茶叶是世界三大饮料之一,而我国是世界茶叶产量第一大国,茶叶出口第二大国[1],为了提高茶叶产量,农药在茶叶病虫防治中得到了广泛使用,但由于使用过程中存在滥用、误用等现象,时常有残留农药检出或超标的情况发生[2]。气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)法结合了气相色谱的高分辨率和质谱的高灵敏度的特点,能同时进行定性、定量检测分析,主要适用于分析沸点较低、热稳定性好且分子质量较小的化合物[3]。近年来已有大量文献报道气相色谱-质谱联用法检测茶叶中农药多残留的分析研究,如苏建峰等[4]采用气相色谱-质谱法检测茶叶及茶叶加工品中295种农药多残留;荣杰峰等[5]采用羟基化多管壁碳纳米管分散固相萃取-气相色谱-质谱法测定茶叶中21种有机磷农药;在茶叶农药多残留检测中建立快速、准确的检测方法,对正确合理使用农药、提升茶叶品质具有重大意义。本实验建立气相色谱-质谱联用法测定茶叶中21种农药残留,以期满足日常的茶叶农药残留检测。
乙腈、正己烷(均为色谱纯):德国Merck公司;丙酮、甲苯(均为色谱纯):美国Tedia试剂公司;氯化钠、无水硫酸镁(分析纯):国药集团化学有限公司;Cleanert TPT固相萃取柱:美国Agela公司。
21种农药标准物质(100 μg/mL,1.2 mL):中国计量院;水城春茶叶:水城县茶叶发展有限公司。
GCMS-TQ8050气相色谱-质谱联用仪(配AOC-20i+s自动进样器)、AUX220分析天平:日本岛津公司;Talboys数显型多管式旋涡混合器:美国Troemner公司;3-18K台式高速冷冻离心机:德国Sigma公司;HG200均质机:普利赛斯国际贸易(上海)有限公司;Hei-VAP旋转蒸发仪:德国Heidolph公司;HSE-12B固相萃取仪:天津市恒奥科技发展有限公司;TWS-12电热恒温水浴锅:上海喆图科学仪器有限公司;MM400混合研磨仪:德国ReTsch莱驰公司。
1.3.1 标准曲线的绘制
分别取单个农药标准液(100 μg/mL,1.2 mL)各1 mL于3个10 mL容量瓶中,用丙酮稀释至刻度,即得质量浓度为10 μg/mL混合农药标准储备液,放于冰箱中冷藏,有效期为3个月。
分别移取标准储备液50 μL、100 μL、200 μL、500 μL、1 000 μL于10 mL容量瓶中,并用丙酮定容至刻度,即得质量浓度为0.05μg/mL、0.10μg/mL、0.20μg/mL、0.50μg/mL、1.00 μg/mL的标准工作液。以质量浓度(x)为横坐标,定量离子对的峰面积(y)为纵坐标进行线性回归,得到各组分线性方程及相关系数。
1.3.2 样品前处理
称取5 g试样(精确至0.000 1 g),于50 mL离心管中,加入15 mL乙腈,分别以回流法、超声法、旋涡振荡法提取,提取液以5 000 r/min离心5 min,取上清液于250 mL茄型瓶中。残渣再次用15 mL乙腈重复提取一次,离心,合并提取液,40℃水浴旋转蒸发浓缩至1 mL,待净化。
在CleanertTPT固相萃取柱中加入约2cm无水硫酸钠,用10 mL乙腈-甲苯(3+1,体积比)预洗Cleanert TPT固相萃取柱,弃去流出液,放入固定架上。将上述样品浓缩液转移至Cleanert TPT固相萃取柱中,用2 mL乙腈-甲苯洗涤样品瓶,并将洗涤液移入柱中,重复3次,再用25 mL乙腈-甲苯洗涤小柱,收集上述所有流出溶液于茄型瓶中,40℃水浴旋转蒸发至0.5mL左右,加入5mL正己烷进行溶剂交换,重复上述操作两次,最终的样品液体积约为1 mL,用于气相色谱-质谱联用仪测定。
1.3.3 气相色谱-质谱条件
色谱柱:DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);升温程序:初始温度60℃,保持1 min,以25℃/min的速率升温至160℃,再以5℃/min的速率升温至250℃,最后以10℃/min的速率升温至300℃,保持10min;载气为氦气(He)(纯度≥99.999%),流速1.2 mL/min;进样口温度290℃;进样量1.0 μL;进样方式:不分流进样。电离方式为电子电离(electronic ionization,EI)源;电子能量70 eV;离子源温度230℃;GC-MS接口温度280℃;驻留时间2.5 min;溶剂延迟时间3 min;质谱多反应监测(multiple reaction monitoring,MRM),参数见表1。
表1 21种农药组分CAS号、MRM参数
Table1 CAS No.and MRM parameters for 21 kinds of pesticides
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续表
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1.3.4 回收率[6-7]
采用加标回收率对提取方法、提取溶剂、样品浓缩方法进行评价,其计算公式:
式中:X为回收率,%;As为各农药添加到样品中所测得实际含量,mg/kg;Ap为空白样品中各农药的含量,mg/kg;Aa为各农药的标准添加量,mg/kg。
21种农药混标溶液总离子流色谱图(total ions chromatogram,TIC)如图1所示;保留时间和线性回归方程及相关系数R2见表2。
图1 21种混合农药标品GC-MS分析总离子流色谱图
Fig.1 Total ion chromatogram of the 21 kinds of pesticides mixture standards analysis by GC-MS
表2 21种农药标品的保留时间、线性回归方程及相关系数
Table2 Retention time,linear regression equation and correlation coefficient of 21 kinds of pesticides standards
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由表2可知,在确定色谱柱及仪器分析条件下,21种农药标准品在0.05~1.00 μg/mL质量浓度范围内线性关系良好,相关系数(R2)均>0.998。
超声提取是利用超声波的机械效应和空化效应使其样品细胞破裂[8-12],从而使提取物溶于溶剂达到提取目的;旋涡振荡提取是利用旋涡混合器剧烈振荡,加速提取物溶于溶剂;回流浸提是利用溶质通过细胞壁的渗透作用,从而完成提取。在相同时间内采取不同的提取方法提取,各农药回收率如表3所示。由表3可知,超声提取回收率在3种提取方法中最高,其次是旋涡振荡提取,回流法提取回收率最低,因此,选超声提取为宜。
表3 不同提取方法对回收率的影响
Table3 Effect of different extraction methods on recovery rate
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茶叶中农药检测常用的提取溶剂有乙腈、正己烷-丙酮混合溶剂、乙酸乙酯等,不同溶剂对农药残留的提取效率有一定影响[13-14]。本研究采用超声提取方法及等剂量的提取溶剂,对比乙腈、正己烷-丙酮(1∶1,V/V)混合溶剂、乙酸乙酯这3种溶剂的提取效果,得到了不同提取溶剂与相应农药的回收率如表4所示。由表4可知,乙腈与正己烷-丙酮(1∶1,V/V)混合溶剂提取效果相当,乙酸乙酯次之,平均回收率分别是89.24%、90.05%、86.81%,但因乙腈浓缩速度慢、毒性高,故正己烷-丙酮(1∶1,V/V)混合溶剂为优选提取溶剂。
表4 不同提取溶剂对回收率的影响
Table4 Effect of different extraction solvents on recovery rate
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样品浓缩方式不同对农药的测定有较大影响[15-17]。本试验分别考察水浴蒸发浓缩、旋转蒸发浓缩、氮吹浓缩等对茶叶回收率的影响,如表5所示。由表5可知,3种不同浓缩方式得到的平均回收率分别是80.62%、82.81%、88.19%,氮吹浓缩得到的平均回收率最高,旋转蒸发浓缩次之,水浴蒸发浓缩最低。水浴蒸发浓缩因温度过高可能导致农药发生降解,故回收率在3种浓缩方式中最低;旋转蒸发浓缩可能因浓缩过程中提取液与浓缩瓶壁接触面积过大,一部分农药附着在瓶壁上而未被最终的溶剂冲洗下来,从而导致回收率相对较低。故选择氮吹浓缩为宜。
表5 不同浓缩方法对回收率的影响
Table5 Effect of different concentration methods on recovery rate
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以空白基质产生3倍信噪比(signal-to-noise ratio,S/N)计算检出限[18-22],用mg/kg表示。分别向空白茶叶基质中添加1 mL 0.25 μg/mL、1.00 μg/mL及2.00 μg/mL的21种农药混合标准溶液,使其样品中分别含有0.05、0.20和0.40 mg/kg的3个水平,每个水平重复测定6次,检出限、回收率和精密度测定结果见表6。由表6可知,茶叶样品中21种农药残留的检出限为0.002 7~0.021 7 mg/kg,平均回收率为83.46%~92.13%,相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)为4.88%~8.51%。
表6 茶叶中21种有机农药检出限、回收率和精密度试验
Table6 Detection limits,recovery rates and precision of 21 kinds of organic pesticides in tea
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续表
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选水城春茶叶作为检测样品,按照所建立检测方法对其进行21种农药测定,检测结果见表7。由表7可知,水城春茶叶中检出5种农药,分别是速灭磷0.023 mg/kg、甲胺磷0.043 mg/kg、毒死蜱0.038 mg/kg、喹硫磷0.013 mg/kg、哒螨灵0.021 mg/kg。
表7 实际茶叶样品的检测结果
Table7 Determination results of tea samples
注:N.D表示未检出。
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通过对茶叶提取方法、提取溶剂、浓缩方式步骤的优化,建立了一种高效、简单的测定茶叶中21种农药残留检测方法。该方法选用正己烷-丙酮(1∶1,V/V)混合溶剂进行超声提取,提取液用氮吹仪进行浓缩至1~2 mL过Cleanert TPT固相萃取柱净化,用乙腈-甲苯(3∶1,V/V)洗脱,浓缩至1 mL进行GC-MS分析。该方法的平均回收率为83.46%~92.13%,RSD为4.88%~8.51%,检出限为0.002 7~0.021 7 mg/kg。与其他农药残留检测方法比,具有提取效率高、溶剂用量少、操作简单等优点,在实际茶叶农药残留检测中得到了广泛应用,能满足日常的茶叶农药残留检测。
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Determination of 21 pesticide residues in tea by GC-MS