样,分别计算平均回收率及其RSD,结果见表2。可以看出,3个添加水平下,2种不同基质中5种酰基吡唑类农药的平均回收率均处于82.7%～112.4%之间,所有RSD均≤12.3%。说明方法的准确度是可靠的,精密度也是稳定的。

表 2 农药在2种食用植物油中3个添加水平下的平均回收率及其RSD (n=6)Table 2 Average recoveries and RSDs of the pesticides at three spiked levels in two vegetable oils (n=6)

2.4 实际样品的检测

本实验室自建立食用植物油中5种酰基吡唑类农药残留量的检测方法以来(2018年初),已完成近500个各种常见食用植物油样品的检测,其中有9个样品(均为大豆油)中检测出氟唑菌苯胺,但均未超过日本肯定列表一律标准中的限量值,其中检出的氟唑菌苯胺残留量分别为0.6、0.9、1.4、1.6、2.5、2.6、2.6、3.6、3.8 μg/kg。

3 结论

本文建立了GC-NCI-MS技术测定食用植物油中5种酰基吡唑类农药残留量的方法。该法灵敏度高,定量限均低于2 μg/kg,可用于测定食用植物油中5种酰基吡唑类农药的残留量。