利用UPLC-MS/MS快速测定大米中8种农药残留

张可君,杨 皓,张 媛

(1.天津生物工程职业技术学院,天津 300462;2.辽宁省农业科学院植物保护研究所,辽宁 沈阳 110000)

粮食安全是我国经济安全的重要组成部分,一直都是人们日常生活极为关注的问题。特别是在2020年初我国新冠爆发以来,粮食安全的重要性再次提高。在日常的粮食耕作中,常常会使用各种农药来减少粮食病虫害问题,但粮食中的农药残留会影响人们的身体健康。对此,针对粮食中的农药残留问题,我国食品安全国家标准GB 2763规定了34种农药在大米中的农药残留标准[1-2]。本研究根据大米样品基质情况,重点选取了8种农药进行检测。

在对大米中农药残留检测的研究中,张瑛等[3]采用主成分分析和透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术,建立了一种快速检测方法。结果表明,在大米样品的沙蚕毒素类农药残留检测中,该检测技术的农药残留检测效果良好,具备应用价值。而莫淑梅等[4]则为检测大米样品中36种有机磷农药残留,建立了一种气相色谱法。试验结果表明,该气相色谱法的农药残留加标回收率在64.7%～120.0%范围内,相对标准偏差不超过15%,准确度和灵敏度良好,具备实际应用价值。除了以上的THz-TDS和气相色谱法以外,许多学者还研究了液相色谱结合质谱法、气相色谱结合质谱法等方法,对大米中农药残留进行检测,均获得良好的结果反馈,验证了这些检测方法的灵敏度、准确性等[5-7]。基于此,本试验针对大米中8种农药残留,研究了一种基于超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)的检测技术,为大米中多菌灵等8种农药残留的检测提供技术支持。

1 试验部分

1.1 材料与设备

主要材料:异丙威,标准品,爱巢生物;多菌灵,标准品,雷恩环保;苄嘧磺隆,标准品,嘉慧兴诚;禾草敌,标准品,三舒生物;马拉硫磷,标准品,迪大科技;稻丰散,标准品,迪大科技;甲基嘧啶磷,标准品,天孚化工;甲基毒死蜱,标准品,源叶生物;QuEChERS萃取盐包,鸿谱生物;PSA/C18净化管,德国Supelco;乙腈,色谱纯,拓青化工。

主要设备:iChrom 5100型液相色谱仪,依利特分析仪器;LanJ-J07型超声波清洗机,蓝鲸智能超声波洗净设备;BaXW-2涡旋混合器,巴跃仪器;SCIEX型三重四级杆质谱仪,安捷伦科技。

1.2 试验内容

采用超高效液相色谱-串联质谱法,对随机选取的市售80份大米样品进行8种农药残留检测。其中,8种需检测农药分别是多菌灵、异丙威、苄嘧磺隆、禾草敌、马拉硫磷、稻丰散、甲基嘧啶磷以及甲基毒死蜱。

1.3 配制标准溶液

单个基质匹配标准溶液[8-9]:使用移液枪分别取1.00 mL的多菌灵等8种农药的标准溶液(100 mg/L),然后分别放入不同的容量瓶(10 mL)中。再分别添加一定量的乙腈,定容稀释,通过涡旋混合器混合均匀,获得10 mg/L的单个基质匹配标准溶液,备用。

混合基质匹配标准溶液[10]:用移液枪分别取1.00 mL的多菌灵等8种农药的标准溶液(100 mg/L),一起加入到一个容量瓶(10 mL)中。再添加一定量的乙腈,定容稀释,之后涡旋混合,获得10 mg/L的8种农药混合标准溶液,再直接稀释,配置成后续试验需要的不同浓度混合基质匹配标准溶液。

1.4 样品处理

(1)通过食品料理机,将随机选取的80份大米样品制成粉样。然后过40目筛后,用塑料袋装好,密封,放入冰箱保存。

(2)称取5.0 g大米粉样,放入离心管中。先向离心管中添加5 mL蒸馏水,采用涡旋混合器进行混合。之后继续添加10 mL的乙腈溶液,涡旋混合,并进行超声处理10 min。然后与QuEChERS萃取盐包混合,在5 000 r/min的转速下,进行离心处理5 min,获得待净化样液。

(3)净化处理。用移液枪吸取2.00 mL待净化样液,放入QuEChER净化管中,其中,QuEChER净化管中含有25 mg N-丙基乙二胺(PSA)、25 mg 3-羟基十八烷酸甲酯(C18)以及150 mg硫酸镁。然后通过涡旋混合器将净化管内物质进行混合2 min。然后,将混合后的待净化样液转移到离心机中,设置离心机的转速为8 000 r/min,进行一定时间的离心处理。最后,将上层清液分离出来,然后用0.22 μm微孔滤膜过滤,对滤液进行分析。

1.5 试验条件

1.5.1液相色谱参数

在液相色谱试验中,采用的色谱柱为USHA C18-AQ液相色谱柱,规格为50 mm×2.1 mm×1.7 μm;柱温设置为35℃,进样体积设置为2 μL;采用的流动相由乙腈和0.1%体积分数的甲酸水溶液共同组成,流速为0.4 mL/min。除此之外,液相色谱试验中的梯度洗脱设置为:1 min,80%A;1 min,50%A;4 min,90%A;5 min,90%A[11]。

1.5.2质谱参数

以多重反应检测模式对多菌灵、异丙威、苄嘧磺隆等8种农药进行检测,质谱参数见表1。

表1 农药质谱参数情况

采用ESI源和DMRM正离子扫描模式;毛细管电压设置为2.0 kV;离子源温度控制为150℃,而脱溶剂温度控制为500℃[12]。除此之外,脱溶剂气流量设置为800 L/h、锥孔气流量设置为20 L/h。

2 结果与分析

2.1 质谱条件分析

在液相质谱系统中分别注入配置好的100 μg/L的多菌灵、异丙威、苄嘧磺隆等8种农药的单个标准溶液。通过液相质谱系统的自动优化功能,结合正离子扫描模式,分别确定在最佳质谱参数设置下的多菌灵、异丙威、苄嘧磺隆等8种农药的母离子、子离子。并且,以响应值强度分别确定定量、定性离子。在对多菌灵、异丙威、苄嘧磺隆等8种农药的液相色谱-质谱图中,各农药的峰型均较好。

2.2 提取溶剂分析

与水果蔬菜相比,大米的含水量较少,一般在处理过程中需要对干燥大米样品进行加水润湿处理。在本试验中,分别对干燥大米样品加水润湿处理和不加水处理的多菌灵等8种农药提取测试。对比结果表明,在对干燥大米样品加水润湿处理后,用乙腈溶液提取的多菌灵等8种农药回收率比不加水处理高。同时,加水润湿处理方式的农药基质响应效果较小。这是因为,在对干燥大米样品进行加水润湿处理后,可以去除大米样品中原本含有的一些易溶水杂质。同时,加水润湿方式可以使大米样品与提取溶剂接触更加充分,从而增加农药回收率。因此,在本试验中,未获得较好的农药回收率,选择以5 mL水对5 g大米样品进行润湿处理,并以10 mL乙腈进行农药提取。

2.3 样品前处理分析

本试验通过对大米样品进行直接提取,然后离心处理的方式,对大米样品进行前处理,这可以增加大米样品农药提取效率[13-14]。在对大米样品进行前处理后,离心过滤后的检测溶液透明无杂质。其中,农药提取离子的色谱图见图1。

图1 农药提取离子色谱图

测试结果表明,超高效液相色谱柱的柱压没有出现大幅度升高的现象,并且,该方法灵敏度未出现明显变化。由此可见,通过该前处理方式对大米样品进行处理,并不会对液相质谱系统造成污染,可以保证检测质量,且可用于对大量大米样品的农药残留检测。

2.4 方法验证分析

2.4.1线性范围和基质效应

在对80份大米样品的农药残留检测过程中,检测溶液中不仅含有需要检测的残留农药化合物,还有一些其他的提取物,这会对农药残留检测结果的准确性产生影响,即基质效应问题。而基质效应比值是表示基质效应的增强或抑制情况(SSE)的表征。对于本试验需要检测的多菌灵等8种大米农药残留,基质效应比值为0.85～1.15则表示基质效应较小。当基质效应比值超过1.15时,基质效果明显,且对农药质谱响应起到增强效应。当基质效应比值小于0.85时,则表明基质效果明显,且对农药质谱响应起到抑制效应。表2为在大米样品中,多菌灵等8种农药的基质效应情况。根据表2可知,多菌灵等8种农药具备良好的线性关系,且相关系数R2在0.999 4及以上。

表2 8种农药基质效应情况

2.4.2定量限与检出限

以未检测出农药残留的大米样品为基质空白试样,并进行低水平添加试验,确定定量限(LOQ)和检出限(LOD)。其中,LOQ为信噪比(S/N)的10倍,LOD为S/N的3倍[15]。本试验中,多菌灵等8种农药残留的定量限与检出限如表3所示。

表3 8种农药的检测结果

由表3可知,在添加水平为1～100 μg/kg的条件下,多菌灵、异丙威、苄嘧磺隆、禾草敌、马拉硫磷、稻丰散、甲基毒死蜱这7种农药残留的加标回收率在89.5%～111.8%范围内,且定量限为1 μg/kg,相对标准偏差在1.2%～6.9%。而在添加水平为2～100 μg/kg的条件下,只有甲基嘧啶磷这一种农药,其定量限为2 μg/kg,加标回收率在103.8%～115.8%范围内,相对标准偏差在3.9%～5.2%范围内。综合来看,在一定的定量限范围下,多菌灵等8中农药的相对标准偏差范围是1.2%～6.9%,加标回收率范围是89.5%～115.8%。并且,这8种农药的检出限均不超过0.4 μg/kg。以上这些试验结果表明,本试验中采用的液相色谱联合质谱的方法,可以用于大米样品中多菌灵等8种农药残留检测。该检测方法的加标回收率较高,具备较高的精密度,符合食品安全国家标准GB 2763—2021中对相应农药残留限量的标准。综上,该超高效液相色谱串联质谱的方法满足监测要求,具备实际应用价值。

2.5 大米样品实际检测

采用本试验中研究的超高效液相色谱串联质谱的方法,对随机选取市售的80份大米样品进行农药残留检测。测试结果表明,在随机选取市售的80份大米样品中,有35份大米样品检测出农药残留。计算可得,在随机选取的市售80份大米样品中,存在大米农药残留的样品占比为43.75%。在检测出农药残留的35份大米样品中,检测出多菌灵农药残留的大米样品高达19份,残留量达到2.3 μg/kg。这表明,大米样品中多菌灵农药残留的检出率为23.75%。但多菌灵的残留量远远低于食品安全国家标准GB 2763—2021中对大米中多菌灵农药残留限量的要求。综合来看,在随机选取的市售80份大米样品中,多菌灵等8种农药的残留均低于GB 2763—2021中的限量标准。由此可见,本试验中所选取的市售80份大米样品无农药残留安全隐患,人们可以安心食用。

3 结论

本试验研究了一种基于超高效液相色谱结合质谱的大米农药残留检测技术,并对随机选取的80份大米样品中的多菌灵等8种农药残留进行检测。现将具体结论总结如下:

(1)该检测技术的样品前处理工艺为:大米样品先加水润湿,加萃取盐包和乙腈提取,稀释、离心,然后过滤。

(2)多菌灵等8种农药的线性关系良好,相关系数R2均达到0.999 4及以上。

(3)在加标回收试验中,该检测技术在针对大米中8种农药残留检测加标回收率为89.5%～115.8%,相对标准偏差为1.2%～6.9%,准确度和精密度良好。其中,多菌灵、异丙威、苄嘧磺隆、禾草敌、马拉硫磷、稻丰散、甲基毒死蜱这7种农药的定量限为1 μg/kg,甲基嘧啶磷这1种农药定量限为2 μg/kg。同时,这8种农药的检出限均不超过0.4 μg/kg。

(4)本检测技术简单、便捷、准确、成本低,针对大米样品中多菌灵等8种农药的加标回收率、相对标准偏差、检出限、定量限均符合GB 2763—2021中的相关农药残留量限量的检测方法标准,可以用于日常大米农药残留检测。