高效液相色譜-串聯質譜聯用技術快速分析稻米中毒死蜱和丁硫克百威及其代謝產物的殘留量

楊 歡，馬有寧，秦美玲，柴爽爽，何 巧，張涵彤，牟仁祥

（中國水稻研究所農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心，農業部稻米產品質量安全風險評估實驗室，浙江 杭州 310006）

稻米是人類口賴以生存的主食之一[1]，水稻在中國種植面積約占世界水稻種植面積的23%，而我國水稻產量超過世界總產量的30%，排名世界第一[2]。水稻產量受真菌和昆蟲影響，至少有70 種昆蟲被記錄為水稻害蟲，嚴重影響水稻產量[3-4]。因此，在現代農業中農藥被廣泛用于提高作物的生產力和質量，但對人體健康有害的農藥殘留物是不可避免的[5-6]。

毒死蜱和丁硫克百威是近年來常用的低毒殺蟲劑，對水稻等經濟作物中的咀嚼式和刺吸式口器害蟲有較好的防治效果[7-8]。毒死蜱和丁硫克百威兩種農藥的作用機理都是通過抑制乙酰膽堿酯酶的活性來影響昆蟲正常的神經傳導[9]。兩種殺蟲劑在土壤和植物中易于降解，其代謝物的毒性遠高于母體。毒死蜱的主要代謝產物是3,5,6-三氯-2-吡啶醇（3,5,6-trichloro-2-pyridinol, 3,5,6-TCP）是一種有毒化學物質，會導致男性睪丸激素水平降低[10]；丁硫克百威主要代謝產物為克百威、3-羥基克百威[11]，克百威與膽堿酯酶抑制的結合不可逆決定了其對人類及動物體的毒性極高[12]。同時，兩種農藥的主要代謝產物水溶性好，滲透能力強，對環境污染比較嚴重[13]。為嚴格把控稻米質量安全，日本規定丁硫克百威、克百威和毒死蜱在糙米中的殘留限量分別為0.2、0.1 mg/kg和0.1 mg/kg，我國規定稻谷中毒死蜱和丁硫克百威的限量為0.5 mg/kg，糙米中克百威的殘留限量為0.1 mg/kg。但國內外對3,5,6-TCP和3-羥基克百威還未制定殘留限量，因此有必要開展毒死蜱和丁硫克百威及主要代謝物在水稻中殘留的研究。

目前，已報道的檢測方法主要有氣相色譜法[14]、液相色譜法[15-16]、氣相色譜-質譜法[17-20]、液相色譜-串聯質譜法[21-23]和生物傳感器法[24]，但同時測定2種農藥及主要代謝物的方法報道較少。本實驗采用QuEChERS前處理方法與高效液相色譜-質譜聯用技術相結合，建立一種快速且回收率高、精密度好的殘留分析方法，實現了稻米中兩種殺蟲劑及代謝物的同時檢測，為樣品分析提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甲醇（色譜純） 德國Merck公司；甲酸、甲酸銨（均為色譜純） 美國Fluka公司；NaCl（分析純）上海試四赫維化工有限公司；乙二胺-N-丙基硅烷（primary secondary amine，PSA）和十八烷基鍵合硅膠吸附劑（C18）填料（粒徑40.0 μm） 美國瓦里安公司；MgSO4（分析純） 美國Sigma-Aldrich公司；毒死蜱（純度99%）標準品 農業部環境質量監督檢驗測試中心；3,5,6-TCP（純度99.0%）、丁硫克百威、克百威、3-羥基克百威標準品（純度不低于95%） 德國Dr.Ehrenstorfer公司；實驗室用水為Milli-Q高純水。

1.2 儀器與設備

Survryor系列液相色譜儀 美國ThermoFisher公司；TSQ Quantum Access MaX三重四極桿質譜儀、Multfuge×1離心機 美國ThermoFisher公司；T25 digital ULTRATURRAX?高速勻漿機、Tube Mill control研磨機 德國IKA公司；NSART100脫殼機 佐竹機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標準儲備液和工作溶液的配制

用萬分之一天平準確稱取5 種化合物的標準品各10.0 mg（精確至0.01 mg）置10.0 mL的容量瓶內，用甲醇溶解定容分別配制成質量濃度為l.0 mg/mL的標準儲備液。再將5 種單標準液分別稀釋成質量濃度均為10.0 mg/L的混合標準溶液，置于－20 ℃冰箱中保存。

1.3.2 樣品前處理方法

1.3.2.1 樣品提取

將稻米用研磨機磨成粉末（粒度1～50 μm）后稱取5.0 g（精確至0.01 g）樣品于250.0 mL離心管中，加入20.0 mL超純水浸泡30.0 min。充分浸泡后加入25.0 mL乙腈（含0.1%甲酸）置于勻漿機中勻漿2.0 min后分別加入10.0 g MgSO4、1.0 g NaCl，再經5 000 r/min勻漿1.0 min，勻漿后將離心管置于離心機中以3 800 r/min離心3.0 min。

1.3.2.2 樣品凈化

取上層有機相5.0 mL于15.0 mL離心管中，分別加入1.2 g MgSO4、100.0 mg PSA和100.0 mg C18，用旋渦混合器充分振蕩混勻，待凈化后再放入離心機中以3 800 r/min離心3.0 min，取1.0 mL上清液過0.22 μm的有機濾膜，濾液待檢。

1.3.3 色譜條件

色譜柱：Eclipse XDB-C18柱（150 mm×2.1 mm，3.5 μm）；柱溫：30.0 ℃；進樣量：2.0 μL；流動相：A為含0.1%甲酸的5 mmol/L甲酸銨溶液，B為甲醇；流速：200 μL/min；梯度洗脫程序：0.0～6.0 min，30.0%～95.0% B；6.0～16.0 min，95.0% B；16.0～16.1 min，95.0%～30.0% B；16.1～22.0 min，30.0% B。

1.3.4 質譜條件

掃描模式：正負離子模式自動切換掃描；檢測方式：動態多反應監測；電離方式：電噴霧電離（electron spray ionization，ESI）；噴霧電壓：3 300 V（ESI+），2 300 V（ESI－）；鞘氣流速：25.0 L/min；鞘氣（N2）壓力：240.1 kPa；輔助氣（N2）壓力：43.0 kPa；毛細管溫度：350.0 ℃；離子源溫度：350.0 ℃。其他質譜參數見表l。

表1 分析物的質譜采集離子信息Table l MS acquisition parameters for analytes

2 結果與分析

2.1 質譜條件優化

為使5 種分析物的色譜分離和質譜響應達到最佳，以甲醇-含0.1%甲酸的5 mmol/L甲酸銨溶液（50∶50，V/V）為流動相，采用“T”三通方式依次對5 種化合物的單標溶液進行優化。電噴霧正離子模式下一級質譜掃描，結果顯示質量濃度為1 mg/L的毒死蜱、丁硫克百威、克百威和三羥基克百威標液可形成穩定的[M+H]+峰，在反應離子監測模式下優化碰撞能量等質譜參數后進行子離子掃描，將兩對響應值高的碎片離子確定為定性及定量離子；但3,5,6-TCP在正離子模式下靈敏度低，負離子模式掃描可得到響應值高的[M－H]－峰。3,5,6-TCP結構相對穩定，無法形成靈敏度高，穩定性好的碎片離子，因此本實驗結果表明3,5,6-TCP在表1質譜條件下產生的準分子離子m/z 196與其產生的碎片離子相同。因此將碎片離子m/z 196確定為定性及定量離子，此結果與Gao等[23]研究結果相同，優化后的質譜參數見表l。

2.2 不同提取體系優化

因毒死蜱和克百威在堿性和中性介質中易發生水解，在酸性溶液中較穩定[25]，而3,5,6-TCP是極性較強的化合物，其pKa值為4.55，在水中溶解度高并且在水溶液中易解離[26]。在提取過程中加入適量酸所提供的H+可以通過抑制3,5,6-TCP的電離而降低其極性[16]，因此pH值是影響提取效率的最重要的因素之一。

為增加目標化合物在有機相中的溶解度，實驗在空白基質中添加量為50.0 μg/kg的5 種混合標準溶液，按照1.3.2節的方法處理后，通過用純乙腈、含0.1%、0.5%、2.5%和5%的甲酸-乙腈體系溶劑提取，比較不同體積分數的甲酸對5 種化合物的提取效果。圖1表明，當提取溶劑中不加甲酸時，5 種化合物的提取回收率都低于80%，在加入一定體積的酸后，各種化合物的提取回收率都不同程度的提高。其中當甲酸的體積分數為0.1%和0.5%時，5 種分析物提取回收率達到90%以上，而甲酸體積分數增加至2.5%時，毒死蜱、丁硫克百威、克百威和3-羥基克百威的回收率顯著降低。為減少試劑用量，本實驗選用體積分數為0.1%的甲酸-乙腈提取體系。

圖1 甲酸體積分數對提取回收率的影響Fig.1 Effect of formic acid concentration on analyte recovery

2.3 線性范圍與檢出限檢測結果

在已優化的儀器條件和方法測定條件下，用流動相配制一系列不同質量濃度的混合標準溶液進行測定，利用外標法對5 種化合物定量。以各目標化合物的質量濃度為橫坐標（x，μg/L），定量離子對的峰面積為縱坐標（y）進行線性回歸計算，得到的線性方程和相關系數見表2。結果表明，3,5,6-TCP和其余4 種化合物分別在1.0～1 000.0 μg/L和0.2～500.0 μg/L范圍內的質量濃度和定量離子的峰面積呈良好的線性關系，線性相關系數范圍為0.998 6～0.999 4。在空白樣品中添加5 種化合物的標準溶液，以3 倍和10 倍信噪比確定化合物的方法檢出限和定量限，結果如表2所示，樣品中5種化合物的檢出限范圍為0.3～1.7 μg/kg，定量限范圍為1.0～5.0 μg/kg。

表2 5 種化合物的線性方程、相關系數、檢出限與定量限Table2 Linear equations, correlation coefficients (r), limits of detection (LODs) and limits of quantification (LOQs) of the analytes

2.4 方法的回收率和精密度實驗結果

參考各個化合物的最高殘留限量值，在未檢出的稻米樣品中分別添加3 個水平的混合標液，每個水平重復6 次，對方法的回收率和精密度進行考察。按照1.3.2節方法處理后進樣，計算加標回收率和精密度，結果見表3。由表3可知，5 種化合物的平均回收率范圍為72.0%～99.6%，相對標準偏差范圍為0.6%～12.0%，回收率和精密度良好，可滿足稻米中農藥及代謝物殘留量檢測技術的需要。毒死蜱、丁硫克百威、克百威和3-羥基克百威的加標量為10 μg/kg，3,5,6-TCP添加量為25 μg/kg的條件下，空白樣品的加標回收定量離子色譜圖見圖2。

表3 空白樣品中5 種化合物的加標回收率和相對標準偏差（n= 6）Table3 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of the analytes spiked in blank samples (n= 6)

圖2 空白樣品添標回收的定量離子色譜圖Fig.2 Typical SRM chromatograms obtained for spiked blank samples

2.5 實際樣品測定結果

采用建立的液相色譜-質譜快速分析方法對各地購買的Y兩優372、D95優華占、中嘉早17等10 個不同品種的60 份稻米樣品進行測定。其中，每個品種抽出1 份樣品加入添加量為10 μg/kg的標準溶液以測定加標回收率考察方法的可靠性和穩定性，剩余50 份用于測定樣品中5 種化合物的實際含量。結果顯示，10 個不同品種的水稻樣品基質中5 種化合物的平均回收率為84.3%～97.5%，相對標準偏差為1.1%～6.4%，完全能夠滿足分析要求。毒死蜱和3,5,6-TCP在實際樣品中的檢出量分別為0.002～0.051 mg/kg和0.076～0.112 mg/kg，2 種化合物在樣品中的提取離子色譜圖見圖3。丁硫克百威、克百威和3-羥基克百威在50 份樣品中均未檢出。

圖3 毒死蜱（A）和3,5,6-TCP（B）在大米樣品中的提取離子色譜圖Fig.3 Extracted ion chromatograms for chlopyrifos (A) and 3,5,6-TCP (B) in polished rice sample

3 結 論

實驗利用高效液相色譜-串聯質譜法結合QuEChERS建立檢測稻米中毒死蜱和丁硫克百威2 種農藥及主要代謝物的檢測方法。該方法通過比較提取溶劑中不同體積分數的甲酸對提取效率的影響，優化前處理提取過程。目前國內外關于利用氣相色譜法[27]、液相色譜法[29]、氣相色譜-質譜聯用法[28]和高效液相色譜-質譜聯用法[30]測定2 種農藥的方法報道較多，但其檢出限和定量限分別高于1.0 μg/kg和5.0 μg/kg，且無法實現同時測定稻米中毒死蜱和丁硫克百威及代謝物的殘留量。盡管本實驗所建立的技術對3,5,6-TCP分析靈敏度低于Gao等[23]分析水中代謝物的方法，但比張圓圓等[22]利用高效液相色譜-質譜聯用法所得的靈敏度高。實驗結果表明，各化合物在水稻基質中的回收率可滿足基本的分析要求。本方法前處理過程簡便、高效，具有準確性好、精密度高等優點，適用于稻米中毒死蜱和丁硫克百威兩種農藥及主要代謝物殘留量的同時定性與定量分析。