QuEChERS法-气相色谱-串联质谱法测定牛油果品种中45种农药

在化学分析中，基质效应 （ME） 可以通过多种方式定义，但广泛接受的一般定义如下:它是指信号的变化，特别是当样品基质或其部分存在时校准曲线斜率的变化，在分析特定分析物期间。作为一个关键方面，ME必须在任何分析方法的验证过程中进行彻底的调查，因为它直接影响目标分析物¹定量测量的准确性。理想情况下，样品预处理程序应具有足够的选择性，以避免从样品基质中提取任何成分。然而，尽管付出了巨大的努力，但在大多数情况下，这些基质成分中的许多最终仍然会进入最终测定系统。因此，此类基质组件通常会影响恢复率和精度值，引入额外的噪声，并增加方法中涉及的总体成本和劳动力。

在气相色谱 （GC） 中，ME 是由于 GC 系统中存在活性位点而产生的，这些活性位点通过各种机制与目标分析物相互作用。一方面，基质成分阻断或掩盖了这些活性位点，否则这些活性位点会与目标分析物相互作用，从而导致频繁的信号增强²。另一方面，保持畅通无阻的活性位点可能会由于强烈的相互作用而引起峰拖尾或分析物分解，从而导致阴性 ME。但是，在某些情况下，这可以提供潜在的好处².需要强调的是，尽管使用高惰性组件并进行适当的维护，但在气相色谱系统中实现完全惰性是极具挑战性的。随着连续使用，GC系统中基质组分的积累变得更加明显，导致ME增加。如今，人们普遍认为，含有氧、氮、磷、硫和类似元素的分析物表现出更大的 ME，因为它们很容易与这些活性位点相互作用。相反，高度稳定的化合物（如碳氢化合物或有机卤素）不会发生这种相互作用，并且在分析过程中不会显示可观察到的 ME ^2,3。

总体而言，ME无法完全消除，因此在完全消除基质成分不可行时，需要制定几种补偿或校正策略。在这些策略中，氘代内标 （IS）、分析物保护剂、基质匹配校准、标准品添加方法或进样技术的改进已在科学文献中记录 1,2,4,5。SANTE/11312/2021 指南还推荐了这些策略⁶.

关于基质匹配校准在补偿ME方面的应用，实际情况下的样本序列包括不同类型的食品或来自同一商品的各种样本。在这种情况下，假设使用来自同一商品的任何样本将有效地补偿所有样本中的 ME。然而，在现有文献中，缺乏足够的研究来专门调查这个问题⁷.

在含有相当比例的脂肪和色素的基质中测定农药的多残留量是一项具有挑战性的任务。大量共萃取的材料会显著影响萃取效率，并干扰随后的色谱测定，可能会损坏色谱柱、离子源和检测器，并导致显著的MEs8,9,10。因此，在分析此类基质中痕量农药时，需要在分析前大幅减少基质成分，同时确保高^回收率值7。获得高回收率值对于确保农药分析保持可靠、准确并符合监管标准至关重要。这对于确保食品安全、环境保护以及农业及相关领域的知情决策至关重要。

鳄梨是一种具有高商业价值的水果，在世界各地的热带和地中海气候中种植，在其原产地和众多出口市场都广泛消费。从分析的角度来看，鳄梨是一种复杂的基质，含有大量脂肪酸（即油酸、棕榈酸和亚油酸），类似于坚果，具有重要的色素含量，如绿叶，以及糖和有机酸，类似于其他水果中的含量¹¹.由于其脂肪性质，在采用任何分析方法进行分析时必须特别注意。虽然在某些情况下使用GC-MS对鳄梨进行了农药残留分析8,12,13,14,15,16,17,18,19,20，但与其他基质相比，其频率相对较低。在大多数情况下，已应用了 Qu ick-Easy-Ch eap-E ffective-R ugged-S afe （QuEChERS） 方法的一个版本 8,12,13,14,15,16,17,18。这些研究都没有调查不同鳄梨品种之间MEs的一致性。

因此，本工作的目的是使用 QuEChERS 方法与甲酸铵和 GC-MS/MS 研究 45 种代表性农药在不同品种鳄梨（即 Criollo、Hass 和 Lorena）中的 ME 一致性和回收值。据我们所知，这是首次对此类脂肪基质样品进行此类研究。

1. 储备液和工作溶液的制备

注意:出于安全原因，建议在整个协议中佩戴丁腈手套、实验室外套和安全眼镜。

1. 在 10 mL 容量瓶中以约 1,000 mg/L 的浓度在乙腈中制备 45 种商业农药标准品（见 材料表）的单独储备溶液。
2. 合并上述单独的储备溶液，在 25 mL 容量瓶中制备 400 mg/L 乙腈储备溶液。
   注意:该混合溶液将用于制备用于回收和校准实验的工作溶液。
3. 在 10 mL 容量瓶中分别以 750 mg/L 和 1,050 mg/L 的浓度在乙腈中制备莠去津-_{d 5} 和磷酸三苯酯 （TPP） 的储备溶液。使用莠去津-d₅ 作为程序内标（P-IS），使用TPP作为注射内标（I-IS）。
   注:理想的情况是涉及对每种特定目标分析物使用同位素标记的内标。
4. 在 10 mL 容量瓶中制备含有 0.05% （v/v） 甲酸的乙腈（以防止降解）的储备回收溶液，分别产生 10、100 和 400 μg/kg 的农药样品当量和 200 μg/kg 的 P-IS 样品当量。将这些溶液储存在-20°C的黑暗中琥珀色玻璃瓶中。
5. 在10mL容量瓶中用0.05%（v / v）甲酸在乙腈中制备农药和P-IS的校准溶液，分别产生5,10,25,75,200,400和600μg/ kg和200ng / ng，并将它们储存在-20°C的黑暗中琥珀色玻璃瓶中。
   注意:在整个实验工作中可以使用相同的溶液，但每次使用后立即将它们储存在指定条件下是必不可少的。
6. 制备含有 100 g/L 3-乙氧基-1,2-丙二醇、10 g/L L-古尔γ-内酯、10 g/L D-山梨糖醇和 5 g/L 莽草酸的分析物保护剂混合物，乙腈与水的比例为 4/1 （v/v） 和 0.5% （v/v） 甲酸。
   注意:这种分析物保护剂的混合物应在注射前添加，以减轻 ME。

2. 样本采集

1. 从超市有售的三种鳄梨物种（例如，Criollo、Hass 和 Lorena）中收集样本。确保每个样品重约 1 kg，这足以进行所有后续研究，并符合指令 2002/63/CE²¹。
   注:优先选择有机样品，以尽量减少农药残留的可能性。
2. 将收集的鳄梨样品运输到实验室，并在没有管道的情况下使用切碎器将它们单独均质化（参见 材料表）。将均质样品储存在4°C的琥珀色玻璃容器中，直至分析。
   注意:在整个研究过程中将使用相同的鳄梨样品。因此，每次使用后立即将它们储存在规定的条件下至关重要。

3. 利用QuEChERS方法与甲酸铵进行样品制备

注: 图 1 显示了使用甲酸铵的 QuEChERS 方法的示意图。

1. 在 50 mL 离心管中称取每个鳄梨样品 5 g（参见 材料表）。
2. 加入 50 μL P-IS 溶液，得到 200 μg/kg 的浓度。对于回收率评估，还加入步骤1.4中制备的农药溶液，使得浓度为10、100和400μg/ kg（每个n = 5）。
3. 涡旋试管 30 秒，以确保刺突彻底融入样品中。
4. 向离心管中加入 10 mL 乙腈。以 70 rpm 摇动试管 5 分钟。
5. 加入2.5g甲酸铵，再次以70rpm摇动试管5分钟，然后以1,800× g 离心5分钟。
6. 向含有 150 mg 无水 MgSO₄、50 mg 伯仲胺 （PSA）、50 mg 十八烷基硅烷 （C₁₈）、10 mg 石墨化炭黑 （GCB） 和 60 mg 氧化锆基吸附剂 Z-Sep+ 的 2 mL 离心管中，加入 1 mL 提取物，用于利用分散固相萃取 （d-SPE） 进行纯化。涡旋试管 30 秒，并以 1,800 × g 离心 5 分钟。
7. 将 200 μL 提取物转移到自动进样器小瓶中，加入 20 μL 在步骤 1.6 中制备的分析物保护剂溶液，并加入 50 μL TPP 溶液。
8. 使用GC-MS / MS系统进行仪器分析（参见第4节）。
9. 按照上述相同程序使用空白提取物进行基质匹配校准，但在 d-SPE 步骤（步骤 3.6）中，在 15 mL 管中清洁 5 mL 上清液。在步骤 3.7 中加入加标溶液和 P-IS 溶液。将校准标准溶液添加到自动进样器样品瓶中，得到 5、10、25、50、100、200、400 和 600 μg/kg，以及 TPP，最终体积为 270 μL。
   注意:总体而言，请务必为每种鳄梨品种构建基质匹配的校准曲线以及仅使用乙腈的校准。

4. 使用GC-MS/MS进行仪器分析

1. 使用GC-MS / MS系统进行分析，该系统具有配备电子电离接口（−70 eV）和自动进样器的三重四极杆（TQ）和自动进样器（参见 材料表）。
2. 使用 MS GC 柱（长度为 30 m、内径为 0.25 mm、膜厚为 0.25 μm 的二氧化硅键）和超高纯 度氦气 作为载气，流速为 1.2 mL/min。
3. 在继续进行设备操作之前，请验证以下参数:
   1. 确保气体压力正确: 氦气 为 140 psi ， 氩 气为 65 psi。
   2. 检查旋转泵油的状况，确保其清澈且处于适当的水平。
   3. 确保注射器没有先前注射的任何障碍物。
   4. 确认洗涤瓶含有足够体积的每种溶剂。
   5. 检查消耗品计数器（隔膜、衬垫）是否未达到其限制。
4. 打开位于前面板的主 GC 开关，然后打开位于后面的 MS 开关。
5. 打开GCMS实时分析软件，该软件控制GC-MS/MS系统的所有参数。
   注意:默认情况下，仪器系统包括 GCMS 实时分析软件。
6. 点击 Vacuum Control |高级 |旋转泵 1 启动真空系统。
   注意: 在此窗口中，监测压力以确定最佳真空值，该值应低于 9.0 Pa。大约需要12小时。
7. 单击 "开始 "以打开 Turbo 分子泵 1 和 Turbo Molecular Pump 2。
8. 单击离子源加热器选项的开始。
   注意: 推荐时间 1 小时后，检查系统的真空度以确认推荐值低于 1.6e-3 Pa。
9. 将 MS 界面温度 设置为 250 °C ， 将离子源温度 设置为 300 °C。
10. 将 GC 烘箱的初始温度保持在 50 °C 1 分钟，然后以 25 °C/min 的速率将其升至 180 °C。随后，以 5 °C/min 的速度将温度提高到 230 °C，然后以 25 °C/min 的速度提高到 290 °C。最后，将温度保持在290°C恒定6分钟。总分析时间为 24.6 分钟。
11. 单击" 关闭 "，一旦所有这些系统都打开。
12. 单击分析软件中的" 调整 "选项，然后单击 "峰监测视图 "以执行质谱仪条件的初始验证。
    注意:如有必要，请执行自动调谐。
13. 单击 "Acquisition"（采集），然后从显示的窗口中单击" Download Initial Parameters"（下载初始参数）。验证设备是否 已准备就绪 GC 和 MS。

5. 数据采集

1. 在软件中单击 "新建批次文件 "，然后创建一个序列，其中包含样品名称、样品ID、方法文件、数据文件、进样体积和调谐文件等信息。根据需要添加行，然后单击 "保存"。
2. 单击 "批量启动 "，然后开始注入过程。
3. 在 250°C 下以 不分流模式进行进样，保持 进样体积 为 1μL。注射后1分钟后，打开分液。
   注:在两次注射之间，务必用甲醇、乙酸乙酯和乙腈清洁 10 μL 注射器，使用每种溶剂单次冲洗。所有注射均一式三份进行。
4. 使用多反应监测 （MRM） 模式分析分析物，该 模式是具有 TQ 的 MS/MS 系统中采用的标准模式。
   注: 表1 提供了多类农药、P-IS和I-IS的保留时间（以分钟为单位）以及量词和限定词转换。定量分析依赖于定量离子的峰面积与P-IS离子的峰面积之比。I-IS用于注射过程中的质量控制。 补充文件 1 包含所有 45 种分析农药的色谱图。
5. 打开Postrun Analysis软件进行数据分析。
   注:仪器系统默认包含GCMS运行后分析软件。
6. 单击要分析的进样，浏览包含分析物的表格，然后选择目标峰。
7. 单击峰或感兴趣区域以可视化色谱图。查看峰值积分，如有必要，请执行手动积分。验证所有分析物的面积，以执行必要的计算和方法评估。

根据 SANTE/11312/2021 准则6 对分析方法进行了全面验证，包括线性、ME、恢复率和可重复性的评估。

对于线性评估，使用多个浓度水平（范围为5至600 μg/kg）的加标空白样品构建基质匹配的校准曲线。大多数选定农药的决定系数（R2）均大于或等于0.99，表明浓度与响应之间存在高度线性关系。选择的最低校准水平（LCL）为5 μg/kg，遵守为食品监测目的而确定的最大残留限值（MRL）10 μg/kg22。

为了评估ME，比较了纯溶剂和基质匹配校准条件之间多类农药校准曲线的斜率。作为一个说明性示例， 图2 显示了溶剂中的曲线和呋喃丹的三种基质中每一种的曲线的比较。ME 使用公式 （1）7 计算，得出表示信号增强（正百分比）或信号抑制（负百分比）的百分比。

基质效应 （%） = （1）

所提出的基于百分比范围的ME分类系统提供了对基质对农药信号影响的见解，有助于解释分析结果。在所有呋喃丹的病例中，均获得大于20%的阳性ME。然而，生成基质匹配校准曲线的结果显示，大多数农药/品种组合的 ME 相对一致，小于 20%（被归类为软 ME）（见 表 2 和 图 3）。

为了评估分析的准确性和可重复性，在空白样品中加入三种不同浓度水平的农药（10、100和400 μg/kg;每种浓度n = 5）。 图4 中的结果表明，每种鳄梨的平均回收率在70-120%的可接受范围内的农药数量。此外， 表 3 提供了获得的所有特定值的详细数据。相当大比例的检测农药回收率在特定范围内，相对标准差（RSD）值低于20%。

图 1:使用甲酸铵从鳄梨样品中提取农药残留的 QuEChERS 方法的示意图。缩写:QuEChERS = Qu ick-E asy-Cheap-E ffective-R ugged-S afe;IS = 内标;PSA = 伯-仲胺;GCB = 石墨化炭黑;QC = 质量控制;GC-MS/MS = 气相色谱-串联质谱法。请点击这里查看此图的较大版本.

图 2:呋喃丹在溶剂和基质中的校准曲线比较。 溶剂:y = 0.0028x - 0.0054 和 r2 = 0.9974;克里奥洛:y = 0.0050x + 0.0050，R2 = 0.9994，ME = 80%;Hass:y = 0.0037x - 0.0109，R2 = 0.9977，ME = 30%;Lorena:y = 0.0041x + 0.0053，R2 = 0.9998，ME = 42%。缩写:ME = 矩阵效应;P-IS = 程序内部标准。 请点击这里查看此图的较大版本.

图3:按鳄梨品种的ME范围分类的选定农药数量。 ME 的分类基于三个类别:软（值在 -20% 到 20% 之间）、中（值在 -20% 和 -50% 之间或 20% 到 50% 之间）和强（值超过 50% 或低于 -50%）。缩写:ME=矩阵效应。 请点击这里查看此图的较大版本.

图4:在10、100和400 μg/kg（n = 15）的三种鳄梨品种中，超出和在可接受回收率范围内的农药数量激增。 请点击这里查看此图的较大版本.

表1:所选农药的GC-MS/MS分析中使用的保留时间、定量因子和定性因子通道，以及P-IS和I-IS。 缩写:P-IS=程序内标;I-IS=注射内标;GC-MS/MS = 气相色谱-串联质谱法;HCB = 六氯苯;α-六氯环己烷=α-六氯环己烷;β-六氯环己烷=β-六氯环己烷;4,4'-DDD = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烷;4,4'-DDE = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烯;4,4'-DDT = 4,4'-二氯二苯基三氯乙烷;TPP = 磷酸三苯酯;EPN = 乙基硝基苯基苯硫代膦酸酯。 请按此下载此表格。

表2:在最终分析方法验证期间，不同鳄梨品种中所选农药的基质效应值（%）。 缩写:HCB=六氯苯;α-六氯环己烷=α-六氯环己烷;β-六氯环己烷=β-六氯环己烷;4,4'-DDD = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烷;4,4'-DDE = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烯;4,4'-DDT = 4,4'-二氯二苯基三氯乙烷;TPP = 磷酸三苯酯;EPN = 乙基硝基苯基苯硫代膦酸酯。 请按此下载此表格。

表3:在最终分析方法验证期间，不同鳄梨品种中选定农药的回收率值及其相应的RSD（括号中的n=5）（每个加标水平n = 5），均以%为单位。 缩写:RSDs = 相对标准差;HCB = 六氯苯;α-六氯环己烷=α-六氯环己烷;β-六氯环己烷=β-六氯环己烷;4,4'-DDD = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烷;4,4'-DDE = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烯;4,4'-DDT = 4,4'-二氯二苯基三氯乙烷;TPP = 磷酸三苯酯;EPN = 乙基硝基苯基苯硫代膦酸酯。 请按此下载此表格。

补充文件1:所有农药的质谱谱图。 缩写:HCB=六氯苯;α-六氯环己烷=α-六氯环己烷;β-六氯环己烷=β-六氯环己烷;4,4'-DDD = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烷;4,4'-DDE = 4,4'-二氯二苯基二氯乙烯;4,4'-DDT = 4,4'-二氯二苯基三氯乙烷;EPN = 乙基硝基苯基苯硫代膦酸酯。 请点击这里下载此文件。

作者没有要披露的利益冲突。