色谱  2015, Vol. 33 Issue (5): 501-507   PDF (1069 KB)    
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王连珠
黄小燕
王登飞
陈泳
徐敦明
周昱
QuEChERS-液相色谱-串联质谱法测定甜玉米及毛豆中32种磺酰脲类除草剂残留
王连珠1 , 黄小燕1, 王登飞1, 陈泳1, 徐敦明2, 周昱2    
1. 漳州出入境检验检疫局, 福建 漳州 363100;
2. 厦门出入境检验检疫局, 福建 厦门 361012
收稿日期：2014-12-30
基金项目：福建省自然科学基金项目(2011J01386).
通讯作者：王连珠,E-mail:"wanglz0308@sohu.com
摘要：建立了基于QuEChERS方法的液相色谱-串联质谱同时测定甜玉米及毛豆中32种磺酰脲类除草剂残留的方法。以提取液净化前后蒸发残渣质量及回收率为考察指标,评估了C18、氧化锆包覆硅胶(Z-Sep)/C18混合物、C18键合锆胶(Z-Sep+) 3种分散吸附剂对甜玉米的净化效果,结果Z-Sep/C18吸附剂的净化效果最佳。样品采用乙腈提取、无水硫酸镁及氯化钠盐析、Z-Sep/C18分散固相萃取净化;液相色谱以CSH C18色谱柱梯度洗脱分离,质谱分析采用电喷雾负离子电离、按时间表的多反应监测模式(Scheduled MRM),以基质匹配校准曲线外标法进行定量。32种农药在甜玉米及毛豆中3个添加水平(10、20、100 μg/kg)的回收率为80.0%~108.2%,相对标准偏差为1.2%~13.0%, 32种农药的定量限(S/N≥10)为0.2~5.0 μg/kg。方法简便、灵敏、环保,适用于甜玉米及毛豆中32种磺酰类除草剂残留的定性定量分析。
关键词： QuEChERS     氧化锆     液相色谱-串联质谱     磺酰脲类除草剂     甜玉米     毛豆    
Determination of 32 sulfonylurea herbicide residues in sweet corns and green soybeans by QuEChERS-liquid chromatography-tandem mass spectrometry
WANG Lianzhu1 , HUANG Xiaoyan1, WANG Dengfei1, CHEN Yong1, XU Dunming2, ZHOU Yu2    
1. Zhangzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Zhangzhou 363100, China;
2. Xiamen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Xiamen 361012, China
Received: 2014-12-30
Abstract: A fast method based on QuEChERS methodology for the simultaneous determination of 32 sulfonylurea herbicide residues in sweet corns and green soybeans was developed using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). The clean-up effects of three dispersive sorbents were evaluated in terms of the residue mass for extracts after evaporation and recoveries. The three sorbents were C18, a mixture of two sorbents silica coated with zirconium dioxide (Z-Sep) and C18, a bonded C18 zirconia-coated silica (Z-Sep+). As a result, the best effects were obtained from using Z-Sep/C18 sorbents. The samples were extracted with acetonitrile, and salted out with anhydrous magnesium sulphate and sodium chloride. The extracts were cleaned up with dispersive solid phase extraction using Z-Sep/C18 sorbents. Chromatographic analysis was carried out using a CSH C18 column with gradient elution. The pesticides were analyzed by negative electrospray ionization tandem mass spectrometry under scheduled multiple reaction monitoring mode. The quantification was achieved using matrix-matched standard calibrations as the external standard. The recoveries at fortification levels of 10, 20, 100 μg/kg in sweet corns and green beans ranged from 80.0% to 108.2% with the relative standard deviations of 1.2%-13.0%. The limits of quantification (S/N≥10) were 0.2-5.0 μg/kg. The method has been proven to be simple, sensitive, environmental, and thus suitable for the determination of the 32 sulfonylurea herbicide residues in sweet corns and green soybeans.
Key words: QuEChERS     zirconium dioxide     liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS)     sulfonylurea herbicide     sweet corn     green soybean    

磺酰脲类除草剂因具有高效、低用量、高选择性等特点而成为全球主流的除草剂品种之一,被广泛应用于防除农作物中一年生及多年生杂草,虽然其用量少、毒性低,但由于大多数属于长残效除草剂,该类除草剂可能对人类健康和环境造成毒害,并对后茬作物产生药害,国内外对该类农药均制定了残留限量标准[1,2],如欧盟规定噻磺隆在甜玉米及鲜豆类蔬菜中的最大残留限量为0.05 mg/kg[2]。2013年12月19日我国农业部发布第2032号公告,自2015年12月31日起禁止氯磺隆在国内销售和使用,自2017年7月1日起禁止甲磺隆和胺苯磺隆在国内销售和使用。

磺酰脲类除草剂属非挥发性弱酸,极性强,热稳定性差[3],测定方法主要有液相色谱法(HPLC)[4,5]、液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)[6,7,8,9,10]和毛细管电泳法[11];前处理方法有液液萃取法(LLE)[4]及固相萃取法(SPE)[5,6,7,8,9,10,11]。SPE使用的填料有分子印迹聚合物[5,9]、C18[6, 10, 11]、石墨化碳黑[7]、HLB[8]。LLE溶剂消耗大,SPE需旋蒸浓缩,操作费时。近年来随着检测仪器灵敏度的不断提高,样品前处理趋于简单化,QuEChERS前处理方法于2003年由Anastassiades等[12]首次提出,如今已成为果蔬中农药多残留分析的首选方法及分散固相萃取(d-SPE)的“模板(template)”方法[13],可根据分析物的物化性质及基质的种类而选择不同的分散吸附剂,但由于常用分散吸附剂N-丙基乙二胺(PSA)可吸附酸性农药,以PSA进行d-SPE净化的QuEChERS方法不适于酸性农药残留的测定[12],采用QuEChERS方法测定甜玉米及毛豆中磺酰脲类农药多残留至今未见报道。

二氧化锆是唯一同时具有表面酸性位和碱性位的过渡金属氧化物,具有路易斯酸-碱的特性。氧化锆包覆硅胶(Z-Sep,英文全称为a zirconia-coated silica)和碳十八键合锆胶(Z-Sep+,英文为a bonded C18 zirconia-coated silica)是新型固相吸附剂,因能有效吸附脂肪等而应用于鱼肉[14]、高含油产品(牛油果、杏仁)[15,16]、植物油[17]中农药等多残留分析的分散固相萃取净化。甜玉米、毛豆基质含有较多油脂、蛋白质等基质干扰物,样品的净化既要能够去除脂肪及蛋白质等大分子基质干扰物,又不能吸附保留酸性磺酰脲类农药。本文考察了基于QuEChERS方法的3种分散固相吸附剂(C18、Z-Sep/C18、Z-Sep+)对甜玉米及毛豆基质的提取净化效果,建立了前处理操作简单、净化效果良好、快速灵敏的32种磺酰脲类除草剂多残留分析方法。

1 实验部分
1.1 仪器与试剂

API 4000三重四极杆质谱仪(美国AB公司),配电喷雾离子源;1200 series液相色谱仪(美国Agilent公司); T25高速分散机(德国IKA公司); Milli-Q高纯水发生器(美国Millipore公司); Sigma 3-30K高速冷冻离心机(德国Sigma公司); GM 200型均质研磨仪(德国RETSCH公司); XP205分析天平:感量0.01 mg(瑞士Mettler公司)。

Z-Sep/C18(20 mg/50 mg)及Z-Sep+(美国Supelco公司),PSA及C18吸附剂:40 μ m(美国Agilent公司)。无水硫酸镁(MgSO4)、氯化钠(NaCl)、乙酸铵均为分析纯(上海国药集团);甲醇、乙腈为色谱纯(德国Merck公司),甲酸为色谱纯(美国Fluka公司)。0.2 μ m有机相针筒式滤膜过滤器(美国Pall公司);实验用水均为高纯水(经Milli-Q超纯水器纯化)。

32种农药(见表1)标准品(纯度≥97% )购自德国Dr. Ehrenstorfer公司,分别以乙腈配制100～200 mg/L 的各个农药标准溶液,再以乙腈配制1.0 mg/L 的32种农药混合标准溶液,于-18 ℃储存。

表1 32种农药的质谱参数、保留时间、定量限及基质效应 Table 1 Mass spectrometric parameters,retention times (tR),limits of quantification (LOQs) and matrix effects (ME) for the 32 pesticides

基质匹配校准溶液:移取6份各0.5 mL空白样品提取液于2 mL离心管中,以弱氮气(N2)流吹至近干,分别加入50 μ g/L 的32种农药混合标准溶液50、100、200、300、500 μ L,各补加乙腈至500 μ L,再各加10 mmol/L 乙酸铵水溶液1.0 mL混匀,配制成1.67、3.33、6.67、10.0、16.67 μ g/L 相应的基质匹配标准溶液,经0.2 μ m微孔膜过滤供LC-MS/MS分析。基质匹配标准溶液现配现用。

1.2 样品前处理

样品前处理基于未加缓冲盐的QuEChERS方法:市售新鲜甜玉米取其籽粒、新鲜毛豆(带荚)速冻后经均质研磨仪均质研磨,称取10.00 g均质试样于50 mL具塞离心管中,加入20.0 mL乙腈、4.0 g无水MgSO4、1.0 g NaCl,高速均质1 min,于 9500 r/min 离心5 min,取上层溶液1.0 mL于Z-Sep/C18(20 mg/50 mg)的离心管(2 mL)中,涡旋30 s,以 9500 r/min 离心5 min,静置20 min,取0.5 mL滤液至离心管中,再加10 mmol/L 乙酸铵水溶液1.0 mL混匀,经0.2 μ m微孔膜过滤供LC-MS/MS分析。

1.3 共提取基质干扰物的净化效果比较

样品按1.2节进行均质提取,各取10 mL提取液分别采用以下3种吸附剂进行分散固相萃取净化:(1) C18/无水MgSO4 (500 mg/1500 mg)、(2) Z-Sep/C18(200 mg/500 mg)、(3) Z-Sep+/无水MgSO4 (500 mg/1500 mg),涡旋30 s,9500 r/min 离心5 min,3种净化液与未净化液经0.2 μ m滤膜过滤,各取5 mL滤液于烘干的蒸发皿中挥干,然后于100 ℃烘干1 h后冷却称重,计算各提取液净化前后蒸发残渣质量。

1.4 色谱和质谱条件

Waters XSELECTTM CSHTMC18色谱柱(150 mm×2.1 mm,3.5 μ m);柱温30 ℃;进样体积10 μ L。流动相A为0.1%甲酸,流动相B为0.1%甲酸-乙腈;梯度洗脱程序:0～4 min,70%A～50%A; 4～24 min,50%A～10%A; 24～25 min,10%A～70%A; 25～35 min,70%A。流速为0.2 mL/min。

电喷雾离子化,负离子模式;电喷雾电压-4500 V;雾化气流速55 mL/min,辅助气流速55 mL/min,气帘气流速20 mL/min,离子源温度500 ℃,仪器工作软件为Analyst 1.5,扫描方式:按时间表的多反应监测(Scheduled MRM),其他条件见表1。

2 结果与讨论
2.1 LC-MS/MS分析参数的优化

磺酰脲化合物呈酸性,pKa在3～5之间,其酸性主要来自与磺酰基相连的N原子上H的电离,在液相色谱流动相中加入0.1%甲酸,可抑制磺酰脲类化合物电离,从而改善峰形并提高分离效果,具体保留时间见表1。质谱采用电喷雾负离子电离,32个化合物均可获得丰度较高的[M-H]-、[M-Na]-母离子,优化的质谱参数见表1。文献[4,5,6,7,8,9]采用电喷雾正离子电离,实验发现咪唑磺隆、甲基氟嘧磺隆、氟酮磺隆、丙苯磺隆、碘甲磺隆钠盐5个化合物采用正离子电离的响应值明显低于负离子电离。应用Scheduled MRM扫描方式,可确保每个色谱峰有足够的采集数据点(每个色谱峰至少15点以上),保证色谱峰的良好峰形及重现性,并提高灵敏度。图1为按1.2节进行前处理的甜玉米加标样品的提取离子色谱图。

图1 甜玉米样品添加32种磺酰脲类农药(添加水平为 10 μ g/kg)的提取离子色谱图 Fig.1 Extracted ion chromatograms of the 32 sulfonylurea pesticides spiked in sweet corn sample (10 μ g/kg for each pesticide)
2.2 提取溶剂的选择

磺酰脲化合物容易发生水解,其水解机制随化合物结构的不同和pH值的变化而变化,中性分子易水解,阴离子态分子水解较慢,酸可催化水解反应的进行[3]。玉米基质加标样品(添加水平20 μ g/kg)采用1%乙酸-乙腈提取,苯磺隆、嘧啶磺隆、砜嘧磺隆的回收率为11.5% ～39.2% ,甲基氟嘧磺隆的回收率为65.1% ；而采用乙腈提取,32种磺酰脲类农药的回收率为84.6% ～108.2% ,RSD为1.2% ～13.0% ,因此本文采用未加缓冲盐的乙腈提取。

2.3 定容液的选择

苯磺隆在pH＜7或pH＞12迅速水解,因此样品前处理后应立即上机分析。采用0.5 mL乙腈加1.0 mL水溶液为定容液,样品分析液第二天分析苯磺隆的回收率即低于30% 。而采用0.5 mL乙腈加1.0 mL 10 mmol/L 乙酸铵水溶液为样品上机分析定容液,有利于提高分析液中苯磺隆等易水解目标物的稳定性并可获得稳定的回收率。

2.4 净化效果的比较
2.4.1 共提取基质干扰物

玉米基质采用PSA进行分散固相萃取净化,32种磺酰脲类农药在3个添加水平(10、20、100 μ g/kg)的回收率为0～38% ,因此本文不选用PSA吸附剂。

甜玉米及毛豆基质按照1.3节进行试验,按以下公式计算2种基质净化前后共提取基质干扰物的含量:(提取液蒸发残渣质量/提取液相当的样品质量)×100% ,结果如图2所示,可以看出Z-Sep/C18的净化效果明显优于C18,而Z-Sep/C18及Z-Sep+的净化效果基本一致。相对而言,毛豆基质干扰物含量较玉米少,Z-Sep/C18及Z-Sep+的净化效果略优于C18。

图2 甜玉米及毛豆采用3种分散吸附剂净化前后 共提取基质干扰物含量 Fig.2 Contents of co-extractives of sweet corns and green soybeans before and after d-SPE clean-up with three different sets of sorbents
2.4.2 回收率

玉米基质采用3种吸附剂:C18/无水MgSO4(50 mg/150 mg)、Z-Sep/C18(20 mg/50 mg)、Z-Sep+/无水MgSO4(50 mg/150 mg)进行d-SPE后的回收率及相对标准偏差(RSD)结果见表2,虽然3种吸附剂均能获得较满意的回收率及较好的重现性,但采用Z-Sep/C18净化32种化合物的回收率结果最优(84.6% ～108.2% ),RSD为1.2% ～13.0% 。 采用C18净化,甲基氟嘧磺隆在20 μ g/kg 添加水平下的回收率为120.9% ,RSD为9.2% ;在100 μ g/kg 添加水平下的回收率为117.7% ,RSD为3.9% ;还有9种化合物(甲磺隆、醚苯磺隆、胺苯磺隆、醚磺隆、吡嘧磺隆、氯嘧磺隆、氟磺隆、四唑嘧磺隆、碘甲磺隆钠盐)的回收率高于110% 。采用Z-Sep+净化,在10 μ g/kg 添加水平下,苯磺隆、烟嘧磺隆及甲酰胺磺隆的回收率≤70%(分别为68.3% 、67.7% 、70.1% ),3种化合物在低浓度时的回收率较低,可能是目标物与吸附剂产生吸附所致。

表2 3种分散吸附剂净化的玉米基质及Z-Sep/C18净化的毛豆基质中32种农药的平均回收率和相对标准偏差(n=6) Table 2 Average recoveries and relative standard deviations (RSDs) of the 32 pesticides in sweet corn matrix using three d-SPE sorbents and green soybean matrix using Z-Sep/C18 sorbents (n=6)
2.5 基质效应

LC-MS/MS定量分析存在基质效应,在方法验证时应对基质效应进行评估[18,19]。基质效应与基质的种类及基质干扰物的含量、分析物的特性、色谱分离条件、不同仪器离子源设计等有关[19],可按以下公式对基质效应进行量化评估:基质效应(ME)=[(基质匹配校准曲线斜率/纯溶剂标准曲线斜率)-1]×100% [15]。|ME|＜20%为弱基质效应,可忽略而无需采取补偿措施;20%≤|ME|≤50%为中等程度基质效应,|ME|＞50%为强基质效应,须采取措施补偿基质效应[15,16]。

按照本文1.2节进行前处理,1.1节配制基质匹配校准溶液,以乙腈及10 mmol/L 乙酸铵混合溶液(1/2,v/v)配制同浓度的纯溶剂标准系列并制作校准曲线,按以上公式计算的ME结果见表1,在甜玉米基质中苯磺隆及氟胺磺隆显示中等基质增强效应(ME分别为43%和35% ),还有氯吡嘧磺隆及氟嘧啶磺隆显示强基质增强效应(ME分别为88%和51% ),而其他28种化合物均为弱基质效应(|ME|＜20% )。在毛豆基质中仅氟嘧啶磺隆显示强基质增强效应(ME为58% ),而其他31种化合物均为弱基质效应。

在2种基质中大部分化合物为弱基质效应,表明采用Z-Sep/C18对甜玉米及毛豆的净化效果较好。2种基质中氟嘧啶磺隆的ME值相近(51%和58% ),其保留时间(tR)在色谱图中段(tR=13.83 min)。甜玉米基质中在tR=15.3 min处的2个化合物(氯吡嘧磺隆及氟胺磺隆)均显示较强的基质增强效应,特别是氯吡嘧磺隆ME达到88% 。2.4.1节提取净化液蒸发残渣结果显示甜玉米及毛豆净化液中基质干扰物的质量相当,而甜玉米基质中有4个化合物的ME大于20% ,毛豆基质中只有氟嘧啶磺隆的ME值大于20% ,说明ME与基质干扰物的种类有关。

2.6 方法评价

按照本文1.2节前处理并配制基质匹配校准溶液,在0.67～167 μ g/L 范围内32种化合物在玉米及毛豆基质中的基质匹配标准溶液的浓度与对应的峰面积呈良好线性关系,相关系数为 0.9978～1.0000。

在2种基质中各添加10、20、100 μ g/kg 的32种磺酰脲类农药混合标准溶液进行回收率试验,每个添加浓度重复测定6次,32种农药的回收率为80.0% ～108.2% ,相对标准偏差为1.2% ～13.0%(见表2)。

以10 μ g/kg 加标样品定量离子对色谱信号3倍信噪比(S/N)确定方法检出限为0.1～1.8 μ g/kg,以S/N≥10确定方法定量限为0.2～5.0 μ g/kg(见表1),符合国内外残留限量要求[1,2]。

3 结论

采用未加缓冲盐的QuEChERS方法和新型分散吸附剂Z-Sep/C18能有效去除甜玉米及毛豆基质中共提取基质干扰物而又不吸附磺酰脲类农药,结合液相色谱-电喷雾负离子电离-三重四极杆串联质谱检测技术,建立了甜玉米及毛豆中32种磺酰脲类除草剂残留的分析方法,方法简便、灵敏、准确、环保,适用于甜玉米及毛豆中32种磺酰脲类除草剂残留的定性定量分析。Z-Sep+与Z-Sep/C18的净化效果相当,但在10 μ g/kg 加标水平下Z-Sep+可部分吸附苯磺隆、烟嘧磺隆及甲酰胺磺隆,在使用中应引起注意。

参考文献
[1] GB 2763-2014
[2]Zhuang W J. The Global Regulations on Maximum Residue Limits (MRLs) for Pesticides in Foodstuffs and Feedstuffs: VolumeⅠ-Ⅳ. Beijing: Chemical Industry Press (庄无忌. 国际食品饲料中农药残留限量法规: Ⅰ-Ⅳ卷. 北京: 化学工业出版社), 2010
[3]Duan Q, Li Z, Zhao G L, et al. Agrochemicals Research & Application (段强, 李振, 赵国玲, 等. 农药研究与应用), 2011, 15(1): 13   
[4]Gure A, Lara F J, Moreno-González D, et al. Talanta, 2014, 127: 51  
[5]Tang K J, Gu X H, Luo Q S, et al. Food Chem, 2014, 150: 106  
[6]Ding F, Li F Z, Chu X G, et al. Journal of Instrumental Analysis (丁菲, 李范珠, 储晓刚, 等. 分析测试学报), 2011, 30(1): 53   
[7]Li N, Li H, Shao H, et al. Chinese Journal of Chromatography (李娜, 李辉, 邵辉, 等. 色谱), 2011, 29(4): 346  
[8]Liu J X, Zhang Y, Ding L, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry (刘锦霞, 张莹, 丁利, 等. 分析化学), 2011, 39(5): 664   
[9]She Y X, Cao W Q, Shi X M, et al. J Chromatogr B, 2010, 878: 2047  
[10]Kang S, Chang N, Zhao Y, et al. J Agric Food Chem, 2011, 59: 9776  
[11]Springer V H, Aprile F, Lista A G. Food Chem, 2014, 143: 348  
[12]Anastassiades M, Lehotay S J, Stajnbaher D, et al. J AOAC Int, 2003, 86(2): 412
[13]Lehotay S J, Ae Son K, Kwon H, et al. J Chromatogr A, 2010, 1217: 2548  
[14]Sapozhnikova Y, Lehotay S J. Anal Chim Acta, 2013, 758: 80  
[15]Rajski L, Lozano A, Uclés A, et al. J Chromatogr A, 2013, 1304: 109  
[16]Lozano A, Rajski L, Uclés S, et al. Talanta, 2014, 118: 68  
[17]Moreno-González D, Huertas-Pérez J F, García-Campana A M, et al. Talanta, 2014, 128: 299  
[18]European Commission (2013) SANCO/12571/2013. Guidance Document on Analytical Quality Control and Validation Procedures for Pesticide Residues Analysis in Food and Feed. (2013-11-19)[2014-01-01]. http://ec.europa.eu/food/plant/pesticides/guidance_documents/docs/qualcontrol_en.pdf   
[19]González O, Blanco M E, Iriarte G, et al. J Chromatogr A, 2014, 1353: 10