陳秋華,張?zhí)炻?,傅 紅,3,黃東仁
(1.福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,福建 福州 350108;2.福建省海洋環(huán)境與漁業(yè)資源監(jiān)測(cè)中心,福建 福州 350003;3.福州大學(xué) 福建省海洋酶工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350108)
激素是指由體內(nèi)的某一細(xì)胞、腺體或者器官所產(chǎn)生的可以影響機(jī)體內(nèi)其他細(xì)胞活動(dòng)的化學(xué)物質(zhì),主要包括性激素、孕激素和糖皮質(zhì)激素等[1]。激素具有提高飼料轉(zhuǎn)化率、縮短動(dòng)物生長(zhǎng)周期、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)繁殖等作用,因此存在在水產(chǎn)養(yǎng)殖中違規(guī)使用以提高經(jīng)濟(jì)效益的現(xiàn)象[2-5]。研究表明,食品中激素的殘留會(huì)導(dǎo)致性早熟、乳腺癌及前列腺癌發(fā)病率提高[6-7]。2002年我國(guó)農(nóng)業(yè)部第235號(hào)公告中已禁止使用諾龍、甲基睪丸酮、群勃龍等激素物質(zhì),并規(guī)定這些化合物在動(dòng)物性食品中不得檢出[8]。同時(shí)歐盟第96/22/EC指令、美國(guó)食品藥物管理局也禁止在動(dòng)物源性食品中使用激素類藥物[9]。
目前激素類藥物的殘留檢測(cè)方法主要有高效液相色譜法[10]、液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法[11-14]、超高效液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜法[15-18]等。其中液相色譜法無(wú)法區(qū)分保留時(shí)間相同或相近的物質(zhì),因而定性能力較差。液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法憑借多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式,其靈敏度和定性能力都較高,是目前主要的檢測(cè)方法,但受分辨率、掃描速率及分析模式的限制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)高通量快速篩查分析[19]。液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜法具有高分辨率、高通量、靈敏度高的特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜食品基質(zhì)中目標(biāo)物的定性分析和高通量快速篩查分析,同時(shí)還可通過(guò)建立篩查譜庫(kù)實(shí)現(xiàn)在無(wú)標(biāo)準(zhǔn)品情況下對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行篩查和確認(rèn)[20-23]。
QuEChERS(Quick,Easy,Cheap,Effective,Rugged and Safe)是由Anastassiades等[24]于2003年建立的樣品前處理技術(shù),具有操作簡(jiǎn)單、分析速度快、分析范圍廣等優(yōu)點(diǎn),此方法已廣泛應(yīng)用于食品中農(nóng)藥殘留的檢測(cè),近年來(lái)也逐漸被用于動(dòng)物性食品中獸藥殘留的檢測(cè)[25-27]。熊雯等[28]建立了檢測(cè)水產(chǎn)品中18 種磺胺類藥物的QuEChERS-液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜方法。朱萬(wàn)燕等[29]建立了快速檢測(cè)豬肉中33 種獸藥殘留的QuEChERS-液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜方法。但目前采用QuEChERS-液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜方法同時(shí)對(duì)多種水產(chǎn)品基質(zhì)中的激素殘留進(jìn)行篩查分析的文獻(xiàn)報(bào)道還較少。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)超高效液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(ultra performance liquid chromatographyquadrupole time of fl ight mass spectrometry,UPLC-Q-TOF MS)技術(shù)建立篩查數(shù)據(jù)庫(kù),同時(shí)采用改進(jìn)的QuEChERS方法結(jié)合UPLC-Q-TOF MS技術(shù)建立水產(chǎn)品中激素快速、有效的篩查方法,以期為水產(chǎn)品中激素殘留風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)提供有效技術(shù)手段,同時(shí)為水產(chǎn)品中獸藥殘留的篩查分析提供借鑒。
勃地酮、甲睪酮、睪酮、諾龍、美雄酮、表睪酮、群勃龍、17α-羥基孕酮、甲羥孕酮乙酸酯、乙酸氯地孕酮、21α-羥基孕酮、乙酸甲地孕酮、醋酸美倫孕酮、孕酮、氫化可的松、潑尼松、睪酮-D3(純度均大于93.6%) 德國(guó)Dr. Ehrenstorfer公司;甲醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷、丙酮(均為色譜純) 德國(guó)Merck公司;甲酸(色譜純) 美國(guó)Scientific公司;乙酸(色譜純)美國(guó)Tedia公司;無(wú)水硫酸鎂(分析純) 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;氯化鈉(農(nóng)殘級(jí)) 上海安譜公司。
ACQUITY H-CLASS型UPLC儀、Xevo G2-S型Q-TOF MS儀 美國(guó)Waters公司;V-700旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀德國(guó)Heidolph公司;3-30K高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)Sigma公司;MS3 digital旋渦振蕩器 德國(guó)IKA公司;multi Reax振蕩器 德國(guó)Heidolph公司;Milli-Q超純水系統(tǒng)美國(guó)Millipore公司。
1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
分別準(zhǔn)確稱取適量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或同位素內(nèi)標(biāo)物質(zhì),用甲醇溶解并定容至100 mL,配制成100 μg/mL的單標(biāo)儲(chǔ)備液,避光保存于-18 ℃冰箱。準(zhǔn)確移取適量標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用甲醇定容為500 ng/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,保存于4 ℃冰箱。用甲醇-水體積比35∶65稀釋混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液獲得1、5、10、25、50、100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作液,其中標(biāo)準(zhǔn)工作液中均含有20 μg/L的同位素內(nèi)標(biāo)睪酮-D3,將標(biāo)準(zhǔn)工作液保存于4 ℃冰箱。
1.3.2 樣品前處理
準(zhǔn)確稱取2.00 g樣品(精確至0.01 g)于50 mL離心管中,加入80 μL 500 ng/mL的激素混標(biāo)溶液,靜置15~20 min,加入10 mL 1%乙酸-乙腈溶液,渦旋混勻1 min,加入鹽析劑(2 g無(wú)水硫酸鎂和1 g氯化鈉),渦旋混勻1 min,在4 ℃、10 000 r/min離心5 min,準(zhǔn)確吸取上清液5 mL于新的15 mL離心管中,加入3 mL正己烷,渦旋混勻1 min,在4 ℃、5 000 r/min離心5 min,棄去正己烷層。再往離心管中加入凈化劑(800 mg無(wú)水硫酸鎂和150 mg C18(南美白對(duì)蝦、大黃魚、草魚基質(zhì))或200 mg C18(梭子蟹基質(zhì))),渦旋混勻2 min,在4 ℃、5 000 r/min離心10 min,準(zhǔn)確移取3 mL上清液于25 mL雞心瓶中。38 ℃旋蒸至干,用1 mL含20 ng/mL睪酮-D3的定容液(甲醇-水體積比35∶65)復(fù)溶,過(guò)0.22 μm有機(jī)濾膜,待上機(jī)測(cè)定。
1.3.3 UPLC條件
色譜柱:Waters Acquity UPLC BEH C18柱(3.0 mm×100 mm,1.7 μm);柱溫40 ℃;樣品室溫度10 ℃;進(jìn)樣體積10 μL;流動(dòng)相:A為0.1%甲酸溶液,B為甲醇;流速0.3 mL/min;梯度洗脫條件:0~1 min,35% B;1~5 min,35%~65% B;5~8 min,65%~80% B;8~11 min,80%~98% B;11~14 min,98% B;14~15 min,98%~35% B;15~18 min,35% B。
1.3.4 MS條件
離子源:電噴霧離子源;電離模式:正離子;檢測(cè)模式:MSE;質(zhì)量數(shù)采集范圍:50~1 000 Da;毛細(xì)管電壓:3 kV;離子源溫度:120 ℃;脫溶劑氣溫度:420 ℃;脫溶劑氣流速:800 L/h;錐孔氣流速:50 L/h;錐孔電壓:40 V;LockSpray程序:采用亮氨酸腦啡肽(1 μg/mL,m/z 556.277 1)每10 s切換一次對(duì)質(zhì)量數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。
1.3.5 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立
本實(shí)驗(yàn)在MSE全掃描模式下,在低能量碰撞通道獲得目標(biāo)物的保留時(shí)間、母離子精確質(zhì)量數(shù)等信息,在高能量碰撞通道獲得目標(biāo)物的子離子精確質(zhì)量數(shù)。在MS/MS模式下,通過(guò)相應(yīng)碰撞能量下的離子碎片信息進(jìn)一步確證。借助Waters公司Masslynx 4.1軟件中的fragment軟件分析化合物的結(jié)構(gòu)裂解信息。最后通過(guò)Chromalynx xs數(shù)據(jù)庫(kù)軟件,建立包含16 種激素名稱、分子式、保留時(shí)間、精確質(zhì)量數(shù)、子離子等信息的篩查數(shù)據(jù)庫(kù)。具體的數(shù)據(jù)庫(kù)信息如表1所示,色譜圖見圖1。
表1 激素的分子式、CAS號(hào)、保留時(shí)間、提取質(zhì)量數(shù)、子離子Table 1 Molecular formula, CAS No., retention time, m/z and product ion of 16 hormones
圖1 16 種激素的色譜提取圖Fig. 1 Extracted ion chromatogram of 16 hormones
1.3.6 基質(zhì)效應(yīng)的計(jì)算
基質(zhì)效應(yīng)的消除方法主要有內(nèi)標(biāo)法、基質(zhì)匹配等?;|(zhì)效應(yīng)是通過(guò)比較目標(biāo)化合物在純?nèi)軇┡c在基質(zhì)中的峰面積進(jìn)行評(píng)估的,其計(jì)算公式如下:
在Chromalynx xs軟件中,運(yùn)用建立好的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)UPLC-Q-TOF MS采集的樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索匹配分析,利用質(zhì)譜軟件的自動(dòng)去卷積功能,并與數(shù)據(jù)庫(kù)的保留時(shí)間、精確母離子質(zhì)量數(shù)、子離子質(zhì)量數(shù)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,當(dāng)分析物與譜庫(kù)中化合物的保留時(shí)間偏差小于±0.2 min,母離子和子離子質(zhì)量數(shù)偏差小于±3 mu時(shí),顯示為陽(yáng)性結(jié)果,隨后針對(duì)陽(yáng)性化合物使用targetlynx軟件進(jìn)行定量分析。與MS/MS相比,Q-TOF具有更快的掃描速度和更高的質(zhì)量精度,從而可實(shí)現(xiàn)高通量篩查,另外本方法構(gòu)建的是一個(gè)開放的體系,待測(cè)樣品一次進(jìn)樣,經(jīng)Q-TOF全掃描獲得的全譜數(shù)據(jù)可多次使用,后期可通過(guò)不斷增加數(shù)據(jù)庫(kù)中的化合物來(lái)擴(kuò)展對(duì)原樣品數(shù)據(jù)的篩查范圍。
為獲得最佳的電離效率、提高靈敏度,本實(shí)驗(yàn)以100 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)錐孔電壓、離子源溫度、脫溶劑氣溫度、脫溶劑氣流速等質(zhì)譜參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)總離子流響應(yīng)值和各化合物的分子離子峰響應(yīng)值的強(qiáng)度確定最佳質(zhì)譜參數(shù)。以錐孔電壓為例,錐孔電壓太小會(huì)降低檢測(cè)靈敏度,太大則會(huì)造成離子源內(nèi)裂解,本實(shí)驗(yàn)研究了16 種激素在錐孔電壓為30~100 V時(shí)分子離子峰的響應(yīng)情況,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)錐孔電壓為42 V時(shí),激素總體響應(yīng)值最高,同理對(duì)質(zhì)譜的離子源溫度(100~150 ℃),去溶劑化溫度(350~500 ℃)和脫溶劑氣流速(500~1 000 L/h)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后的質(zhì)譜參數(shù)見1.3.4節(jié)。
2.2.1 提取方法的優(yōu)化結(jié)果
本實(shí)驗(yàn)考察乙腈、1%乙酸-乙腈溶液、乙酸乙酯和丙酮4 種提取劑的效果。如圖2所示,分別用南美白對(duì)蝦、大黃魚和梭子蟹為基質(zhì),1%乙酸-乙腈溶液作為提取劑時(shí)16 種激素的平均回收率分別為83.3%、81.4%和83.8%,均高于乙腈、乙酸乙酯和丙酮,因而本實(shí)驗(yàn)選用1%乙酸-乙腈溶液作為提取溶劑。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),乙酸乙酯和丙酮作為提取劑時(shí),共提物較多,增加了提取液后期的凈化難度,有乙腈存在的體系中共提物較少,這可能因?yàn)橐译婢哂谐恋淼鞍踪|(zhì)的作用,有利于后期的凈化。
圖2 不同提取劑對(duì)16 種激素回收率的影響Fig. 2 Effects of different extraction solvents on the recoveries of 16 hormones
2.2.2 凈化方法的優(yōu)化結(jié)果
QuEChERS方法常用的吸附劑有乙二胺-N-丙基硅烷(primary secondary amine,PSA)、十八烷基鍵合硅膠吸附劑(C18)、中性氧化鋁(Alu-N)、石墨化碳黑(graphitized carbon blacks,GCB)等,其中C18和Alu-N主要用于去除樣品中的脂肪、脂類等非極性有機(jī)物,而PSA和GCB主要用于去除樣品中的色素、有機(jī)酸和糖類等物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)分別考察以PSA、C18、Alu-N以及PSA-Alu-N、PSA-C18、PSA-C18-GCB作為凈化劑時(shí)的凈化效果,南美白對(duì)蝦、大黃魚、梭子蟹基質(zhì)的凈化效果如圖3~5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以C18吸附劑作為凈化劑時(shí)16 種激素凈化效果最好,在南美白對(duì)蝦、大黃魚和梭子蟹基質(zhì)中,其回收率分別在61.9%~93.9%、64.2%~119.7%、55.6%~112.5%范圍內(nèi)。因此本實(shí)驗(yàn)采用選擇C18作為吸附劑。本實(shí)驗(yàn)還進(jìn)一步對(duì)C18的用量進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)比了100、150、200、250、300 mg C18吸附劑對(duì)目標(biāo)化合物回收率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示,在南美白對(duì)蝦、大黃魚和梭子蟹基質(zhì)中,C18吸附劑加入量分別為150、150、200 mg時(shí)凈化效果最好,16 種激素平均回收率分別為83.5%、85.6%、84.0%。其中C18吸附劑加入量過(guò)低或過(guò)高都會(huì)使回收率降低,這可能是由于C18吸附劑加入量不夠時(shí),無(wú)法凈化充分;而加入量過(guò)多時(shí),吸附劑本身對(duì)激素也存在一定的吸附作用。
圖3 南美白對(duì)蝦基質(zhì)中不同吸附劑對(duì)16 種激素的回收率的影響Fig. 3 Effects of different sorbents on the recoveries of 16 hormones in Penaeus vannamei matrix
圖4 大黃魚基質(zhì)中不同吸附劑對(duì)16 種激素的回收率的影響Fig. 4 Effects of different sorbents on the recoveries of 16 hormones in Pseudosciaena crocea matrix
圖5 梭子蟹基質(zhì)中6 種吸附劑對(duì)16 種激素的回收率的影響Fig. 5 Effects of different sorbents on the recoveries of 16 hormones in swimming crab matrix
圖6 C18吸附劑添加量對(duì)16 種激素回收率的影響Fig. 6 Effects of C18 amount on the recoveries of 16 hormones
2.3.1 基質(zhì)效應(yīng)
當(dāng)基質(zhì)效應(yīng)在-20%~20%范圍內(nèi)時(shí),基質(zhì)效應(yīng)不明顯,超過(guò)20%時(shí),表現(xiàn)為明顯的基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng),低于-20%時(shí),表現(xiàn)為明顯的基質(zhì)抑制效應(yīng)[30]。如表2所示,在南美白對(duì)蝦基質(zhì)中,16 種激素的基質(zhì)效應(yīng)均在±20%范圍內(nèi),基質(zhì)效應(yīng)不明顯;在大黃魚基質(zhì)中,勃地酮、美雄酮、潑尼松表現(xiàn)為明顯的基質(zhì)抑制效應(yīng);在梭子蟹基質(zhì)中,美雄酮表現(xiàn)為明顯的基質(zhì)抑制效應(yīng),氫化可的松表現(xiàn)為明顯的基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng);在草魚基質(zhì)中,勃地酮、美雄酮、表睪酮、潑尼松表現(xiàn)為明顯的基質(zhì)抑制效應(yīng)。為獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果,本實(shí)驗(yàn)采用通過(guò)基質(zhì)匹配溶液的方法對(duì)基質(zhì)效應(yīng)進(jìn)行校正。
2.3.2 線性范圍、檢出限和定量限
表2 激素的基質(zhì)效應(yīng)、方法LOD和LOQTable 2 Matrix effects, LODs and LOQs for all matrices tested
將4 種空白基質(zhì)樣品按1.3.2節(jié)處理后,添加不同質(zhì)量濃度(1、5、10、25、50、100 μg/L)的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,以各激素母離子的峰面積與同位素內(nèi)標(biāo)的峰面積的比值(Y)為縱坐標(biāo),基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度(X)為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。各激素在1~100 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,16 種激素在南美白對(duì)蝦、大黃魚、梭子蟹、草魚4 種基質(zhì)中的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)(r2)分別為0.994 5~0.999 9、0.993 8~0.999 9、0.990 6~0.999 9、0.996 4~0.999 6。
以3 倍信噪比為檢出限(limit of detection,LOD),10 倍信噪比為定量限(limit of quantitation,LOQ)。如表2所示,16 種激素在南美白對(duì)蝦基質(zhì)中的方法LOD為0.2~1.2 μg/kg,LOQ為0.8~4.0 μg/kg;在大黃魚基質(zhì)中的方法LOD為0.4~2.7 μg/kg,LOQ為0.8~4.0 μg/kg;在梭子蟹基質(zhì)中的方法LOD為0.4~2.5 μg/kg,LOQ為1.5~8.2 μg/kg;在草魚基質(zhì)中的方法L O D為0.3~2.1 μ g/k g,LOQ為0.9~7.0 μg/kg。
2.3.3 回收率和精密度
在10、20、50 μg/kg三個(gè)添加水平下做回收率實(shí)驗(yàn),以考察方法的準(zhǔn)確性和精密度(表3),16 種激素在南美白對(duì)蝦基質(zhì)中的回收率為64.1%~102.8%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD)為0.9 3%~7.6%;在大黃魚基質(zhì)中的回收率為65.2%~98.6%,RSD為1.9%~10.9%;在草魚基質(zhì)中的回收率為68.8%~114.4%,RSD為1.2%~9.2%;在梭子蟹基質(zhì)中,除孕酮和潑尼松外,其余14 種激素的回收率為60.5%~121.0%,RSD為1.6%~10.4%,孕酮和潑尼松的回收率分別為53.6%~60.8%和91.7%~135.2%,RSD分別為2.3%~4.5%和2.7%~7.6%,這可能是由于梭子蟹基質(zhì)中存在一些無(wú)法去除的雜質(zhì)造成的基質(zhì)抑制或基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng),但本方法仍可保證二者的回收率處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)??傮w上,本研究建立的方法可滿足水產(chǎn)品中16 種激素的實(shí)際檢測(cè)要求。
表3 激素類化合物的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)Table 3 Recovery and repeatability (RSD) for all matrices tested (n=6)%
續(xù)表3
采用本方法對(duì)36 份水產(chǎn)品樣品(南美白對(duì)蝦、大黃魚、草魚、鯉魚)進(jìn)行檢測(cè),其中大黃魚和南美白對(duì)蝦樣品均無(wú)檢出,6 份草魚樣品檢出氫化可的松,含量為5.9~204.1 μg/kg,8 份鯉魚樣品中檢出氫化可的松,含量為12.3~105.6 μg/kg。氫化可的松是天然存在的一種腎上腺糖皮質(zhì)激素,同時(shí)也可由人工合成使用。孫利東等[31]對(duì)雞肉和牛奶中氫化可的松的本底值進(jìn)行測(cè)定,其結(jié)果在0.06~0.43 μg/kg范圍內(nèi),這表明生物體內(nèi)氫化可的松的本底值較低。但本次實(shí)際檢測(cè)樣品中檢出的氫化可的松含量相對(duì)較高,外用導(dǎo)致的可能性較大。這與李晴[32]、蔡惠堅(jiān)[33]等分別在寶石斑魚、草魚中檢出氫化可的松的報(bào)道一致,表明在此類水產(chǎn)品中存在使用該激素的可能。目前我國(guó)農(nóng)業(yè)部235號(hào)公告[8]規(guī)定允許在動(dòng)物源食品中使用氫化可的松,且無(wú)最高殘留限量要求,而文獻(xiàn)[34]規(guī)定了牛奶中氫化可的松的最大殘留限量為10 μg/kg,表明氫化可的松仍有危害人體健康的可能,因此針對(duì)水產(chǎn)品中氫化可的松的殘留,也應(yīng)提前開展相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)工作。
本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了QuEChERS前處理方法,并結(jié)合UPLCQ-TOF MS技術(shù),建立快速篩查魚、蝦、蟹等水產(chǎn)品中16 種激素殘留的方法。本方法前處理簡(jiǎn)單高效,目標(biāo)激素回收率滿足篩查需求,同時(shí)結(jié)合高分辨質(zhì)譜,使篩查結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠,是開展水產(chǎn)品中多激素殘留快速篩查的一種有效手段。