快速溶劑萃取-氣相色譜質譜法快速測定茶葉中7種擬除蟲菊酯農殘

(北京吉天儀器有限公司，北京 100015)

1 前言

茶葉作為天然綠色的健康飲品深受國內外消費者的喜愛。然而茶葉中的農藥殘留對人類的身體健康存在潛在威脅。因此茶葉中農殘檢測一直是國內外食品監管部門的監測重點。擬除蟲菊酯是一類能防治多種害蟲的廣譜殺蟲劑，對昆蟲具有強烈的觸殺作用，因其高效低毒，在茶葉、蔬菜、水果種植中使用廣泛[1,2]。茶葉中農殘提取，常用的傳統方法有索氏提取[3]、振蕩提取[4]、超聲波提取[5]、微波輔助萃取(MAE)[6-8]等，這些方法自動化程度低，溶劑消耗量大，處理時間長。茶葉中農殘分析方法，常用的有氣相色譜-質譜法(GC-MS)[9,10]、氣相色譜-串聯質譜法(GC-MS/MS)[11]，液相色譜-質譜法(LC-MS)[12]、液相色譜-串聯質譜法(LC-MS/MS)[13,14]等。本實驗選用的分析方法為GC-MS。

快速溶劑萃取(APLE)是近幾年國內發展較快的有機分析萃取技術，具有溶劑用量少，萃取時間短，萃取效率高等突出優點，已在環境、藥物、食品和聚合物工業等領域得到廣泛應用[15,16]。由于茶葉含有大量色素、生物堿及酚類化合物等脂溶性物質，若不經過凈化它們會在分析中形成干擾，降低分析儀器的靈敏度和使用壽命，從而影響最終分析結果，因此，樣品萃取后凈化處理是十分必要的。本實驗中，樣品經APLE、dSPE凈化、過0.45μm有機濾膜后，直接進GC-MS進行分析。實驗對影響提取效率的預熱時間、熱平衡時間、靜態萃取時間、萃取溫度這些參數進行了優化選擇，在優化后的參數下實驗結果良好。該方法自動化程度高，萃取效率高、凈化效果好、精密度好、分析快速非常適合大批量茶葉中7種擬除蟲菊酯的日常檢測工作。

2 材料與方法

2.1 儀器與試劑

儀器：APLE-3500快速溶劑萃取儀(北京吉天儀器有限公司)；GCMS-QP2010SE氣相色譜-質譜儀(日本島津)；Rxi?-5MS(30 m×0.25mm ×0.25μm) 色譜柱；TMS-200超級恒溫混勻儀(杭州奧盛儀器有限公司)；3-18R高速離心機(恒諾儀器)；98-1-B型電子調溫電熱套(天津市泰斯特儀器有限公司)。分散固相萃取純化管(dSPE：150mg MgSO4，50mg C18，7.5mg GCB,2mL)CNW?。

試劑：標準物質聯苯菊酯、甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯、氯菊酯、氟氰戊菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯，購自農業部環境保護科研監測所，濃度均為100 μg/mL。正己烷(色譜純)；丙酮(色譜純)；0.45μm的有機濾膜(尼龍)。

樣品：實驗用茶葉(市售)樣品經粉碎機粉碎后，混勻，密封，常溫下保存，備用。

2.2 溶液配制

儲備溶液的配制：準確移取100μg/mL 的7種擬除蟲菊酯單標溶液，用正己烷分別配制成10μg/mL的標準儲備溶液，然后將7種10μg/mL的擬除蟲菊酯標準溶液配成1μg/mL的混合儲備溶液。

工作溶液的配制：將1μg/mL的7種擬除蟲菊酯混合儲備溶液用正己烷分別配制成0.02μg/mL、0.05μg/mL、0.1μg/mL、0.25μg/mL、0.5μg/mL的混合標準工作溶液。

樣品溶液的配制：準確稱取茶葉樣品1.0000g(精確至0.0001)，硅藻土0.5000g，石英砂2.000g，混合均勻后裝入11mL萃取池中(池底裝有1片纖維濾紙和0.5600g硅藻土)。樣品裝填完畢后置于APLE-3500萃取(萃取條件見表1)。萃取液經水浴蒸干后用2mL正己烷復溶混勻，取出1mL于分散固相萃取純化管中，混勻儀混勻5min、離心機離心5min后，取上清液經0.45μm的有機濾膜過濾后，供GC-MS分析。

表1 APLE-3500萃取條件

2.3 GC分析條件

進樣口溫度270.0℃；進樣方式為不分流。色譜升溫程序見表2。離子源溫度250℃，四極桿150℃，連接口溫度為280℃，EI電壓70eV，溶劑延遲10min。離子選擇模式為SIM模式分段掃描，7種分析物的定性離子定量離子選擇見表3。 7種擬除蟲菊酯分離情況良好，見圖1。

表2 GC柱溫箱升溫程序

表3 7種擬除蟲菊酯定量離子和定性離子

圖1 濃度為0.2μg/mL的7種擬除蟲菊酯GC-MS圖

3 結果與討論

3.1 APLE萃取條件優化

3.1.1 萃取溫度

據報道[17]，提高溫度能極大地減弱由范德華力、氫鍵、溶質分子和樣品基體活性位置的偶極吸引力所引起的溶質與基體之間的強的相互作用力。加速了溶質分子的解析動力學過程，減小解析過程所需的活化能，降低溶劑的粘度，因而減小溶劑進入樣品基體的阻滯，增加了溶劑進入樣品基體的擴散，使溶劑溶解待測物的容量增加，從而提高萃取效率。然而，溫度過高可能導致某些目標物的熱降解，從而導致回收率降低。本實驗在確定其他提取因素的前提下，以萃取溫度為變量，選擇80℃、100℃、120℃和140℃ 4個溫度進行提取效果分析，結果見圖2。

圖2 不同溫度下7種目標的加標回收率

由考察結果可知，從80℃到100℃，多數物質的回收率沒有顯著升高，在140℃時的回收率與120℃的回收率相比，除了氰戊菊酯回收率降低較明顯之外，其他6種菊酯回收率差別不大。可能的原因是溫度高于140℃時，熱降解作用對氰戊菊酯有影響。因此，選取120℃作為萃取茶葉中7種擬除蟲菊酯的最佳溫度。

3.1.2 預熱時間

在APLE萃取過程中，預熱過程是在萃取池進入加熱爐之后加載溶劑之前，目的是通過預熱減小萃取池及樣品基質與加熱爐之間的溫差，從而縮短加載溶劑之后的熱平衡時間，縮短萃取等待時間。本實驗在確定其他提取因素的前提下，以預熱時間為變量，考察了預熱30s，120s，180s 3個時間進行提取效率分析，結果如圖3。由圖3可知，預熱時間對提取效率的影響不明顯，3個時間7種目標物的回收率差別不大，這主要原因可能是萃取過程中只要熱平衡時間及靜態萃取時間是足夠的，預熱時間對萃取效果影響不大。從縮短整個萃取過程考慮，選取30s為茶葉中7種擬除蟲菊酯萃取的最佳預熱時間。

圖3 不同預熱時間下7種目標物的加標回收率

3.1.3 熱平衡時間

熱平衡過程是當溶劑加入到萃取池之后，整個萃取池達到設定萃取溫度的熱傳遞過程，若時間過短，萃取池內溶劑不能達到設定的最佳萃取溶度，萃取溶劑的粘度和滲透能力達不到最好的條件，影響萃取效率。時間過長可能會導致目標物一定程度的分解或降解，從而導致提取效率降低。本實驗在其他條件一定的前提下，考察了熱平衡3min、5min、7min 3個時間的加標回收率，進行萃取效果分析，結果如圖4。當熱平衡時間為3min 時7種目標物的回收率明顯偏低，7min與5min相比7種目標的回收率略有下降。原因主要是因為當熱平衡時間較短時，溶劑未能達到設溫度，導致溶劑不能很好的滲透到樣品基質內部，分析物析出較慢，導致回收率較低；熱平衡時間過長時，又可能導致熱降解從而回收率降低。因此選取5min為最佳的熱平衡時間。

圖4 不同熱平衡時間下7種目標物的加標回收率

3.1.4 靜態萃取時間

靜態萃取時間是影響萃取效率的重要因素之一，時間過短不利于溶劑更好的滲透到基質分子內部造成提取效率不高，時間過長又有可能造成目標物的不同程度的分解。確定其他條件，本實驗考察了熱平衡2min、5min、7min 3個時間進行提取效率分析，結果如圖5。靜態萃取2min時7種目標物的回收率均能滿足方法的需求，因此選取靜態萃取2min為最佳的靜態萃取時間。

圖5 不同靜態萃取時間條件下7種目標物的加標回收率

3.2 基質效應的考察

由于茶葉基質的復雜性，萃取液雖然經過分散固相萃取純化管的凈化，仍然存在一定的基質效應。本實驗將7種擬除蟲菊酯標準物質用正己烷配制成0.25μg/mL的混合標準溶液進樣分析(峰面積為A)，與空白基質中標準物質的峰面積(B)比較得出基質效應的大小。定義基質效應為(B-A)/A*100%。結果如表4。

表4 7種擬除蟲菊酯在茶葉基質中的基質效應(n=3)

由考察結果可知，7種分析物的基質效應絕對值均小于等于12.2%，表明該實驗方法有效去除了基質干擾，基質效應較小。

3.3 方法定量性考察

3.3.1 方法重復性

取濃度為0.25μg/mL 的7種擬除蟲菊酯的混合標準溶液，分別連續進樣6針，考察儀器的重復性，結果見表5。方法具有良好的重復性。

表5 7種擬除蟲菊酯標準溶液的儀器重復性(n=6)

3.3.2 方法的檢出限、定量限及線性

采用空白基質配制一系列的標準工作液，以7種擬除蟲菊酯的定量離子峰面積為縱坐標，相應的質量濃度(μg/g)為橫坐標，進行線性回歸計算，得到線性方程、線性范圍和相關系數；以信噪比S/N≥3確定檢出限(LOD)，S/N≥10 確定定量限(LOQ)。結果如表6 所示，方法在0.02～1μg/g(0.02、0.05、0.1、0.25 、0.5、1μg/g)范圍內線性關系良好，線性相關系數(r)≥0.9993。

表6 7種擬除蟲菊酯線性方程、線性范圍、相關系數、檢出限和定量限

3.3.3 方法的回收率及精密度

在基質空白中添加7種擬除蟲菊酯標準物質，添加濃度水平為100ng/g、250ng/g、500ng/g。每個添加濃度平行測定6次，計算回收率及相對標準偏差，結果如表7。由表7可知，方法的回收率為84.3～102.9%，精密度≤5.5%。結果表明，該方法能夠滿足實際樣品的測定。

表7 7種擬除蟲菊酯加標回收率及RSD(n=6)

續表7

3.4 樣品分析

應用本方法測定了4種茶葉實際樣品，分別是1#-鐵觀音、2#-綠茶、3#-綠茶、4#-紅茶。測定結果如表8所示。綠茶中均檢出了聯苯菊酯，紅茶中檢出了聯苯菊酯、甲氰菊酯和三氟氯氰菊酯。4#-紅茶GC-MS實際分析分段掃描色譜圖見圖6。

表8 實際樣品中7種擬除蟲菊酯檢測結果

續表8

注：ND為未檢出

圖6 4#-紅茶GC-MS測定色譜圖

4 結論

實驗采用快速溶劑萃取結合氣質聯用技術(APLE-GC/MS)，建立了茶葉中7種擬除蟲菊酯的檢測方法，并對影響APLE萃取效果的因素進行了優化考察。結果表明，當萃取溫度為120℃、預熱時間30s、熱平衡5min、靜態萃取2min時，7種擬除蟲菊酯的加標回收率均很好的達到了分析方法的要求。該方法提取效率高，穩定性好，操作簡便。尤其是APLE的高效快捷萃取結合分散固相萃取純化管凈化，大大縮短了整個分析過程所用的時間，十分適合茶葉中7種擬除蟲菊酯的日常檢測。

[1] 李紅,陳廣平,常建,等.氣相色譜法測定茶葉中多種擬除蟲菊酯農藥殘留[J].農業科技與裝備,2010,(1): 19-21.

[2] 金戈輝,焦陽,李太平,等.相色譜法測定水果、蔬菜中多種擬除蟲菊酯類農藥殘留[J].檢驗檢疫科學,2008,18(4): 41-43.

[3] 湯樺,陳大舟,馮潔,等.高分辨同位素稀釋質譜法測定亞太區域比對茶葉樣品中的農藥殘留[J].化學通報,2010,(25): 920-926.

[4] 馮潔,湯樺,陳大舟,等.茶葉中9種有機氯和擬除蟲菊酯農藥殘留的前處理方法研究[J].分析測試學報,2010,(29):1041-1047.

[5] 林子俺,龔巧燕,林旭聰.超聲波提取-高效液相色譜測定茶葉中擬除蟲菊酯農藥殘留[J].光譜實驗室,2007,24(4):675-678.

[6] 古小玲.茶葉中農藥殘留檢測技術概述[J].茶葉科學技術,2007,(03): 1-5.

[7] Consuelo Pizarro.Microwave assisted extraction combined with dispersive liquid-liquid microextraction as a sensitive sample preparation method for the determination of haloanisoles and halophenols in cork stoppers and oak barrel sawdust [J].Food chemistry,2012,132: 2202-2210.

[8] Che Guoqiang,Cao Pengying,Liu Renjiang.A multi-residue method for fast determination of pesticides in tea by ultra-performance liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry combined with modified QuEChERS sample preparation procedure[J].Food chemistry,2011,125: 1406-1411.

[10] Huang Z Q,Li Y J,Chen B.Simultaneous determination of 102 pesticide residues in Chinese teas by gas chromatography-mass spectrometry [J].J Chromatogr B,2007,853: 154-162.

[11] Zhu Pan,Miao Hong,Du Juan,Zou Jianhong,Zhang Guowen,Zhao Yunfeng,Wu Yongning.Organochlorine Pesticides and Pyrethroids in Chinese Tea by Screening and Confirmatory Detection Using GC-NCI-MS and GC-MS/MS[J].J Agric Food Chem,2014,62: 7092-7100.

[12] Cody R B,Wu Z.Analysis of Tea by Using HPLC/Time-of Flight Mass Spectrometry[J].LC GC North America,2004,22(2)(ResearchGate).

[13] Liu Xue,Guan Wenbi,Hao Xianghong,Wu Xiaoli,Ma Yongqiang,Pan Canping.Pesticide Multi-Residue Analysis in Tea Using d-SPE Sample Cleanup with Graphene Mixed with Primary Secondary Amine and Graphitized Carbon Black Prior to LC-MS/MS[J].Chromatographia,2014,77: 31-37.

[14] Kanrar Bappaditya,Mandal Sudeb,Bhattacharyya Anjan.Validation and uncertainty analysis of a multiresidue method for 42 pesticides in made tea,tea infusion and spent leaves using ethyl acetate extraction and liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J].J Chromatogr A,2010,1217: 1926-1933.

[15] 劉鑫,孔維恒,陳璟涵,等.國產快速溶劑萃取GC/MS法測定土壤中有機氯農藥[J].分析儀器,2017，(4):147-155.

[16] 劉鑫,劉螢,馬俊勃,等.大豆中大豆油不同提取方法的比較研究[J].分析儀器,2017，(5):150-154.

[17] Pitzer K S et al.Thermodynamics.2nd ed,Mc Graw-Hill,New York,1961.