一種利用QuEChERS-GC/MS測定蘋果種植土壤中5種常見菊酯類農藥的方法研究

楊敬坡，王文軍，郭延凱，陳曉軒，都澤銘

(1. 河北科技大學環境科學與工程學院，河北 石家莊 050018; 2. 河北省污染防治生物技術實驗室，河北 石家莊 050018;3. 保定學院汽車與電子工程學院，河北 保定 071051)

0 引 言

菊酯類農藥是由天然除蟲菊酯為基礎發展起來的一類殺蟲劑，屬于廣譜、低毒、高效類的殺蟲劑，是目前農業用量較大的一類農藥，現在已廣泛應用于防治農林、衛生等病蟲害。蘋果的栽培過程中，主要通過施用有機磷和菊酯類農藥防治蟲害，據初步估計，施入果園的菊酯類農藥有80%～90%最終都進入土壤，而使果園土壤環境的潛在污染日趨嚴重[1-6]。土壤隨著雨水、微生物降解等方式，有一定的凈化作用，但如果進入土壤中的菊酯類農藥在數量和速度上超過果園土壤的凈化能力，終將導致果園土壤中農藥過量而影響環境。隨著人們健康意識、環保意識的增強，環境問題越來越受到廣泛關注，且菊酯類農藥在人體有一定的蓄積性，部分品種對人體有致畸、致突變的影響[7-9]，因此，準確測定果園土壤中菊酯類農藥殘留量對于指導果園種植中農藥的使用具有現實意義。

目前，用于果園土壤中菊酯類農藥檢測的方法主要有氣相色譜法、液相色譜法、氣相色譜-質譜聯用法、液相色譜-質譜聯用法[10-13]等。氣相色譜法配備ECD檢測器，檢出限低，但由于土壤基質較為復雜，假陽性檢出率較高；液相色譜法和液相色譜-質譜聯用法，檢出限偏高，不適用于土壤中微量農殘的檢測；氣相色譜-質譜聯用法不僅檢出限低，對于基質較為復雜的土壤，能夠準確地進行定性檢測。土壤樣品的前處理方法主要有固相萃取法、加速溶劑萃取法等，這些方法取代了傳統的耗費大量時間和溶劑的普通提取方法；但是通常需要較為繁瑣的提取步驟，且溶劑使用量較大，易造成實驗室和環境污染。最初應用于農殘檢測的QuEChERS方法，是一種快速、簡單、高效的樣品前處理方法，但應用于土壤樣品農殘檢測的報道不多。本文實驗建立一種利用QuEChERS法進行果園土壤中菊酯類農藥提取，氣相色譜-質譜聯用儀定性定量檢測農殘的方法。

1 方法與材料

1.1 儀器和試劑

1.1.1 儀 器

氣相色譜儀：島津GC-2010plus型（日本島津公司）；質譜儀：QP2010ultra系統（日本島津公司）；電子天平：XS205 型，0.01 mg（瑞士梅特勒公司）；數控超聲波清洗機：SK3300LH型（廣州滬瑞明儀器有限公司）；色譜柱：HP-5MS質譜專用毛細管色譜柱（安捷倫科技有限公司）；高速冷凍離心機：H2100R型（湘儀離心機公司）；固相萃取柱：SUPELCO C18 500 mg/6 mL（美國 SUPELCO 公司）；純水儀：Milli-Q（密理博科技有限公司）；渦旋混合器：T25，3 000～18 000 r/min（廣州 IKA 公司）；回旋振蕩器：HY-5A型（金壇市江南儀器廠）。1.1.2 標準物質、試劑

甲氰菊酯、聯苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯標準溶液：濃度均為100 μg/mL，農業部環境保護科學研究所；QuEChERS吸附劑：安譜QuEChERS（硫酸鎂、PSA和C18）凈化管和QuECh-ERS(硫酸鎂和乙酸鈉)萃取包；甲醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、環己烷：色譜純（德國默克公司）；冰乙酸：分析純（國藥集團上海試劑有限公司）。

1.2 儀器參數設置

1.2.1 氣相色譜參數

進樣口溫度：260 ℃；進樣方式：不分流；載氣：氦氣（純度99.999%以上）；碰撞氣：氬氣（純度99.999% 以上）；柱流量：1.8 mL/min；尾吹：75 mL/min；進樣量：1 μL；升溫程序：40 ℃ 保持 1 min，40 ℃ 升溫至 130 ℃，升溫速率 23 ℃/min，130 ℃ 升溫至280 ℃，升溫速率 6 ℃/min。

1.2.2 MS 參數

離子源：ESI離子源；掃描方式：多反應監測（MRM）；電子能量：75 eV；接口溫度：270 ℃；離子源溫度：240 ℃；溶劑延遲時間：2.5 min。

1.3 溶液配制

標準儲備溶液：準確移取100 μg/mL的甲氰菊酯、聯苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯標準溶液各1 mL置于同一個10 mL量瓶中，加適量丙酮溶解，再用丙酮定容，搖勻，即得（甲氰菊酯、聯苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯的濃度均為 10 μg/mL）。

標準曲線溶液：分別取標準儲備溶液適量，加丙酮稀釋制成質量濃度依次為 0.1，0.5，1.0，5.0，10.0，50.0 μg/mL的標準曲線溶液，加丙酮定容至刻度，搖勻，即得。

樣品溶液：取有代表性的蘋果種植土壤約200 g，粉碎機粉碎（或研細），精密稱取約10 g土壤樣品，置于 25 mL 塑料離心管中，加 9 mL 乙腈、1 mL 冰乙酸，超聲提取 10 min，再渦旋混合約 1 min；加入硫酸鎂、乙酰乙酸提取包，渦旋約1 min，振蕩器振蕩 20 min，然后離心 5 min；取離心后的上層清液約5 mL置于裝有分散固相萃取劑的15 mL離心管中，渦旋約 2 min，然后離心 5 min；取離心后的上層清液約3 mL至刻度試管中，45 ℃氮吹至近干，加1 mL丙酮溶解殘渣，渦旋 1 min，0.45 μm 濾膜過濾，即得。

2 結果與討論

2.1 農藥前處理方法的選擇

QuEChERS提取方法是2002年開發出來的一種快速、簡單、廉價、高效、耐用、安全的農殘提取的前處理方法。土壤樣品基質較為復雜，其中含有大量有機物和無機物等共存雜質，因此選擇合適的前處理方法是技術難點。目前，土壤中農藥殘留的提取方法主要有固相萃取法、GPC加濃縮法和快速溶劑萃取法。GPC加濃縮法和快速溶劑萃取法，耗用溶劑較大，儀器成本較高，不利于方法推廣應用；實驗比較QuEChERS提取方法和固相萃取方法對于加標回收的影響。結果表明，采用QuEChERS提取方法得到的5種菊酯類農藥的回收率更優，比較結果見表1。

2.2 程序升溫條件的優化

程序升溫參數的設置是影響5種菊酯類農藥分離和保障色譜峰型的重要因素。實驗選擇等溫條件，設置柱溫為200 ℃，5種菊酯類農藥在HP-5MS色譜柱上的保留順序依次為：聯苯菊酯、甲氰菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯和氰戊菊酯。為使色譜峰峰型良好，選擇冷柱頭進樣方式，保持其他條件不變，初始溫度分別設置 40 ℃、50 ℃、60 ℃。實驗證明，選擇40 ℃時，5種菊酯類農藥峰型最好，60 ℃時，色譜峰展寬，峰型最差；升溫速度先選擇高速率23 ℃/min 至 130 ℃，再以低升溫速率 6 ℃/min 升溫至280 ℃，實現了5種菊酯類農藥的良好分離。

表1 前處理方法比較結果

2.3 萃取劑的選擇

土壤是成分很復雜的混合物，一般情況下主要含有二氧化硅、各種有機物、金屬氧化物等化合物和一部分金屬單質。5種菊酯類農藥在弱極性溶劑丙酮和乙腈中易溶解，實驗比較了丙酮、乙腈、丙酮-冰乙酸和乙腈-冰乙酸等溶劑的提取效果。實驗證明：采用丙酮和乙腈作為提取劑時，5種菊酯類農殘回收率偏低，且基質干擾較大；采用丙酮-冰乙酸作為提取劑時，5種菊酯類農殘回收率在80%～120%之間，但基質干擾較大；采用乙腈-冰乙酸作為提取劑時，5種菊酯類農殘回收率在80%～120%之間，且基質干擾最小。故選擇乙腈-冰乙酸作為萃取劑。

2.4 空白試劑影響研究

實驗按照樣品提取步驟，分別配制試劑空白、試劑加標，按1.2實驗條件進樣分析。過程如下：取25 mL塑料離心管，加9 mL乙腈、1 mL冰乙酸，超聲提取10 min，再渦旋混合約 1 min；在加入硫酸鎂、乙酰乙酸提取包，渦旋約 1 min，振蕩器振蕩 20 min，然后離心5 min；取離心后的上層清液約5 mL置于裝有分散固相萃取劑的15 mL離心管中，渦旋約2 min，然后離心5 min；取離心后的上層清液約3 mL至刻度試管中，45 ℃氮吹至近干，加1 mL丙酮溶解殘渣，渦旋 1 min，0.45 μm 濾膜過濾，得試劑空白溶液；同法在25 mL塑料離心管中先行加入一定量標準溶液，后續按上述配制方式進行，得試劑加標溶液。實驗結果表明，試劑空白無干擾，試劑加標回收率在86.3%～95.4%之間。

2.5 質譜條件的優化

取甲氰菊酯、聯苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯標準溶液，分別配制質量濃度約為10 μg/mL的單標溶液，加丙酮稀釋至刻度，搖勻。5種菊酯類農藥分別進行Q1Scan（全掃描模式），得到甲氰菊酯、聯苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氰戊菊酯的總離子流圖、保留時間和母離子；然后將各個農藥對應的母離子進行production scan (產物離子掃描模式)，得到5種菊酯類農藥的定量離子對和定性離子對；分別對5種菊酯類農藥的定量離子和定性離子，進行碰撞時間、碰撞電壓等的優化。優化完畢后，建立5種菊酯類農藥的MRM方法（多反應監測）。典型譜圖如圖1所示。

2.6 線性方程及檢出限

分別取1.3溶液配制項下標準儲備溶液適量，加丙酮稀釋制成質量濃度依次為0.1，0.5，1.0，5.0，10.0，50.0 μg/mL的標準曲線溶液，加丙酮定容至刻度，搖勻；待GC-MS儀器穩定后，分別進樣上述6個標準溶液，得到5種菊酯類農藥不同濃度點的峰面積，再以峰面積為縱坐標、濃度為橫坐標繪制標準曲線。依據GB/T32465-2015《化學分析方法驗證確認和內部質量控制要求》，以3倍信噪比計算檢出限，10倍信噪比計算定量限。5種菊酯類農藥線性范圍、曲線方程、相關系數、檢出限及定量限見表2。

圖1 5種農藥標準總離子流圖

表2 5種菊酯類農藥線性范圍、曲線方程、相關系數及檢出限

2.7 方法回收率實驗

取有代表性的蘋果種植土壤約200 g，粉碎機粉碎（或研細），精密稱取約10 g土壤樣品，置于25 mL塑料離心管中，分別取1.3溶液配制項下標準儲備溶液適量，加到樣品中（加標后濃度依次為：0.1，1.0，10.0 μg/mL），后續按照 1.3 樣品溶液配制方法進行前處理。待儀器穩定后，分別進樣上述3個濃度的樣品加標溶液，計算加標回收率。結果表明，5種菊酯類農藥3個濃度點的加標回收率在80.6%～106.7%之間，結果見表3。

表3 加標回收試驗結果

2.8 方法重復性試驗

取有代表性的蘋果種植土壤約200 g，粉碎機粉碎（或研細），精密稱取約10 g土壤樣品，置于25 mL塑料離心管中，分別取1.3溶液配制項下標準儲備溶液適量，加到樣品中（加標后濃度為0.5 μg/mL），后續按照1.3樣品溶液配制方法進行前處理，同法配制6份樣品加標溶液。待儀器穩定后，6份樣品溶液各進樣1針，計算6次重復性的相對標準偏差RSD；取6份樣品中任意一份，連續進樣6次計算精密度的相對標準偏差RSD。結果表明，5種菊酯類農藥重復性RSD結果在3.5%～4.6%之間，精密度RSD結果在1.8%～2.8%之間，結果見表4和5。

表4 方法重復性試驗結果

表5 方法精密度試驗結果

2.9 同類方法比較研究

實驗選擇用此方法與現行國家標準GB/T 14550-2003 《土壤中六六六和滴滴涕測定的氣相色譜法》與農業部NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農藥多殘留的測定》進行比較。過程如下：分別在空白土壤中加入一定量標準溶液，采用本文實驗方法、GB/T14550-2003方法以及NY/T 761-2008進行前處理，按1.2實驗條件進樣分析。結果表明，采用本實驗方法前處理過程簡單，檢測結果準確度較高，比較結果見表6。

3 結束語

實驗建立一種利用QuEChERS提取方法對蘋果種植土壤進行5種菊酯類農藥的提取，采用氣相色譜-質譜法進行定性定量分析。首先對前處理方法進行比較，證明采用QuEChERS提取方法得到農藥的回收率更好；優化了氣相色譜程序升溫條件；優化了萃取溶劑；對質譜檢測條件進行了優化，建立5種菊酯類農藥的MRM（多反應監測）方法；考察了方法的線性曲線，相關系數r2均不低于0.995；檢出限在 0.008～0.02 mg/kg 之間，定量限在 0.03～0.06 mg/kg 之間；3 個濃度點（0.1，1.0，10.0 μg/mL）加標回收率在80.6%～106.7%之間；方法重復性RSD在3.5%～4.6%之間，精密度RSD在1.8%～2.8%之間。結果表明，本方法具有前處理簡單、快速，檢測準確度較高，靈敏度高等優點，可以用于蘋果種植土壤中菊酯類農藥的檢測，為合理化使用各種菊酯類農藥以及種植土壤中菊酯類農藥殘留的分析檢測提供技術依據。

表6 同類方法比較結果