色谱  2019, Vol. 37 Issue (9): 955-962     DOI: 10.3724/SP.J.1123.2019.02014   PDF    
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高帅
陈辉
胡雪艳
张紫娟
范春林
王明林
改进的QuEChERS方法结合液相色谱-四极杆-飞行时间质谱快速筛查与确证调味茶中52种农药残留
高帅1,2, 陈辉2, 胡雪艳2, 张紫娟2, 范春林2, 王明林1     
1. 山东农业大学食品科学与工程学院, 山东 泰安 271018;
2. 中国检验检疫科学研究院, 北京 100176
摘要:建立了调味茶中52种农药残留的QuEChERS方法结合液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(LC-Q-TOF-MS)快速筛查方法。采用乙腈提取样品,经N-丙基乙二胺(PSA)、石墨化炭黑(GCB)、C18净化,LC-Q-TOF-MS测定。结果表明:52种农药在调味茶中4个添加水平(10、20、50和100 μg/kg)下的回收率均在70%~120%之间,相对标准偏差(RSD,n=3)均小于20%,52种农药线性良好,线性相关系数(r)均大于0.99。52种添加农药的筛查限为0.001~0.01 mg/kg,定量限为0.002~0.02 mg/kg,均低于添加农药的欧盟最大残留限量(MRL)标准。该方法样品前处理简单、分析时间短、灵敏、可靠,适用于茶叶中多种农药残留的检测。
关键词QuEChERS    液相色谱-四极杆-飞行时间质谱    农药多残留    调味茶    
Rapid screening and identification of 52 pesticide residues in flavored tea by improved QuEChERS combined with liquid chromatography-quadrupole-time-of-flight mass spectrometry
GAO Shuai1,2, CHEN Hui2, HU Xueyan2, ZHANG Zijuan2, FAN Chunlin2, WANG Minglin1     
1. College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China;
2. Chinese Academy of Inspection and Quarantine, Beijing 100176, China
Foundation item: National Key Research and Development Program of China (No. 2017YFF0211304)
Abstract: An improved method to screen 52 pesticide residues in flavored tea using QuEChERS coupled with liquid chromatography-quadrupole-time-of-flight mass spectrometry (LC-Q-TOF-MS) has been investigated. The flavored tea was extracted with acetonitrile and purified using by primary secondary amine (PSA), graphitized carbon black (GCB) and C18 sorbent. The resultant residues were then analyzed using LC-Q-TOF-MS. The recoveries of all the pesticides in flavored tea at the four spiked levels of 10, 20, 50 and 100 μg/kg were 70%-120% and the relative standard deviations (RSDs, n=3) were less than 20%. The calibration curves of the 52 pesticide residues had good linear relationships, and the correlation coefficients were more than 0. 99. The screening detection limits (SDLs) and the limits of quantitation (LOQs) for the 52 pesticides were in the range of 0.001-0.01 mg/kg and 0.002-0.02 mg/kg, respectively, which were lower than maximum residue limits standard permitted by the European Union (EU). This method is simple, rapid, reliable, and can meet the requirements for the simultaneous determination of 52 pesticide residues in flavored tea.
Key words: QuEChERS     liquid chromatography-quadrupole-time-of-flight mass spectrometry (LC-Q-TOF-MS)     pesticide multi-residues     flavored tea    

调味茶是以红茶为主要原料, 加入天然的水果香料制作而成的香薰茶, 也称风味茶, 最为著名的当属伯爵茶, 其作为一种具有独特风味的饮料而广受欢迎。茶叶在种植过程中通常会施用多种农药, 导致茶叶中残留农药种类相对较多。为此, 许多国家和国际组织针对茶叶制定了严格的农药最大残留限量(MRL), 例如, 欧盟[1]制定了茶叶中470多种农药的MRLs; 日本[2]肯定列表对茶叶制定的农业化学品限量项数为270余项, 并且在限量标准中未被列出的农药全部采用“一律标准”, 即最大残留限量为0.01 mg/kg。因此, 为了确保茶叶质量安全, 打破进出口贸易壁垒, 需严格控制茶叶中的农药残留水平。

针对上述问题, 科研人员建立了多种茶叶中农药残留的分析方法。常见的茶叶中农药残留前处理方法主要有超临界流体萃取法[3]、固相萃取法[4, 5]、加速溶剂萃取法[6]、凝胶渗透色谱法[7]、固相微萃取技术[8]和QuEChERS法[9-11]等, 尤其QuEChERS方法应用相对较广。

茶叶中农药残留的常用检测方法包括气相色谱(GC)法[12]、气相色谱-质谱(GC-MS)法[13]、液相色谱(HPLC)法[14]、液相色谱-质谱(LC-MS)法[15]、液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)法[16]及高分辨质谱法[17]等。GC和HPLC灵敏度较低, 不适于多种农药残留痕量分析的要求。GC-MS和LC-MS在定性准确度方面尚有欠缺, 检测的农药种类也受到一定限制。液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(LC-Q-TOF-MS)具有高质量精度、全质量数据采集和数据库检索等优势, 适用于多农药残留的筛查和确证[18]。当前, 国内外关于调味茶中多农药残留检测的研究尚未见报道。

在调味茶生产过程中加入的各种香精、香料使得本身就比较复杂的茶叶样品变得更加复杂, 导致在检测过程中干扰物对待测农药的影响较大, 大大增加了检测难度。本文对调味茶中3类农药(杀虫剂类、杀菌剂类和除草剂类)共计52种农药残留的快速筛查方法进行了研究, 对提取剂种类和吸附剂(PSA(N-propyl ethylenediamine)、C18和GCB(graphitized carbon black))用量进行了优化, 同时考察了应用LC-Q-TOF-MS进行筛查时的不同检索参数, 建立了QuEChERS净化结合LC-Q-TOF-MS筛查调味茶中52种农药残留的检测方法, 并对该方法的筛查限(SDL)、定量限、精密度、基质效应和回收率进行了验证。该方法简单快速, 灵敏度高, 可以应用于各种调味茶中农药多残留的筛查与确证。

1 实验部分
1.1 仪器、试剂及材料

Agilent 1290-6550液相色谱-四极杆飞行时间质谱仪(美国安捷伦公司), 配有Dual AJS的ESI源; N-EVAP 112氮吹浓缩仪(美国Organomation Associates公司), TRIO TM-1N涡旋搅拌器(日本AS ONE公司), SR-2DS水平振荡器(日本TATEC公司), KDC-40低速离心机(中国中佳公司), Milli-Q超纯水机(美国Millipore公司), PL602-L电子天平(瑞士Mettler-Toledo公司), 超声波清洗器(中国江苏昆山超声仪器有限公司)。

52种农药标准品:纯度≥95%(德国Dr. Ehrenstorfer公司); 乙腈为色谱纯(美国Honeywell公司); 吸附剂:PSA、GCB和C18吸附剂均购于天津Bonna-Agela公司; 甲酸(LC-MS级)、乙酸铵(LC-MS级)购于北京化工厂; 实验用水均为高纯水(经Milli-Q超纯水器纯化)。

1.2 溶液配制

标准溶液的配制:称取10 mg标准品于10 mL棕色容量瓶中, 以甲醇定容至刻度; 对于部分不溶农药, 可以选择乙腈或丙酮等试剂辅助溶解, 得到单标准储备溶液。混合标准溶液的配制:移取适量单标准储备溶液, 用甲醇配制成质量浓度为10 mg/L的混合标准溶液。

1.3 样品前处理

称取2 g茶叶样品于80 mL具塞离心管中, 加入20 mL乙腈提取剂, 涡旋1 min, 以250次/min的频率振荡5 min, 以4 200 r/min的速度离心5 min, 将10 mL上清液转移到含150 mg PSA、100 mg C18和40 mg GCB吸附剂的50 mL具塞离心管中, 涡旋1 min, 再以250次/min的频率振荡5 min, 以4 000 r/min的速度离心5 min, 取5 mL上清液于试管中, 氮吹至干, 用1 mL乙腈-水(2:3, v/v)定容, 超声溶解, 过0.22 μm有机相滤膜, 供LC-Q-TOF-MS测定。

1.4 LC-Q-TOF-MS条件
1.4.1 LC条件

色谱柱:ZORBAX SB-C18柱(100 mm×2.1 mm, 3.5 μm); 柱温:40 ℃; 进样量:10 μL。流动相:A相为水(含0.1%(体积分数, 下同)甲酸和5 mmol/L乙酸铵), B相为乙腈。梯度洗脱程序:0 min, 1%B; 3.00 min, 30%B; 6.00 min, 40%B; 9.00 min, 40%B; 15.00 min, 60%B; 19.00 min, 90%B; 23.00 min, 90%B; 23.01 min, 1%B, 保持4 min。流速:0.4 mL/min。

1.4.2 Q-TOF-MS条件

离子源为Dual AJS ESI源; 扫描方式:正离子全扫描; 全扫描范围:m/z 50~1 700;毛细管电压:4 000 V; 鞘气温度:325 ℃; 鞘气流速:11.0 L/min; 干燥气流速:10.0 L/min; 干燥气温度:325 ℃; 碎裂电压:140 V。参比溶液中含嘌呤(C5H4N4, 其离子精确相对分子质量为121.050 873)和HP-0921(C18H18O6N3P3F24, 其离子精确相对分子质量为922.009 798)。通过全离子扫描模式进行数据采集, 应用Agilent MassHunter软件进行数据处理。

2 结果与讨论

本实验选取的52种农药均有欧盟MRL标准, 包括15种杀虫剂类农药, 19种杀菌剂类农药和18种除草剂类农药。基质选择的是以红茶为主要原料、再加入天然的水果香料而制成的调味茶。其基质复杂, 含有色素、有机酸等多种基质干扰成分。

2.1 提取方式的优化

为确保待分析物被充分提取出来, 在使用QuEChERS方法对茶叶进行前处理时, 通常会添加一定量的水进行浸泡[19]。但是, 对于部分非极性农药, 加水浸泡并不会改善此类农药的提取效果, 反而会因为咖啡碱等水溶性杂质的浸出而影响后续净化效果[17]。因此, 本文对比了水化与不水化两个条件。两组茶叶样品添加农药量均为100 μg/kg, 一组加入20 mL水, 静置0.5 h; 另一组不加水, 其余前处理条件均相同。实验结果发现:加水的一组52种添加农药回收率在70%~120%的农药数量为33种; 不加水的一组52种添加农药回收率在70%~120%的农药数量为47种。从提取液的颜色上来看, 不加水的组分上清液颜色相对透明, 色素干扰小。因此, 本文在进行前处理前不对调味茶叶样品加水浸泡。

2.2 提取剂的优化

对提取剂种类进行了考察, 在添加农药量为100 μg/kg的条件下, 分别比较了乙腈、1%酸化乙腈、2%酸化乙腈溶液的提取效果, 结果发现, 用纯乙腈提取时, 提取效果最好。分别使用3种提取液时, 52种添加农药回收率在70%~120%的检出农药数量为49、44和45种。在采用乙腈提取茶叶中农药时, 上清液颜色更清澈, 说明其中色素等共提物较少, 干扰小。并且当加入氯化钠时, 通过盐析作用, 又有助于乙腈与水分离。故本实验选择乙腈为提取液。

2.3 净化条件的优化

QuEChERS方法的核心是寻求能够吸附杂质的吸附剂。茶叶中含有大量的色素、生物碱、甾醇和茶多酚类等干扰物质。针对这些共提物杂质, 一般采用PSA、GCB和C18作为吸附剂进行净化。其中PSA可有效吸附有机酸和部分糖, C18可有效去除脂肪, GCB可有效去除色素。本试验在添加农药量为100 μg/kg的条件下, 对50、100、150和200 mg PSA的用量进行了考察, 结果如图 1所示。当PSA用量为150 mg时, 52种添加农药的回收率在70%~120%之间检出的数量最多, 为50种。故选择PSA用量为150 mg。

图 1 PSA用量对农药检出数量的影响 Fig. 1 Effects of PSA dosage on the quantity of pesticides detected R: recovery; PSA: N-propyl ethylenediamine.

在添加农药量为100 μg/kg的条件下, 对50、100、150和200 mg用量的C18进行了考察, 结果如图 2所示, 当C18用量为100 mg时, 52种添加农药的回收率在70%~120%之间检出的数量最多, 为51种, 故选择C18用量为100 mg。

图 2 C18用量对农药检出数量的影响 Fig. 2 Effects of C18 dosage on the quantity of pesticides detected

GCB在吸附色素的同时也会吸附平面结构农药, 造成某些农药回收率偏低。因此, 本文在添加农药量为100 μg/kg的条件下对30、40和50 mg GCB的用量进行了考察。从图 3可以看出, 当GCB用量为40 mg时, 52种添加农药的回收率在70%~120%之间检出的数量最多, 为44种。故选择GCB用量为40 mg。

图 3 GCB用量对农药检出数量的影响 Fig. 3 Effects of GCB dosage on the quantity of pesticides detected GCB: graphitized carbon black.
2.4 筛查参数的优化

本方法采用农药化合物列表对农药残留进行筛查, 筛查方法涉及的检索参数包括保留时间偏差、精确质量数偏差、共流出得分、峰高阈值和得分等, 其中前两者是筛查方法中较为重要的参数。因此, 本文通过对前两者进行优化, 从而最大限度地准确筛查和确证目标农药。通过在调味茶中分别添加两组量为10和50 μg/kg的52种农药, 对质量偏差及保留时间偏差进行优化。

精确质量偏差为实际测定值与理论值之间的差异, 是化合物定性的重要依据。本试验在±5、±10、±15和±20 ppm(10-6, 下同)条件下, 对加合离子质量偏差进行比对。如图 4所示, 当质量偏差为5 ppm时, 添加农药中未被检出农药的数量多于其余组分, 涉及的农药有乙嘧酚磺酸酯、仲丁灵等; 当质量偏差大于10 ppm时, 添加农药的检出数量并无明显数量上的差异, 考虑到实际样品检测时, 增大质量偏差会导致假阳性农药出现, 故本文将质量偏差设置为±10 ppm。

图 4 质量偏差对农药检出数量的影响 Fig. 4 Effects of quality deviation on the quantity of pesticide detected

保留时间是化合物在色谱条件下的特征参数, 是对农药进行筛查的定性依据之一。对于LC-TOF-MS方法而言, 稳定的保留时间可作为辅助定性的重要依据。因此, 本试验对保留时间的限定范围进行了探讨, 对比不同的保留时间窗口(±0.1、±0.3、±0.4、±0.5和±0.8 min), 检出添加农药数量如图 5所示, 当保留时间偏差设置范围低于0.3 min时, 导致较多添加农药无法被检出, 如乙草胺、绿麦隆等; 当保留时间偏差高于0.3 min时, 添加农药检出数量无明显差异。但在实际样品检测中, 放宽保留时间会导致假阳性农药出现, 故保留时间窗口设置为±0.3 min。

图 5 保留时间窗口对检出农药数量的影响 Fig. 5 Effects of retention time window on the quantity of pesticide detected
2.5 基质效应的评价

基质效应是指基质中目标化合物离子化时受到共提物影响, 使其电离受到基质的干扰, 导致离子抑制或增强, 会使得基质匹配标准溶液的响应值比纯溶剂的低或者高, 且这种差异存在于各待测物之间, 说明不同农药受到基质的影响不同。当基质效应影响过大时, 会降低方法的灵敏度, 影响方法的准确性, 因此需要对基质效应进行评价[20], 并根据评价结果选择适合的方法对基质效应进行抵消。本文通过测定一系列不同质量浓度溶剂标准溶液(1、2、5、10、20、50、100和200 μg/L)和基质标准溶液(2、4、10、20、40、100、200和400 μg/kg), 分别建立标准曲线, 比较两条标准曲线的差异, 从而判断基质效应的强弱。计算公式如下:基质效应=[(基质匹配标准曲线斜率/溶剂标准曲线的斜率)-1]×100%[21]。结果表明, 调味茶基质中52种添加农药里2种农药表现为基质抑制效应、48种农药表现为弱基质效应、2种农药表现为基质增强效应。

2.6 方法学验证
2.6.1 线性范围、筛查限和定量限

以调味茶空白样品制备系列基质匹配标准溶液并测定其线性范围。结果发现, 52种添加农药中, 30种的线性范围为1~200 μg/L、6种的线性范围为2~200 μg/L、13种的线性范围为5~200 μg/L、3种的线性范围为10~200 μg/L, 所有添加农药的线性相关系数r均不小于0.99, 本方法线性良好。参照欧盟SANTE/11813/2017[22]标准要求, 52种添加农药的筛查限范围为0.001~0.01 mg/kg, 定量限范围为0.002~0.02 mg/kg, 均低于对应农药在MRL欧盟标准中的限量标准。调味茶中农药的线性范围、相关系数(r)、筛查限和定量限见表 1

表 1 调味茶中农药的线性范围、相关系数、筛查限和定量限 Table 1 Linear ranges, r, screening detection limits (SDL), and LOQs of the pesticides in flavored tea
2.6.2 回收率和精密度

根据欧盟农药残留检测准则要求, 平均回收率需在70%~120%之间, 重复性需低于20%。在10、20、50和100 μg/kg 4个添加水平下, 对调味茶进行重复性(n=3)添加回收率试验, 52种农药在调味茶中4个添加水平的回收率范围均在70%~120%之间, RSD均<20%。调味茶4个添加水平的农药添加回收率以及精密度数据见表 2

表 2 调味茶4个添加水平的回收率以及精密度(n=3) Table 2 Recoveries and RSDs at four spiked levels in flavored tea (n=3)
2.6.3 实际样品测定

采用本方法对20份市售调味茶样品进行了52种农药残留检测, 其中1份检出敌草隆(diuron), 含量为5.1 μg/kg; 1份检出噻螨酮(hexythiazox), 含量为48.5 μg/kg; 1份检出三环唑(tricyclazole), 含量为1.1 μg/kg。研究结果表明, 本方法可用于调味茶叶中52种农药残留的检测。

3 结论

本实验采用改进的QuEChERS方法对果蔬样品进行前处理, 应用LC-Q-TOF-MS进行测定, 建立了调味茶中52种农药残留的筛查和确证方法。方法的灵敏度、准确度、精密度和线性关系良好, 能满足欧盟对于茶叶中多农药残留分析的要求。

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