QuEChERS-超高效液相色谱串联质谱法同时测定土壤中5种常用除草剂

QuEChERS-超高效液相色谱串联质谱法同时测定土壤中5种
常用除草剂
摘要建立了超高效液相色谱串联质谱法
（UPLC-MS/MS）简单、快速、灵敏、准确地同时测定土壤中
5种常用除草剂多残留量的方法。

样品经改进的QuEChERS （快速、简单、廉价、高效、灵活和安全）方法一步完成萃取净化，未使用缓冲盐溶液，经乙腈萃取，N-丙基乙二胺（PSA）和C??18吸附剂填料净化，离心后直接过膜上机检测，萃取和净化的效果满足检测要求。

UPLC-MS/MS 方法采用Waters ACQUITY UPLCTM BEH C??18（50 mm×??2.1 mm i.d., 1.7 色
谱柱，柱温30 ℃，流动相为甲醇和水，梯度洗脱，流速0.25 mL/min，电喷雾电离源正离子（ESI＋）多反应监测（MRM）模式检测，外标法定量。

5种常用除草剂在0.5～200
关键词超高效液相色谱串联质谱法; 除草剂; 多种残留；土壤; QuEChERS方法
1 引言
除草剂是土壤中环境激素类物质的主要来源之一。

目前，被广泛使用的除草剂，如莠去津、异丙甲草胺、环嗪酮，它们的化学性质稳定，既具有较强的亲脂性，能持久存在于土
壤环境中，破坏土壤结构，阻碍或抑制土壤微生物和植物的生命活动；也具有较强的水溶性，可以通过渗透和降水的淋洗作用污染地表水体系。

另外，除草剂还可以通过食物链累积放大，致使生物体天然激素分泌失调，导致病变，危害人类健康。

因此，除草剂对环境和人类健康造成的危害备受关注。

目前，除草剂在土壤中的残留检测方法包括气相色谱法[1,2]、高效液相色谱法[3]及气相色谱-质谱联用法[4～6]及液相色谱-质谱联用方法[7～11]。

本研究将超高效液相色谱-质谱联用法（UPLC-MS/MS）应用于除草剂多残留痕量快速分析（3 min内完成一个样品多残留检测，比传统方法快5～10倍）；具有灵敏度高、确证性强（多反应监测模式，即MRM 方式）、抗干扰能力强（通过单通道扫描检测，对前处理要求较低）等优势。

近几年，农药残留分析的样品前处理趋于简单化和环境友好，目前应用较广的土壤前处理方法有固相萃取（SPE）[11,12]，加速溶剂萃取（ASE）[13]，微波辅助萃取（MAE）[14]和超声波辅助萃取（USE）[8]。

这些方法取代了传统的耗费大量时间和溶剂的索式萃取法，但是需要较昂贵的萃取仪器，且通常需要后续的较繁琐的净化步骤，有的萃取过程还需要在高温下进行。

QuEChERS方法[15,16]是一种快速、简单、廉价、高效、耐用、安全的样品前处理方法，在食品安全领
域得到了广泛应用[17]，而在土壤中的应用少见报道。

本研究将改进的QuEChERS方法应用于土壤样品前处理。

为了防止缓冲盐对质谱测定的干扰，样品前处理过程未使用缓冲溶液，考察了不同吸附剂的净化效果，同时简化了前处理步骤，萃取后直接在萃取悬浮液中加入吸附剂，一步完
成土壤样品的萃取和净化，无需多步离心，且提取液无需浓缩，直接进行UPLC-MS/MS分析，在3 min内即可完成土壤
中莠去津、苯噻酰草胺、甜菜宁、异丙甲草胺和环嗪酮??5
种除草剂的残留量定性与定量检测。

方法简便、快速、准确、灵敏，能满足土壤中残留限量要求及农残检测确证要求。

2 实验部分
2.1 仪器、试剂与材料
ACQUITYTM 超高效液相色谱仪（Waters公司）；Micromass?k-Quattro Premier XE三重四极杆质谱仪，配有ESI 电离源（Waters公司）；Micromass Quattro premier、MassLynx 数据处理系统（美国Waters公司）；离心机（AllegraTM X-22R 型，Beckman公司）；Milli-Q超纯水器（美国Millipore公司）；
0.22
移液器（法国Gilson公司）；甲醇、乙腈（HPLC级，美国Fisher公司）；甲酸（HPLC级，美国Tedia公司）。

农残级无水MgSO4及吸附剂填料N-丙基乙二胺（PSA），石墨化碳
黑（GCB），C??18均购自天津Agela公司。

莠去津、苯噻酰草胺、甜菜宁、异丙甲草胺和环嗪酮5种除草剂标准品（纯度＞98%, 北京化工大学标准物质研究所）。

用甲醇将标准品配制成浓度为1000 mg/L的单标标准储备液，再将单标标准储备液用稀释配制成混标储备液（甜菜宁为2 mg/L，其它4种除草剂均为0.5 mg/L），实验时以初始流动相将混合标准储备液配制成不同浓度的标准工作液。

2.2 前处理方法
2.2.1 土壤样品的制备土壤样品经自然风干，过1 mm 筛后，室温下保存备用。

样品检测结果显示未残留待测除草剂，可以作为空白土壤样品。

准确称取1 g过筛土壤样品，加入到15 mL离心试管中，加入适量混合标准溶液以达到所需的添加水平。

加标后，甲醇溶液液面微高于土壤样品，使除草剂在土壤中彻底混匀。

萃取前，将加标土壤样品敞口置于通风橱中24 h, 以挥干溶剂和老化样品。

2.2.2 QuEChERS一步萃取净化方法准确称取1.0 g加标土壤样品，置于15 mL塑料离心管中，加入??0.5 mL水浸润20 min，加入4 mL乙腈，涡旋萃取2 min，加入0.1 g无水MgSO4，涡旋20 s，加入0.1 g PSA（或0.1 g PSA＋0.1 g C??18，或0.1 g PSA＋0.03 g GCB）吸附剂，涡旋2 min，以10000 r/min 高速离心3 min，取上清液直接过膜上机检测。

2.3 分析条件
2.3.1 超高效液相色谱条件Waters ACQUITY UPLCTM
BEH C??18色谱柱（50 mm×2.1 mm i.d., 1.7
3 结果与讨论
3.1 色谱条件的选择
分别采用甲醇-水和乙腈-水为流动相，在甲醇-水流动相中，5种除草剂的灵敏度均高于乙腈-水流动相，这主要是因为在ESI电离源-液质联用技术中，目标物在甲醇中的离子化效率高，分析灵敏度较高。

本实验采用甲醇-水流动相，优化的最佳色谱条件见2.3.1节，在3 min内完成了5种除草剂的分离检测，分离度好，峰形尖锐（图1），各物质的保留时间见表1。

3.2 质谱条件的选择
在ESI＋模式下，对5种除草剂农药的质谱条件进行了优化，分别采用全扫描和子离子扫描方式优化得到了母离子、子离子及各自的最佳萃取锥孔电压和碰撞能量，以响应值最大的碎片离子（子离子）为定量离子，次级响应离子为定性离子，从而得到了最优质谱条件（表1）。

图1A为MRM模式下5种除草剂的定量离子对的单通道扫描质谱图，各物质的峰形尖锐，灵敏度高，确证性强。

3.3 改进的QuEChERS一步萃取净化样品前处理方法
3.3.1 QuEChERS前处理步骤的简化QuEChERS方法多应用于蔬菜、水果和肉类等食品中，多采用缓冲溶液调节样品的pH值，以保持目标化合物的稳定和萃取效率。

由于食品
样品本身含有大量水分，缓冲盐的存在显著降低了目标物在液质联用测定时的离子化效率，所以在前处理过程中必须进行除盐。

土壤样品含水量少，pH多为中性，且相对稳定，因此本研究采用无缓冲溶液的QuEChERS方法，可以省去除盐步骤，适合直接进行液质联用分析。

本研究还对萃取净化的前处理步骤进行了简化，分别考察了土壤样品前处理方法1和经改进简化了操作步骤的方法2。

在方法1中，土壤样品经乙腈萃取，并加入无水MgSO4吸水后，需将萃取液高速离心，取出上清液；向上清液中加入无水MgSO4和吸附剂进行净化，然后再次高速离心，取上清液检测。

改进的QuEChERS方法2是将土壤样品萃取后直接在萃取悬浮液中，加入无水MgSO4和吸附剂进行净化，萃取和净化一步完成，且步骤中只需经一次高速离心即可取上清液检测。

实验表明，方法1和方法2的5种除草剂的回收率均较好，无明显区别（图2），因此这两种方法均可以采用，为使实验操作更简单、快速，在后续实验中采用改进的一步萃取净化的QuEChERS方法2。

3.3.2 吸附剂的选择吸附剂对回收率的影响既因为吸附剂对分析物的吸附作用，又由于吸附剂对杂质的吸附净化效果可能导致的基质效应，影响分析物在ESI电离源质谱中的响应值。

吸附剂的选择取决于样品萃取物中的脂肪或者色素等杂质的含量：（1）如果样品中脂肪含量大于5%，吸
附剂中需包含PSA和C??18；（2）如果脂肪含量小于5%，而且萃取物中只含有少量色素或不含色素，吸附剂选用PSA即可；（3）如果脂肪含量小于5%，而且萃取物中含有大量色素，吸附剂中需包含PSA和GCB。

土壤样品中存在色素、脂肪、甾醇等杂质，为选择合适的吸附剂，比较了3种不同的吸附剂净化的样品回收率。

在进行了萃取步骤后（2.2.2节），分别加入不同的吸附剂：0.1 g PSA（或0.1 g PSA＋0.1 g C??18，或0.1 g PSA＋0.03 g GCB）进行净化，回收结果见图3。

由图3可见，PSA＋C??18吸附剂的回收率最高，说明该吸附剂对分析物吸附作用较小，同时对色素、脂肪、甾醇等杂质的净化效果较好，因此选择PSA＋C??18作为吸附剂。

图1B由上至下依次为5种除草剂的标准品质谱图；经0.1 g PSA＋0.1 g C??18吸附剂填料按
2.2.2节方法处理的加标样品和空白土壤样品质谱图，可以看到空白土壤背景值干净，加标样品的分离度和峰形均较好，可以进行定性定量检测，图1A为定量离子对的MRM质谱图。

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14 Papadakis E N, Vryzas Z, Papadopoulou-Mourkidou
E. ??J. Chromatogr. A,?? 2006, 1127（2）: 6～11
15 ??Foods of Plant Origin, Determination of Pesticide Residues Using GC?CMS and/or LC-MS/MS
Following ??Acetonitrile Extraction/Partitioning and Clean-up by Dispersive SPE, QuEChERS-Method??, CEN
Standard ??Method EN 15662, European Committee for Standardization Standard Method.
16 ??Pesticide Residues in Foods by Acetonitrile Extraction and Partitioning with Magnesium Sulphate-Gas Chromatography/Mass Spectrometry and Liquid Chromatography/Tandem Mass Spectrometry??, AOAC Official Method 2007.01, 18th ed., Official Methods of Analysis of AOAC International, 2007
17 GONG Xiao-Ming, DONG Jing, SUN Jun, YU Jin-Ling, PAN Shou-Qi, WANG Hong-Tao, DING Kui-Ying （宫小明, 董静, 孙军, 于金玲, 潘守奇, 王洪涛, 丁葵英）. ??Journal of Instrumental Analysis?? （分析测试学报）, 2010, 29（9）: 933～937
QuEChERS-Ultra Performance Liquid
Chromatography-Tandem Mass
Spectrometry for Determination of 5 Currently Used Herbicides
MEI Mei, DU Zhen-Xia*, CHEN Yun
??（College of Science, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029）
??
Abstract A simple, rapid sensitive and accurate ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry （UPLC-MS/MS）method was developed for the simultaneous determination of five ??currently used herbicides in soil. The sample preparation using the modified QuEChERS （quick, ??easy, cheap, effective, rigged, and safe）method completed the extraction and clean-up steps in
one ??procedure. In this none buffer QuEChERS method, samples were extracted with acetonitrile, cleaned up with primary secondary amine （PSA）and C??18 sorbent, then centrifugated and filtrated before ??detection. The pretreatment method was simple, rapid and effective and can meet the detection ??requirements. The UPLC-MS/MS method was performed on Waters ACQUITY UPLCTM BEH Ｃ??18 （??50 mm×2.1 mm i.d., 1.7
??SymbolmA@ m）and the column temperature was
30 ℃, the gradient elution with methanol and pure water as the mobile phase and the flow rate was 0.25 mL/min. The
positive electrospray ??ionization （ESI＋）source under the multiple reaction monitoring （MRM）mode and external standard method were used for quantification. The results showed that the correlation coefficients up to 0.9984 were obtained across a concentration range of 0.5－200。