離子色譜-串聯質譜法測定小麥粉中4種污染物

王 娟,王 敬,張 旭,陳 琛,謝雨澤,賈文軒

(河北省食品安全重點實驗室,國家市場監管重點實驗室(特殊食品監管技術),特殊食品安全與健康河北省工程研究中心,河北省食品檢驗研究院,河北 石家莊 050227)

0 引言

草甘膦是全球使用時間最長、使用范圍最廣的除草劑,因其高效、廣譜、低毒、安全等特點,廣泛應用于農作物去除雜草[1-3]。我國是草甘膦使用大國,草甘膦曾被列入“2A”類致癌物[4],盡管聯合國糧農組織(FAO)和世界衛生組織(WHO)農藥殘留聯席會議(JMPR)證實草甘膦及其代謝產物氨甲基磷酸在一定時間內不會導致嚴重的健康問題[5,6],但草甘膦的安全風險仍然受到各國質疑[6-8],因此各國也在不斷嚴格規定草甘膦殘留限量標準。其中我國GB 2763—2021規定小麥粉中草甘膦的最大殘留量為0.5 mg/kg。

近年來, 氯酸鹽和高氯酸鹽作為一類新型污染物, 引起越來越多的關注[9]。氯酸鹽主要是使用含氯消毒劑消毒產生的副產物,影響人體的血液系統,造成溶血性貧血,也會阻礙甲狀腺吸收碘[10,11]。高氯酸鹽會阻礙甲狀腺對碘的吸收, 削弱甲狀腺功能, 影響人體生長發育[12,13]。因此2020年歐盟正式將高氯酸鹽補充進關于食品污染物最大殘留限量,(EU)2020/685 號條例中加工谷物類高氯酸鹽限量為0.01 mg/kg[14]。氯酸鹽作為農藥已不再被歐盟批準使用,其默認的最大殘留限量應遵循標準(EU)2020/749 號條例中的相關規定,其中小麥的最大殘留量為0.05 mg/kg[15]。

草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽均屬離子型污染物,都具有強極性、水溶性以及小分子的特點[16,17]。草甘膦、氨甲基膦酸為強極性兩性農殘,難揮發,我國現行的國家檢測標準大多是使用液相色譜[18]、液相色譜-質譜聯用[19,20]、氣相色譜[21]、氣相色譜-質譜聯用[22],經衍生化后進行檢測,操作相對繁瑣。氯酸鹽、高氯酸鹽同樣具有強極性、水溶性以及小分子的特點[23],常用的檢測方法比色法[24]、離子色譜法[25]、液相色譜-質譜聯用[26]、離子色譜-質譜聯用[27]等。鑒于以上研究的基礎,本文利用離子色譜-串聯質譜技術建立同時測定小麥粉中草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽4種污染物的分析方法,方法采用甲醇水提取,經固相萃取凈化后進行測定,該法簡單、準確、靈敏度高,為市場中小麥粉的安全監管提供更有力的技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

草甘膦(純度:99.8%,Dr.Ehrenstorfer GmbH公司)、草甘膦1,2-13C15N(100 mg/L, BePure公司)、氨甲基磷酸純度:99.8%, Dr.Ehrenstorfer GmbH公司)、氯酸鹽(1 000 mg/L,o2si公司)、高氯酸鹽(1 000 mg/L,o2si公司)、氯酸鹽-18O3(200 mg/L,EURL-SRM公司)、高氯酸鹽-18O4(200 mg/L,EURL-SRM公司)。

RP柱(1 mL,Thermo Scientific公司)、Ag/H(1 mL,Thermo Scientific公司)、IonPac AS19-4 μm 分析柱(250 mm×2 mm,Thermo Scientific公司)、AG 19-4μm保護柱(50 mm×2 mm)、IonPac AS11-HC-4 μm 分析柱(250 mm×2 mm,Thermo Scientific公司)、AG 11-HC-4 μm保護柱(50 mm×2 mm)、IonPac AS11-4 μm 分析柱(250 mm×2 mm,Thermo Scientific公司)、AG 11-4 μm保護柱(50 mm×2 mm)。甲醇、乙腈(色譜純,Meck)。

1.2 儀器與設備

Dionex ICS-5000+離子色譜儀, EG淋洗液自動發生器,Dionex ASRS 300 (2mm)微膜抑制器, AS-AP自動進樣器,美國Thermo Scientific公司;TSQ Endura質譜儀(Thermo Scientific);渦旋混勻器,IKA;離心機,SiGMA 3K15;超聲波清洗儀,ElmasonicP 300H;電子天平(美國Mettler Toledo公司);離心機(德國Merck公司);Milli-Q純水(德國Merck公司);渦旋振蕩器(德國Heidolph公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準溶液的配置

實驗前分別將草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽、草甘膦1,2-13C15N、高氯酸鹽-18O4、氯酸鹽-18O3用超純水配置成需要的標準工作液。

1.3.2 樣品前處理

稱取5 g小麥粉樣品于50 mL 聚丙烯塑料管中,加入 10 mL 純水,渦旋 2 min。再加入10 mL甲醇,混勻,超聲提取 20 min。離心,取1 mL上清液用純水定容至10 mL,混勻,待凈化。

固相萃取柱使用前需進行活化,RP柱使用前依次用10 mL甲醇、15 mL水通過,Ag/H柱用10 mL水通過,靜置活化30 min[28]。取上述前處理濾液通過RP柱,Ag/H柱,棄去前面6 mL,收集后面洗脫液,通過0.2 μm再生纖維素濾膜后待測。

1.3.3 分析方法

1)離子色譜條件

色譜柱:Dionex IonPac AS 19-4 μm分析柱(250 mm×2 mm)、AG 19-4 μm保護住(50 mm×2 mm);流速為0.2 mL/min;進樣量為100 μL;柱溫為30 ℃;陰離子微膜抑制器,外接水循環模式,流動相:KOH溶液,采用梯度洗脫的方法進行分離,梯度洗脫程序見表1。

表1 梯度洗脫程序

2)質譜條件

離子源:ESI-;掃描模式:MRM;負離子電離電壓3 000 V;離子傳輸管溫度380 ℃;霧化器溫度350 ℃;鞘氣流速30 mL/min;輔助其流速10 mL/min;反吹氣流速1 mL/min;草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽的質譜參數見表2。

表2 草甘膦、氨甲基磷酸、氯酸鹽、高氯酸鹽的質譜參數

3)數據分析方法

使用TraceFinder 3.2 software數據分析軟件進行數據分析;草甘膦、氯酸鹽、高氯酸鹽使用內標法定量,氨甲基膦酸使用外標法定量。

2 結果與分析

2.1 儀器條件優化

2.1.1 質譜參數的優化

采用電噴霧(ESI)離子源,在選擇反應監測模式下,對質譜條件進行優化,4種污染物容易減H形成負電荷離子,因此將4種污染物的混合標準溶液,在ESI-模式下進行掃描確定母離子,然后進行二級質譜掃面確定子離子,同時優化RF Lens和CE等質譜參數,見表2。目標物的提取離子流圖如圖1所示。

圖1 氨甲基膦酸、草甘膦、高氯酸鹽、氯酸鹽標準溶液的提取離子流圖

離子色譜儀的流動相為純水,經KOH在線發生器后產生強堿KOH,后經過抑制器變為純水,與質譜常用的甲醇、乙腈等有機溶劑相比,對檢測物的離子化效率的促進作用較弱,因此在抑制器后,質譜進樣口前接三通,利用計量泵輸入有機溶劑,進入質譜促進電離。分別實驗有機溶劑甲醇、乙腈,發現使用甲醇會增加抑制器背壓,減少抑制器壽命,所以選用有機溶劑乙腈。計量泵的輸入乙腈流速0.1 mL/min、0.15 mL/min、0.2 mL/min,發現0.15 mL/min、0.2 mL/min均可提高檢測物的響應,考慮到抑制器的背壓,計量泵流速選擇0.15 mL/min。實驗比較了50 ng/mL響應變化情況,結果見表3。

表3 草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽的響應

2.1.2 離子色譜條件的優化

因為色譜柱需接入質譜儀,選擇2 mm×250 mm色譜柱,同時配置2 mm陰離子抑制器。該方法比較了AS11-HC-4 μm、AS19-4 μm、AS11-4 μm三種色譜柱,分別檢測了50 ng/mL的混合標準樣品和小麥粉基質樣品,發現相同條件下,AS11-4 μm上氯酸鹽和高氯酸鹽保留較弱,AS11-HC-4 μm上標液高氯酸鹽不能洗脫,AS19-4μm,均可實現分離,因此選擇AS19-4 μm作為分析柱。

2.2 前處理條件的優化

4種污染物均屬于強極性化合物,均極易溶于水,常采用純水作為提取溶劑,然而小麥粉中含有大量的蛋白質和脂肪, 樣品提取液中殘留的蛋白質會影響分離效果。因此采用甲醇∶水(1∶1)作為提取溶劑。

實驗中進樣量為100 μL,會產生溶劑效應,影響目標物的峰型,小麥粉經甲醇水提取后,用純水稀釋10倍,獲得更好的峰型。參考相關文獻[26,29,30],本研究采用固相萃取柱的方法,IC Guard RP 柱通過疏水作用去除小麥粉提取液中親脂型雜質, 來降低基線和獲得更好的分離效果。

2.3 基質效應的評價

用純水及空白小麥粉基質提取液配制混合標準溶液,按照試驗方法進行測定,根據純水中分析物的峰面積與基質中分析物的峰面積比來評價基質效應。4種污染物的濃度為50 ng/mL,平行測定3次。結果顯示,平均基質效應在85%～125%,結果見表4。為消除基質效應對檢測結果所產生的影響,試驗采用空白基質加標法進行定性定量,使目標物具有相同的離子化條件,提高準確度。

表4 基質效應

2.4 線性范圍及檢出限

用小麥粉空白基質液配置成0.02～200 ng/mL系列混合標準工作液,按照 1.3.3分析方法進樣分析。發現草甘膦在0.5～100 ng/mL,氨甲基膦酸在1～200 ng/mL,氯酸鹽在0.16～200 ng/mL,高氯酸鹽在0.08～100 ng/mL范圍內線性良好,均可符合實驗要求。以3倍信噪比和10倍信噪比得出檢出限(LOD)和定量限(LOQ),結果見表5 。

表5 線性范圍及檢出限與定量限

2.5 回收率與精密度

選取空白小麥粉為基質,進行加標回收試驗,每個添加濃度水平下做 6個平行樣品。精密度及回收率數據見表6。由表6可知,4種污染物加標回收率為75.0%～109.0%,相對標準偏差為1.9%～10.4%,所建方法各項性能參數滿足檢測需求。

表6 草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽的加標回收率與精密度

2.6 市售樣品的檢測

按照1.3節實驗方法對從市場隨機采購的10批次小麥粉中草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽含量進行測定,結果見表7。由表7可知,10批次小麥粉中氨甲基膦酸含量小于檢出限;有9批次樣品檢出草甘膦,含量在42.6～168 μg/kg,均符合我國GB 2763—2021最大殘留量的要求;有5批次的樣品檢出氯酸鹽,含量在8.8～55.1 μg/kg;有7批次的樣品檢出高氯酸鹽,含量在4.0～96.9 μg/kg;其中1批次的樣品中氯酸鹽、高氯酸鹽的含量均高于歐盟規定的最大殘留量,而我國的國家標準還未做出氯酸鹽、高氯酸鹽的限量要求,因此該方法可對小麥粉市場的監管提供技術支持。

表7 小麥粉中草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽、高氯酸鹽測定結果

3 結論

本方法經甲醇水提取, 結合固相萃取凈化方法, 建立了離子色譜-串聯質譜法同時測定草甘膦、氨甲基膦酸、氯酸鹽和高氯酸鹽的分析方法。該方法分離度良好, 具有較好的精密度和準確度。前處理操作簡便,無需經過衍生化,可以為小麥粉的安全監管提供技術支持。