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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。