气相色谱串接质谱测定食醋中多组分农药残留含量的方法研究

李 丽1,夏 蓉2*,卞晶晶2

(1.江苏联合职业技术学院 镇江分院镇江高等职业技术学校 机电工程系,江苏 镇江 212000;2.镇江恒顺生物工程有限公司,江苏 镇江 212021)

摘 要:该研究建立了食醋中多组分农药残留的气相色谱串接质谱(GC-MS/MS)检测法,并成功运用于市售食醋中农药残留的定量检测。食醋先用氨水中和至中性,再用甲苯/环己烷的混合溶液提取,经石墨化炭黑(GCB)和N-丙基乙二胺(PSA)净化,有机相膜过滤后进样。样品经DB-5MS柱分离后采用多反应监测(MRM)模式进行检测,外标法定量。目标化合物在一定质量浓度范围内(7.81~125μg/L)线性关系良好,相关系数R2均>0.99。方法的定量限(LOQ)和检出限(LOD)分别为10.0 μg/L、5.00 μg/L,平均回收率为78.5%~112.0%,相对标准偏差(RSDs)为5.90%~11.40%。该方法简便、快速、准确,已成功应用于市售食醋中农药残留的检测。

关键词:气相色谱串接质谱联用法;多组分农药残留;测定;食醋;样品前处理

镇江醋素有“天下美酒推茅台,世上食醋数镇江”之说,其原料主要包括大米(糯米、粳米、籼米)、辣蓼草、麸皮、大麦、小麦、豌豆、黄酒糟、食盐、食糖等。镇江醋因其“酸而不涩,香而微甜,色浓味鲜,愈存愈香”的特色,受到国内外消费者的青睐。2006年6月,经历了170多年有序传承的“镇江恒顺醋酿制技艺”被列入第一批国家非物质文化遗产名录。2012年7月,中国镇江醋成为首个在欧盟注册的食醋类地理标志保护(protected geographic indication,PGI)产品。欧盟、美国、日本等国也成为镇江食醋的主要出口目的地[1]

对于植物源性的产品(如糯米、小麦等),欧盟[2]、美国[3]、日本都有明确的农药残留限量的规定。近年来,这些国家实施了越来越严格的残留限量的要求,其中欧盟对于未制定最高残留限量的农药实施了“一律标准”,均不得检出(检出限10 μg/kg)[4],这对中国农产品的出口带来考验,对以粮食为主要原料酿制的食醋同样有着严重的影响[5]。因此,在严格控制生产原料质量、确保相关农药残留合格的同时,对最终产品中农药残留的检测也尤为重要。目前,植物源性产品中农药残留的检测方法包括液相色谱质谱(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)法[6-9]、气相色谱质谱(gaschromatography-mass spectrometry,GC-MS)法[10]、气相色谱(gas chromatography,GC)法[11-12]等。提取待测组分经常采用的试剂包括乙腈、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、二氯甲烷等。但这些提取、测定方法主要针对蔬菜、水果、谷物以及一些动物源性类的产品,没有专门针对醋中农药残留提取的描述,缺乏针对性的检测方法。

因此,本研究选择了有机氮、甲氧基丙烯酸酯、拟除虫菊酯、三唑类、喹唑啉类、杂环类、有机磷、二甲酰亚胺类、醚类、吡咯类、氨基甲酸酯类、酰胺类、苯基吡唑类、嘧啶胺类、苯胺类、芳香族化合物、取代硝基苯、联苯肼等共计19类农药进行样品前处理的研究,在此基础上建立了食醋中多组分农药残留的气相色谱-串联质谱(gas chromatographytandem mass spectrometry,GC-MS/MS)的检测方法,并对市售食醋产品进行筛查,积累农药残留的本底数据,确保食醋的质量安全。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

50份镇江食醋:当地超市。

乙腈、环己烷、甲苯、丙酮、二氯甲烷(均为色谱纯):德国Merck公司;氨水、氯化钠(均为分析纯):上海国药集团;N-丙基乙二胺(primarysecondaryamine,PSA)固体粉末:上海安普公司;石墨化炭黑(graphitized carbon blacks,GCB):深圳逗点公司;农药标准品(纯度均>98.5%):德国Dr.Ehrenstorfe公司。

1.2 仪器与设备

Agilent 7890A气相色谱仪、Agilent 7000B GC-MS/MS仪、Agilent 7693自动进样器:美国安捷伦公司;ME-T电子天平、SevenExcellence pH计:瑞士梅特勒公司;3K15高速冷冻离心机:德国Sigma公司;XW-80A涡旋混合器:上海医科大学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

本研究采用乙腈、甲苯、丙酮、二氯甲烷、环己烷溶剂对醋中的农药进行提取,考察不同萃取剂对待测组分的提取效率和样品基质的干扰。以样品基质干扰小、回收率符合相关的技术要求为依据,优化组合后[13-14],确定样品的提取和净化程序:量取100 mL食醋于200 mL烧杯中,在pH计上逐滴加入氨水中和至pH 7.0。吸取3.0 mL中和后的食醋液于50 mL离心管中,加入2.0 g氯化钠,涡旋30 s。加入最优萃取溶剂,涡旋混匀3min。8000r/min离心5min后,有机相和水相结合处会有絮状物质,分层不清。用手轻轻摇晃离心管,让有机相和水相结合处的絮状物质彻底分散,再以13000r/min离心10min,取上清液10 mL净化。

净化:先用5 mL甲苯溶液清洗GCB小柱并保持柱床的湿润,取上清液10 mL过柱,过柱结束后用2 mL甲苯清洗GCB小柱,合并滤液,氮吹至干。残渣中加入1 mL乙腈和100 mg PSA,涡旋混匀2 min,过有机相膜,供GC-MS/MS测定。

1.3.2 检测条件

气相色谱条件:DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气为氦气(He);流速为1.0 mL/min;进样量为1.1 μL,不分流进样;进样口温度为250℃;程序升温条件:初始温度70℃,保持3 min;以10℃/min升至105℃,保持2 min;以10℃/min升至180℃,保持2 min;以6℃/min升至250℃,保持4 min;以5℃/min升至280℃,保持2 min;以20℃/min升至300℃,保持5 min。溶剂延迟10 min。

质谱条件:离子化模式为电子电离(electronionization,EI)源;电离能量为70 eV;离子源温度为230℃;GC-MS/MS接口温度为270℃;多反应监测(multiple reaction monitoring,MRM)模式。

定性定量:以待测组分的保留时间和离子对作为定性依据;以相对丰度较高的离子作为定量离子。

1.3.3 标准曲线的建立

吸取100.0μL52种农药的混合标准溶液(1250.0μg/L)于900.0μL乙腈溶液中,涡旋混匀。再用乙腈进行倍比稀释,使混合标准溶液的质量浓度分别为7.81 μg/L、15.60 μg/L、31.20 μg/L、62.50 μg/L、125.00 μg/L。以峰面积(Y)对质量浓度(X)绘制标准工作曲线。

1.3.4 方法回收率及精密度

用经过筛查的不含待测组分的空白样品进行加标回收试验,添加水平为10.0 μg/L、20.0 μg/L和40.0 μg/L,每个加标水平测定6次,得出方法的回收率及精密度。

1.3.5 方法检出限及定量限

参照文献[15]的方法,量取100 mL食醋于200 mL烧杯中,加入农药混合标准溶液290μL(1000.0μg/L),按照1.3.1进行样品的前处理。重复测定7次,以3∶1的信噪比确定方法的检出限(limit of detection,LOD),以10倍的信噪比确定方法的定量限(limit of quantitation,LOQ)。

1.3.6 食醋样品的检测

按照方法1.3.1对食醋中的残留农药进行提取和净化,采用气相色谱-串联质谱法进行检测。

2 结果与分析

2.1 样品前处理条件的选择

食醋中含有约5%的乙酸,乙酸能与乙腈互溶,在甲苯中也有一定的溶解度。因此,采用宋碧君等[16-17]的方法(盐析法)直接用乙腈、甲苯提取食醋中的农药残留,乙酸会将样品中的非目标化合物带入提取液中,基质干扰大。采用丙酮、二氯甲烷提取出的色素含量较多,不利于后续的样品提取液的净化。用环己烷提取,有机磷类的农药回收率偏低。以乙腈提取为例,空白样品中邻苯基苯酚、氧化乐果、克百威、硫环磷、苯醚甲环唑都呈假阳性,双甲脒的回收率<10%。

乙酸铵在乙腈、甲苯、环己烷等有机溶剂中溶解度都非常小甚至不溶解,因此将醋中的乙酸用氨水中和成乙酸胺,再用有机试剂提取,可以有效减少样品基质的干扰。因此,分别考察了乙腈、甲苯、环己烷的提取效果。单独用乙腈提取,硫环磷和双甲脒的回收率<10%,并且提取液中色素含量较高;纯甲苯提取,包括甲苯氟磺胺、喹螨醚、嘧菌酯等19种物质的回收率偏高;纯环己烷对于有机磷类农药的提取效果不好,回收率偏低。

参考文献[18]依据不同农药在甲苯和环己烷中的溶解度不同,采用甲苯和环己烷的混合溶液进行提取。甲苯/环己烷提取液中含有少量的色素,用GCB[19-20]净化可以有效去除这部分色素,减少样品提取液对色谱柱和质谱的污染,降低基质的干扰;PSA的使用可以有效降低样品基质对菊酯类物质的增益影响。因此,对甲苯、环己烷、PSA的用量进行了3因素3水平的正交试验[13-14],以样品基质干扰小、回收率符合相关的技术要求为判定依据,确定了甲苯/环己烷的提取方式以及样品提取液的净化方法,确定甲苯添加量为10 mL,环己烷添加量为5 mL,PSA添加量为50 mg。

2.2 52种农药标准品的保留时间和质谱参数

食醋中各待测组分的保留时间(retention time,RT)、特征离子、碰撞能量等参数见表1,52种农药混标(62.5 μg/L)的总离子流色谱图见图1。

表1 52种农药的保留时间、特征离子、碰撞能量等参数
Table1 Retention time,characteristic ions and collision energy of 52 kinds of pesticides

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续表

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图1 多组分农药残留的GC-MS/MS总离子流图
Fig.1 Total ion chromatograms of multi-component pesticides residue analysis by GC-MS/MS

由表1可知,各种农药均能产生丰富的碎片离子,用于定量、定性分析。由图1可知,52种农药组分在15.93~37.46min内分离效果良好,避免了各种农药之间相同碎片离子的相互干扰。

2.3 52种农药的标准曲线及线性范围

52种农药的标准曲线、线性范围见表2。

表2 52种农药的标准曲线、线性范围
Table2 Standard curves and linearity ranges of 52 kinds of pesticides

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续表

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由表2可知,52种农药在质量浓度为7.81~125 μg/L的范围内,相关系数R2均>0.99,线性关系良好,可用于52种农药的检测。

2.4 精密度试验

食醋中52种农药的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)结果见表3。

由表3可知,食醋中52种农药的相对标准偏差(RSD)在5.90%~11.4%范围内,表明该方法精密度良好[21]

表3 方法精密度试验结果
Table3 Results of precision tests for the method

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2.5 加标回收率试验

食醋中52种农药的加标回收率试验结果见表4。

表4 加标回收率试验结果
Table4 Results of adding standard recovery tests

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续表

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由表4可知,52种农药的回收率在78.5%~112%范围内,表明该方法的准确性良好[21]

2.6 52种农药的检出限和定量限

52种农药的检出限均为5 μg/L,定量限均为10 μg/L。

2.7 食醋样品的检测

50份食醋样品中均未检出农药残留。

3 结论

在优化样品前处理条件以及仪器参数的基础上建立了GC-MS/MS法检测食醋中的多组分农药残留的测定方法。食醋经氨水中和后,采用甲苯/环己烷的混合溶液提取食醋中的待测组分,能有效降低醋的基质干扰。目标化合物在一定质量浓度范围内(7.81~125 μg/L)线性关系良好,相关系数R2均>0.99。方法的定量限和检出限分别为10.0 μg/L、5.00 μg/L,平均回收率为78.5%~112.0%,相对标准偏差(RSD)为5.90%~11.40%。该方法简便、快速,准确,已成功应用于市售食醋中农药残留的检测。为确保食醋的安全质量提供技术支撑。

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Determination of multi-component pesticide residue content in vinegar by GC-MS/MS

LI Li1,XIA Rong2*,BIAN Jingjing2
(1.Mechatronics Engineering Faculty of Zhenjiang Vocational Technical College,Zhenjiang Branch,Jiangsu Union Technical Institute,Zhenjiang 212000,China;2.Zhenjiang Heng Shun Biological Engineering Co.,Ltd.,Zhenjiang 212021,China)

Abstract:The method for the determination of multi-component pesticide residue in vinegar by GC-MS/MSwas established and successfully applied to quantitative determination of pesticide residues in commercial vinegar.The multi-component pesticide residue in vinegar was extracted with the mixed solution of toluene and cyclohexane afterammonium hydroxide neutralization.The extraction was purified with graphitized carbon blacks(GCB)and primary secondary amine(PSA).After filtration with organic membrane,the sample was separated with DB-5MS column,determined in multiple reactions monitoring(MRM)and quantified by external standard method.The target compounds had a good linear relationship within a certain mass concentration range(7.81-125 μg/L),and the correlation coefficients R2were more than 0.99.The limit of quantification(LOQ)and the limit of detection(LOD)of the method were10.0 μg/Land5.00 μg/L,respectively.The average recoveries were 78.5%-112.0%and the relative standard deviations(RSDs)were 5.90%-11.40%.The method was simple,rapid and accurate,which had success fully applied to the determination of pesticide residues in commercial vinegar.

Key words:GC-MS/MS;multi-component pesticide residue;determination;vinegar;pre-treatment of sample

中图分类号:TS201.6

文章编号:0254-5071(2019)03-0187-06 doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2019.03.036

引文格式:李丽,夏蓉,卞晶晶.气相色谱串接质谱测定食醋中多组分农药残留含量的方法研究[J].中国酿造,2019,38(3):187-192.

收稿日期:2018-07-07 修回日期:2018-11-29

基金项目:镇江市政策引导类计划-国际科技合作(GJ2018010);江苏省高校“青蓝工程”[苏教规(2017)2号]

作者简介:李 丽(1982-),女,讲师,硕士,研究方向为化学分析。

*通讯作者:夏 蓉(1970-),女,高级工程师,硕士,研究方向为发酵食品。