2019, Vol. 45文章信息
- 邱世婷, 王艳, 韩梅, 李莹, 向冰, 郑维, 侯雪
- QIU Shiting, WANG Yan, HAN Mei, LI Ying, XIANG Bing, ZHENG Wei, HOU Xue
- QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定土壤中10种酰胺类除草剂残留量
- Determination of ten amide herbicide residues in soil by QuEChERs-ultra high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry
- 中国测试, 2019, 45(4): 63-67
- CHINA MEASUREMENT & TEST, 2019, 45(4): 63-67
- http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2018110022
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文章历史
- 收稿日期: 2018-11-06
- 收到修改稿日期: 2018-12-23
2. 农业部农产品质量安全风险评估实验室（成都），四川 成都 610066;
3. 西华师范大学化学化工学院，四川 南充 637002
2. Laboratory of Risk Assessment for Agricultural Product (Chengdu), Ministry of Agriculture, Chengdu 610066, China;
3. College of Chemistry and Chemical Engineering, China West Normal University, Nanchong 637002, China
酰胺类除草剂是一类高效、高选择性的触杀性农药，多用于防除粮油类作物种植中的一年生禾本科杂草和部分阔叶杂草[1-2]，有杀草效果好、价格低和施用方便等特点[3]，在除草剂市场中所占份额较大[4-5]。此类农药具有较强的水溶性和较低的土壤吸附常数，过量使用后易在土壤和地表水中残留[6]，进而通过食物链威胁人体健康，且用量较大的酰胺类除草剂如甲草胺、乙草胺、丁草胺等已被美国环保局列为B-2类致癌物[7]。因此，酰胺类除草剂在土壤中的残留问题受到了越来越多的关注。为了解其在土壤中的残留情况，保障环境的绿色可持续性发展，对土壤中的酰胺类除草剂进行快速高效地检测十分必要。
目前关于酰胺类的前处理技术主要有SPE法[4, 8-9]，ASE法[10-11]，QuEChERS法[1, 2, 12]等，QuEChERS法方便简单，已广泛用于大米、油菜籽、土壤、地下水中酰胺类除草剂测定。检测方法主要以气相色谱-质谱法（GC-MS）为主[13-16]，但该法分析时间较长，如梅文泉等[1]采用GC-MS法测定土壤中6种酰胺类除草剂需要15分钟，部分酰胺类除草剂回收率偏低，吴昊等[10]采用ASE-GC-MS法测定土壤中8种酰胺类除草剂，异丙草胺在0.02 mg/kg添加水平下回收率为64.8%，丁草胺和丙草胺在0.05 mg/kg添加水平下回收率均小于70%。液相色谱-串联质谱法（LC/MS/MS）由于灵敏度高，抗干扰能力强，是目前农残分析的首选方法[17]，但目前较少有QuEChERS法联合LC-MS/MS法检测土壤中酰胺类除草剂的报道。本文通过比较QuEChERS法不同净化剂和用量，结合UPLC-MS/MS法，建立了同时检测土壤中10种酰胺类除草剂的方法，该方法具有简单、快速、灵敏度高、准确度高等优点，适合土壤样品中酰胺类除草剂多残留的快速检测分析。
1 材料与方法 1.1 仪器和试剂LCMS-8060超高效液相色谱串联三重四级杆质谱联用仪(日本Shimadzu公司)；TGL-16LM离心机(湖南星科公司)；IKA微型涡旋仪(德国IKA公司)；Milli-Q超纯水机（美国Millipore公司）。10种酰胺类除草剂标准品，纯度均>97%（德国Dr. Ehrenstorfer公司）；N-丙基乙二胺(PSA)、氯化钠、无水硫酸镁(德国CNW科技公司)；乙腈、甲醇均为色谱纯(美国Fisher Scientific公司)。
1.2 样品处理采集的土壤样品经风干，去除杂物，粗磨后过60目筛，混匀后分装于密封袋中保存备用。称取预处理的土壤样品5 g，加入10 mL水，浸泡0.5 h，加入10 mL乙腈，涡旋提取1 min，加入4 g无水硫酸镁和1 g氯化钠，振摇1 min，8 000 r/min下离心5 min；取2 mL上清液至10 mL离心管中，加入100 mg PSA及300 mg 无水硫酸镁, 涡旋1 min，以8 000 r/min离心5 min, 取上清液经0.22 μm滤膜过滤后，待测。
1.3 试验条件色谱条件：Shim-pack XR-ODS Ⅲ 液相色谱柱(150 mm×2.0 mm，2.2 μm)；流动相：A相为5 mmol/L乙酸铵水溶液（含0.1%甲酸），B相为甲醇；柱温40 ℃；流量0.3 mL/min；进样量1 μL。梯度洗脱程序：0.00~3.50 min，70%B；3.50~4.00 min，70%B~95%B；4.00~6.00 min，95%B；6.00~6.10 min，95%B~70%B；6.10~9.00 min，70%B。
质谱条件：ESI源；正离子扫描；多反应监测不分段扫描模式；接口电压4 000 V；干燥气流量10 L/min；雾化气流量3 L/min，加热气流量10 L/min；加热块温度400 ℃；接口温度300 ℃；DL管温度250 ℃；碰撞气压力270 kPa，气体为氩气。10种酰胺类除草剂的定性定量离子对等参数见表1。
| 序号 | 农药名称 | 保留时间/min | 扫描模式 | 前体m/z | 产物m/z | Q1Pre偏差/V | CE/V | Q3Pre偏差/V |
| 1 | 异丙甲草胺 | 5.278 | MRM (+) | 284.1 | 252.1* | −30 | −14 | −27 |
| 176.2 | −30 | −25 | −19 | |||||
| 2 | 二甲草胺 | 2.960 | MRM (+) | 256.75 | 225.0* | −20 | −16 | −24 |
| 149.0 | −20 | −26 | −25 | |||||
| 3 | 吡唑草胺 | 2.493 | MRM (+) | 278.75 | 135.1* | −22 | −21 | −26 |
| 211.0 | −22 | −11 | −12 | |||||
| 4 | 二甲酚草胺 | 3.741 | MRM (+) | 276.1 | 244.1* | −14 | −14 | −25 |
| 168.1 | −14 | −24 | −17 | |||||
| 5 | 丁草胺 | 6.138 | MRM (+) | 312.1 | 238.1* | −13 | −13 | −14 |
| 57.1 | −26 | −22 | −23 | |||||
| 6 | 敌草胺 | 5.068 | MRM (+) | 272.2 | 129.1* | −30 | −16 | −23 |
| 171.1 | −30 | −17 | −18 | |||||
| 7 | 甲草胺 | 6.152 | MRM (+) | 270.1 | 238.1* | −30 | −10 | −26 |
| 162.1 | −30 | −19 | −30 | |||||
| 8 | 乙草胺 | 5.229 | MRM (+) | 270.1 | 148.2* | −30 | −19 | −16 |
| 133.1 | −30 | −33 | −23 | |||||
| 9 | 异丙草胺 | 5.554 | MRM (+) | 284.8 | 224.8* | −22 | −12 | −23 |
| 43.0 | −22 | −22 | −15 | |||||
| 10 | 丙草胺 | 5.871 | MRM (+) | 312.1 | 252.1* | −25 | −19 | −20 |
| 176.1 | −26 | −29 | −30 | |||||
| 注：1）*表示定量离子。 | ||||||||
2 结果与讨论 2.1 质谱条件的优化
在ESI源正离子模式下，对甲醇配制的1 mg/L的10种酰胺类除草剂单标准溶液进行一级质谱扫描，确定各目标化合物的母离子。利用仪器软件进行自动优化，对各化合物进行二级质谱扫描，选择丰度较高干扰较小的两个碎片离子作为定量和定性离子，以MRM模式进行检测。10种酰胺类除草剂混合标准溶液（50.0 μg/kg）的MRM 色谱图如图1所示。
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| 图 1 10种酰胺类除草剂的MRM色谱图 |
2.2 分散吸附剂的选择
参考相关文献，本实验考察了4种吸附剂（中性氧化铝，C18，PSA，GCB）对实验结果的影响。当吸附剂为C18和GCB时，异丙草胺附近存在较强干扰峰，且回收率较低，氧化铝和PSA净化后的土壤样品干扰较小，因此选择氧化铝和PSA进行下一步的考察。中性氧化铝和PSA对10种酰胺类除草剂回收率均在80%~115%之间，但PSA净化后基质效应较小，见图2，大部分除草剂基质效应的绝对值小于20%，因此选择PSA作为分散吸附剂。考察PSA用量（25~150 mg）对回收率的影响（见图3），结果表明随着PSA用量的增加，净化效果增加，当PSA用量为100 mg时，异丙草胺附近的干扰峰基本消失，且10种酰胺类除草剂回收率在91.2%~113.2%范围内，因此选择100 mg PSA作为净化吸附剂。
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| 图 2 PSA和中性氧化铝对基质效应的影响 |
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| 图 3 不同PSA用量对杂质的净化色谱图 |
2.3 提取试剂的选择
考察了乙腈、1%乙酸的乙腈溶液对10种酰胺类除草剂提取效率的影响。当提取试剂为1%乙酸的乙腈溶液时，异丙草胺基本无回收，故选择乙腈为提取溶液。
2.4 基质效应分别用空白基质和乙腈配制相同浓度的标准溶液，采用公式基质效应=（B/A−1）×100%[18]计算基质效应，其中A为乙腈中农药的响应值；B为样品基质中相同浓度农药的响应值，结果见表2。通过计算可知，丁草胺、异丙草胺、丙草胺的基质效应值绝对值均大于20%，存在较强的基质抑制效应，异丙甲草胺、吡唑草胺、二甲吩草胺、敌草胺、异丙甲草胺、乙草胺基质效应绝对值均小于10%，几乎不存在基质效应。为降低基质效应，本文采取基质配制标准溶液法进行定量。
| 名称 | 线性范围/
(μg·kg−1) |
线性方程 | r2 | LOD/
(μg·kg−1) |
LOQ/(μg·kg−1) | 基质效应/% | |
| 本研究 | 文献[1] | ||||||
| 异丙甲草胺 | 0.5~100 | y=1.83×109x−1.69×105 | 0.999 8 | 0.2 | 0.5 | 10 | −0.7 |
| 二甲草胺 | 5~400 | y=5.33×107x−4.87×104 | 0.999 2 | 2 | 5 | − | −14.0 |
| 吡唑草胺 | 5~400 | y=4.12×107x−7.44×104 | 0.998 8 | 2 | 5 | − | −7.3 |
| 二甲酚草胺 | 1~200 | y=7.73×108x−5.45×106 | 0.998 9 | 0.5 | 1 | − | 8.7 |
| 丁草胺 | 5~400 | y=4.17×107x−6.53×105 | 1.000 0 | 1 | 5 | 8 | −27.3 |
| 敌草胺 | 0.5~100 | y=2.05×108x+9.25×103 | 1.000 0 | 0.2 | 0.5 | − | 8.7 |
| 甲草胺 | 5~400 | y=5.23×108x−8.91×105 | 0.999 0 | 2 | 5 | 20 | 8.0 |
| 乙草胺 | 20~400 | y=2.79×107x−2.54×104 | 0.999 6 | 10 | 20 | 20 | 2.0 |
| 异丙草胺 | 100~400 | y=2.78×107x−1.68×104 | 0.999 4 | 50 | 100 | − | −20.7 |
| 丙草胺 | 0.5~100 | y=3.33×108x+6.07×103 | 0.999 6 | 0.2 | 0.5 | 10 | −41.3 |
2.5 方法学考察 2.5.1 标准曲线、线性范围、定量限和检出限
按1.2节中的前处理方法制备空白样品基质提取液，准确配制系列质量浓度分别为0.5~500 μg/kg的10 种酰胺类除草剂的混合标准溶液上机测定，以质谱响应值为纵坐标，添加的质量浓度为横坐标，建立10种酰胺类除草剂的基质标准工作曲线，以信噪比S/N=3计算检出限（LOD），以信噪比S/N=10计算定量限（LOQ），结果见表2，本方法的定量限范围为0.5~100 μg/kg，低于已有文献[1]报道的定量限。
2.5.2 方法的准确度和精密度取空白土壤样品，按1倍LOQ，2倍LOQ，10倍LOQ进行3个添加水平的回收率和精密度试验，每个浓度水平做6次平行，结果见表3。10种酰胺类除草剂的相对标准偏差（RSD）为1.1%~8.5%，平均加标回收率为82.7%~114.2%。
| 名称 | LOQ/
(μg·kg−1) |
1倍LOQ添加量 | 2倍LOQ添加量 | 10倍LOQ添加量 | |||||
| 平均回收率/% | RSD/% | 平均回收率/% | RSD/% | 平均回收率/% | RSD/% | ||||
| 异丙甲草胺 | 0.5 | 104.0 | 3.1 | 82.7 | 1.2 | 91.2 | 5.5 | ||
| 二甲草胺 | 5 | 86.1 | 7.9 | 88.9 | 5.7 | 92.4 | 3.3 | ||
| 吡唑草胺 | 5 | 92.1 | 5.5 | 86.5 | 2.6 | 99.3 | 1.1 | ||
| 二甲酚草胺 | 1 | 89.0 | 3.4 | 98.7 | 5.6 | 91.2 | 5.4 | ||
| 丁草胺 | 5 | 91.7 | 6.9 | 86.4 | 6.3 | 98.7 | 2.3 | ||
| 敌草胺 | 0.5 | 95.3 | 8.5 | 88.0 | 4.7 | 91.5 | 3.5 | ||
| 甲草胺 | 5 | 93.3 | 4.9 | 87.9 | 4.6 | 94.8 | 4.5 | ||
| 乙草胺 | 20 | 86.3 | 5.2 | 96.8 | 1.5 | 113.2 | 1.3 | ||
| 异丙草胺 | 100 | 108.7 | 6.3 | 114.2 | 5.6 | 93.1 | 3.2 | ||
| 丙草胺 | 0.5 | 95.3 | 5.1 | 83.7 | 1.6 | 92.2 | 8.4 | ||
2.6 实际样品的测定
应用所建立的分析方法对10份土壤样品进行酰胺类除草剂的检测。1份土壤样品中有异丙甲草胺检出，检出值为0.074 mg/kg，1份土壤样品中检出甲草胺，检出值为0.006 mg/kg，其余酰胺类组分未检出。结果表明，使用本法能准确可靠地发现酰胺类除草剂，适用于土壤样品中酰胺类除草剂情况普查。
3 结束语本文采用QuEChERS -UPLC-MS/MS技术建立了土壤中10种酰胺类除草剂残留同时定性和定量分析方法。该方法简便、快速、准确、灵敏度高，从前处理到结果分析所需时间短，所用有机试剂少，对环境友好，适合于土壤中酰胺类除草剂的测定。
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