超高效液相色譜-串聯質譜法檢測棉花和土壤中呋蟲胺殘留

張雯雯，徐 軍，張 盈，董豐收，劉新剛，鄭永權*

(1. 東北農業大學農學院，哈爾濱 150030；2．中國農業科學院植物保護研究所，農業部作物有害生物綜合治理重點實驗室，北京 100193)

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超高效液相色譜-串聯質譜法檢測棉花和土壤中呋蟲胺殘留

張雯雯1,2，徐 軍2，張 盈2，董豐收2，劉新剛2，鄭永權2*

(1. 東北農業大學農學院，哈爾濱 150030；2．中國農業科學院植物保護研究所，農業部作物有害生物綜合治理重點實驗室，北京 100193)

在QuEChERS方法基礎上，建立了棉花和土壤中呋蟲胺殘留的超高效液相色譜-串聯質譜(UPLC-MS/MS)快速檢測分析方法。方法選用乙腈為提取劑，N-丙基乙二胺(PSA)和石墨化炭黑(GCB)為凈化劑，外標法定量。添加回收試驗結果表明，不同添加濃度的呋蟲胺(0.01、0.05和0.5 mg/kg)在棉花植株、棉籽和土壤中的平均回收率為80.9%～107.5%，變異系數為3.3%～10.3%，定量限(LOQ)分別為4.81、3.41和 2.26 μg/kg。呋蟲胺在棉花植株上的消解動態表明，呋蟲胺在河南省和山東省兩地棉花植株中的降解半衰期分別為1.9 d和1.2 d。

呋蟲胺； 棉花； 土壤； 殘留； UPLC-MS/MS

棉花被譽為紡織業的“白金”，是重要的纖維作物，在110多個國家商業化種植[1]。棉花害蟲猖獗，每年我國棉花蟲害造成的經濟損失高達60億元。呋蟲胺是第三代新煙堿類殺蟲劑，主要作用于煙堿乙酰膽堿受體[2]，可以有效防治棉蚜、麥蚜和棉綠盲蝽等農業害蟲。呋蟲胺的使用可能會污染農田和地下水以及在植物體中累積[3-4]。美國和日本制定呋蟲胺在棉籽上的最大殘留限量值(MRL)是0.4 mg/kg。我國尚未制定呋蟲胺在棉籽上的MRL值，因此研究呋蟲胺在棉花上的殘留分析方法對該藥在我國的殘留限量標準的制定以及環境污染監測具有重要意義。

目前有關呋蟲胺的殘留檢測主要集中在果蔬、谷物等食品上。李立等采用石墨化非多孔碳柱(Envi-Carb)/酰胺丙基甲硅烷基硅膠柱(LC-NH2)凈化，高效液相色譜-串聯質譜(HPLC-MS/MS)測定魚肉等食品中的呋蟲胺的殘留量[5]；謝文等采用活性炭-Oasis(HLB)柱凈化， HPLC-MS/MS檢測茶葉上的呋蟲胺[6]；Liu等采用固相萃取(SPE HLB)凈化，超高效液相色譜-串聯質譜(UPLC-MS/MS)檢測茶葉和水稻上的呋蟲胺[7]；Zhang等采用分散固相萃取(QuEChERS)法凈化，UPLC-MS/MS檢測了果蔬等食品上的呋蟲胺[8]。然而，關于呋蟲胺在棉籽、棉花植株和土壤上的殘留分析方法國內外至今尚未見報道。

固相萃取(SPE)前處理技術可很好地使目標化合物與雜質分離，其缺點是溶劑損耗大，步驟繁瑣，易造成環境的二次污染[9]。分散固相萃取(QuEChERS)法不但避免了這些弊端，而且與質譜檢測結合表現出高選擇性、高靈敏度和分析范圍廣等優點[10-11]。LC-MS/MS 是農藥殘留定性、定量分析的有效手段。然而，UPLC (色譜填料直徑<2 μm)的檢測靈敏度是HPLC的2～3倍，使色譜峰容量和分離速度達到新的極限[12]。因此，UPLC-MS/MS 是農藥在各種復雜基質中殘留檢測的更有效的手段。

本文首次在QuEChERS方法的基礎上，建立了UPLC-MS/MS快速檢測呋蟲胺在棉籽、棉花植株和土壤中的殘留分析方法，并應用該方法進一步研究了20%呋蟲胺可溶粒劑在棉花植株上的殘留消解動態，為呋蟲胺的科學合理使用提供重要依據。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

超高效液相色譜-三重四極桿串聯質譜聯用儀(ACQUITY UPLC-TQD，美國Waters 公司)；ACQUITY UPLC BEH HILIC 色譜柱(2.1×50 mm，1.7 μm；Milford，MA，USA)；XW-80A漩渦混合器(美國Scientific industries公司)；離心機-L550 (湖南湘儀離心機儀器有限公司)；氮吹儀(N-EVAP-112, 41 cm×38 cm×84 cm，美國Organomation公司)。

呋蟲胺標準品(純度，99.0%)及20%呋蟲胺可溶粒劑(SG)由日本三井化學公司提供；色譜純乙腈購自美國Honeywell International公司； C18(40 μm)、N-丙基乙二胺(PSA，40 μm)和石墨化炭黑(GCB，40 μm)購自天津博納艾杰爾科技有限公司；乙腈、NaCl 和無水MgSO4均為分析純。

1.2 田間試驗設計

參照《農藥殘留試驗準則》(NY/T788-2004)，于2012年分別在河南省沁陽市柏香鄉和山東省濰坊市昌樂縣朱劉鎮進行20%呋蟲胺可溶粒劑在棉花植株上的殘留消解動態試驗。設6個試驗區，其中3個為藥劑處理區，3個為空白對照區，每小區面積30 m2，隨機排列，小區之間設置保護帶。在棉花盛葉期噴施藥劑1次，制劑量60 g/667 m2(有效成分，180 g/hm2)，對照區噴水。采樣時間設置如下：施藥前、施藥后2 h、1、3、5、7、10 和14 d。隨機采集棉花植株樣品1.0 kg，切碎混勻，縮分后留樣300 g，-20 ℃低溫冷凍保存待測。

1.3 分析步驟

標準品的配制：將100 mg/L的呋蟲胺標準溶液用色譜純乙腈稀釋配得0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mg/kg 一系列濃度的溶劑標準溶液。相應的基質匹配標準溶液濃度系列(0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mg/L)用對照提取液稀釋。所有溶液于-20 ℃保存待用。經進樣測試，標準溶液3個月未降解。

樣品前處理方法：稱取5 g均質后的樣品(土壤10 g)加到50 mL聚四氟乙烯離心管中，加5 mL超純水和10 mL乙腈，渦旋提取3 min，然后加1 g NaCl和 4 g無水MgSO4，迅速渦旋1 min，再以5 000 r/min 離心5 min后，移取1.5 mL上清液(乙腈層)加入裝有凈化劑(土壤和棉籽的凈化劑為50 mg PSA+150 mg 無水MgSO4，棉花植株的凈化劑為50 mg PSA+10 mg GCB+150 mg 無水MgSO4)的2 mL微型離心管中，渦旋振蕩30 s，再以5 000 r/min離心5 min，吸取上清液過有機濾膜(0.22 μm)到進樣小瓶中, 于-20 ℃貯存待測。

1.4 檢測條件

色譜柱：ACQUITY UPLC BEH HILIC柱，柱溫45 ℃。以水和甲醇為流動相，梯度洗脫條件為：0～0.1 min，10%～45%甲醇；0.1～1.0 min，45%甲醇；1.0～3.0 min，45%～90%甲醇；3.0～3.5 min，90%甲醇；3.5～3.6 min，90%～10%甲醇；3.6～5.0 min，10%甲醇。流速0.30 mL/min，進樣量5 μL。

以上案例證實手機對中學生成長的危害是極其嚴重的，雖然這些都是個例，但至少表明手機或多或少對中學生的學習與身心健康造成一定的影響，下面我來說說中學生在校園玩手機的危害：

質譜條件為：電噴霧離子源，正離子電離模式(ESI+)。毛細管電壓3.0 kV, 離子源溫度120 ℃，去溶劑氣溫度 350 ℃，錐孔反吹氣50 L/h，去溶劑氣流量為600 L/h。錐孔電壓20 V采用多反應檢測模式(MRM)。以保留時間和兩個離子對信息比較進行定性分析，以母離子和響應值最高的子離子組成的離子對進行定量分析。其中，定性離子對為203>129(碰撞電壓13 eV)和203>113(碰撞電壓15 eV)，定量離子對為203>129。呋蟲胺的保留時間1.34 min。

2 結果與分析

2.1 檢測條件的優化

將1 mg/kg 呋蟲胺標準溶液以掃描范圍100～500 m/z直接進樣，選擇合適的離子源。優化最終選擇條件如1.4節所示，在電噴霧離子源、正離子電離模式下呋蟲胺有較好的電離效果并獲得特征離子峰[M+H]。進一步選擇合適的監測離子和碰撞能量等質譜參數。結果證明，當錐孔電壓20 V，定性離子對為203>129(碰撞電壓13 eV)和203>113(碰撞電壓15 eV)，定量離子對為203>129時，峰形及其重現性較好，靈敏度較高。棉花植株色譜圖見圖1。

圖1 呋蟲胺在棉花植株中的色譜Fig.1 Chromatogram of dinotefuran in cotton plants

2.2 凈化劑的選擇

樣品凈化過程首先考察了C18和PSA兩種典型的凈化劑。C18可以從極性樣品中提取非極性和中極性化合物，主要用于反相萃取；PSA有較弱的陰離子交換功能，可去除非極性樣品中有機酸、極性色素、糖類和脂肪，主要用于正相萃取[13]。呋蟲胺(0.05 mg/kg)在棉花植株、棉籽和土壤基質中的添加回收試驗結果證明，樣品用20 mg C18凈化時呋蟲胺在各基質中的平均回收率均小于63%，不能滿足殘留分析的要求；選用50 mg PSA凈化時，呋蟲胺在棉花和土壤中均能獲得滿意的回收率，但棉花植株提取液顏色很深。棉花植株基質中色素等雜質較多，批量進樣會縮短儀器壽命，GCB是一種弱極性或非極性吸附劑，可以去除疏水性化合物如葉綠素和類胡蘿卜素等雜質，所以選用50 mg PSA和10 mg GCB凈化棉花植株樣品。結果發現，用50 mg PSA和10 mg GCB凈化時，呋蟲胺在棉花植株中能獲得滿意的回收率，且待測樣品溶液的顏色明顯變淺。因此，土壤和棉籽選用PSA做凈化劑，棉花植株樣品選用PSA和GCB做凈化劑。

2.3 方法的線性相關性、準確度、精確度及靈敏度

通過檢測溶劑和基質中一系列濃度(0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mg/L)的呋蟲胺標準品繪制的曲線來評估方法的線性相關性。在0.01～1.00 mg/L范圍內呋蟲胺在溶劑和所有基質中的檢測反應呈線性關系(r2≥0.999)。通過基質匹配標準溶液與溶劑標準溶液的斜率比得到基質效應，斜率比在90%～110%之間，可視為無基質效應；上下波動范圍在20%以內視為較弱的基質效應。由表1可知，呋蟲胺在棉籽、棉花植株和土壤中基質效應呈現減弱現象，屬于較弱的基質效應。為了獲得較真實的殘留數據，我們選擇基質標準曲線來計算田間實際樣品的濃度。以呋蟲胺的質量濃度為橫坐標，以其相應的峰面積為縱坐標作圖，由最小二乘法擬合獲得線性回歸方程。溶劑標準曲線及基質標準曲線的相關參數見表1。

表1 溶劑標準曲線和基質標準曲線(0.01～1 mg/kg)相關參數的比較

分別采用添加回收率和相應的變異系數來衡量方法的準確度和精密度。在3個水平(0.01、0.05、0.5 mg/kg)上進行呋蟲胺的添加回收試驗，每個水平5次重復。由表2結果可知，呋蟲胺在棉花植株、棉籽和土壤中的平均回收率范圍是80.9%～107.5%，變異系數是3.3%～10.3%，符合殘留量測定的要求[15]。

方法的檢出限LOD和定量限LOQ分別以添加回收試驗的最低添加水平0.01 mg/kg的色譜圖中噪音信號(S/N)的3倍和10倍確定，得出呋蟲胺在棉花植株、棉籽和土壤中的LOD分別是1.44、 1.02和0.67 μg/kg，LOQ 分別是4.81、3.41和2.26 μg/kg。

表2 棉籽、棉花植株和土壤中3個添加水平呋蟲胺的平均回收率和變異系數

2.4 呋蟲胺在棉花植株中的消解動態

田間消解動態試驗結果顯示，施藥后呋蟲胺在河南和山東兩地棉花植株上的原始沉積量分別為5.880 mg/kg和7.594 mg/kg。隨時間的延長在棉花植株中呋蟲胺的殘留量逐漸下降。呋蟲胺在棉花上的消解動態曲線見圖2。棉花植株中呋蟲胺的殘留濃度與施藥后間隔時間的關系符合一級動力學方程,C=AeB t。呋蟲胺在棉花植株中消解動態方程和相關參數見表3。由表3可得，呋蟲胺在河南和山東兩地棉花植株中的半衰期分別是1.9 d和1.2 d。

圖2 呋蟲胺在棉花植株上的消解動態曲線Fig.2 Dynamic curves of dinotefuran in cotton plants

基質Matrix地點Location回歸方程(y=)Regressionequation相關系數(r)Coefficientofcorrelation半衰期/dHalf?lives棉花植株Cottonplant河南Henan9．445e-0．360x0．9031．9山東Shandong7．058e-0．611x0．9401．2

3 結 論

在QuEChERS方法基礎上，建立了采用超高效液相色譜-串聯質譜(UPLC-MS/MS)檢測棉花和土壤中的呋蟲胺殘留的分析方法。結果表明該方法雜質干擾小，表現良好的線性、準確性、精確性和較低的檢測限。呋蟲胺在棉花植株、棉籽和土壤中的平均回收率是80.9%～107.5%，變異系數是3.3%～10.3%，LOD分別是1.44、1.02 和0.67 μg/kg，LOQ分別是4.81、3.41和2.26 μg/kg。20%呋蟲胺可溶粒劑在棉花植株中的消解動態表明，呋蟲胺在河南省和山東省棉花植株中的半衰期分別是1.9 d和1.2 d。

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Determination of dinotefuran residues in cottons and soils using UPLC-MS/MS

Zhang Wenwen1,2, Xu Jun2, Zhang Ying2, Dong Fengshou2, Liu Xingang2, Zheng Yongquan2

(1. College of Agriculture, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China； 2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Integrated Pest Management in Crops， Ministry of Agriculture, Beijing 100193, China)

A rapid, highly sensitive and selective method was developed for determination of dinotefuran by using QuEChERS coupled with ultraperformance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS). Target compounds were extracted with acetonitrile, and cleaned with primary secondary amine (PSA) and graphitized carbon black (GCB). Average recovery for cotton plants, cotton weeds and soils at three levels (0. 01, 0.05 and 0.5 mg/kg) ranged from 80.9%to 107.5%with a variation coefficient of 3.3%-10.3%, and the limits of quantitation (LOQ) were 4.81, 3.41 and 2.26 μg/kg, respectively. The results showed that the half-lives of dinotefuran were 1.9 and 1.2 days in cotton plants in Henan and Shandong, respectively.

dinotefuran； cotton； soil； residue； UPLC-MS/MS

2014-02-21

2014-03-14

國家自然科學基金(31171879，31371968)；公益性行業(農業)科研專項(201203098)

S 481.8

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.02.022

* 通信作者 E-mail： zhengyongquan@ippcaas.cn