高效氯氟氰菊酯是英国ICI公司开发的新一代拟除虫菊酯类杀虫剂,英文通用名为lambda-cyhalothrin,化学名称为(IR)-顺式-(乙)-2,2-二甲基-3-(2-氯-3,3,3-三氟-1-丙烯基)环丙酸-(S)-α-氰基-3-苯氧基苄酯,分子式为C23H19ClF3NO3。其作用机制在于改变昆虫神经膜的通透性,使中毒昆虫过度兴奋,麻痹而死亡。用来防治果树上的苹果蠹蛾、桃小食心虫及叶螨类害虫,可有效防治鳞翅目、鞘翅目、半翅目和螨类害虫。高效氯氟氰菊酯因其具有较高的生物活性和广谱性,被广泛应用于农业生产、害虫控制和公共卫生方面[1],随着该类农药消耗增多,会给人类身体健康带来更大的威胁[2-4],所以检测高效氯氟氰菊酯在水果和土壤中的残留变得尤为重要。
苹果富含黄酮、多酚、维他命、矿物质和许多有用的植物化学物质,成分比较复杂[5]。有研究表明富含黄酮的苹果可降低妇女患冠心病的风险[6],同时可减少患癌症的风险[7]。高效氯氟氰菊酯的残留问题受到国内外广泛关注,各国和国际组织规定了其在苹果上的残留限量(MRL),欧盟规定为0.1 mg/kg[8],日本规定为0.4 mg/kg[9],CAC(Codex Alimentarius Commission)和中国均规定为0.2 mg/kg[10, 11]。
目前,国内外对农作物中的高效氯氟氰菊酯残留量的检测已有许多报道[12-19],主要集中在谷物、果蔬、茶叶、枸杞、水生生物和大型植物等复杂基质中拟除虫菊酯多残留分析和消解动态的研究,检测方法有气相色谱(GC)法、气相色谱-质谱联用(GC-MS)法、超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS)-在线固相萃取法等。除此之外,还有高效氯氟氰菊酯在苹果上的风险评价研究[20]。GC-MS[12]和UPLC-MS[19]因兼具定性、定量和多类多残留同时监测的能力,已逐渐成为一种不可或缺的技术手段,但是分析仪器昂贵的价格限制了该方法的广泛应用,而GC-ECD(electron capture detector)是实验室常用的分析仪器,其检出限较低,拟除虫菊酯类农药在该仪器上的响应值较高,能达到残留分析的要求。高效氯氟氰菊酯的前处理方法多用乙腈[12]、正己烷[13]、乙腈-水[14, 15, 17]、丙酮[18]等提取,用固相萃取柱净化,溶剂消耗量大,处理步骤多,费时费力。李海飞等[21]和尹可锁等[22]使用乙腈提取苹果中的高效氟氯氰菊酯,用柱色谱净化残渣,但实验操作繁琐、费时(振荡30 min),消耗了大量有机溶剂(50 mL乙腈); Soler等[23]采用加压液相萃取的方法提取水果中的高效氯氟氰菊酯,该方法需在高压条件下进行,操作步骤复杂,不利于推广。本研究使用经改进的QuEChERS方法,减少了溶剂的消耗量,缩短了检测时间,简化了处理步骤,有利于更加有效、方便地提取高效氯氟氰菊酯。
确证农药残留分析方法必须提供方法的专一性、线性范围、回收率、精密度、检出限和定量限等。在方法验证过程中,用溶剂标准曲线定量,被测化合物的回收率会受基质增强效应或基质减弱效应的影响,因此,国家健康和消费者保护总司[24]推荐用基质标准曲线进行定量。不论是用溶剂标准曲线定量还是用基质标准曲线定量,其方法的回收率都要求在70%～120%。用基质标准曲线定量,可为该方法提供更为准确的回收率。
本研究用经改进过的QuEChERS方法结合GC-ECD检测苹果和土壤中高效氯氟氰菊酯的残留,探讨了气相色谱法测定苹果和土壤中高效氯氟氰菊酯的基质效应(matrix effect,ME),研究了用溶剂标准曲线和基质标准曲线定量产生的差异,为有效消除或补偿高效氯氟氰菊酯残留测定中的基质效应提供了理论依据。
GC-450型气相色谱仪、CT8400型自动进样器(美国布鲁克公司); DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、HP-5毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)、DB-1701毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)和HP-1毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)均购于美国安捷伦科技有限公司;QL-901型旋涡混合器(上海浦东物理光学仪器厂); RE-2000A型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂); ALC-210.4型电子天平(德国艾科勒公司); ULTRA-TURRAX型分散机(艾卡(广州)仪器设备有限公司)。
正己烷(色谱纯)购于美国Fisher Scientific公司;N-丙基乙二胺(PSA)、十八烷基硅烷(C18)、石墨化碳黑(GCB)购于美国Bonna-Agela Technologies公司;高效氯氟氰菊酯标准品(纯度98.1%)购于北京坛墨质检科技有限公司;24%(质量分数)高效氯氟氰菊酯·呋虫胺水分散粒剂由河北双吉化工有限公司提供。其他试剂为国产分析纯。
标准储备液:准确称取10 mg的高效氯氟氰菊酯标准品,用正己烷(色谱纯)配制质量浓度为200 mg/L的储备液50 mL,密封后置于-20 ℃保存。
标准工作液:用正己烷将标准储备液逐级稀释,配制成10.0、5.0、1.0、0.5、0.1和0.05 mg/L的系列标准溶液,置于-20 ℃冷冻保存。
基质标准溶液:采用提取后添加法[25]分别配制苹果和土壤中高效氯氟氰菊酯的系列基质标准溶液10.0、5.0、1.0、0.5、0.1和0.05 mg/L。
田间试验于2015年在贵州省贵阳市花溪乡、天津市西青区中北镇和山东省蓬莱市潮水镇3地实施。试验小区均按《农药登记残留田间试验标准操作规程》[26]要求设置。各小区选2棵果树,重复试验3次,随机排列,另设空白对照小区,各小区间设保护带。24%高效氯氟氰菊酯·呋虫胺水分散粒剂用于防治苹果上的蚜虫,分低剂量组(333 mg/kg)和高剂量组(500 mg/kg)施药。低剂量组和高剂量组均设3次和4次施药试验,施药间隔期为7 d。采样时间距离最后一次喷药的时间为7、14、21 d。
土壤样品:根据《农药登记残留田间试验标准操作规程》[26]中“SOP FT-04-01土壤田间样本采集与实验室样品制备”方法,将采集到的土壤样本碾碎后过1 mm(16目)筛,收集于搪瓷盘中,充分混匀,用四分法分取200～300 g样品两份,分别装入封口样品容器中,贴好标签,于-20 ℃冷冻保存。
苹果样品:根据《农药登记残留田间试验标准操作规程》[26]中“SOP FT-03-19苹果田间样本采集与实验室样品制备”方法,将苹果除去果柄(只取果肉)后,用不锈钢刀具沿纵向切成均匀的4瓣,取对角的两瓣,切成边长1 cm以下的碎块,在不锈钢盆中充分混匀,用四分法缩分样品,分取150 g的样品两份,分别装入封口容器中,贴好标签,于-20 ℃冷冻保存。
称取10 g制备好的土壤或苹果样品于50 mL聚四氟乙烯离心管中。加入20 mL乙腈,涡旋提取1 min,加入1 g NaCl,涡旋(苹果样品采用匀浆)1 min,在6 000 r/min的转速下离心5 min,取上清液10 mL置于50 mL的梨形瓶中,旋转蒸发近干,用正己烷定容至1 mL,涡旋1 min,转移至含30 mg GCB的2 mL离心管中,涡旋30 s,在12 000 r/min的转速下离心1 min,过0.22 μm滤膜,待GC-ECD检测。
色谱柱:DB-5MS毛细管柱;进样量:1 μL;进样口温度:270 ℃;检测器温度:280 ℃;升温程序:100 ℃保持1 min,20 ℃/min升到280 ℃,保持1 min,5 ℃/min上升到300 ℃,保持3 min。载气:高纯氮气(纯度为99.999%);流速:1 mL/min,恒流模式;分流比:10∶1。
色谱柱决定了色谱的分离性能,色谱柱的分离性能取决于所选择的固定相。因此考察了HP-1、HP-5、DB-1701和DB-5MS这4种不同毛细管柱对高效氯氟氰菊酯的分离能力,结果表明:DB-5MS毛细管柱对高效氯氟氰菊酯的分离能力最好,保留时间为13 min左右(见图 1)。
在农药残留分析中,因待测样品中农药含量较少,提取效率的高低直接影响结果的准确性。考虑到分析物高效氯氟氰菊酯的理化性质和基质的特点,研究了正己烷、乙酸乙酯和乙腈3种提取剂对高效氯氟氰菊酯在苹果和土壤中回收率的影响。结果发现:用正己烷提取时,高效氯氟氰菊酯在土壤和苹果中的回收率不高,仅有40%左右;用乙酸乙酯提取时,高效氯氟氰菊酯在土壤中的回收率小于70%,在苹果中的回收率小于80%;用乙腈提取时,高效氯氟氰菊酯在苹果和土壤中的回收率均介于80%～90%,且净化后在目标峰位置无杂质干扰,故选用乙腈作为提取剂(见图 2)。
苹果中含有的黄酮类物质、多酚和碳水化合物等杂质会干扰气相色谱对待测组分的分离和测定,因此在测定苹果样品中高效氯氟氰菊酯的含量时,样品经提取后必须进行净化。本试验采用了固相分散微萃取法进行净化,考察的吸附剂有PSA、C18和GCB。其中,PSA能有效去除提取液中的脂肪酸、碳水化合物、酚类和少量物质;C18和GCB能去除色素、类胡萝卜素、固醇和平面结构的杂质干扰[3]。结果(见图 3)发现:PSA对高效氯氟氰菊酯有很强的吸附作用,回收率小于50%,不能作为净化剂;C18对高效氯氟氰菊酯几乎没有吸附,回收率为95%～110%,但是除杂效果很差,也不能作为净化剂;GCB除杂效果很好,在目标峰位置没有干扰,高效氯氟氰菊酯在苹果和土壤中的回收率为79.35%～101.64%,能达到农药残留分析要求,故选取GCB作为净化剂。
基质效应是除目标化合物以外其他化合物对目标化合物响应值的影响[27]。为提高目标化合物的测定准确度,需要对不同基质产生的基质效应做出评价。本研究采用相对响应值法[28](ME大于1时,为基质增强效应;ME小于1时,为基质抑制效应)评价了高效氯氟氰菊酯在苹果和土壤中的基质效应。结果显示,高效氯氟氰菊酯在土壤和苹果中均出现基质增强效应(见表 1)。用溶剂标准曲线定量时,高效氯氟氰菊酯在土壤和苹果中的回收率分别为86.57%～107.32%和95.35%～110.20%;用基质标准曲线定量时,高效氯氟氰菊酯在土壤和苹果重的回收率分别为88.29%～97.65%和80.70%～98.69%。因此本试验采用基质标准曲线进行定量分析,提高了分析结果的准确度和精密度。
本试验采用空白基质添加不同浓度的目标物标准溶液,以质量浓度为横坐标(x,mg/L)、峰面积为纵坐标(y)绘制标准曲线,计算高效氯氟氰菊酯线性回归方程及其相关系数。高效氯氟氰菊酯的线性范围、线性方程、相关系数、方法的检出限(信噪比S/N=3)和定量限(S/N=10)见表 1。结果表明,高效氯氟氰菊酯的标准曲线线性关系良好,方法的检出限和定量限远低于当前各国现行残留限量标准。
实验方法的准确度和精密度分别通过添加回收率和相对标准偏差(RSD)表示。苹果和土壤基质各设置3个加标水平(0.01、0.1和1 mg/kg)进行添加回收试验,同时考察了日内和日间的回收率和RSDs。结果见表 2,高效氯氟氰菊酯在苹果中的日内平均回收率为79.35%～91.95%、RSD为4.68%～6.28%,日间平均回收率为88.83%～101.64%、RSD为6.30%～9.73%;在土壤中的日内平均回收率为84.75%～97.59%、RSD为2.85%～6.65%,日间平均回收率为91.38%～96.95%、RSD为3.06%～5.95%。实验数据表明建立的方法具有较高的准确度和精密度,满足苹果和土壤中高效氯氟氰菊酯的残留检测要求。
为了评价方法的可行性,将建立的方法应用于2015年贵州、天津和山东3地田间试验样品的检测。结果表明高效氯氟氰菊酯在所有苹果样品中的最终残留量均小于0.09 mg/kg,低于我国规定MRL(0.2 mg/kg);在所有土壤样品中的最终残留量均小于0.16 mg/kg。所得试验数据表明本研究建立的QuEChERS-气相色谱法适用于苹果和土壤的实际样品中高效氯氟氰菊酯的残留检测。
本文探索了高效氯氟氰菊酯在土壤和苹果中的提取和净化方法,建立了QuEChERS-气相色谱测定土壤和苹果中高效氯氟氰菊酯残留量的方法。本研究建立的前处理方法操作简单,省时(匀浆1 min),节约溶剂(20 mL乙腈),灵敏度高,有效提高了检测效率,方法的线性关系、准确度和精密度等都能达到残留分析的要求,定量限远低于各国的限量标准。同时评价了在该方法条件下,苹果和土壤基质中高效氯氟氰菊酯的基质效应。结果表明:高效氯氟氰菊酯在苹果和土壤基质中均有基质增强效应,而苹果和土壤是很常用的检测基质,该方法也为果蔬中药物残留检测的基质效应研究提供了理论基础。
2016,
Vol. 34 Issue (10): 1005-1010
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