顶空气相色谱-质谱法测定茶叶中溴甲烷.pdf

第 32 卷，第7 期2023 年7 月化学分析计量CHEMICAL ANALYSIS AND METERAGEVol.32,No.7Jul.2023顶空气相色谱-质谱法测定茶叶中溴甲烷罗春连（福建省工业产品生产许可证审查技术中心，福州350003）摘要基于顶空气相色谱-质谱技术建立茶叶中溴甲烷含量的检测方法。样品处理条件：将茶叶样品研磨粉碎，过600 m筛，制备成茶粉。分别称取2.50 g茶粉于20 mL顶空瓶中，加入5 mL的饱和氯化钠溶液，立即旋盖密封，置于顶空装置中，于40 保温30 min。采用DB-5MS石英毛细管柱（30 m0.25 mm，0.25 m）作为气相色谱的分离柱，柱温为50，以100 1的分流比进样，进样体积为100 L，载气（氦气）流量为0.80 mL/min。质谱采用电喷雾离子源（ESI），正离子模式，溴甲烷SIM监测离子为m/z 94。以4种不含溴甲烷的茶叶为空白基质对所建立的顶空气相色谱-质谱法进行方法学验证，溴甲烷的质量在0400 ng范围内与色谱峰面积线性良好，检出限和定量限分别为0.006 mg/kg和0.02 mg/kg，加标回收率为91.97%105.33%，变异系数不大于10.77%（n=6）。该方法灵敏度和准确度高、重现性好，适用于茶叶中溴甲烷含量的分析检测。关键词顶空气相色谱-质谱法；茶叶；溴甲烷中图分类号：O657.7 文献标识码：A 文章编号：1008-6145(2023)07-0030-05Determination of methyl bromide residues in different kinds of tea by headspace gas chromatography-mass spectrometryLUO Chunlian(Review Technology Center of Fujian Industrial Product Production License,Fuzhou350003,China)Abstract A method for detecting methyl bromide content in various types of tea was developed by using the headspace gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The sample handling conditions:tea powder was prepared by grinding tea samples and sifting over 600 m.Weigh 2.50 g tea powder into 20 mL headspace bottle,add 5 mL saturated sodium chloride solution,seal immediately,place in the headspace device,and hold at 40 for 30 min.A DB-5MS quartz capillary column(30 m0.25 mm,0.25 m)was used as the separation column of gas chromatography,the column temperature was 50 C,the sample was injected with a split ratio of 100/1,the injection volume was 100 L,and the carrier gas(He)flow rate was 0.80 mL/min.Mass spectrometry was performed using electrospray ionization(ESI)in positive ion mode,and the ion monitored by methyl bromide SIM was m/z 94.Using 4 kinds of tea leaves without methyl bromide as blank matrices,the established headspace GC-MS method was validated.The mass of methyl bromide had good linearity with the chromatographic peak area in the range of 0-400 ng.Additionally,the detection limit and quantitative limit were 0.006 mg/kg and 0.02 mg/kg,respectively.The recoveries were between 91.97%and 105.33%,and the coefficients of variation were not more than 10.77%(n=6).This method is highly sensitive,accurate,and reproducible,making it ideal for determining the presence of methyl bromide in various types of tea.Keywords headspace gas chromatography-mass spectrometry;tea;methyl bromide种茶、制茶和饮茶文化都起源于中国，千百年来，茶叶借由茶马古道和海陆丝绸之路由中国传播至世界各地，备受世界人民喜爱1-2。中国茶叶流通协会在 2021年中国茶叶产销形势报告 中指出，我国茶树种植面积为 4 896.09 万亩，干毛茶总产量306.32万吨，产值2 928.14亿元，茶树种植面积和茶叶市场消费规模庞大，相比于往年均有所增加3。茶叶产销规模取决于茶叶品质4，但茶叶在种植和doi:10.3969/j.issn.1008-6145.2023.07.007通信作者罗春连，高级工程师，主要从事食品质量安全研究工作收稿日期20230519引用格式罗春连.顶空气相色谱-质谱法测定茶叶中溴甲烷 J.化学分析计量，2023，32（7）：30.LUO Chunlian.Determination of methyl bromide residues in different kinds of tea by headspace gas chromatography-mass spectrometryJ.Chemical Analysis and Meterage,2023,32(7):30.30罗春连：顶空气相色谱-质谱法测定茶叶中溴甲烷储藏过程中易受病虫害的影响5-7。溴甲烷是一种广谱性熏蒸剂，对病菌8、昆虫9、线虫10、杂草11等病害生物的防治效果尤为显著，也被用于茶叶的消毒12。但溴甲烷的使用不仅会破坏土壤微生态平衡，还会损耗臭氧层，上世纪末 蒙特利尔议定书 哥本哈根修正案就建议各缔约国中发达国家和发展中国家分别于2005年和2015年将其淘汰13。然而联合国溴甲烷技术选择委员会（Methyl Bromide Technical Options Committee，MBTOC）在对20余种溴甲烷替代物进行评估后发现，溴甲烷的广谱性消毒优势使其难以完全被替代，因此在一些必要用途上仍需申请豁免使用14-16。溴甲烷对农田或农产品的熏蒸可能会形成残留，而溴甲烷无色无味难以引起警戒17，对人体的肺、肾、肝等脏器及神经系统和心血管系统造成潜在危害18，因此溴甲烷残留量的检测和控制尤为重要。当前溴甲烷的检测方法有离子迁移谱法19、酸回流-毛细管色谱法20、吹扫-捕集-气相色谱法21等，这些检测方法对于茶叶中溴甲烷的检测不够便捷，且未使用质谱等定性确证工具，尚缺茶叶中溴甲烷检测的国家标准或行业标准。溴甲烷是茶叶农残中重点关注的物质，英国对茶叶中溴甲烷残留限量为 0.05 mg/kg，我国 GB 27632021 规定其临时残留限量为0.02 mg/kg，因此建立茶叶中溴甲烷的便捷、准确、灵敏的检测方法至关重要。气相色谱-质谱（GC-MS）法能够对未知样品中易挥发的物质进行定性定量检测，结合溴甲烷不溶于水、熔点低、易挥发等理化特性，采用顶空GC-MS法检测茶叶中溴甲烷残留量，能够为茶叶中溴甲烷的检验和监管提供技术支持，促进茶叶产业的健康发展。1实验部分1.1主要仪器与试剂分析天平：ME203E 型，美国梅特勒-托利多集团。气相色谱-质谱联用仪：GCMS-QP2020型，日本岛津公司。顶空进样器：HS-20型，日本岛津公司。多功能粉碎机：WJX-A500型，上海缘沃工贸有限公司。溴甲烷：色谱纯，天津阿尔塔科技有限公司。甲醇：色谱纯，德国默克集团。氯化钠：质量分数为99.8%，国药集团化学试剂有限公司。饱和氯化钠溶液：准确称取36.00 g氯化钠于250 mL烧杯中，加入100 mL去离子水，于磁力搅拌器中常温搅拌至溶解。溴甲烷标准贮备液：100 g/mL，准确称取0.010 0 g溴甲烷，加入甲醇稀释至100 mL。氦气：体积分数不小于99.999%，福州新航工业气体有限公司。茶叶样品：分别为白茶、绿茶、乌龙茶和红茶，来自福建宁德、福州、泉州和南平四地茶叶产区。实验用水为去离子水。1.2仪器工作条件1.2.1顶空进样器转换阀温度：50；传输线温度：65；平衡时间：30 min。1.2.2气相色谱仪色谱柱：DB-5MS 石英毛细管柱30 m0.25 mm，0.25 m，安捷伦科技(中国)有限公司；进样口温度：220；离子源温度：300；接口温度：300；柱温：50，保持3 min；进样方式：分流进样，分 流 比 为 100 1；载 气：氦 气，流 量 为 0.80 mL/min；进样体积：100 L。1.2.3质谱仪离子源：电喷雾离子源(ESI)，正离子模式；扫描方式：选择反应监测（SRM）；溴甲烷SIM监测离子：m/z 94，96（定量离子为m/z 94）。1.3实验步骤1.3.1溴甲烷的提取参照GB/T 83032013，将茶叶样品研磨粉碎，过30目筛（孔径600 m），制备成茶粉。分别称取2.50 g茶粉于20 mL顶空瓶中，加入5 mL的饱和氯化钠溶液，立即旋盖密封（瓶盖中心为聚四氟乙烯薄膜，便于扎入进样针），置于顶空装置中，于40 保温30 min，抽取100 L上部气体进行GC-MS检测。1.3.2溴甲烷标准曲线的绘制取100 g/mL溴甲烷标准贮备液适量，用甲醇分别稀释至0、2.5、5、10、20、40 g/mL，制备成系列溴甲烷标准溶液。分别在含有5.0 mL饱和氯化钠溶液的顶空瓶中加入10 L不同浓度的溴甲烷标准溶液，于40 保温30 min，抽取100 L上部气体进行GC-MS检测，以溴甲烷质量为横坐标、色谱峰面积为纵坐标进行线性回归，得标准曲线线性方程和31化学分析计量2023 年，第 32卷，第 7 期相关系数。1.3.3定量方法采用外标法进行定量。在1.3.2绘制标准曲线的基础上，将待测茶叶样品按照1.3.1的方法研磨成粉并经过顶空提取之后进行GC-MS检测，以定量离子m/z 94为SIM监测指标，将相同保留时间的目标峰的峰面积带入标准曲线进行溴甲烷质量换算。每种待测茶叶样品平行测定6次，取平均值作为测定值。2结果与讨论2.1色谱分离条件的选择气相色谱柱作为固定相，对同一样品中的不同物质具有不同的吸附和解离能力，其型号对目标物质的分离度和保留时间影响较大。溴甲烷的极性较弱，不溶于水而易溶于有机溶剂，弱极性的DB-5MS毛细管柱（30 m0.25 mm，0.25 m）对溴甲烷的分离效果优于强极性的 DB-WAX 毛细管柱（30 m0.25 mm，0.5 m）。气相色谱柱的初始温度为50，高于溴甲烷的沸点4，在该温度运行模式下，溴甲烷的保留时间为1.65 min，因此无需设置升温程序，可按50 恒温运行。对比不同分流比对溴甲烷分离的影响，分流比200 1时，溴甲烷的响应信号较低；分流比为100 1时，溴甲烷的响应信号与分离度均较好；分流比50 1时，溴甲烷的分离度较差，因此确定最佳分流比为100 1。2.2溴甲烷顶空提取条件优化在进行目标物的顶空提取时，饱和氯化钠溶液是常用的提取溶剂，其化学惰性能够避免顶空提取过程中的基质效应22，还能发挥盐析作用改变目标物在顶空瓶内的分配系数，从而提高检测灵敏度23。分别在茶叶基质中添加不同浓度的溴甲烷，比较不同饱和氯化钠溶液体积对溴甲烷提取的影响，当溴甲烷添加质量分数分别为0.02、0.04、0.20 mg/kg时，分别使用2.5、5.0 mL饱和氯化钠溶液进行提取，对应的色谱峰面积如图1所示。结果表明，较大体积的饱和氯化钠溶液有助于提高溴甲烷的检测灵敏度，当茶叶基质中溴甲烷含量越高时，盐析作用越明显，使用5.0 mL的饱和氯化钠溶液相比于2.5 mL的峰面积差值大，这是由于溴甲烷沸点（4）低且不溶于水，在顶空瓶体系中易受热挥发，饱和氯化钠的盐析作用降低了溴甲烷在水中的溶解度，当饱和氯化钠体积增加时，进一步压缩了顶空瓶中的气体体积，从而起到浓缩作用，当茶叶基质中溴甲烷浓度越高时，其浓缩效果越明显，仪器检测的响应值越大。因此选定饱和氯化钠溶液的添加体积为5.0 mL。2.3线性关系按照1.3.2绘制标准曲线，得溴甲烷线性方程为y=7.357 3x-18.012，相关系数为r=0.999 7，表明线性良好，该 GC-MS 检测方法适用于溴甲烷的检测。由于不同重复批次中目标物质在顶空提取过程中固-液、气-液的分配比存在微小差异，高浓度样品的检测偏差会被放大，因此当样品中溴甲烷质量大于200 ng时，存在一定的检测偏差，但这种偏差影响较小，依然可以保证溴甲烷测定值的准确度，故溴甲烷线性范围确定为0400 ng。2.4方法检出限和定量限茶叶样品基质组分复杂，可能会对溴甲烷的检测造成干扰，样品背景干扰越小，溴甲烷的检出限和定量限越低。在顶空提取的条件下，茶叶空白基质中主要干扰物质为挥发性风味物质24，这些挥发性风味物质有数十种乃至上百种25-26，容易对目标物造成检测干扰，而GC-MS的SIM监测模式可对目标质荷比（m/z）的离子进行监测扫描，从而排除其它离子的干扰。分别在2.50 g不同茶叶空白基质中添加 10 L 的 5 g/mL 溴甲烷标准溶液，再加入 5.0 mL饱和氯化钠溶液进行顶空提取和GC-MS检测，由白茶（图2）、绿茶（图3）、乌龙茶（图4）和红茶（图5）的空白基质及其加标样品的SIM色谱图可知，不同茶叶空白基质对溴甲烷目标峰干扰较小，表明该法可用于白茶、绿茶、乌龙茶和红茶中溴甲烷的分离检测。分别在2.50 g不同茶叶空白基质中添加10 L的5 g/mL溴甲烷标准溶液，再加入5.0 mL饱和氯化钠溶液进行顶空提取和GC-MS检测，以溴甲烷目标峰的信噪比（S/N）3为检出限，信噪比（S/N）#*&BFUNHeLHU0.02040801201602000.040.20L/2.5 mL N!I#U 5 mL N!I#图1不同饱和氯化钠溶液的体积对应的茶叶基质中不同浓度溴甲烷的色谱峰面积32罗春连：顶空气相色谱-质谱法测定茶叶中溴甲烷10为定量限。计算得上述4种茶叶基质存在的条件下溴甲烷目标峰的信噪比（S/N）分别为13.2、15.2、12.1、15.3，确定该方法的定量限（S/N10）为 0.02 mg/kg，换算得方法检出限（S/N3）为0.006 mg/kg。GB 27632021规定茶叶中溴甲烷的临时残留限量为0.02 mg/kg，该方法的检测灵敏度能够满足国标限量检测需求。2.5方法精密度和准确度分别在 2.50 g 不同茶叶空白基质中添加 1.0、2.0、10.0倍定量限（0.02 mg/kg）的溴甲烷标准溶液，测定体系中溴甲烷的含量并计算加标回收率及变异系数（CV），每种样品每个加标水平平行测定6次，取平均值作为测定值，结果见表1。由表1可知，不同茶叶样品中溴甲烷的加标回收率为 91.97%105.33%，变 异 系 数 不 大 于 10.77%。国 标 GB/T 274042008 实验室质量控制规范食品理化检测 要求目标物质量分数在0.010.1 mg/kg时，回收率应为60%120%，变异系数要小于21%；目标物浓度在0.11 mg/kg时，回收率为80%110%，变异系数要小于15%。结果表明，该方法的回收率和精密度均符合国标要求，方法具有可行性。3结语在优化提取方法的基础上建立了不同茶叶中溴甲烷的顶空GC-MS检测法，该法满足GB/T 274042008相关要求，灵敏度和准确度高，重现性好，可为茶叶中溴甲烷残留的检测和监管提供技术支持，有利于茶叶产业的健康发展。参 考 文 献1 王嘉睿.茶文化的内涵及历史使命研究 J.福建茶叶，2022，44（5）：280.2 许婧.我国茶文化的发展历史 J.福建茶叶，2022，44（4）：256.3 汤莉.全价值链提升推动茶叶出口J.大众投资指南，2022（7）：6.4 HILTON P J，PALMER-JONES R W.Chemical assessment of quality in tea and its relation to the market over an extended periodJ.Journal of the Science of Food and Agriculture，1975，26（11）：1681.5 LOU S，ZHANG B，ZHANG D.Foresight from the hometown of green tea in China：Tea farmers adoption of pro-green control technology for tea plant pests J.Journal of Cleaner Production，2021，320：128 817.1.41.51.61.71.8(A)(B)t/min1.41.51.61.71.8t/min图2白茶空白基质（A）与其加标样品（B）的SIM色谱图1.41.51.61.71.8(A)(B)t/min1.41.51.61.71.8t/min图3绿茶空白基质（A）与其加标样品（B）的SIM色谱图1.41.51.61.71.8(A)(B)t/min1.41.51.61.71.8t/min图4乌龙茶空白基质（A）与其加标样品（B）的SIM色谱图1.41.51.61.71.8(A)(B)t/min1.41.51.61.71.8t/min图5红茶空白基质（A）与其加标样品（B）的SIM色谱图表1不同茶叶空白基质中溴甲烷加标回收试验结果（n=6）茶叶样品白茶绿茶乌龙茶红茶溴甲烷质量分数/（mgkg-1）添加量0.020.040.200.020.040.200.020.040.200.020.040.20测定均值0.019 70.037 60.193 10.019 60.042 10.210 70.018 70.040 60.183 90.020 20.038 90.196 4平均回收率/%98.4294.0896.5598.17105.33105.3393.33101.4291.97101.0097.1798.18CV/%8.785.066.165.066.855.918.289.1210.775.399.758.5033化学分析计量2023 年，第 32卷，第 7 期6 KUMHAR K C，BABU A，ARULMARIANATHAN J P，et al.Role of beneficial fungi in managing diseases and insect pests of tea plantationJ.Egyptian Journal of Biological Pest Control，2020，30（1）：78.7 HU H，CAO A，CHEN S，et al.Effects of risk perception of pests and diseases on tea famers green control techniques adoption J.International Journal of Environmental Research and Public Health，2022，19：8 465.8 SEABRIGHT K W，MYERS S W，FRAEDRICH S W，et al.Methyl bromide fumigation to eliminate thousand cankers disease causal agents from black walnutJ.Forest Science，2019，65（4）：452.9 赵菊鹏，梁振宇，周庆贤，等.溴甲烷对韭菜苔上葱蓟马的杀灭效果 J.植物检疫，2018，32（4）：60.10 SEABRIGHT K，DAVILA-FLORES A，MYERS S，et al.Efficacy of methyl bromide and alternative fumigants against pinewood nematode in pine wood samplesJ.Journal of Plant Diseases and Protection，2020，127（3）：393.11 WEILAND J E，LITTKE W R，BROWNING J E，et al.Efficacy of reduced rate fumigant alternatives and methyl bromide against soilborne pathogens and weeds in western forest nurseries J.Crop Protection，2016，85：57.12 KWON J，KAUSAR T，KWON Y，et al.Effect of gamma irradiation and fumigation on the biological qualities of green，black，and oolong teasJ.Food Science and Biotechnology，2006，15（1）：1.13 李昌宁，李建宏，姚拓，等.熏蒸剂溴甲烷对农田土壤微生物的影响 J.生态学报，2019，39（3）：989.14 李雄亚，曹坳程.国内外溴甲烷必要用途豁免趋势发展 J.中国蔬菜，2017（11）：7.15 JOHNSON J A，WALSE S S，GERIK J S.Status of alternatives for methyl bromide in the United StatesJ.Outlooks on Pest Management，2012，23（2）：53.16 王利，张丽，薛仁风，等.低浓度乙醇生物土壤消毒技术在我国应用的可行性 J.陕西农业科学，2018，64（2）：82.17 詹大江，林炎泉，李灿斌，等.VOC检测仪检测残毒的应用研究 J.中华卫生杀虫药械，2007（5）：383.18 王文君，菅向东，吴煜铮，等.溴甲烷中毒研究进展 J.中华劳动卫生职业病杂志，2018，36（9）：709.19 常春艳，葛含光，王利强，等.离子迁移谱快速测定食品中熏蒸剂溴甲烷 J.食品研究与开发，2016，37（14）：116.20 张浩，苗笑亮，马宇翔，等.玉米中溴甲烷残留量测定研究J.粮食与饲料工业，2010（2）：53.21 杨桂朋，陆小兰，宋贵生，等.吹扫-捕集-气相色谱法测定海水中氯甲烷和溴甲烷 J.分析化学，2010，38（5）：719.22 冉琴，刘洁，杨晓凤，等.顶空-气相色谱法测定葡萄中乙烯利的残留量 J.理化检验（化学分册），2020，56（2）：161.23 王立媛，应英，胡争艳，等.顶空-气相色谱-质谱联用测定茶叶呋喃类化合物 J.预防医学，2020，32（12）：1200.24 王蔚，黄旭建，易国春，等.HS-GC/MS法分析乌龙茶挥发性成分 J.天然产物研究与开发，2019，31（2）：222.25 马士成，王梦琪，刘春梅，等.六堡茶挥发性成分中关键香气成分分析 J.食品科学，2020，41（20）：191.26 王梦琪，朱荫，张悦，等.搅拌棒吸附萃取结合气相色谱-质谱联用技术分析西湖龙井茶的挥发性成分 J.食品科学，2020，41（4）：140.34