农药学学报  2017, Vol. 19 Issue (5): 597-602   PDF    
引用本文
熊巍, 庞夙, 陶晓秋, 韶济民, 黄玫. 卷烟主流烟气总粒相物、气相物和烟灰中吡虫啉等5种农药残留及其转移行为[J]. 农药学学报, 2017, 19(5): 597-602,doi: 10.16801/j.issn.1008-7303.2017.0081   
XIONG Wei, PANG Su, TAO Xiaoqiu, SHAO Jimin, HUANG Mei. Residues and transfer behaviors of five pesticides in cigarette mainstream smoke total particulate matter, gas phase and cigarette ash[J]. Chinese Journal of Pesticide Science, 2017, 19(5): 597-602, doi:10.16801/j.issn.1008-7303.2017.0081   
卷烟主流烟气总粒相物、气相物和烟灰中吡虫啉等5种农药残留及其转移行为
熊巍, 庞夙, 陶晓秋, 韶济民, 黄玫     
四川省烟草质量监督检测站，成都 610041
收稿日期: 2017-05-17    录用日期: 2017-08-14.
基金项目: 四川省烟草专卖局 (公司) 科技计划项目 (201301003)
作者简介: 熊巍，男，博士，工程师，主要从事烟草化学和农药残留分析，E-mail：xiongwei199@yahoo.com;
*陶晓秋，通信作者 (Author for correspondence)，女，硕士，高级工程师，主要从事烟草和土壤化学分析，E-mail：txq@sctobacco.com.cn
摘要: 建立了超高效液相色谱-串联质谱 (UPLC-MS/MS) 测定主流烟气总粒相物、烟灰和气相物中吡虫啉、二甲戊灵、仲丁灵、甲霜灵和腈菌唑含量的方法。样品经乙腈提取，分散固相萃取后进行UPLC-MS/MS分析。各基质中5种农药的检出限为0.196~10.7 ng/cig，平均添加回收率为71%~118%，RSD为2.2%~12%。应用该方法研究了标准卷烟添加5种农药标准品和自然高残留样品中5种农药的烟气转移率。结果表明：标准卷烟添加5种农药标准品的主流烟气总粒相物中吡虫啉转移率相对较低 (<7%)，而其余4种农药转移率均大于30%；烟灰中未检出吡虫啉，其余4种农药转移率仅为0.1%~0.2%；此外，在主流烟气气相物中未检出目标农药。自然高残留卷烟样品主流烟气总粒相物中仅检出腈菌唑，且其转移率 (2.6%~3.1%) 远低于添加标准品的卷烟。
关键词: 超高效液相色谱-串联质谱     卷烟     农药     残留     转移行为    
Residues and transfer behaviors of five pesticides in cigarette mainstream smoke total particulate matter, gas phase and cigarette ash
XIONG Wei, PANG Su, TAO Xiaoqiu, SHAO Jimin, HUANG Mei     
Sichuan Tobacco Quality Supervision and Testing Station, Chengdu 610041, China
Abstract: A new methods for the determination of imidacloprid, pendimethalin, butralin, metalaxyl, and myclobutanil residues in mainstream cigarette smoke total particulate matter (TPM), cigarette ash and gas phase using ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) has been developed. Samples were extracted with acetonitrile, prepared by matrix dispersive solid phase extraction, and then analyzed by UPLC-MS/MS. The results showed that the LOD is from 0.196 to 10.7 ng/cig, the average recoveries ranged from 71%-118%, and the RSD ranged from 2.2%-12%. This method was used to study the transfer behavior of five pesticides in standard cigarettes spiked with pesticide solutions and homemade cigarettes. The results showed that pendimethalin, butralin, metalaxyl, and myclobutanil were partly transferred to TPM (transfer ratio>30%), but the transfer ratio of imidacloprid in TPM was less than 7%. Few pesticides were transferred to cigarette ash (transfer ratio : 0.1%-0.2%) except imidacloprid (transfer ratio : 0), and no pesticides transferred into gas phase of the mainstream smoke in standard spiked cigarettes. In homemade cigarettes, only little myclobutanil was transferred to TPM, and the transfer ratio (2.6%-3.1%) was much lower than that of the standard spiked cigarettes.
Key words: ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry      cigarette      pesticide      residue      transfer behavior     

烟叶中残留的农药会以烟气形式进入吸烟者体内，产生健康风险[1]，因此相关学者对烟气中农药含量及其转移率进行了探索研究，但多集中在有机磷、马来酰肼等[2-7]实际检出率较低的农药，且多以添加标准品卷烟为研究载体，不能全方位反映烟叶-卷烟-烟气体系中农药残留的转移量及行为。因此，以地域性的常用农药为对象，研究卷烟烟气中农药的检测方法，并分析农药在烟支抽吸过程中的转移行为具有较强的现实指导意义。

本研究以UPLC-MS/MS为检测平台，建立了同时分析主流烟气总粒相物 (用剑桥滤片收集捕集器中的主流烟气部分)、烟灰 (卷烟燃烧后产生的灰分) 和气相物 (透过剑桥滤片的主流烟气部分) 中吡虫啉、二甲戊灵、仲丁灵、甲霜灵和腈菌唑含量的方法，并应用该方法研究了这5种农药在标准卷烟添加标准品和自然高残留样品中的转移行为，旨在评价不同类型卷烟烟气中农药残留量、转移率及风险程度。

1 材料与方法 1.1 仪器与试剂

SM450斯茹林直线型吸烟机 (英国斯茹林公司)；Xevo TQ超高效液相色谱-串联质谱仪 (配电喷雾电离源，美国Waters公司)；VtexMixer 230VeU涡旋振荡器 (美国Labnet公司)；Sigma 3K15高速离心机 (德国Sigma公司)；Sliver tip单孔道手动卷烟机 (德国Gizeh公司)。

吡虫啉 (imidacloprid)、二甲戊灵 (pendimethalin)、仲丁灵 (butralin)、甲霜灵 (metalaxyl)、腈菌唑 ( myclobutanil) 和内标磷酸三苯酯 (TPP) 标准品 (纯度 ≥ 98.5%，德国Labor Dr. Ehrenstorfer-Schafers)；甲酸 (色谱级，德国Sigma公司)；乙腈 (色谱纯，美国Thermo-Fisher公司)。试剂包 (内含1 g柠檬酸钠、0.5 g柠檬酸二氢钠、4 g无水硫酸镁、1 g氯化钠和N-丙基乙二胺，美国安捷伦公司)；水为超纯水。

无农药残留烟叶样品由国际烟草科学研究合作中心 (Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco, CORESTA) 提供。用于添加标准品试验的标准卷烟由国家烟草标准化中心提供，自制卷烟所需的烟叶选自国内外农药残留抽查分析的烟叶样品。

1.2 标准溶液配制及标准曲线绘制

分别准确称取10 mg各农药标准品，用乙腈溶解并定容至10 mL，配成1.0 mg/mL的单一标准储备液。用乙腈稀释各单一标准储备液，配成0.10 mg/mL的混合标准储备液。

准确配制0.99 mg/mL的TPP内标标准储备液，用乙腈稀释并定容，配成10 μg/mL的内标工作液。

各溶液均置于棕色玻璃瓶中，于–20 ℃保存，备用。使用前将其恢复到室温。

分别移取混合标准储备液0、25、50、100、25、500、1 000和2 500 μL于8个10 mL容量瓶中，分别加入100 μL 10 μg/mL的内标工作液，用乙腈定容至10 mL，配制成系列标准工作溶液。

分别移取200 μL各浓度标准工作溶液于8个1.8 mL旋盖色谱瓶中，加入200 μL空白样品基质，用600 μL乙腈稀释至1 mL，根据混合标准储备液中各农药浓度计算得到基质匹配标准曲线中5种农药的浓度。在UPLC-MS/MS中，以各标样峰面积与内标峰面积的比值 (y) 和其浓度 (x) 拟合标准曲线。

1.3 样品的提取和净化

按照GB/T 16447—2004平衡烟支[8]，以ISO标准抽吸模式 (ISO 3308:2000/GB/T 19609—2004) 抽吸烟支，并捕集转移到主流烟气中的农药[9]。总粒相物部分：每个孔道抽吸5支烟后，将捕集滤片放入50 mL具盖离心管中，用脱脂棉反复擦拭捕集器后一并加入具盖离心管；烟灰部分：抽吸结束后，分别收集每个孔道烟灰于不同的50 mL具盖离心管；气相物部分：每个捕集器均连接预先装有20 mL乙腈和100 μL内标工作液的100 mL吸收瓶，用于捕集烟气气相物中的农药。

按照文献[10-11]提取并净化烟气总粒相物捕集滤片和烟灰中的农药。样品经乙腈提取，以基质分散固相萃取，萃取液过0.22 μm有机相滤膜后用于LC-MS/MS分析。本研究中，吸取1 mL收集烟气吸收瓶的乙腈于1.8 mL旋盖色谱瓶中，直接以UPLC-MS/MS进样分析，用于分析烟气气相物中的农药含量。

1.4 UPLC-MS/MS条件

色谱条件：Atiantis UPLCHSS T3 色谱柱 (100 mm × 2.1 mm，1.8 μm)；流动相A：超纯水 (含体积分数为0.1%的甲酸)，B：甲醇 (含体积分数为0.1%的甲酸)；流速0.4 mL/min，柱温35 ℃，进样量2 μL。梯度洗脱程序：0~2.0 min，90%A~50%A；>2.0~2.4 min，50%A~30%A；>2.4~4.0 min，30%A~20%A；>4.0~6.0 min，20%A~5%A；>6.0~9.8 min，5%A~5%A；>9.8~10 min，5%A~90%A；>10~12 min，90%A~90%A。

质谱条件：电喷雾离子源 (ESI)，喷雾电压2.6 kV，离子化温度350 ℃，雾化气流量1 000 L/h，锥孔气流量50 L/h，碰撞气流量0.15 mL/min，碰撞气为氩气，其余气体为氮气，驻留时间为30 ms，正离子多反应监测 (MRM) 模式采集，监测离子对及其相应的碰撞能量见表1。

表 1 多反应监测模式下5种农药及其内标的部分质谱参数 Table 1 Mass spectrometry parameters for 5 pesticides and the internal standard in multiple reaction monitoring mode

1.5 添加回收试验

采用直线型吸烟机抽吸卷烟后，分别向各个部分添加混合标准溶液，按照1.3节和1.4节的方法处理样品和检测。计算主流烟气总粒相物、烟灰和气相物中5种农药的回收率。每个水平重复5次，计算平均回收率及相对标准偏差。

1.6 烟气转移率研究

1.6.1 添加标准品样品　烟叶中吡虫啉、二甲戊灵、仲丁灵、甲霜灵和腈菌唑的残留限量分别为5、5、5、2和5 mg/kg，根据限量值等比例移取不同农药标准品，配成混合标准溶液。移取40 μL混合标准溶液，加入到两个不同牌号的标准卷烟样品中，使卷烟中农药残留量为限量水平，于 (22 ± 1) ℃、相对湿度60% ± 3%下平衡48 h。

1.6.2 自然高残留样品　利用建立的方法测定国内外63个烟叶样品中5种农药的残留量，根据检测结果筛选出残留量较高的2个烟叶样品，利用小型卷烟机切丝并卷制卷烟，挑选重量均匀的烟支于 (22 ± 1) ℃、相对湿度60% ± 3%下平衡48 h。

按照GB/T16450调整吸烟机抽吸参数后，两类卷烟经上机抽吸，均以1.3节的方法分别收集、提取并净化烟气总粒相物 (滤片)、烟灰及气相物中的农药，待UPLC-MS/MS测定。

2 结果与讨论 2.1 方法评价

2.1.1 UPLC-MS/MS条件的优化　对目标化合物先采用针泵注射，以5 μL/min的速率单独进样，将5种农药及内标 (0.5 μg/mL) 的标准溶液引入质谱进行全扫描，选取响应最大离子[M+H]+为母离子，通过优化喷雾电压、锥孔电压和碰撞能量等参数来增大母离子强度。在子离子扫描模式下，调整碰撞能量找到该母离子对应的子离子，其中响应最高的锥孔电压和碰撞能量见表1。

选取3根UPLC色谱柱 (UPLC HSS T3，UPLC BEH Shield RP18和Atlantis dC18) 以及前期研究[11]总结的4类流动相体系 (乙腈/水、甲醇/水体、甲酸/水、甲酸/甲醇) 优化色谱和流动相条件。结果表明：0.1%甲酸/水和0.1%甲酸/甲醇体系中分析物具有更好的分离度与峰形，因此选定此条件作为最终的色谱分析条件 (图1)。

图 1 添加标准品的卷烟样品主流烟气中5种农药及TPP的选择离子流色谱图 Fig. 1 Chromatograms of 5 pesticides in mainstream smoke from cigarettes spiked with pesticide standard solution

2.1.2 标准曲线和检出限　烟气总粒相物中各化合物线性相关系数r均大于0.99，5种农药的LOD (S/N = 3) 为0.300~10.7 ng/cig，LOQ (S/N = 10) 为1.76~35.7 ng/cig；烟灰中5种农药的LOD为0.197~6.07 ng/cig，LOQ为0.656~20.2 ng/cig；气相物中5种农药的LOD为0.196~5.62 ng/cig，LOQ为0.653~18.7 ng/cig (表2)。

表 2 5种农药的线性范围、检出限和定量限 Table 2 Linear range, limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) of 5 pesticides

2.1.3 方法的准确度与精密度　由表3可知，在5、40和100 ng/cig添加水平下，5种农药的平均回收率为71%~118% (总粒相物)、72%~117% (烟灰)、75%~107% (气相物)，RSD范围为4.0%~11% (总粒相物)、2.5%~12% (烟灰)、2.2%~9.6% (气相物)。

表 3 主流烟气总粒相物 (滤片)、烟灰和气相物中5种农药的回收率和相对标准偏差 (n = 5) Table 3 Recovery and RSD (n = 5) of 5 pesticides in TPM of cigarette mainstream smoke, cigarette ash and gas phase

2.2 烟气转移率

2.2.1 5种农药在标准卷烟添加标准品样品中的转移率　结果显示：5种农药向主流烟气总粒相物转移趋势较为明显，且在两个不同焦油含量的标准卷烟中的转移率也较为接近 (表4)。从中可以看出：除吡虫啉转移率 < 10%外，其余4种农药转移率均大于30%。其中，1号标烟中仲丁灵和2号标烟中腈菌唑的转移率最高，均为34.5%。

5种农药向烟灰的转移趋势较弱，1号标烟除吡虫啉未在烟灰中检出外，其余4种农药的转移率在0.1%~0.2%之间；而2号标烟中仅有腈菌唑检出，其转移率为0.1%。此外，5种农药在两个标烟的气相物中均未检出 (表4)。

从上述结果来看，添加标准品的卷烟虽然经过48 h平衡，但绝大多数农药残留在烟丝表面，很难进入细胞内，容易通过卷烟燃吸过程被热蒸馏进入烟气，并通过滤嘴被滤片捕集，因此造成总粒相物中农药转移率相对较高。此外，吡虫啉转移率相对较低 (< 7%) 的原因可能是该农药的熔点较低 (144 ℃)，在高温条件下易分解。

表 4 添加标准品的样品中5种农药向主流烟气总粒相物 (滤片)、烟灰和气相物中的转移率 Table 4 Transfer ratio of 5 pesticides in TPM of cigarette mainstream smoke, cigarette ash and gas phase from standard cigarettes spiked with pesticide standard solutions

2.2.2 5种农药在自然高残留样品中的转移率　与添加标准品的卷烟相比，自制卷烟的总粒相物中仅检出腈菌唑，转移率在2.6%~3.1%之间，远低于添加标准品的卷烟的30.9%~34.5% (表4)，主要原因可能是自然高残留样品选用的烟叶经历了完整的生长周期，且腈菌唑的内吸性较强，与植物组织或细胞结合较为紧密，不易被热蒸馏出来，而是遇高温分解或直接生成其他物质。

3 结论

本研究采用基质分散固相萃取，建立了UPLC-MS-MS测定烟气总粒相物、烟灰和气相物中吡虫啉、二甲戊灵、仲丁灵、甲霜灵和腈菌唑5种农药含量的方法，该方法分析时间较短 (12 min)，5种农药在3种基质中的添加回收率在71%~118%之间，RSD为2.2%~12%。

对5种农药在添加标准品和自然高残留两类卷烟样品中的转移行为研究表明：添加标准品的样品中，5种农药向主流烟气总粒相物中的转移趋势较为明显，除吡虫啉外，其余4种农药转移率均大于30%；5种农药向烟灰转移率均较低，最高仅为0.2%，而主流烟气气相物中均未检出5种农药；2个自然高残留样品的烟气总粒相物中，仅检出腈菌唑，其转移率在2.6%~3.1%之间，远低于添加标准品的卷烟 (30.9%~34.5%)。

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