气相色谱-负化学源-质谱法测定甘蔗中氟虫腈及其3种代谢物残留量

罗志荣，黄敏兴*，谭炜彤，曾秋霞，高裕锋

(1广东省科学院生物与医学工程研究所，广东广州510316；2中国轻工业甘蔗制糖工程技术研究中心，广东广州510316)

0 前言

食糖是重要的战略物资，而当前世界生产的食糖绝大部分是以甘蔗为原料，因此发展甘蔗种植规模，提升甘蔗产量与质量对保障食糖安全具有重要意义。我国的甘蔗种植主要分布在广西、云南、广东、海南等地区，植区气候高温湿热，甘蔗在生长过程中易出现病虫害，如螟虫、绵蚜、粉蚧等，导致甘蔗减产，病虫害严重时可减产60%以上[1-4]。使用杀虫剂是目前除虫害、提高甘蔗产量和质量的重要技术手段。氟虫腈及其代谢物属于苯基吡唑类杀虫剂，杀虫谱广，对蚜虫、叶蝉等具有高效作用，被应用于甘蔗、大豆、水稻、果蔬等多种作物生产。但是氟虫腈类杀虫剂毒性较强，若盲目增加使用剂量、缩短休药期等，会导致甘蔗中氟虫腈类药物残留超标，对人体健康产生危害，造成食品安全问题[5-7]。因此建立高效、快速、准确、高灵敏度的甘蔗氟虫腈类农药多残留检测方法，对原料甘蔗中的氟虫腈类农药残留进行监测具有重要意义。

目前氟虫腈及其代谢物常用的检测方法有气相色谱法[8]、气相色谱质谱法[9]、液相色谱质谱法[10]等。与色谱法相比，质谱法兼具了灵敏度和定性优势，尤其是配备负化学源的气相色谱质谱法，在化学电离模式下，具有极高的选择性和灵敏度，抗干扰能力极强[11]。但目前针对甘蔗样品中氟虫腈、氟甲腈、氟虫腈砜、氟虫腈亚砜的气相色谱-负化学源质谱(GC-NCI-MS)检测方法鲜见报道，本文根据甘蔗富含糖分、纤维素、有机酸、蔗蜡等特点，以QuEChERS法[12]作为前处理方法，并进行方法优化，采用气相色谱-负化学源质谱仪法建立甘蔗中氟虫腈及氟甲腈、氟虫腈砜、氟虫腈亚砜等3种代谢物残留的检测方法，以期为甘蔗中氟虫腈及其代谢物残留检测和食品安全风险防控提供科学技术手段。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

配备负化学离子源的气相色谱串联质谱仪7890B-7000D(美国安捷伦公司)；均质机(睿科有限公司)；台式高速冷冻离心机(50 mL 离心管)H1850R(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)；氮吹仪N-EVAP112(美国Organomation公司)；电子天平JE3002GE(梅特勒-托利仪器上海有限公司)。

氟虫腈、氟甲腈、氟虫腈砜、氟虫腈亚砜(4种农药浓度均为1000 μg/mL，均购自农业农村部环境保护科研监测所)；乙腈(色谱纯，Sigma-Aldrich公司)；正己烷(色谱纯，Sigma-Aldrich公司)；氯化钠(色谱纯，广州化学试剂厂)；甲酸(色谱纯，上海安谱实验科技股份有限公司)；无水MgSO4(色谱纯，广州化学试剂厂)；N-丙基乙二胺(PSA)填料(40 μm)、C18填料(40 μm)、石墨化碳(GCB)填料(200 mesh)(3种填料均购自天津博纳艾杰尔科技公司)；有机相滤膜(彼西络科技(广州)有限公司)。所用甘蔗样品均在市面随机购买。

1.2 标准溶液配制

准确吸取氟虫腈、氟甲腈、氟虫腈砜、氟虫腈亚砜标准溶液各0.1 mL于10 mL容量瓶中，用正己烷定容，配制成质量浓度为10 mg/L的混合标准储备液，于4℃条件下保存。取上述标准储备液逐级稀释，用正己烷定容，配制成50、20、10、5、2、1、0.5 μg/L标准系列工作液。

1.3 提取和净化

精确称取已破碎均匀的甘蔗样品5 g(精确至0.01 g)于具塞聚四氟乙烯离心管中，加入20 mL 0.1%甲酸乙腈，均质2 min，超声20 min，加入5 g NaCl，剧烈振荡1 min，以5000 r/min离心5 min，移取上层有机相4 mL于15 mL离心管中，加入0.3 g MgSO4、30 mg PSA填料、30 mg C18填料、30 mg GCB，涡旋振荡1 min，5000 r/min离心5 min，准确移取上清液2 mL于10 mL刻度试管中，氮吹至近干，用1 mL正己烷复溶，过有机相滤膜，待GC-NCI-MS分析。

1.4 GC-NCI-MS分析

1.4.1 GC条件

毛细管色谱柱：DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)；程序升温：起始温度60℃，保持1 min，然后以30℃/min升温至120℃，再以20℃/min升温至280℃，保持2 min；进样口温度250℃；载气流速1.2 mL/min；不分流进样，进样量1 μL。

1.4.2 MS条件

离子源：负化学反应离子源，离子源温度150℃；电离能量：70 eV，四极杆温度：150℃；质谱连接线温度280℃；反应气：甲烷(纯度≥99.999%)；采集模式：选择离子(SIM)模式，具体参数见表1。

2 结果与讨论

2.1 色谱和质谱条件选择

氟虫腈及其3种代谢物属于弱极性农药，根据相似相容的原理，选择弱极性毛细管色谱柱DB-5 MS。比较了DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)和DB-5MS(30 m×0.25 μm×0.25 mm)2种型号的毛细管色谱柱，2个型号的DB-5MS色谱均能实现4种农药的有效分离且峰形对称，但DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)分析时间更短(约12 min)，有利于提高检测效率，因此选择DB-5MS(15 m×0.25 μm×0.25 mm)作为分析用色谱柱，根据氟虫腈及其3种代谢物混合标准溶液的总离子色谱图(图1)，4种农药的具体保留时间见表1。

负化学源(NCI)电离是化学反应软电离方式，对电负性物质具有高灵敏和高选择性，基本不受色谱柱柱流失影响。NCI检测负离子相对于电子电离源(EI)，质谱碎片更少，谱图更简单，灵敏度更高，选择性更好。氟虫腈及其3种代谢物的分子结构中因具备6个氟原子、2个氯离子而具有较强的电负性[13]，适合用NCI进行检测，因此选择NCI作为分析用离子源。质谱条件的优化是：在NCI模式下进行全扫描采集，确定氟虫腈及其3种代谢物的离子，再针对每个物质选择3个强度较大的离子作为分析离子，进行选择离子(SIM)模式进行采集分析，具体参数见表1，氟虫腈及其3种代谢物的谱图如图1所示。

表1 氟虫腈及其代谢物的保留时间和特征离子

图1 氟虫腈及其3种代谢物混合标准溶液的总离子色谱图

2.2 提取方法选择

甘蔗样品具有大量的粗纤维，必须进行均质匀浆处理，有机溶剂才能与甘蔗样品充分接触，从而高效提取甘蔗组织中的农药。乙腈是常用的农药提取溶剂，也是QuEChERS法的首选溶剂，对氟虫腈及其3种代谢物均有较好的溶解度。由于甘蔗表面有较多蔗蜡，在乙腈中加入0.1%甲酸，不仅可以让乙腈更好地渗透至甘蔗组织中对农药进行提取，又可以进一步保护氟虫腈砜和氟虫腈亚砜的稳定性。

2.3 净化方法优化

甘蔗样品经乙腈提取后，会有糖分、有机酸、蔗蜡、维生素等杂质进入提取液中，本研究采用QuEChERS法对甘蔗提取液进行净化。QuEChERS法常用的净化剂有PSA、C18和GCB等。PSA主要用于除去基质中的糖类物质、有机酸和极性色素等干扰物；C18主要用于除去基质中的非极性干扰物，如脂类、花青素、蜡质等；GCB能有效去除疏水性化合物，如叶绿素、叶黄素、类胡萝卜素等色素和甾醇等。在提取液中加入无水MgSO4主要是除去提取液中的水分，避免影响仪器检测。净化填料的用量一方面可以去除提取液中的杂质，降低杂质干扰和基质效应，另一方面又可能会对目标物回收率有影响，考察了4 mL提取液中分别加入0、10、20、30、40、50 mg等量的3种净化机填料时的样品基质效应和回收率(基质匹配条件下的回收率)，结果详见表2。基质效应指的是基质匹配配制的标准工作曲线拟合方程的斜率与溶剂标准工作曲线拟合方程的斜率比值，比值越接近1，则基质效应越小。实验结果表明，当样品加标水平为50 μg/kg时，3种净化填料等量加入量＜30 mg时，甘蔗样品的基质效应随着加入量的增加不断降低；当等量加入≥30 mg 3种净化填料时，甘蔗样品的基质效应基本不再降低，当等量加入30 mg 3种净化填料时，回收率较优，回收率保持在93.2%～112.0%之间。由于甘蔗样品中含有水分，提取液中可能会有水分存在，因此在填料中加入0.3 g无水MgSO4除水。综合考虑，选择净化填料是30 mg PSA、30 mg C18、30 mg GCB和0.3 g无水MgSO4。

表2 不同净化条件下甘蔗样品的基质效应和回收率

2.4 方法线性范围和检出限

氟虫腈及其3种代谢物在甘蔗样品中的基质效应较强(当等量加入30 mg 3种净化填料时，斜率比值均＞1.2)，因此采用甘蔗空白样品基质配制0.5～50.0 μg/L的标准工作系列溶液，进样分析。根据标准溶液浓度(x)和峰面积(y)计算的线性方程见表3。结果表明氟虫腈及其3种代谢物的标准曲线相关系数范围在0.9992～0.9998，线性良好。方法检出限(LOD)以空白样品基质配制的最低浓度出峰时，取信噪比S/N=3计算得出。定量限(LOQ)是以空白样品基质配制的最低浓度出峰时，取信噪比S/N=10计算得出。氟虫腈及其3种代谢物的检出限范围为0.02～0.06 μg/kg，定量限范围为0.07～0.20 μg/kg(见表3)。

表3 氟虫腈及其代谢物检测的方法检出限、定量限、线性范围、线性方程和相关系数

2.5 回收率和精密度

分别准确添加氟虫腈及其3种代谢物标准溶液于阴性甘蔗样品中，设置3个加标水平添加回收，每个浓度重复6次实验(n=6)，以基质标曲进行定量，以得到的平均回收率评价该分析方法的准确度，以6次平行测定结果的相对标准偏差评价方法的精密度。结果显示，分别添加水平2、10、50 μg/kg时，平均回收率范围为101.3%～109.5%，精密度范围为2.9%～5.6%(见表4)，均在允许范围内，符合分析要求。

表4 氟虫腈及其代谢物在甘蔗基质中3个水平添加的回收率和精密度(n=6)

2.6 实际样品测试

按照上述建立的方法检测了从市场上购买回来的12批次甘蔗，除1批次样品检出氟虫腈，检出值为2.9 μg/kg外，其余样品均未检出氟虫腈及其3种代谢物。

3 结论

通过优化QuEChERS前处理方法，调整PSA、C18、GCB 3种净化填料的用量(PSA 30 mg、C1830 mg、GCB 30 mg)，降低了样品基质干扰和基质效应；通过优化色谱质谱条件，选择更短的毛细管色谱柱(DB-5MS，15 m×0.25 μm×0.25 mm)和选择性更高的负化学离子源(NCI)，缩短了仪器分析时间，提高了分析准确度和灵敏度。基于上述优化，建立了甘蔗中氟虫腈及其3种代谢物残留的气相色谱-负化学源-质谱检测方法，实验结果显示，该方法前处理简单快捷、灵敏度高、选择性好，分析时间短，符合农药残留检测要求，适用于甘蔗中氟虫腈及其3种代谢物的检测。