超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)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(quán)*

(1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；2．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

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超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)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(quán)2*

(1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；2．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

在QuEChERS方法基礎(chǔ)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(lián)質(zhì)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(biāo)法定量。添加回收試驗(yàn)結(jié)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(shù)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(dòng)態(tài)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(yù)為紡織業(yè)的“白金”，是重要的纖維作物，在110多個(gè)國家商業(yè)化種植[1]。棉花害蟲猖獗，每年我國棉花蟲害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)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(nóng)業(yè)害蟲。呋蟲胺的使用可能會(huì)污染農(nóng)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(duì)該藥在我國的殘留限量標(biāo)準(zhǔn)的制定以及環(huán)境污染監(jiān)測具有重要意義。

目前有關(guān)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(lián)質(zhì)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(lián)質(zhì)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(guān)于呋蟲胺在棉籽、棉花植株和土壤上的殘留分析方法國內(nèi)外至今尚未見報(bào)道。

固相萃取(SPE)前處理技術(shù)可很好地使目標(biāo)化合物與雜質(zhì)分離，其缺點(diǎn)是溶劑損耗大，步驟繁瑣，易造成環(huán)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(zhì)譜檢測結(jié)合表現(xiàn)出高選擇性、高靈敏度和分析范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[10-11]。LC-MS/MS 是農(nóng)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(dá)到新的極限[12]。因此，UPLC-MS/MS 是農(nóng)藥在各種復(fù)雜基質(zhì)中殘留檢測的更有效的手段。

本文首次在QuEChERS方法的基礎(chǔ)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(yīng)用該方法進(jìn)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(dòng)態(tài)，為呋蟲胺的科學(xué)合理使用提供重要依據(jù)。

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(lián)質(zhì)譜聯(lián)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(jī)-L550 (湖南湘儀離心機(jī)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(biāo)準(zhǔn)品(純度，99.0%)及20%呋蟲胺可溶粒劑(SG)由日本三井化學(xué)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(yàn)設(shè)計(jì)

參照《農(nóng)藥殘留試驗(yàn)準(zhǔn)則》(NY/T788-2004)，于2012年分別在河南省沁陽市柏香鄉(xiāng)和山東省濰坊市昌樂縣朱劉鎮(zhèn)進(jìn)行20%呋蟲胺可溶粒劑在棉花植株上的殘留消解動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。設(shè)6個(gè)試驗(yàn)區(qū)，其中3個(gè)為藥劑處理區(qū)，3個(gè)為空白對(duì)照區(qū)，每小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)排列，小區(qū)之間設(shè)置保護(hù)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(duì)照區(qū)噴水。采樣時(shí)間設(shè)置如下：施藥前、施藥后2 h、1、3、5、7、10 和14 d。隨機(jī)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(biāo)準(zhǔn)品的配制：將100 mg/L的呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液。相應(yīng)的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度系列(0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mg/L)用對(duì)照提取液稀釋。所有溶液于-20 ℃保存待用。經(jīng)進(jìn)樣測試，標(biāo)準(zhǔn)溶液3個(gè)月未降解。

樣品前處理方法：稱取5 g均質(zhì)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(jī)濾膜(0.22 μm)到進(jìn)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(dòng)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(jìn)樣量5 μL。

以上案例證實(shí)手機(jī)對(duì)中學(xué)生成長的危害是極其嚴(yán)重的，雖然這些都是個(gè)例，但至少表明手機(jī)或多或少對(duì)中學(xué)生的學(xué)習(xí)與身心健康造成一定的影響，下面我來說說中學(xué)生在校園玩手機(jī)的危害：

質(zhì)譜條件為：電噴霧離子源，正離子電離模式(ESI+)。毛細(xì)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(yīng)檢測模式(MRM)。以保留時(shí)間和兩個(gè)離子對(duì)信息比較進(jìn)行定性分析，以母離子和響應(yīng)值最高的子離子組成的離子對(duì)進(jìn)行定量分析。其中，定性離子對(duì)為203>129(碰撞電壓13 eV)和203>113(碰撞電壓15 eV)，定量離子對(duì)為203>129。呋蟲胺的保留時(shí)間1.34 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測條件的優(yōu)化

將1 mg/kg 呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)溶液以掃描范圍100～500 m/z直接進(jìn)樣，選擇合適的離子源。優(yōu)化最終選擇條件如1.4節(jié)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(jìn)一步選擇合適的監(jiān)測離子和碰撞能量等質(zhì)譜參數(shù)。結(jié)果證明，當(dāng)錐孔電壓20 V，定性離子對(duì)為203>129(碰撞電壓13 eV)和203>113(碰撞電壓15 eV)，定量離子對(duì)為203>129時(shí)，峰形及其重現(xiàn)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??；PSA有較弱的陰離子交換功能，可去除非極性樣品中有機(jī)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(zhì)中的添加回收試驗(yàn)結(jié)果證明，樣品用20 mg C18凈化時(shí)呋蟲胺在各基質(zhì)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(shí)，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(zhì)中色素等雜質(zhì)較多，批量進(jìn)樣會(huì)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(zhì)，所以選用50 mg PSA和10 mg GCB凈化棉花植株樣品。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用50 mg PSA和10 mg GCB凈化時(shí)，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(guān)性、準(zhǔn)確度、精確度及靈敏度

通過檢測溶劑和基質(zhì)中一系列濃度(0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 mg/L)的呋蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品繪制的曲線來評(píng)估方法的線性相關(guān)性。在0.01～1.00 mg/L范圍內(nèi)呋蟲胺在溶劑和所有基質(zhì)中的檢測反應(yīng)呈線性關(guān)系(r2≥0.999)。通過基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液與溶劑標(biāo)準(zhǔn)溶液的斜率比得到基質(zhì)效應(yīng)，斜率比在90%～110%之間，可視為無基質(zhì)效應(yīng)；上下波動(dòng)范圍在20%以內(nèi)視為較弱的基質(zhì)效應(yīng)。由表1可知，呋蟲胺在棉籽、棉花植株和土壤中基質(zhì)效應(yīng)呈現(xiàn)減弱現(xiàn)象，屬于較弱的基質(zhì)效應(yīng)。為了獲得較真實(shí)的殘留數(shù)據(jù)，我們選擇基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線來計(jì)算田間實(shí)際樣品的濃度。以呋蟲胺的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以其相應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)作圖，由最小二乘法擬合獲得線性回歸方程。溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線及基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線和基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.01～1 mg/kg)相關(guān)參數(shù)的比較

分別采用添加回收率和相應(yīng)的變異系數(shù)來衡量方法的準(zhǔn)確度和精密度。在3個(gè)水平(0.01、0.05、0.5 mg/kg)上進(jìn)行呋蟲胺的添加回收試驗(yàn)，每個(gè)水平5次重復(fù)。由表2結(jié)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(shù)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(yàn)的最低添加水平0.01 mg/kg的色譜圖中噪音信號(hào)(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(gè)添加水平呋蟲胺的平均回收率和變異系數(shù)

2.4 呋蟲胺在棉花植株中的消解動(dòng)態(tài)

田間消解動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)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(shí)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(dòng)態(tài)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(shí)間的關(guān)系符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,C=AeB t。呋蟲胺在棉花植株中消解動(dòng)態(tài)方程和相關(guān)參數(shù)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(dòng)態(tài)曲線Fig.2 Dynamic curves of dinotefuran in cotton plants

基質(zhì)Matrix地點(diǎn)Location回歸方程(y=)Regressionequation相關(guān)系數(shù)(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(jié) 論

在QuEChERS方法基礎(chǔ)上，建立了采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)檢測棉花和土壤中的呋蟲胺殘留的分析方法。結(jié)果表明該方法雜質(zhì)干擾小，表現(xiàn)良好的線性、準(zhǔn)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(shù)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(dòng)態(tài)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(xué)基金(31171879，31371968)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203098)

S 481.8

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.02.022

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