QuEChERS-气相色谱-负化学电离源-串联质谱法测定茶叶中氟虫腈及其代谢物的残留量

蒋晓勤,袁荷芳,程 妍,高蕙文

(常州市食品药品纤维质量监督检验中心,常州 213000)

中国是茶叶出口大国,在茶叶的种植过程中,为了提高茶叶产量,防治各种害虫,化学农药在茶叶中使用较为广泛,而严重的农药残留超标问题使中国茶叶出口面临严重的压力。氟虫腈是一种苯基吡唑类杀虫剂,在茶叶生长过程中使用普遍,其具有杀虫谱广、持效期长的特点,但在环境中稳定性较差,可通过水解、微生物降解等方式进行代谢,主要代谢物为氟甲腈、氟虫腈砜和氟虫腈亚砜,经研究发现代谢物的毒性更大[1]。欧盟规定了氟虫腈的限量为0.005 mg·kg-1,并不涉及其代谢物。国家标准GB/T 2763-2021《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》[2]中并未规定其在茶叶中的限量值,但是规定了氟虫腈及其代谢物在谷物、水果蔬菜等食品中的最大残留限量,因此开发一种快速、准确测定茶叶中氟虫腈及其代谢物残留量的分析方法非常重要。

目前,氟虫腈及其代谢物常用的前处理方法主要有固相萃取法[3]、液液萃取法[4]等。固相萃取法所需的试剂量较大,时间也较长,在进行大批量样品检测时效率低,而QuEChERS快速、简便,消耗试剂少,被广泛用于瓜果蔬菜的农药残留的检测[5-6]。本工作将QuEChERS用在茶叶的前处理中,可以更快速。氟虫腈及其代谢物的测定方法主要有气相色谱法(GC)[7-8]、液相色谱法(LC)[9-10]、气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)[11-13]、液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)[14-15]等。氟虫腈及其代谢物含有多个卤原子,有较强的电负性,使用负化学电离(NCI)源测定,可以提高灵敏度。文献[16]报道了气相色谱-负化学电离源-串联质谱法(GC-NCI-MS/MS)测定动物源食品中氟虫腈及其4种代谢物的残留量,测定下限为0.5～1.0 μg·kg-1。茶叶基质复杂,有较强的本底干扰[17],而GC-MS/MS多反应监测(MRM)模式可以在复杂基质下对目标物进行准确测定。本工作以QuEChERS进行前处理,采用GC-NCI-MS/MS测定茶叶中氟虫腈及其代谢物氟甲腈、氟虫腈砜和氟虫腈亚砜的残留量,灵敏度高,测定下限可达到0.5～2.5 μg·kg-1,能够满足欧盟的残留限量要求,适用于茶叶中氟虫腈及其代谢物残留量的快速检测。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890A/7000B型三重四极杆气相色谱质谱联用仪;7683型自动进样器;Thermo Multif X3R型高速离心机;Talboys数显型涡旋振荡仪;Reeko型氮吹仪;QuEChERS净化盐管,内装1 200 mg硫酸镁、400 mgN-丙基乙二胺(PSA)、400 mg C18和200 mg石墨化碳黑(GCB)。

单标准溶液:氟甲腈、氟虫腈亚砜、氟虫腈、氟虫腈砜的质量浓度均为1 000 mg·L-1。

混合标准储备溶液:1 mg·L-1,取适量的氟甲腈、氟虫腈亚砜、氟虫腈、氟虫腈砜标准溶液,用乙腈溶解并定容,配制成质量浓度为1 mg·L-1的混合标准储备溶液。

混合标准溶液系列:取适量的混合标准储备溶液,用乙腈逐级稀释,配制成质量浓度为1,5,10,20,50,100 μg·L-1的混合标准溶液系列。

QuEChERS萃取盐包,含6 g硫酸镁、1.5 g乙酸钠;乙腈、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、正己烷均为色谱纯。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 mm);进样口温度 250 ℃;进样方式为不分流进样,进样量 1 μL;流量 1.2 mL·min-1;载气为氦气。柱升温程序:初始温度100 ℃;以20 ℃·min-1的速率升温至200 ℃,保持11 min;以30 ℃·min-1的速率升温至260 ℃,保持5 min。

1.2.2 质谱条件

NCI源,反应气为甲烷;接口温度 280 ℃;离子源温度 150 ℃;扫描方式为MRM;其他质谱参数见表1,其中“*”代表定量离子。

表1 质谱参数

1.3 试验方法

取代表性样品500 g,搅碎混匀后装入洁净的盛样容器内,密封保存。称取2 g样品(精确至0.01 g)于50 mL塑料离心管中,加入10 mL水涡旋1 min,浸泡10 min后加入10 mL乙腈、QuEChERS萃取盐包及1颗陶瓷均质子,盖上离心管盖,剧烈振荡1 min后以转速4 000 r·min-1离心5 min。吸取8 mL上清液,加到QuEChERS净化盐管内,剧烈振荡1 min后以转速4 000 r·min-1离心5 min,取上清液,过0.45 μm滤膜后按照仪器工作条件测定。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件的优化

对1 mg·L-1的混合标准储备溶液进行一级质谱全扫描,选取响应较高的1～2个离子作为母离子,然后将混合标准溶液用乙腈稀释成100 μg·L-1,设置不同的碰撞能量,对其进行产物离子扫描,选取响应较高的3～4个产物离子作为子离子。以茶叶空白基质配制基质匹配的混合标准溶液,在MRM条件下进行筛选,最终选取在茶叶基质下2个响应最高的母离子、子离子作为定性定量离子,结果见表1。1 μg·L-1的基质匹配的混合标准溶液的总离子流色谱图见图1。

图1 1 μg·L-1的基质匹配的混合标准溶液的总离子流色谱图

2.2 前处理方法的优化

2.2.1 提取溶剂

将加标茶叶样品(加标量为0.10 mg·kg-1)用10 mL水进行浸泡后,分别选取10 mL乙腈、正己烷、甲醇、乙酸乙酯和丙酮等不同溶剂进行提取净化,其他试验步骤和样品前处理过程相同,按照仪器工作条件测定,每种提取溶剂下平行测定3次,计算回收率,结果见表2。

表2 不同提取溶剂中氟虫腈及其代谢物的回收率

由表2可知:正己烷极性较弱,作为提取溶剂时,目标物的回收率低;甲醇作为提取溶剂时,目标物的回收率较正己烷高,但是也仅为12.3%～31.4%;丙酮作为一种强极性溶剂,在前处理过程中会提取出较多的杂质、色素等,对仪器有较大的污染,而且氟虫腈的回收率较低;乙腈作为提取溶剂时,对目标物的溶解性较好,目标物的回收率为85.4%～113%;乙酸乙酯对目标物的提取回收率也较好,为87.8%～97.9%,但是提取出的溶液颜色比乙腈提取出的更深,容易对质谱的进样口和色谱柱造成较大的污染,且乙酸乙酯的挥发性更强。综合考虑,乙腈极性高,价格适中,更适合作为提取溶剂,因此试验选择乙腈作为提取溶剂。

2.2.2 吸附剂及其用量

由于在茶叶前处理过程中加入了10 mL水进行浸泡,因此在净化过程中需要加入一定量的硫酸镁,以去除水分。PSA能去除有机酸、色素、金属离子和酚类等,GCB能吸附色素、甾醇等大分子杂质。比对了在茶叶前处理过程中不加吸附剂、只加PSA、加PSA+GCB,经过涡旋振荡、离心后的溶液颜色,发现上清液颜色依次变浅,因此选择加PSA+GCB。茶叶含脂肪含量较高,包括磷脂、甘油酯、糖脂和硫酯等,C18为反相萃取剂,能吸附油脂等弱极性到中等极性的物质,因此最终选择硫酸镁+PSA+C18+GCB作为QuEChERS净化盐管中的试剂。

以氟虫腈为研究对象,QuEChERS净化盐管中分别加入以下不同量的试剂:方法1,600 mg硫酸镁+200 mg PSA+200 mg C18+100 mg GCB;方法2,900 mg硫酸镁+300 mg PSA+300 mg C18+150 mg GCB;方法3,1 200 mg硫酸镁+400 mg PSA+400 mg C18+200 mg GCB;方法4,1 500 mg硫酸镁+500 mg PSA+500 mg C18+250 mg GCB,按照前处理方法对白茶进行加标回收试验,氟虫腈的回收率结果见图2。

图2 吸附剂用量对氟虫腈回收率的影响

结果表明:方法1与方法4的回收率较低;方法2与方法3的回收率接近,都较高,在前处理过程中可以发现经方法3处理后溶液颜色较浅,对仪器和色谱柱的损伤较低。因此,试验选择QuEChERS净化盐管中装入1 200 mg硫酸镁、400 mg PSA、400 mg C18和200 mg GCB。

2.3 基质效应

基质效应指样品中目标物以外的其他基质成分对目标物含量测定的影响。试验用不同茶叶作为空白基质,配制基质匹配标准曲线,用其斜率与溶剂标准曲线斜率的比值来考察不同茶叶的基质效应,结果见图3。比值越接近100%,则基质效应越小,比值的绝对值大于100%时,为基质增强效应,比值的绝对值小于100%时,为基质抑制效应。

图3 氟虫腈及其代谢物在不同茶叶中的基质效应

由图3可知,在茶叶基质中,4种目标物的基质效应都大于150%,是基质增强效应,其中氟虫腈的基质效应最强,超过250%,在绿茶中基质效应达到371%。因此,试验采用基质匹配标准曲线来测定茶叶中的氟虫腈及其代谢物的含量,以提高定量分析的准确度。

2.4 工作曲线、检出限和测定下限

以白茶为空白基质,按照1.3节试验方法进行前处理,取净化后的溶液各1 mL到6个10 mL玻璃试管中,氮吹至近干,分别用混合标准溶液系列1 mL复溶(相当于目标物的质量浓度分别为0.005,0.025,0.05,0.10,0.25,0.50 mg·kg-1),涡旋混匀后过滤,按照仪器工作条件测定。结果表明,4种目标物的质量分数在0.005～0.50 mg·kg-1内与其对应的峰面积呈线性关系,所得线性回归方程和相关系数见表3。

表3 线性参数、检出限和测定下限

以3,10倍信噪比(S/N)对应的质量分数确定检出限(3S/N)和测定下限(10S/N),结果见表3。

2.5 精密度和回收试验

以茶叶作为空白基质,按照试验方法进行低、中、高(0.025,0.10,0.25 mg·kg-1)3个浓度水平的加标回收试验,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表4。

表4 精密度与回收试验结果(n=6)

由表4可知,目标物的回收率为96.6%～136%,测定值的RSD为0.50%～6.8%。氟甲腈在低浓度水平的加标回收率偏高,为136%,原因可能是当加标量较低时,目标物易受到茶叶基质的本底干扰。

2.6 样品分析

按照试验方法对市场中流通的绿茶、白茶、红茶等100批茶叶进行测定,结果显示,在某一批次茶叶样品中检出氟虫腈及其代谢物,总量为77.1 μg·kg-1(以氟虫腈计)。

本工作以QuEChERS为前处理方法,提出了GC-NCI-MS/MS测定茶叶中氟虫腈及其代谢物残留量的方法。本方法简便、快速,有机溶剂消耗较少,灵敏度高,经方法学验证,能够满足茶叶中氟虫腈及其代谢物的日常检验,测定下限可以满足欧盟残留限量要求,有助于茶叶的出口。