一种简单、高效且快速的硅烷化三聚氰胺海绵装置，集成了移液器吸头，适用于UPLC-MS/MS技术检测豇豆中的多种农药残留

《Journal of Chromatography A》：A Simple, Efficient, and Rapid Pipette Tip-Integrated Silanized Melamine Sponge Device for UPLC-MS/MS Analysis of Multi-Pesticide Residue in Cowpea

农药残留检测方法优化；硅烷化三聚氰胺海绵；超高效液相色谱-串联质谱法；基质效应消除；检测限优化

　　

Xu Xu|Shiping Zhao|Ziling Zhang|Lanrui Yang|Wenhao Zhao|Baocheng Ji|Yanhong Bai

中国郑州轻工业大学食品与生物工程学院

摘要

本研究开发了一种集成在移液器尖端上的硅烷化三聚氰胺海绵装置，该装置通过超高效液相色谱-串联质谱技术能够快速定量豇豆中的多种农药残留。通过将硅烷化三聚氰胺海绵嵌入移液器尖端结构中，该装置通过简单的吸取-分配操作实现了高效的基质清除，大大简化了样品预处理流程。与传统的商业吸附剂相比，所提出的系统表现出相当或更好的纯化性能。方法验证表明，在三种添加浓度下，目标分析物的回收率范围为81.0%-115.4%，日内和日间精度均低于15%。此外，还获得了优异的线性（R2≥0.9985）、可忽略的基质效应（-18.3%至19.8%）以及低检测限（0.025-2.40 μg·kg?1）和定量限（0.05-5.00 μg·kg?1）。这些发现凸显了该纯化装置在复杂食品基质中多农药残留分析中的巨大潜力。

引言

豇豆（Vigna unguiculata L. Walp.）是一种一年生草本植物，是中国主要种植的豆科作物之一。豇豆富含必需营养素[1]，包括高质量的蛋白质、多种维生素和碳水化合物，并具有脆嫩的口感、美味的味道和多样的烹饪用途，因此受到消费者的广泛欢迎。近年来，在豇豆中陆续检测到多种农药[2]，这不仅引起了食品安全的关注，也引起了广泛的社会关注。由于容易受到杂草、害虫和疾病的侵袭[[3], [4]]，农民经常过度使用或滥用农药以提高产量，导致农药残留过量。因此，开发一种快速、高效的豇豆农药残留检测方法至关重要。中国相关监管机构和欧盟委员会也颁布了具体规定来规范农药的使用[[5], [6]]。

液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）因其广泛的分析筛选范围、高精度和高准确性而被广泛用于食品基质中多种农药的检测[[7], [8], [9], [10]]。然而，LC-MS/MS容易受到复杂样品基质的干扰，因此需要选择适当的样品基质纯化方法。目前常用的样品制备方法包括液-液萃取[11]、分散液-液微萃取[12]^、固相萃取[[13], [14]]、固相微萃取[15]、QuEChERS（快速、简便、经济、有效、耐用、安全）[[17], [18], [19], [20]]等。QuEChERS因其溶剂消耗低、操作简便和纯化效率高而广泛用于多种农药的分析[[21], [22]]。常用的QuEChERS吸附剂包括十八烷基硅烷（C18）、伯仲胺（PSA）、多壁碳纳米管（MWCNTs）和磁性吸附剂[[23], [24]]等。然而，传统的QuEChERS过程由于需要反复进行涡旋和离心步骤而耗时较长。尽管改进的QuEChERS方法使用了磁性纳米粒子进行纯化，但仍存在磁性纳米粒子聚集和磁性回收效率不高的问题[25]。因此，开发一种适用于农产品中农药检测的简单QuEChERS吸附剂非常重要。

三聚氰胺海绵具有高孔隙率和易于改性的特点，使其成为材料科学中多种应用的有希望的候选材料[26]。C18吸附剂在去除脂质方面表现出显著的效果，而伯仲胺（PSA）在去除有机酸和脂肪酸方面表现优异[27]。通过将C18和伯仲胺（PSA）固定在三聚氰胺海绵上，成功合成了硅烷化三聚氰胺海绵，其吸附性能表现出色[[28], [29], [30], [31], [32]]。豇豆中含有色素、有机酸和其他内源性干扰基质成分，这些成分会影响目标分析物的准确检测[33]。通过简单的浸泡-挤压程序可以完成基质纯化，有效去除这些干扰成分。

在本研究中，通过在移液器尖端固定硅烷化三聚氰胺海绵，制备了一种新型的微型基质纯化装置，从而通过简单的吸取-分配循环实现快速纯化。该装置成功应用于豇豆样品中41种农药残留的敏感UPLC-MS/MS分析（图1）。本研究证明了硅烷化三聚氰胺海绵在农药残留检测中的优异纯化效率，为其在复杂基质中的实际应用奠定了坚实的基础。

材料与试剂

HPLC级乙腈（ACN）和甲醇（MeOH）购自Thermo Fisher Scientific。甲苯购自Sigma-Aldrich（上海，中国）。乙酸（HAc）、醋酸铵（AA）、PSA和C18购自ANPEL Laboratory Technologies（上海，中国）公司。甲酸（FA）、乙二胺四乙酸二钠盐和氯化钠购自上海Aladdin生化技术有限公司（上海，中国）。无水硫酸镁和无水...

硅烷化海绵的表征

硅烷化三聚氰胺海绵被切成约1毫米厚的切片，在50°C下干燥，然后在优化条件下（20 mA，40秒）进行金溅射镀膜。扫描电子显微镜（SEM，JEOL JSM-7001F，东京，日本）用于表征原始三聚氰胺海绵（MeS）及其硅烷功能化衍生物（OTS@MeS和ATS@MeS）的微观结构变化，梯度修改浓度分别为1%、3%和5%。如图所示...

结论

本研究报道了一种基于硅烷化三聚氰胺海绵的便携式微型纯化系统的开发，该系统与超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）结合使用，用于同时测定豇豆中的41种农药残留。基质吸附官能团牢固地固定在多孔三聚氰胺海绵表面上，无需通过离心进行基质分离，也无需担心颗粒聚集的问题...

CRediT作者贡献声明

Xu Xu：撰写 – 审稿与编辑，资金获取，概念构思。Shiping Zhao：撰写 – 原始草稿，方法学，实验研究。Ziling Zhang：可视化处理，软件应用，方法学。Lanrui Yang：方法学，实验研究。Wenhao Zhao：方法学，概念构思。Baocheng Ji：方法学，资金获取，概念构思。Yanhong Bai：撰写 – 审稿与编辑，资源协调，项目管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：32202174、32572702）、河南省重点科技项目（资助编号：252102410003、242102320269）以及河南省高等学校重点研究项目（资助编号：24A550021）的财政支持。