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GC-MS测定大米中农药多残留

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【概述】

随着科技的发展以及人们对健康的不断关注,关于食品、消费品以及环境等各方面的农药残留,对其的检测日趋受到越来越多的国家和检测机构的重视。样品中大多农残的浓度低,为了达到对其的准确测定,通常需要浓缩以提高目标物浓度,而在此过程中会导致部分低沸点农药挥发损失,从而影响对其的准确定量;且此过程耗时,不利于检测效率的提高。因此,可采用CSR大体积进样技术,通过提高样品的进样量来提高对农残检测的灵敏度。而加速溶剂萃取(ASE)技术通过高温(40~200℃)和高压(1500 psi)对样品目标物进行提取,具有提取效率高、快速、溶剂用量少、重复性好、全自动化程度高和安全等特点。当前粮谷类产品主要以残留监控为主,根据食品安全风险监控计划的要求结合赛默飞特有的ASE提取技术、CSR大体积进样技术和Time-SIM功能建立了测定大米中农药多残留检测方法,进样量为5μL,并采用TraceFinder软件进行数据采集和数据处理,让操作更加方便快捷。

【实验/设备条件】

GC-MS仪器条件

(1)色谱条件

色谱柱:TG-5silMS(30 m×0.25 mm×0.25μm);

进样口温度:250℃;

升温程序:初始温度为50℃,保持2 min,以50℃/min升至150℃,再以5℃/min升至200℃,最后以16℃/min升至300℃,保持4 min;

载气:氦气(纯度≥99.999%);

载气流速:1.2 mL/min;

进样量:5μL;

进样方式:不分流进样。

(2)质谱条件

离子源:EI源;

离子源温度:300℃;

传输线温度:300℃;

采集模式:Time-SIM模式;

SIM参数信息见表1。

表1. SIM参数信息

表1. SIM参数信息.png

【样品提取】

【实验/操作方法】

标准溶液的制备

准确称取上述标准品(精确至0.1 mg),用正己烷(配制有机氯农药)或乙酸乙酯(配制有机磷农药)溶解并定容配制成一定浓度的储备液,于4℃冰箱中避光保存。

混合标准工作液的制备

取适量标准储备液用乙酸乙酯稀释至浓度为10µg/ mL的混合标准工作溶液待用。

标准工作曲线溶液的制备

取混合标准液用乙酸乙酯稀释至浓度为0.02、0.05、0.1、0.2、0.5µg/mL系列点,供GC-MS分析。

样品制备

(1)提取

称取5.0 g大米样品(精确到0.01 g)与5 g左右硅藻土混匀,移入加速溶剂萃取仪(ASE)中的34 mL萃取池中(萃取池底部加滤纸片),在10.34 Mpa压力、80℃条件下,加热5 min,用乙腈静态萃取3 min,循环2次,然后用池体积60%的乙腈冲洗萃取池,并用氮气吹扫100 s,萃取完毕后,将萃取液混匀,在低于40℃水浴的旋转蒸发器浓缩至1~2 mL,待净化。

(2)净化

活化柱:将Envi-18柱(C18柱)置SPE装置上,在柱中加入约1 cm高的无水硫酸钠,用10 mL乙腈预洗柱,用洗耳球吹去柱中的气泡,弃去淋洗液,直至液面到达无水硫酸钠的顶部,关闭SPE装置流速控制开关。

上柱净化:将活化后的Envi-18柱转移至15 mL玻璃离心管上,将样品浓缩液转移至柱上,样品被全部吸附后,用2 mL乙腈洗涤鸡心瓶(涡旋),并将洗涤液移入柱中,重复操作三次以上,继续用乙腈洗涤柱,直至收集流出液共15 mL,将净化液在<40℃下氮气吹干,及时用乙酸乙酯定容至1 mL,过滤膜,装入进样瓶,供配气相色谱质谱仪分析。

【实验结果/结论】

CSR大体积进样原理介绍

溶剂浓缩大体积进样技术(Concurrent Solvent Recondensation,简称CSR),即在进样口和分析柱间连接一段空的预柱,且衬管中装填玻璃棉,采用传统的分流不分流进样口,进样口处于恒定的较高温度,自动进样器插入汽化室5mm,保持针头部分温度较低,快速注入样品。样品以带状液体的状态离开注射器,被收集在衬管底部的少量玻璃棉上,开始缓慢汽化。由于衬管是一个密闭体系,蒸汽体积迅速膨胀,取代和压缩载气,使得衬管内压力迅速增大,而载气阻止了溶剂蒸汽从汽化室溢出,从而产生了“压力涌浪”效应,迫使溶剂蒸汽转移到低温的预柱上。溶剂蒸汽在柱头上冷凝形成液膜,进一步加速了蒸汽的转移,此时溶剂汽化和冷凝同时发生,使得进样体积不再受汽化体积的限制,从而实现大体积进样,预柱起承载样品的作用。图1为CSR基本原理图解,图2为CSR进样过程。

图1. CSR基本原理图解.png

图1. CSR基本原理图解

图2. CSR进样过程.png

图2. CSR进样过程

CSR大体积进样技术特点

PTV进样虽然进样体积可高达250μL,但是在溶剂蒸发的过程中会造成低沸点化合物的损失;而OCI进样虽然不会造成低沸点化合物损失,但由于样品溶液直接注入到色谱柱中,很容易造成色谱柱的污染,导致部分有机磷农药响应偏低、且影响分离。相比,CSR技术更具有优越性,具备以下三个特点。

1)特点一:显著提高检测灵敏度

CSR最大进样体积为50μL,能显著提高检测灵敏度。例如:CSR大体积进样气相色谱质谱中的应用,如图3所示,进样量为1、2、3、4、5μL时所得的结果比较,从图中可以得出,随着进样体积的增加,响应值几乎呈线性倍数增加,充分表明增加进样量可以显著提高检测灵敏度。

2)特点二:分析高、低沸点化合物无歧视

如图4所示,以正己烷为溶剂,不同环数烷烃的大体积进样分析,进样体积35μL。从图中可以看出比正己烷溶剂多两个碳的化合物C8,并未随溶剂蒸发损失,且高沸点的C40具有较好的响应及分析精密度,进一步证明了CSR对低沸点和高沸点化合物均无歧视效应。

图3.不同进样体积结果.png

图3.不同进样体积结果

图4.低、高沸点化合物无歧视.png

图4.低、高沸点化合物无歧视

3)特点三:简化前处理过程,避免低沸点化合物浓缩时有损失

如图5所示,在环境水体中PAHs的分析,一般需要浓缩1000倍,进样量为1μL,采用液液萃取和SPE小柱富集两种方式均消耗大量溶剂,且费时,在氮吹浓缩过程中容易造成低沸点PAHs的损失。因此可以采用类似液液微萃取的方式,只需1mL有机溶剂,20 mL水样,无需氮吹浓缩,萃取后可直接进样分析,进样量为50μL,可达到相同效果,甚至更好,既可以大大减少样品前处理过程,并避免低沸点化合物的损失。同样,在农残分析过程中,如敌 百虫、敌敌畏、甲胺磷等低沸点农药在旋转蒸发和氮吹浓缩过程中也容易损失一部分,从而造成结果不准确,因此可以采用CSR技术来解决这一问题。

图5.简化前处理过程.png

图5.简化前处理过程

Time-SIM与普通SIM的比较

Time-SIM是赛默飞独有的技术,Time-SIM与普通SIM相比较:普通SIM需要人工切段分组,方法设置繁琐,不但浪费了采集时间,降低了色谱分辨和结果的精密度,而且色谱峰容易被切割;而Time-SIM无需切段,自动按保留时间分组,并利用CDB数据库使得方法设置更加方便快捷,同时有效利用采集时间,所得质谱图更多,大大提高了色谱分辨和结果的精密度,而且色谱峰不易被切割。从以下各图均能看出,Time-SIM要优于普通SIM。图7.采集效率比较.png

图7.采集效率比较

图8.准确度比较.png

图8.准确度比较

Time-SIM方法建立介绍

建立主方法(Marster Method)时,可以直接从数据库中选取要分析的目标化合物,相关化合物的所有信息即刻转入到方法中,无需手动输入化合物的任何信息,使用方便,节约了大量的工作时间,也避免了手动输入引起的错误。建立的农药分析方法包包含了仪器采集方法和数据处理方法。

表2. Time-SIM与普通SIM的比较

表2. Time-SIM与普通SIM的比较.png

步骤如下:在TF3.2里选择Method View,在Filel里选择新建MarsterMethod,选择从CDB建立主方法,选择导入数据库里的数据,导入完成后要链接InstrumentMethod,下面就要链接一个原始数据,关联完数据后,要在Compunds里面进行色谱峰积分设置,校正设置,内标外标,校正水平设置。如果在保留时间内没有目标峰,可能是因为通道不对,要在Detection里定性或定量色谱图信息里选择Signal,选择对应的通道。上述Acquisition –Timed(Time-SIM)各项设置完成后就必须保存主方法,主方法建立完成。

图9.选择从CDB建立主方法.png

图9.选择从CDB建立主方法

图10.关联一个原始数据.png

图10.关联一个原始数据

图12.标准溶液色谱图.png

图12.标准溶液色谱图

图13.空白色谱图.png

图13.空白色谱图

定量离子、线性相关系数和测定低限

配置标准溶液工作曲线,各浓度分别为:0.02、0.05、0.1、0.2和0.5µg/mL,考察组分的线性。实验结果表明各组分在0.02~0.5µg/mL浓度范围内,相关系数R2>0.999,线性关系良好,该方法测定低限为0.01 mg/kg(见表3)。

表3.定量离子、线性和测定低限结果

表3.定量离子、线性和测定低限结果.png


加标回收率及重复性结果

加标回收率实验,添加量分别为0.05、0.1和0.2µg/mL三水平进行测试,n=4。实验结果表明加标回收率在59.36~126.32%之间,相对标准方差RSD在0.89~6.76%之间,重复性良好,基本符合分析检测的要

求(表4)。

结论

本文基于《GB/T 19649-2006粮谷中475种农药及相关化学品残留量的测定气相色谱-质谱法》,结合赛默飞特有的ASE提取技术、CSR大体积进样技术和Time-SIM功能建立了测定大米中常检农药多残留检测方法。采用ASE对大米农残进行提取,实现了前处理自动化,而且提取效率高;以5 m预柱起承载样品的作用,在普通分流不分流进样口就可以实现大体积进样,当进样量为5μL,灵敏度提高了近5倍;同时采用Time-SIM功能通过TraceFinder软件进行数据采集和数据处理,让操作更加方便快捷。实验结果表明各组分在0.02~0.5µg/mL浓度范围内,相关系数R2>0.999,线性关系良好,该方法各组分测定低限为0.01 mg/kg,添加量分别为0.05、0.1和0.2µg/mL时,回收率在59.36~126.32%之间,相对标准方差RSD在0.89~6.76%之间(n=4),重复性良好,基本满足分析检测的要求。

【仪器/耗材清单】

仪器

Thermo Scientific™ ISQ单四极杆气质联用仪,包括:

TRACE 1310气相色谱,配分流不分流进样口

ISQ LT单四极杆质谱

-  AS1310自动进样器

Thermo Scientific™ TraceFinder 3.2.512.0数据处理系统统

Thermo Scientific™ ASE350加速溶剂萃取仪,包括:

-  34 mL萃取池

耗材

Thermo Scientific™毛细管色谱柱TG-5sil MS

(30 m×0.25 mm×0.25μm)(P/N 26096-1420)

Thermo Scientific™ KIT SSL-LV TRC1300

(P/N 19050725)

Thermo Scientific™预柱(5 m×0.32 mm)

(P/N 26080010)

Thermo Scientific™玻璃两通(universal press fit

connectors, P/N 35003850)

Thermo Scientific™不分流衬管(P/N 453A1925)

Thermo Scientific™低流失进样口隔垫

(P/N 31303233)

Thermo Scientific™气相色谱进样口石墨垫0.32 mm

(P/N 290VA192)

Thermo Scientific™质谱端石墨垫0.25 mm

(P/N 29033496)

Thermo Scientific™纤维素滤膜,适用于34mL萃取池

(P/N 056780)

试剂与标准品

1)乙腈:色谱纯;

2)硅藻土:优级纯;

3)无水硫酸钠:分析纯,用前在650℃灼烧4 h,至于干

燥器中,冷却后备用;

4)乙酸乙酯:色谱纯;

5)正己烷:色谱纯;

6)固相萃取柱(C18):Envi-18柱(6 mL,1 g);

7)样品:大米,颗粒粉碎后过20目筛,制得样品。

8)农药标准物质:敌敌畏、百菌清、异稻瘟净、乙草胺、甲基嘧啶磷、马拉硫 磷、对硫磷、甲基毒死蜱、毒死蜱、艾氏剂、杀螟硫磷、七氯、溴氰菊 酯购于农业部环境保护科研测所和德国Dr.E公司。

【参考文献】

[1]姜兆兴,李刚,王智亮,等.粮谷中12种有机氯农药气相色谱/质谱同时测定方法.食品科技, 2010,35(07):276-279.

[2]庞国芳,刘永明,范春林,等.粮谷中475种农药及相关化学品残留量的测定 气相色谱-质谱法. GB/T19649-2006.

[3]屈天尧,王德海,吴晓波,等.气相色谱法快速检测粮谷中的有机磷类、有机氮类和氨基甲酸酯类农药残留.农药科学与管理, 2009, 30(06):36-40.


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