CN113075337B - 一种液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法，属于农药残留检测技术领域。该方法包括：制备金属有机框架材料MIL‑101‑NH₂，将MIL‑101‑NH₂作为固相萃取材料用于水中双酰胺类农药的高效吸附，然后洗脱MIL‑101‑NH₂材料，洗脱液吹干复溶后利用液相色谱串联质谱进行检测。本发明建立的液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法中，样品前处理过程操作简单，对目标物的吸附速率快，回收率高，测定结果线性范围宽、检出限低、准确性高。该方法实用性强，适用于水样中双酰胺类农药的选择性吸附和高灵敏度检测，具有重要现实意义。

Description

一种液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法

技术领域

本发明属于农药残留检测技术领域，具体是一种液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法。

背景技术

双酰胺类农药，如氟虫双酰胺、氯虫苯甲酰胺等是一类新型的农药，广泛应用于水稻、果蔬等作物的栽培中。这类农药的作用机制一般是与昆虫中的鱼尼丁受体作用，破坏细胞器内外钙离子平衡，引起害虫肌肉调节功能衰弱，最终致死。凭借着独特的作用机理，高效且广谱的产品性能，该类农药自2007年上市以来，迅速在龋齿类害虫(特别是鳞翅目和鞘翅目害虫)防治领域占领市场，成为最受市场关注的一类农药。目前已上市的双酰胺类农药主要有：氟虫双酰胺(2007年)、氯虫苯甲酰胺(2008年)、溴氰虫酰胺(2012年)、四氯虫酰胺(2014年)、环溴虫酰胺(2017年)等；正在研发的产品有四唑虫酰胺以及溴虫氟苯双酰胺等。

双酰胺类农药的使用可以提高农业生产率，但是大量或不合理使用该类农药，会导致环境中水体和土壤的污染，继而通过呼吸、接触或者食物链传递等方式给生命体带来严重危害。双酰胺类农药污染是世界性问题，氟虫双酰胺在水稻上的残留对无脊椎动物存在不可接受的风险，对水生生态环境存在极大风险，因而我国自2018年10月1日起，禁止氟虫双酰胺在水稻作物上使用。考虑到双酰胺类农药的广泛使用性和潜在毒性，加强该类农药使用的监督管理，监测环境水样中的农药残留，对于保障农产品的安全以及人体生命健康具有非常重要的意义，而可靠的高效吸附和高灵敏度检测方法是监测和控制该类农药污染的前提。

目前，国内外鲜见开发新型固相萃取材料用于双酰胺类农药吸附的报道，利用液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药残留的技术也较为空白。现有其他双酰胺类农药样品前处理的方法大多为液液萃取和QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)萃取法，特异性低，操作繁琐、费时，同时需要耗费大量的有机溶剂，易导致环境的污染。

发明内容

本发明的目的是针对现有双酰胺类农药样品前处理和检测技术上的不足，提供一种液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法。本方法克服了现有技术缺陷，具有样品前处理操作简单，对目标物的吸附速率快，回收率高，测定结果线性范围宽、检出限低、准确性高，方法实用性强的优势。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种检测水中双酰胺类农药的方法，包括制备固相萃取材料、固相萃取和检测分析三个方面，其中固相萃取材料为制备的MIL-101-NH₂纳米材料，检测分析方法基于液相色谱串联质谱法，对水样中的双酰胺类农药进行定性和定量检测。

本发明中所述双酰胺类农药典型的为氟虫双酰胺、氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺和环溴虫酰胺。

本发明所述固相萃取材料是一种金属有机框架材料(MOFs)，具体为MIL-101-NH₂纳米材料，采用水热反应法制备得到。作为优选，所述材料制备步骤如下：将硝酸铬水合物与2,5-二氨基苯甲酸预先在水溶液中混合搅拌2～4小时，将混合物投入反应釜中，在120～140℃条件下反应22～26小时，然后将反应釜内制得的产物用乙醇清洗2～4次，将制备的MIL-101-NH₂在70～100℃条件下烘干。

进一步优选，所述硝酸铬水合物、2,5-二氨基苯甲酸和水的反应摩尔比为1:1:300～1:1:350。

以MIL-101-NH₂作为固相萃取材料对水中双酰胺类农药进行固相萃取，然后将萃取物从MIL-101-NH₂材料上洗脱下来，浓缩、复溶得待测样品。其操作是：将MIL-101-NH₂材料和待测水样混合均匀，然后离心分离MIL-101-NH₂材料和水样，弃去水样，再用洗脱液洗脱MIL-101-NH₂材料，离心取上清液，将上清液浓缩得到混合物，将该混合物用溶剂复溶后得待测样品。作为优选，固相萃取的具体过程是：待测水样用0.45μm的滤膜过滤以除去固体颗粒物，保存于棕色瓶中；取MIL-101-NH₂材料于离心管中，加入待测水样，涡旋混匀；高速离心分离MIL-101-NH₂材料和水样，弃去水样；加入洗脱液超声洗脱MIL-101-NH₂材料，高速离心取上清液，将上清液经过氮吹或离心浓缩仪浓缩后制得混合物，再将制得的混合物用乙腈和水复溶制得待测样品。

作为优选，所述固相萃取过程中，MIL-101-NH₂材料的用量为1～4mg/mL(材料/水)，材料与水的涡旋混匀时间为5～30min，高速离心的转速为10000～15000rpm。

进一步优选，所述固相萃取过程中，洗脱液为乙腈、丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或几种混合，洗脱液用量为100～500μL/mg(洗脱液/材料)，超声洗脱时间为5～20min，复溶液乙腈和水的体积比为1:1～1:10。

固相萃取获得的待测样品采用液相色谱串联质谱法进行检测分析。质谱扫描模式为多反应监测模式(MRM)。经过液相色谱的分离和质谱的MRM模式扫描检测，可以提高分析的专一性和灵敏度，保证定量的准确性，且液相色谱串联质谱法分析范围广，线性范围宽，实用性强。

进一步优选，液相色谱条件为：流动相A为水，流动相B为乙腈；色谱柱采用ACQUITYUPLC BEH C18，规格2.1mm×50mm，1.7μm；流速为0.3mL/min；采用梯度洗脱；柱温为30℃；进样量为2μL。

进一步优选，质谱条件参数为：离子源采用电喷雾离子源；扫描模式为正离子模式(氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、环溴虫酰胺)或负离子模式(四氯虫酰胺、氟虫双酰胺)；离子源温度为500℃；气帘气(CUR)：20psi；雾化气(GS1)：50psi；辅助气(GS2)：50psi；离子源电压(IS)：5500V(正离子扫描模式)或-4500V(负离子扫描模式)；双酰胺类农药的定量离子对为氯虫苯甲酰胺：m/z 482.0>m/z 451.0，溴氰虫酰胺：m/z 473.0>m/z 284.0，环溴虫酰胺：m/z 600.0>m/z 283.9，四氯虫酰胺：m/z 533.9>m/z 201.9，氟虫双酰胺：m/z 681.0>m/z254.0。

本发明方法可应用于环境水样中双酰胺类农药的吸附与检测。

本发明的有益效果为：

(1)现有技术中关于开发新型固相萃取材料用于双酰胺类农药的吸附较为空白。前处理通常采用液液萃取或QuEChERS萃取法，检出限为μg/kg水平。本发明提供了一种制备的MIL-101-NH₂材料作为固相萃取材料，为固相萃取材料的开发提供了新的思路，且本发明中MIL-101-NH₂材料作为固相萃取材料，检测限可达ng/kg(pg/mL)，技术效果远远优于现有技术。

(2)本发明中对水样的前处理为固相萃取技术，操作简单易控，对目标物的吸附速率快，能在较低溶剂用量的条件下，提高对目标物的选择性和富集倍数，保证较高的萃取效率和目标物回收率，保证和提高了检测结果的准确性。

(3)现有技术关于利用液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药残留的技术也较为空白。本发明中利用液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法，可以分析含有杂质的混合物中的目标待测物，液相色谱串联质谱分析的专一性和灵敏度高，检出限低，线性范围宽，实用性强。

总之，本发明提供了一种液相色谱串联质谱检测水中双酰胺类农药的方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，样品前处理操作方便，检测灵敏度高。

附图说明

图1为本发明检测水中双酰胺类农药的方法流程图。

图2为本发明实施例1所制备的MIL-101-NH₂材料的红外光谱图。

图3为本发明实施例4中5种双酰胺类农药标准溶液的液相色谱串联质谱检测图。

图4为本发明实施例5实际水样中检出氟虫双酰胺的液相色谱串联质谱图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步阐述本发明的技术方案，但是本申请的保护范围不受这些实施例的具体条件的限制。

实施例1.固相萃取材料MIL-101-NH₂的制备

采用水热反应法，具体的制备方法如下：

向50mL圆底烧瓶中加入1500mg(3.75mmol)的九水合硝酸铬，685mg(3.75mmol)2,5-二氨基苯甲酸和21mL(1167mmol)水，混合物搅拌3小时，再投入反应釜中，在130℃条件下反应24小时，绿色产物用乙醇清洗三次并在真空条件下80℃干燥。制备的MIL-101-NH₂红外光谱图如图2所示。其中，3400cm^-1附近的强峰属于氨基官能团的伸缩振动峰，1400cm^-1～1600cm^-1之间的峰为苯环骨架振动峰。

实施例2.固相萃取

分别准确称取5种双酰胺类农药各10mg(精确至0.1mg)于同一个100mL容量瓶中，用50％乙腈溶解并定容，配制成浓度为100μg/mL的混合标准溶液，用超纯水逐级稀释至10ng/mL。取1mg的MIL-101-NH₂材料于1.5mL离心管中，加入10ng/mL的混合标准溶液1mL，涡旋混匀10min；之后在14000rpm下高速离心分离MIL-101-NH₂材料和混合标准溶液，弃去上清液；在离心管中加入200μL正己烷，超声洗脱MIL-101-NH₂材料10min；之后在14000rpm下高速离心，取上清液于另一1.5mL离心管中，用氮吹或离心浓缩仪浓缩后，用100μL乙腈和水(体积比1:1)复溶得到待测样品。

实施例3.固相萃取

分别准确称取5种双酰胺类农药各10mg(精确至0.1mg)于同一个100mL容量瓶中，用50％乙腈溶解并定容，配制成浓度为100μg/mL的混合标准溶液，用超纯水逐级稀释至10ng/mL。取2mg的MIL-101-NH₂材料于1.5mL离心管中，加入10ng/mL的混合标准溶液1mL，涡旋混匀10min；之后在14000rpm下高速离心分离MIL-101-NH₂材料和混合标准溶液，弃去上清液；在离心管中加入200μL乙腈，超声洗脱MIL-101-NH₂材料10min；之后在14000rpm下高速离心，取上清液于另一1.5mL离心管中，用氮吹或离心浓缩仪浓缩后，用100μL乙腈和水(体积比1:1)复溶得到待测样品。

对于固定量的混合标准溶液，MIL-101-NH₂材料用量一定程度的增加可以提供更多的作用位点，吸附过程更加充分，从而提高作用力和吸附速率。正己烷极性太弱，不利于5种双酰胺类农药从材料上完全洗脱，将其优化为乙腈，使得洗脱更加充分，回收率提高。

本实施例是在实施例2的基础上进行优化实验，其他步骤与实施例2中一致，所制备的待测样品用于后续进行液相色谱串联质谱检测。

实施例4.液相色谱串联质谱检测

(1)液相色谱-串联质谱最佳分析条件优化

所采用的液相色谱-串联质谱仪型号为AB SCIEX 4000QTRAP。

分别准确称取一定量的5种双酰胺类农药原药，用50％乙腈作为溶剂，配制成质谱调谐用的0.5μg/mL的单一标准溶液，采用液相色谱和质谱得到合适的分析条件。

将0.5μg/mL调谐用标准溶液用针泵注入质谱，确定5种待测双酰胺类农药的母离子和子离子；选取两组灵敏度最佳的离子对进行检测，一组用来定量，另一组用来定性，对选定的子离子在MRM模式下优化去簇电压和碰撞能等参数，使被测离子灵敏度最高，最终得到5种双酰胺类农药的最佳质谱参数，包含扫描方式、离子源温度、离子源电压、雾化气、辅助气、气帘气及流动相梯度洗脱程序等。

经过对比和优化，待测的5种双酰胺类农药最佳液相色谱条件如下：流动相A：超纯水，流动相B：液质纯度的乙腈；色谱柱为ACQUITY UPLC BEH C18，规格2.1mm×50mm，1.7μm；流速为0.3mL/min；梯度洗脱：0-0.5min 35-80％B，0.5-1min 80-100％B，1-3min100％B，3.1-5min 35％B；柱温：30℃；进样量：2μL。

经过对比和优化，待测的5种双酰胺类农药最佳质谱条件如下：MRM扫描模式，离子源温度为500℃；气帘气(CUR)：20psi；离子源电压(IS)：5500V(正离子扫描模式)或-4500V(负离子扫描模式)；雾化气(GS1)：50psi；辅助气(GS2)：50psi；对选定的子离子在MRM模式下优化CV和CE等参数，使被测离子灵敏度最高，5种双酰胺类农药的最佳质谱参数见表1。

表1.五种双酰胺类农药的质谱检测参数

备注：*为定量离子对。

五种双酰胺类农药标准溶液的液相色谱串联质谱检测图如图3所示。

(2)线性范围、检出限、加标回收率

准确称取一定量的5种双酰胺类农药原药至同一容量瓶，用50％乙腈溶解定容，得到5种双酰胺类农药混合标样，浓度为1mg/mL，再进行逐级稀释，得10000、5000、1000、500、100、50、10、1、0.1ng/mL的混合标样。按实施例3的固相萃取方法进行样品前处理，并在最佳的液相色谱串联质谱条件下检测，得到5种双酰胺类农药的线性范围和检出限(S/N＞3，单位为pg/mL)。

选用不含有农药污染的实际水样，分别添加浓度水平为2ng/mL、20ng/mL、200ng/mL的标准溶液，同样按实施例3的方法进行样品前处理，并在最佳的液相色谱串联质谱条件下检测，最终计算回收率。结果如下表2所示。

表2.线性范围、检出限、加标回收率

由上表及色谱图可知，双酰胺类农药分别在0.1～2000ng/mL和1～10000ng/mL范围内具有良好的线性关系，相关系数在0.992以上，样品平均回收率为85～110％，定量检出限为0.1pg/mL～1pg/mL，灵敏度很高。该方法基于液相色谱串联质谱法，对从水中提取的双酰胺类农药进行检测及定量分析，灵敏度高，准确性高，回收率高，可用于水中双酰胺类农药的检测方面。

实施例5.环境水样中5种双酰胺类农药的液相色谱串联质谱检测试验

取某实际湖水样品进行检测试验，水样用0.45μm的滤膜过滤以除去固体颗粒物，保存于棕色瓶中，样品前处理过程与实施例3中保持一致，得到待上机的样品液，用实施例4中的最佳的液相色谱串联质谱条件下检测。结果表明某湖水样中氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺、环溴虫酰胺均未检出，但氟虫双酰胺含量为2ng/mL，其液相色谱串联质谱检测图如图4所示。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种检测水中双酰胺类农药的方法，首先制备金属有机框架材料MIL-101-NH₂，利用MIL-101-NH₂材料对水中双酰胺类农药进行固相萃取，然后将萃取物从MIL-101-NH₂材料上洗脱下来，浓缩、复溶得待测样品；采用液相色谱串联质谱法对待测样品进行检测分析，获得水中双酰胺类农药的种类和含量；其中：

所述双酰胺类农药为氟虫双酰胺、氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺和环溴虫酰胺中的一种或多种；

所述MIL-101-NH₂材料是采用水热反应法制备的，具体是：将硝酸铬水合物与2,5-二氨基苯甲酸预先在水溶液中混合搅拌2～4小时，将混合物投入反应釜中，在120～140℃条件下反应22～26小时，然后将反应釜内制得的产物用乙醇清洗2～4次，将制备的MIL-101-NH₂在70～100℃条件下烘干；

用MIL-101-NH₂材料对水中双酰胺类农药进行固相萃取的操作是：将MIL-101-NH₂材料和待测水样混合均匀，MIL-101-NH₂材料的用量为1～4mg每毫升水样；然后离心分离MIL-101-NH₂材料和水样，弃去水样；再用洗脱液洗脱MIL-101-NH₂材料，洗脱液为乙腈、丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或几种混合，洗脱液用量为100～500μL每毫克MIL-101-NH₂材料；离心取上清液，将上清液浓缩得到混合物，将该混合物用乙腈和水复溶制得待测样品，复溶液乙腈和水的体积比为1:1～1:10；

液相色谱串联质谱法进行检测分析时，液相色谱条件为：流动相A为水，流动相B为乙腈；色谱柱采用ACQUITY UPLC BEH C18，规格2.1mm×50mm，1.7μm；流速为0.3mL/min；采用梯度洗脱：0-0.5min 35-80％B，0.5-1min 80-100％B，1-3min 100％B，

3.1-5min 35％B；柱温为30℃；进样量为2μL；

质谱扫描模式为MRM模式，质谱条件参数为：离子源采用电喷雾离子源；扫描模式：对于氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、环溴虫酰胺为正离子扫描模式，对于四氯虫酰胺、氟虫双酰胺为负离子扫描模式；离子源温度为500℃；气帘气：20psi；雾化气：50psi；辅助气：

50psi；离子源电压：正离子扫描模式为5500V，负离子扫描模式为-4500V；双酰胺类农药的定量离子对为氯虫苯甲酰胺：m/z 482.0>m/z 451.0，溴氰虫酰胺：m/z 473.0>m/z284.0，环溴虫酰胺：m/z 600.0>m/z 283.9，四氯虫酰胺：m/z 533.9>m/z 201.9，氟虫双酰胺：

m/z 681.0>m/z 254.0。

2.如权利要求1所述的检测水中双酰胺类农药的方法，其特征在于，所述硝酸铬水合物、2,5-二氨基苯甲酸和水的反应摩尔比为1:1:300～1:1:350。

3.如权利要求1所述的检测水中双酰胺类农药的方法，其特征在于，固相萃取的过程是：待测水样用0.45μm的滤膜过滤以除去固体颗粒物，保存于棕色瓶中；取MIL-101-NH₂材料于离心管中，加入待测水样，涡旋混匀；高速离心分离MIL-101-NH₂材料和水样，弃去水样；加入洗脱液超声洗脱MIL-101-NH₂材料，高速离心取上清液，将上清液经过氮吹或离心浓缩仪浓缩后制得混合物，再将制得的混合物用乙腈和水复溶制得待测样品。

4.如权利要求3所述的检测水中双酰胺类农药的方法，其特征在于，在固相萃取过程中，MIL-101-NH₂材料和待测水样涡旋混匀时间为5～30min，高速离心的转速为10000～15000rpm；加入洗脱液超声洗脱MIL-101-NH₂材料的时间为5～20min。

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