开发基于UAE–SPE-d-SPE–HPLC–UV的微型化分析方法用于玉米饼中三嗪类除草剂痕量测定

《Food Chemistry》：Miniaturized UAE–SPE-d-SPE–HPLC–UV method for trace determination of triazine herbicides in corn tortillas

　　

本研究建立并验证了一种微型化分析方法，用于测定玉米饼（tortilla）中西玛津（simazine）和阿特拉津（atrazine）的残留量。该方法基于超声辅助萃取（UAE），结合固相萃取（SPE）与分散固相萃取（d-SPE）双重净化步骤，采用高效液相色谱-紫外检测（HPLC–UV）进行定量分析。样品经匀浆后，以甲醇:水（20:80, v/v）进行UAE，提取液经C18固相萃取柱净化，洗脱液再以PS-DVB（聚苯乙烯-二乙烯基苯）吸附剂进行d-SPE浓缩净化。色谱分离采用C18反相柱，以甲醇:水（50:50, v/v）为流动相进行等度洗脱，检测波长为230 nm。方法验证结果表明，西玛津和阿特拉津的线性范围均为50–250 ng g^?1，决定系数（r²）≥0.99；检出限（LOD）均为20 ng g^?1，定量限（LOQ）分别为60和50 ng g^?1；日内精密度（RSD）≤5.3%，日间精密度（RSD）≤7.7%；加标回收率分别为71%和77%。基质效应评估表明存在负基质效应，建议采用标准加入法进行定量。该方法仅需200 mg样品、0.105 g吸附剂和微量有机溶剂，显著降低了样品和试剂消耗，符合绿色分析化学原则。将该方法应用于墨西哥不同地区采集的25份玉米饼实际样品，均未检出目标除草剂残留。该方法灵敏度高、操作简便、环境友好，适用于玉米饼中三嗪类除草剂的常规食品安全监测。

研究背景：三嗪类除草剂（triazine herbicides）是广泛应用于玉米种植系统的农用化学品，其中以西玛津（simazine）和阿特拉津（atrazine）为代表的氯代三嗪类化合物因除草效果好、能提高作物产量而被大量施用。然而，这类化合物水溶性中等、疏水性中等、挥发性低且抗光降解能力强，具有较高的环境持久性，其长期过量使用引发的环境和健康风险日益受到关注。玉米（Zea mays）及其衍生产品——尤其是玉米饼（tortilla）——在墨西哥等国家的人类营养中占据核心地位。玉米饼经碱法热处理（nixtamalization）制成，该过程虽可改善营养价值并可能降低某些污染物，但并不能保证完全去除农药残留。已有研究表明，草甘膦和黄曲霉毒素等污染物在加工后仍可持久存在，提示三嗪类除草剂可能具有类似行为。目前，针对玉米及玉米衍生产品中三嗪类除草剂的分析研究较为匮乏，而专门针对玉米饼中三嗪类除草剂残留的验证分析方法尚未见报道，这一知识空白构成了重要的食品安全隐患。美国环境保护署（USEPA）规定农产品中三嗪类除草剂的容忍限量为250 ng g^?1，欧盟规定谷物中阿特拉津和西玛津的最大残留限量（MRLs）分别为10和100 ng g^?1，墨西哥对玉米中这两种除草剂的最大残留限量为250 ng g^?1，但尚未针对玉米饼制定专门法规。因此，开发可靠、灵敏、环境友好的分析方法来监测玉米饼这一复杂食品基质中的痕量污染物十分必要。

研究内容与结论：研究人员开发并验证了一种基于超声辅助萃取（UAE）结合固相萃取（SPE）和分散固相萃取（d-SPE）双重净化步骤，随后采用高效液相色谱-紫外检测（HPLC–UV）的微型化分析方法，用于测定玉米饼中西玛津和阿特拉津的残留量。该方法在精密度、准确度和稳健性方面均表现良好，西玛津和阿特拉津的回收率分别为71%和76%。微型化流程仅需200 mg样品和少量溶剂与吸附剂，显著降低了成本和环境影响。对墨西哥不同地区采集的实际样品分析未检出超过检测限的三嗪类除草剂。该方法符合SENASICA验证指南并与国际标准接轨，适用于常规食品安全监测。论文发表在《Food Chemistry》。

关键技术方法：研究人员采用超声辅助萃取（UAE）以甲醇:水（20:80, v/v）从匀浆玉米饼样品中提取目标分析物；提取液经C18固相萃取（SPE）柱净化，以乙腈:水体系进行清洗和洗脱；洗脱液经稀释后以PS-DVB吸附剂进行分散固相萃取（d-SPE）实现净化和浓缩，目标物经乙腈在45 °C、1400 rpm条件下解吸；最终采用HPLC–UV以C18反相柱、甲醇:水（50:50, v/v）等度洗脱、230 nm检测进行定量分析。样品来源于墨西哥城大都市区及墨西哥多个州的当地玉米饼店、超市和杂货店，包括黄色、蓝色、白色和粉色玉米饼。

研究结果：

3.1 色谱分离优化：通过考察不同甲醇:水配比（45:55至80:20, v/v）下的保留因子曲线，确定甲醇:水（50:50, v/v）为最佳流动相组成，可实现两种三嗪类除草物的最佳分离。

3.2.1 UAE优化：通过测定C18固相萃取柱的最大甲醇耐受比例，确定甲醇:水（20:80, v/v）为UAE提取溶剂组成，此时西玛津未发生穿透损失；超声时间对回收率无显著影响，选择最短时间1 min；最佳超声振幅为40%。

3.2.2 SPE优化：比较甲醇和乙腈两种洗脱体系，乙腈体系以0.5 mL 50%（v/v）乙腈:水洗脱即可获得≥90%的回收率，优于甲醇体系（需1 mL 75%甲醇:水），且溶剂消耗更少；清洗步骤以0.5 mL 10%乙腈:水为最优条件。

3.2.3 d-SPE优化：PS-DVB吸附剂性能优于C18，仅需5 mg即可达到最大回收率，而C18需30 mg；PS-DVB的π–π相互作用与疏水相互作用双重机制使其具有更高的保留能力；最佳上样条件为17%乙腈:水（通过0.5 mL SPE提取液加1 mL水稀释实现）；解吸条件为100 μL乙腈、45 °C、1400 rpm振荡7 min；涡旋时间对回收率无显著影响，选择1 min。

3.3 方法验证：在黄色玉米饼样品中，西玛津和阿特拉津的线性范围均为50–250 ng g^?1，r²≥0.99；准确度以加标-回收曲线斜率×100表示，分别为71%和77%；日内精密度RSD≤5.3%，日间精密度RSD≤7.7%；LOD均为20 ng g^?1，LOQ分别为60和50 ng g^?1；空白样品在目标物保留时间处无干扰峰，方法选择性良好；基质效应为负值（?28.6%至?23.8%），黄色和蓝色玉米饼之间无显著差异（Student's t检验，α=0.05），表明方法稳健；与文献报道方法相比，该方法在样品用量（0.2 g vs. 1–5 g）、吸附剂用量（0.105 g，其中d-SPE仅5 mg）和溶剂消耗方面具有显著微型化优势，AGREEprep评分0.6，符合绿色分析化学原则。

3.4 实际样品应用：将验证后的方法应用于墨西哥不同地区采集的25份玉米饼样品，均未检出阿特拉津和西玛津；加标回收率分别为西玛津66%–75%、阿特拉津67%–78%；不同颜色玉米饼（黄色、蓝色、粉色）的色谱图轮廓相似，证实方法适用于多种类型玉米饼的分析。

讨论与结论：讨论部分将所提出的UAE–SPE-d-SPE–HPLC–UV方法与文献中已报道的玉米及玉米衍生物中三嗪类除草剂分析方法进行了系统比较。文献中常用的样品前处理技术包括固液萃取（SLE）、UAE、微波辅助萃取（MAE）和基质固相分散萃取（MSPD）作为初始提取步骤，随后采用分子印迹聚合物（MIPs）或QuEChERS等吸附剂净化浓缩。相比之下，本研究方法在简捷性和快速性方面具有明显优势，且仅使用市售吸附剂即可完成净化浓缩。所达到的检出限与基于HPLC或GC串联质谱检测的方法相当，虽低于串联质谱（MS/MS）方法的灵敏度，但本方法无需复杂仪器。该方法总吸附剂用量仅0.105 g，d-SPE步骤仅使用5 mg吸附剂和100 μL溶剂，样品用量仅0.2 g，较文献报道方法减少5–25倍。AGREEprep评分0.6，与固相微萃取（SPME）和填充吸附剂微萃取（MEPS）等微技术方法相当。研究结论部分翻译如下：所提出的UAE–SPE–d-SPE–HPLC–UV方法为监测玉米饼中阿特拉津和西玛津提供了一种可靠途径，符合墨西哥玉米最大残留限量（250 ng g^?1）及国际标准。该方法表现出令人满意的精密度、准确度和稳健性，西玛津和阿特拉津的回收率分别为71%和76%。微型化流程仅需200 mg样品和少量溶剂与吸附剂，从而最大限度地降低了成本和环境影响。这对于玉米饼等复杂食品基质——尽管作为主食具有重要意义但仍研究不足——的分析而言是一项相关进展。将所提出的方法应用于墨西哥不同地区的实际样品，未检出超过检测限的三嗪类除草剂水平。此外，该方法符合SENASICA验证指南并与国际标准一致，支持其用于常规食品安全监测的适用性。