一种快速筛查茶叶中农药及代谢物残留的分析方法与流程

本发明属于分析检测领域，具体涉及到一种快速筛查茶叶中农药及代谢物残留的分析方法，采用sin-quecher分散固相萃取结合超高效液相色谱-四级杆-静电场轨道阱高分辨质谱法进行分析。

背景技术：

茶叶因具有防癌、抗氧化、减脂等保健功效和独特的口感被誉为世界三大饮料之一。为控制病虫害及杂草的影响，长期使用农药将导致成品茶中农药残留。鉴于茶叶的广泛消费和农药对人体的潜在健康风险，许多国家和组织规定了茶叶中农药残留的最大残留限量值(mrls)。如欧盟、日本的相关标准分别限定了茶叶中453种和276种农药残留量，mrls在0.02～500mg/kg之间。我国国家标准gb2763-2018也规定了茶叶中50种农药最大残留限量，但农药数量和限量水平等方面仍存在一定差距。目前不断有茶叶中氨基甲酸酯类、有机磷类和烟碱类等农药检出的报道。如huangy等在30个茶叶样品中检出21种农药，其中啶虫脒、噻嗪酮等检出率在40％以上，并且呋喃丹、乙酰甲胺磷物质的检出浓度和检出率也高于以往报道。wangj等检出茶叶中残留农药共15种，其中吡虫啉的检出浓度最高，为1.09mg/kg。茶叶中农药质量监控和评价形势依然严峻，建立可靠、快速低成本的茶叶中多农残同时测定分析方法可有效提高监管效率，也是实现精准监管的基本保障。

目前分析方法主要有免疫分析法、拉曼光谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱法(gc-ms/ms)和液相色谱-质谱法(lc-ms/ms)，其中gc-ms/ms和lc-ms/ms技术应用最广。现有方法通常是在有标准品情况下进行的靶向分析。随着液相色谱-高分辨质谱技术的出现，该技术以其超高分辨率和精确质量数等独特优质，可在无标准品的情况下实现对环境、生物与食品等复杂样品中潜在或未知有机污染物快速筛查、识别与确证，最大程度地降低基质效应，提高分析灵敏度。schymanskiel等将废水进行混合多层固相萃取，并对其中腐蚀抑制剂，人造甜味剂和药物等376个物质定性筛查，初步鉴定了7个可疑未知物对含硫表面活性剂，并确证其中一个为1，3-苯并噻唑-2-磺酸盐。郭思言等对水产品中药物和农药等1727种环境污染物进行了非靶向筛查，有效降低了分析成本，提高了分析效率。cariour等筛查鉴定了复杂基质鳗鱼肌肉中六溴环十二烷和氯化石蜡等有机卤化化合物。

茶叶中的有机酸、生物碱和色素等物质使得茶叶前处理存在净化效率低，基质效应大，步骤繁琐等困难。saito-shidas等报道了液相色谱-高分辨率质谱分析茶叶中146种农药残留，样品需要经过反复的提取，经浓缩和氮吹定容后上机，操作繁琐。农药种类多，性质差异大，根据不同目标物极性差异，有针对性地优化匹配的前处理技术，最大限度地挖掘茶叶中目标化合物的信息，减少基质效应是实现高效分析的关键。

技术实现要素：

本申请旨在提供一种快速筛查茶叶中农药及代谢物残留的分析方法，采用sin-quecher分散固相萃取结合超高效液相色谱-四级杆-静电场轨道阱高分辨质谱法进行分析，包括以下步骤：

1)样品前处理

茶叶样品经组织匀浆机粉碎后冷冻保存在-18℃下，称取2g均质样品至50ml的具塞离心管内，加入5ml的超纯水并振荡混匀静置20min，加入15ml的0.1％甲酸乙腈溶液并振荡混匀，加入含有6gmgso4、1.5gnaoac的盐包剧烈振荡，涡旋振荡3min，4000r/min离心5min，将sin-quechersnano净化柱垂直塞入离心管内，缓慢下压净化柱，取1ml净化上清液过0.22μm有机滤膜至进样瓶；

2)仪器分析

以规格为2.1mm×150mm，2.6μm的thermoaccucoreaq色谱柱进行分离，以流动相a：0.1％甲酸-5mmol/l甲酸铵溶液和流动相b：甲醇为流动相梯度洗脱；

正离子模式下以fullms/ddms²扫描模式进行uhplc-q-orbitrapms上机分析。

进一步地，所述thermoaccucoreaq色谱柱条件为：柱温：30℃；进样量：5μl，流速：0.3ml/min。

进一步地，所述梯度洗脱的梯度设定为：0～1min，10％流动相b；1～3min，10～75％流动相b；3～4min，75％～100％；4～10min，100％保持6min；10～11min，100％～10％流动相b；11～16min，10％流动相b保持5min。

进一步地，所述uhplc-q-orbitrapms的离子源条件为：

加热的电喷雾离子源(hesi)；质量分析器：orbitrap；离子源温度：350℃；离子传输金属毛细管温度：325℃；喷雾电压：3.5kv；透镜电压：60v；鞘气流速：40arb，辅助气：10arb；扫描模式：fullms-ddms²；采集范围：质荷比(m/z)为100-900；一级全扫描分辨率为70000fwhm；c-trap最大容量(acgtarget)：1×10⁶；c-trap最大注入时间200ms；数据依赖二级子离子全扫描(dd-ms²)分辨率：17500fwhm；c-trap最大容量(acgtarget)5×10⁵；c-trap最大注入时间60ms；归一化碰撞能量(nces)：40ev；动态排除：5s。

进一步地，所述茶叶中农药及代谢物残留至少包括氨基甲酸酯类、有机磷类和烟碱类化合物。

进一步地，所述茶叶中农药及代谢物残留至少包括：carbaryl(甲萘威)、carbofuran(克百威)、carbofuran-3-hydroxy(3-羟基克百威)、ethiofencarb(乙硫甲威)、furathiocarb(呋线威)、indoxacarb(茚虫威)、isoprocarb(异丙威)、mecarbam(灭蚜磷)、methiocarb(灭虫威)、thiodicarb(硫双威)、metolcarb(速灭威)、pirimicarb(抗蚜威)、promecarb(猛杀威)、propoxur(残杀威)、azinphos-ethyl(益棉磷)、coumaphos(蝇毒磷)、demeton(内吸磷)、dicrotophos(百治磷)、fenchlorphos-oxon(氧皮蝇磷)、malaoxon(马拉氧磷)、n-desethyl-pirimiphos-methyl(n-去乙基-甲基嘧啶磷)、omethoate(氧乐果)、paraoxon-ethyl(乙基对氧磷)、phosmet(亚胺硫磷)、phoxim(辛硫磷)、pirimiphos-ethyl(嘧啶磷)、propetamphos(胺丙畏)、sulfotep(治螟磷)、bifenazate(联苯肼酯)、buprofezin(噻嗪酮)、chlorfenvinphos(毒虫畏)、fenpyroximate(唑螨酯)、imidacloprid(吡虫啉)、methoxyfenozide(甲氧虫酰肼)、pyridaben(哒螨灵)、pyriproxyfen(吡丙醚)、rh5849(抑食肼)、tebufenozide(虫酰肼)、thiacloprid(噻虫啉)。

进一步地，所述茶叶为绿茶。

进一步地，所述分析方法在16min内完成分析。

另一方面，本申请还请求保护前述快速筛查茶叶中农药及代谢物残留的分析方法在茶叶、豇豆和韭菜中多农药残留及代谢物的快速筛查中的应用。

本研究建立了sin-quecher分散固相萃取结合uhplc-q-orbitrapms法快速筛查绿茶中多种农药残留方法。样品经sin-quechernano分散固相萃取柱一步多净化去除干扰物质，简化了前处理步骤，并有效提高了净化效率。应用本方法可在16min内完成茶叶中极性范围较广的38种农药及代谢物的同时分析。本方法具有前处理简单、净化效率高、分析准确等优特点，并成功应用于实际样品分析。根据母离子的精确质量数、同位素丰度比、特征碎片离子为条件与数据库比对进行数据回顾性分析，非靶向识别出了茶叶中6种潜在残留农药，为茶叶中潜在农药残留快速筛查和分析提供了又一技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本申请实施例中不同溶剂提取茶叶中38种农药及代谢物的回收率范围(n＝3)；

图1b为本申请实施例中不同体积水对茶叶中38种农药及代谢物的回收率范围(n＝3)；

图1c为本申请实施例中不同净化体积对茶叶中38种农药及代谢物的回收率范围(n＝3)。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例中的sin-quechers分散固相萃取法基于反向分散固相萃取的基本原理，以一定比例的多壁碳纳米管(mwcnts)和乙二胺-n-丙基硅烷(psa)为净化材料，采用干扰物被吸附而目标物直接通过方式实现茶叶、豇豆和韭菜等样品中的色素和脂类等物质一步净化，结合高分辨质谱可以获取更多有效信息。

本申请选取茶叶中检出率高、应用范围广以及国家标准gb2763-2018中规定包括的氨基甲酸酯类、有机磷类和烟碱类共38种农药及代谢物为目标物，采用sin-quecher分散固相萃取结合超高效液相色谱-四级杆-静电场轨道阱高分辨质谱(uhplc-q-orbitrapms)分析技术，通过优化色谱和质谱参数以及乙腈酸度、加水量和净化体积等条件，建立了茶叶中38种农药及代谢物快速筛查的分析方法。并将该方法应用于37个茶叶样品中多农残的靶向分析和回顾性非靶向分析。方法具有简单、快速、准确和灵敏度高等优点，适用于茶叶中多农药残留的快速筛查和定量分析，具有较强的实用价值。

实施例

1.1仪器与试剂

仪器：qexactive四级杆-静电场轨道阱高分辨质谱系统及dionexultimate3000快速高效液相色谱系统(美国thermo-fisher公司)、涡旋振荡器(上海青浦沪西仪器厂)、电子天平(梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司)、tg16w高速离心机(长沙平凡仪器仪表有限公司)、milli-q超纯水器(advantage-10/elix，美国millipore公司)、sin-quechersnano固相萃取净化柱(北京绿绵科技有限公司)、液相色谱柱(thermoaccucoreaq2.1×150mm，2.6μm)。

试剂：甲醇与乙腈(色谱纯，德国默克公司)、甲酸(色谱纯，)、甲酸铵(色谱纯，美国germany公司)、盐包(6gmgso4,1.5gnaoac，北京绿绵科技有限公司)。

标准品：13种氨基甲酸酯类农药混标、14种有机磷类农药混标、11种烟碱类农药混标，浓度为100mg/l溶于乙腈中的液体混标，均购自dr.ehrenstorfer公司(德国)。

1.2标准溶液的配制

混合标准工作液：利用乙腈为稀释液将38种农药及代谢物100mg/l的标准溶液配制成1mg/l的混合标准溶液，并逐级稀释配制成1、2、5、10、20、50、100、200μg/l混合标准工作液，现配现用。

基质标准工作液：将空白样品按照2.3的样品前处理方法提取基质溶液，配制7.5×10-3、15×10-3、37.5×10-3、75×10-3、0.15、0.375、0.75、1.5mg/kg混合标准工作液，用于定量分析的工作曲线，临用现配。

1.3样品前处理

茶叶样品经组织匀浆机粉碎后冷冻保存在-18℃的下，称取2g均质样品(精确到0.00g)至50ml的具塞离心管内，加入5ml的超纯水并振荡混匀静置20min，加入15ml的0.1％甲酸乙腈溶液并振荡混匀，加入含有6gmgso4、1.5gnaoac的盐包剧烈振荡，涡旋振荡3min，4000r/min离心5min，将sin-quechersnano净化柱垂直塞入离心管内，缓慢下压净化柱，取1ml净化上清液过0.22μm有机滤膜至进样瓶，供uhplc-q-orbitrapms上机分析。

1.4仪器分析条件

色谱柱：thermoaccucoreaq(2.1×150mm，2.6μm)，柱温：30℃；流动相a：0.1％(v/v)甲酸-5mmol/l的甲酸铵水溶液，流动相b：甲醇；梯度洗脱程序：0～1min，10％b；1～3min，10～75％b；3～4min，75％～100％；4～10min，100％保持6min；10～11min，100％～10％b；11～16min，10％b保持5min。进样量：5μl，流速：0.3ml/min。

离子源：加热的电喷雾离子源(hesi)；质量分析器：orbitrap；离子源温度：350℃；离子传输金属毛细管温度：325℃；喷雾电压：3.5kv；透镜电压：60v；鞘气流速：40arb，辅助气：10arb；扫描模式：fullms-ddms2；采集范围：m/z100-900；一级全扫描分辨率为70000fwhm；c-trap最大容量(acgtarget)：1×106；c-trap最大注入时间200ms；数据依赖二级子离子全扫描(dd-ms2)分辨率：17500fwhm；c-trap最大容量(acgtarget)5×105；c-trap最大注入时间60ms；归一化碰撞能量(nces)：40ev；动态排除：5s；各农药的质谱信息见表1。

表138种农药及代谢物的uhplc-q-orbitrapms质谱参数

*masserorinpastspermillion＝(dectectedaccuratemass-theoreticalaccuratemass)×10⁶/theoreticalaccuratemass.

实施例实验条件优化

2.1质谱条件的选择

在设定的扫描范围内(100-900m/z)通过全扫提取的母离子精确质量数所得的色谱峰面积进行定量，rt和dd-ms²数据依赖子离子扫描所得的二级子离子质谱定性。相同精确质量数的乙硫甲威和灭虫威，通过不同的保留时间和特征碎片离子107.04927、121.06472区分。质量精度是评价准确定性和定量的重要因素，物质实测精确质量数与理论质量数之间的相对质荷比偏差越小，表示高分辨率质谱的灵敏度越高。如表1所示，各农药的相对质荷比偏差小于3.8×10^-6，可利用该方法得到的精确质量数对目标物进行定性和定量分析。

2.2色谱条件的优化

为获得较好的分离效果和灵敏度，考察了不同色谱柱和流动相对目标物的影响。比较了acclaimtmpolaradvantageⅱc18(pa2)(2.1×100mm，3μm)和thermoaccucoreaq(2.1×150mm，2.6μm)分析柱。结果表明，两个色谱柱上物质均有保留，c18柱分离时毒虫畏峰开叉、白治磷峰前伸；accucoreaq色谱柱分离较好且峰形尖锐，且各物质的响应值均高于107。实验考察水相中加入甲酸、甲酸铵对目标物离子化效率和灵敏度的影响，结果表明0.1％(v/v)甲酸～5mmol/l的甲酸铵水溶液目标物灵敏度最好。其次，以甲醇和乙腈为有机相，但乙腈条件下对氧磷等物质的响应降低10倍。因此，选用0.1％(v/v)甲酸～5mmol/l的甲酸铵水溶液和甲醇为流动相。采用梯度洗脱程序，在16min内各物质能较好的分离。

2.3前处理优化

本方法涵盖的农药较多且极性范围较广(logkow-0.74～6.37)，因此在提取和净化过程需要充分考虑各化合物的极性。由于氨基甲酸酯类农药对ph值较敏感，酸性条件下较稳定，碱性条件下易分解，所以分别考察乙腈和含0.1％甲酸的乙腈溶液对各化合物回收率的影响。结果如图1a所示，加入适量的酸后35种物质的回收率均在70％～120％之间。因此本方法选择0.1％甲酸乙腈溶液作为提取剂。

quechers方法提取加入适量水利于有机溶剂与样品充分接触提高提取效率，以获得较好的回收率，但如果加入水量过多也会导致水溶性色素等基质的溶出增加。为此，本方法比较了加入不同体积0、5、10ml的水考察目标物的回收率。结果如图1b所示，加入5ml水的实验组提取效率高于其余两组，且不加水组回收率>120％的物质有14个。综合考虑，本方法选择加入5ml的超纯水。

净化体积是影响净化效率的重要因素，也进一步影响结果的准确性。本方法比较sin-quechernano分散固相萃取柱净化不同体积(1ml、3ml)的提取液对38种农药及代谢物的提取回收率影响。如图1c所示，净化体积为1ml时38种农药及代谢物的回收率在70％～120％范围内的数目最多(30个)，占总数的79％。比较净化后的提取液颜色评价净化柱的净化效果，发现随着净化体积的增大，净化液颜色逐渐加深，同时导致部分农药如茚虫威等的回收率下降至50％以下。为保证茶多酚、生物碱和色素等基质净化效果和各组分的回收率，最终选择净化体积为1ml。

2.4基质效应

基质效应(matrixeeffect，me)是与目标物共同洗脱并干扰质谱仪电离过程的基质物质，抑制或增强目标物的检测信号，易影响仪器的灵敏度和分析结果的准确性，本方法采用以下公式评价me，基质效应(me)＝[(基质匹配标准曲线斜率/纯溶剂标准曲线斜率)-1]×100％。本方法以两个混合标准工作曲线的斜率来评估基质效应。结果表明，各化合物的me值存在-20％～20％之间，存在较弱的基质效应；同时也表明前处理的方法净化效率高。为避免基质效应对结果的准确性和方法稳定性的影响，采用基质匹配标准工作液的方法进行校正。

2.5方法评价与质量学控制

采用空白茶叶基质液配制合适浓度的系列标准工作溶液。以各组分的峰面积为(y)对质量浓度(x)绘制标准曲线。各农药组分在合适的线性范围内线性关系良好，相关系数均大于0.9918。在空白茶叶样品中添加目标物的标准溶液，以3倍信噪比(s/n＝3)对应的浓度为方法检出限(lod)，10倍信噪比(s/n＝10)对应的浓度为定量限(loq)；并按照此方法添加标准溶液进行添加回收率测定。3个添加水平0.01、0.02和0.05mg/kg，每个水平重复3次。3个添加水平下，除乙硫甲威和蝇毒磷外，其余物质的回收率为60％～120％，相对标准偏差(rsd)均小于20％。说明该方法可用于茶叶中多种农药残留和代谢物的检测分析，符合有关标准和法规的要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。