三环锡、三苯锡和苯丁锡中的锡元素均为Ⅳ价,连接若干有机和无机基团,由于其具有一定的极性或较高的相对分子质量,难以直接气化进行气相色谱分析,通常需要将Ⅳ价锡衍生为全有机基团取代的形式。本实验采用格氏试剂乙基溴化镁(EtMgBr)作为衍生试剂,衍生反应如图1所示。三环锡、三苯锡和苯丁锡的衍生产物分别为三环己基乙基锡、三苯基乙基锡和三(2-甲基-2-苯基丙基)乙基锡。

图1

Fig. 1

图1 三环锡、三苯锡和苯丁锡的乙基化衍生反应 Fig.1 Ethylation of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide by EtMgBr

Quattro micro型气相色谱-串联质谱(美国Waters公司),配置Agilent 7890气相色谱仪;SA300型振荡器(日本Yamato公司); EL131型旋转蒸发仪(瑞士Büchi公司),配有BP-51型真空冷却系统(日本Yamato公司); KDC-40型低速离心机(科大创新股份有限公司); 8893型超声仪(美国Colc-Parmer公司); 12通道固相萃取装置(美国Phenomenex公司); N-EVAP^TM112型氮吹仪(美国Organomation公司)。Milli-Q高纯水发生器(美国Millipore公司)。

三环锡(cyhexatin,纯度97% ),三唑锡(azocyclotin,纯度98% )和苯丁锡(fenbutatin oxide,纯度99.5% )购自德国Dr. Ehrenstorfer公司。三苯基乙酸锡(fentin acetate,纯度99.6% )和三苯基氢氧化锡(triphenyltin hydroxide,纯度99% )购自美国Sigma Aldrich公司。有机锡标准品储备液0.2 g/L (以Sn计)，配制于丙酮溶液中,储存在-20 ℃冰箱中。工作液质量浓度1 mg/L (以Sn计),用超纯水对储备液进行稀释获得。衍生试剂EtMgBr乙醚溶液(3 mol/L)购自日本TCI公司。弗罗里硅土固相萃取柱(Florisil,1 g/6 mL)购自美国Dikma公司。

所用其他试剂均为分析纯及以上纯度。所有玻璃容器在洗涤后用去离子水冲洗,用50%(v/v)硝酸溶液浸泡过夜,再用超纯水清洗后烘干备用。

气相色谱条件:DB-1701色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μ m)；进样口温度290 ℃,不分流进样；载气为高纯氦(纯度≥99.999% ),恒定流速为1.5 mL/min；升温程序:初始温度50 ℃,保持1 min,以30 ℃/min 升至290 ℃,保持10 min。

串联质谱条件:电子轰击离子(EI)源,温度230 ℃,传输线温度为280 ℃,采用多反应监测(MRM)模式,每个化合物监测两对母离子-子离子。

本实验采用基质匹配标准曲线进行定量。选取与待测样品同类型的空白样品基质,向其中加入系列混合标准溶液,混匀后依据上述流程进行前处理和仪器检测,获得基质标准曲线,用于该类样品中有机锡化合物的定量。

在选定的实验条件下,首先通过单级质谱的全扫描方式(full scan,m/z 50～550)获得3种有机锡乙基化衍生产物的总离子流色谱图(TIC),然后在其中选择丰度较高和质荷比较大的离子作为母离子(parent ion)；在不同碰撞能量(CE,eV)下进行二级质谱扫描(daughters scan),从二级质谱图中选择子离子(daughter ion)及对应碰撞能量,从而获得特征离子对。3种有机锡化合物的串联质谱实验条件见表1。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 三环锡、三苯锡和苯丁锡的定量离子对、定性离子对及碰撞能量 Table 1 Quantitative ion pairs,qualitative ion pairs and collision energies of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide Compound Quantitative ion pair (m/z) Qualitative ion pair (m/z) Collision energy/eV Cyhexatin 315＞233 315＞233 10 315＞151 20 Triphenyltin 351＞197 351＞197 20 351＞120 30 Fenbutatin oxide 415＞275 415＞275 20 415＞197 30

表1 三环锡、三苯锡和苯丁锡的定量离子对、定性离子对及碰撞能量 Table 1 Quantitative ion pairs,qualitative ion pairs and collision energies of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide

在选定的GC-MS/MS条件下,3种有机锡化合物的乙基化衍生产物均可以得到良好的分离(见图2)。

图2

Fig. 2

图2 苹果基质中三环锡、三苯锡和苯丁锡的多反应监测色谱图(加标量200 μ g/kg,以Sn计) Fig.2 MRM chromatograms of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide spiked in apple at 200 μ g/kg (as Sn) for each analyte

三环锡、三苯锡和苯丁锡均为高沸点化合物,难以直接进行气相色谱分析,需要将其衍生为全有机取代的形式进行检测。本实验选取最常用的格氏试剂进行衍生。对衍生试剂乙基溴化镁的加入量进行了优化,结果见图3。在0.2～1.0 mL范围内,随衍生试剂用量增加,目标物响应提高;而当衍生试剂用量增加至2.0 mL时,3种有机锡化合物的响应与1.0 mL时相比略有增加或下降,变化不明显。说明1.0 mL的衍生试剂可以满足衍生反应的要求,因而实验选择衍生试剂加入量为1.0 mL。

为了提高样品的提取和衍生效率,在提取前采用10 mL的HCl/THF溶液对均质的样品进行酸化消解。以苹果作为代表性样品基质,对HCl/THF的体积比进行了考察,结果见图3,在HCl/THF为1 ∶ 10(v/v)的比例下,目标物获得最高响应。确定HCl/THF的体积比后,对提取溶剂的类型进行了选择,考察了正己烷、正己烷/丙酮(1 ∶ 1,v/v)和正己烷/二氯甲烷(1 ∶ 1,v/v)3种提取溶剂,结果表明提取效果无明显差异。最终选择单一溶剂正己烷为提取溶剂。

图3

Fig. 3

图3 衍生试剂(EtMgBr)体积和HCl/THF的体积比对三环锡、三苯锡和苯丁锡响应的影响 Fig.3 Effects of EtMgBr volume and volume ratio of HCl and THF on the peak areas of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide

水果和蔬菜中有机锡化合物的净化常采用固相萃取的方式,最常用正相萃取柱,如硅胶或Florisil等^{[11, 12]}。本实验选用Florisil柱作为净化柱,可以有效去除基质干扰。实验发现,采用正己烷进行洗脱,需要消耗20 mL以上的溶剂,并且洗脱效率较低。而在其中添加少量丙酮(1% ,v/v),即可使得目标物在10 mL以内获得完全洗脱,而且大量杂质不会一起洗脱下来,节约有机溶剂用量。因而,实验选取正己烷/丙酮(99 ∶ 1,v/v)作为洗脱溶剂。

依照样品前处理方法,以苹果为代表性样品基质做基质匹配校正曲线,选择含量点包括2、5、10、20、50、100、200、500、1000 μ g/kg (以Sn计)。以目标物含量( μ g/kg)为横坐标,以目标物峰面积为纵坐标,绘制标准曲线;以S/N=3确定检出限,以S/N=10确定定量限,结果见表2。实验结果显示,线性相关系数(r²)均不小于0.997;该方法对于三环锡、三苯锡和苯丁锡的检出限分别为2.0、1.5和3.4 μ g/kg (以Sn计),转换为5种有机锡农药的含量,该方法对三环锡、三唑锡、薯瘟锡、毒菌锡和苯丁锡的检出限分别6.5、7.3、5.2、4.6和15.1 μ g/kg,完全满足国内外限量检测的要求。与文献^{[10, 11, 12]}等报道的方法相比,本文所建立的方法灵敏度较高或与之相当,加之3种有机锡农药可同时检测的优势,使得本方法具有更广泛的适用性。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 代表性样品基质(苹果)中三环锡、三苯锡和苯丁锡的线性方程、相关系数(r2)、检出限及定量限 Table 2 Linear equations,correlation coeffecients (r2),limits of detection (LODs) and limits of quantification (LOQs) of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide in a representative matrix of apple Compound Linear equation r2 LOD/(μg/kg,as Sn) LOQ/(μg/kg,as Sn) Cyhexatin Y=88.7X+22.9 0.998 2.0 6.5 Triphenyltin Y=147.1X-225.8 0.997 1.5 5.0 Fenbutatin oxide Y=154.5X-1174.1 0.999 3.4 11.2 Y: peak area; X: content of analyte,μ g/kg (as Sn).

表2 代表性样品基质(苹果)中三环锡、三苯锡和苯丁锡的线性方程、相关系数(r2)、检出限及定量限 Table 2 Linear equations,correlation coeffecients (r2),limits of detection (LODs) and limits of quantification (LOQs) of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide in a representative matrix of apple

参照GB 2763-2012,选取其中对有机锡化合物有限量要求的5种水果和蔬菜(苹果、梨、柑橘、西红柿和土豆)作为样品基质,向其中添加10、20、50和200 μ g/kg (以Sn计)共4个水平的三环锡、三苯锡和苯丁锡混合标准溶液,每个添加水平设置4个平行,计算加标回收率和精密度,具体结果见表3。结果表明,平均回收率范围为72.4% ～107.1% ,相对标准偏差为0.4% ～14.2% 。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 5种蔬菜和水果基质中三环锡、三苯锡和苯丁锡的添加回收率和相对标准偏差(RSD,n=4) Table 3 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide spiked in 5 kinds of fruits and vegetables (n=4) Matrix Spiked level/ (μg/kg,as Sn) Cyhexatin Recovery/% RSD/% Triphenyltin Recovery/% RSD/% Fenbutatin oxide Recovery/% RSD/% Apple 10 77.6 4.3 75.9 11.5 95.2 4.6 20 83.7 2.2 80.1 9.7 92.1 6.3 50 87.3 1.4 80.2 10.1 101.2 5.9 200 85.6 5.1 74.5 14.2 96.3 6.2 Pear 10 88.5 3.1 87.2 4.1 90.2 5.6 20 92.2 2.3 92.2 3.5 87.4 3.2 50 97.0 2.9 96.3 7.9 89.7 3.1 200 101.6 3.6 98.9 10.8 93.8 4.7 Orange 10 81.3 5.1 83.1 9.3 90.2 8.4 20 88.6 2.6 78.2 7.8 97.8 7.6 50 99.5 0.4 107.1 6.6 97.9 6.1 200 89.9 4.9 100.5 7.7 91.2 8.0 Tomato 10 72.4 11.5 82.3 7.1 92.3 4.5 20 79.2 12.2 87.4 5.7 100.6 6.9 50 88.7 12.3 87.6 6.7 102.0 4.7 200 78.6 13.7 80.9 10.8 98.3 2.7 Potato 10 77.3 13.1 79.2 8.5 91.3 10.7 20 86.2 11.4 88.4 5.6 98.6 9.2 50 88.1 2.5 91.4 6.3 101.9 9.6 200 82.1 3.2 83.8 4.3 98.8 9.8

表3 5种蔬菜和水果基质中三环锡、三苯锡和苯丁锡的添加回收率和相对标准偏差(RSD,n=4) Table 3 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide spiked in 5 kinds of fruits and vegetables (n=4)

由于样品基质复杂,而且本实验前处理过程用到大量有机溶剂、酸和衍生试剂,可能对目标物的响应产生一定的影响。因此考察了添加200 μ g/kg (以Sn计)条件下,不同基质条件对3种有机锡化合物响应的影响,结果见图4。标准品直接衍生条件下,苯丁锡的响应较低;而经过提取后衍生,苯丁锡的峰面积明显提高。对不同样品基质而言,在柑橘基质中,三环锡存在明显的基质抑制效应,其峰面积明显较在其他基质中低。

图4

Fig. 4

图4 不同基质条件对三环锡、三唑锡和苯丁锡响应的影响 Fig.4 Effects of different matrices on the peak areas of cyhexatin,triphenyltin and fenbutatin oxide

在基质效应明显存在的情况下,本实验中选取基质匹配标准曲线进行定量,可以有效降低基质效应的影响,使得定量结果更加准确。

应用本文所建立的方法检测了市场上随机购买的10个蔬菜和水果样品中的三环锡、三苯锡和苯丁锡残留,样品类型包括苹果、梨、番茄等,结果均未检出3种有机锡化合物。