茶叶农药多残留检测方法学研究

茶叶有着悠久的历史，它是中国传统的深受世界各国人民喜爱的健康饮品，也是中国的重要经济作物和传统的大宗出口农产品。茶树喜欢生长在湿热环境，因此其生长过程非常容易受到病虫害和杂草等影响，而化学农药的喷施是目前为止最为有效的解决方案。然而，在提高茶叶产量的同时，化学农药也容易在茶叶中产生残留，这些残留农药将通过食物链而影响人类身体健康。另外，欧盟、美国及日本等发达国家是中国茶叶的重要进口国，其日趋严格的农药最大残留限量（MRL）标准已成为中国茶叶出口的主要瓶颈。因此，从保护人类身体健康、消除贸易壁垒、保障茶叶国际贸易健康发展的角度出发，深入开展茶叶中农药多残留检测技术的研究，建立茶叶中农药多残留的高灵敏度、高准确度、高选择性及高通量检测方法，具有极其重要的现实意义。
本书是笔者团队10多年来从事茶叶产品中农药多残留检测技术理论与应用实践研究的系统总结。全书详细介绍了茶叶中653种残留农药及化学污染物同时快速测定的高通量检测方法，涉及气相色谱-质谱（GC-MS）、气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）、气相色谱-四极杆飞行时间质谱（GC-Q-TOF/MS）及液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-Q-TOF/MS）等主流及前沿检测手段。
与其他植物源性农产品如蔬菜、水果等相比，茶叶不仅含有大量营养物质，还富含茶多酚类及色素类化合物，成分极其复杂，且经不同工艺加工的茶叶产品成分也有较大差异，要分析检测残留在其中的多类别、多品种痕量农药的难度相当大。全书针对不同茶叶基质中可能残留的多类别、多品种农药，深入全面地研究比较了各种样品制备技术的效能以及样品净化技术的效率，研发出了具有自主知识产权的Cleanert TPT茶叶净化专用柱，建立了一次同时提取净化的样品处理方法，还对28种不同产地、不同种类茶叶的基质效应及其补偿作用做了深入细致的研究，并提出了采用分析物保护剂补偿基质效应的解决方案。
针对人们的饮茶习惯，书中还深入比较了水化和非水化提取方式对茶叶中农药残留提取效率、净化效果以及对不同农药的适用性等方面的影响，同时对测定过程可能会引入不确定度的各因素进行了详细讨论，并将测定不确定度作为方法评价标准对方法进行了评价。
此外，为了进一步评价所建分析方法的重现性、再现性和耐用性等性能，笔者团队还进行了长达三个月系统的方法耐用性（ruggedness）评价研究，并对方法可能出现的误差作了详细的分析和溯源，最后制定了相应的方法关键控制点，以确保方法精准和可靠。
更进一步，笔者团队应用已建立的高通量检测方法研究了乌龙茶陈化样品、不同田间试验及室温储藏条件下绿茶污染样品中的农药降解动力学，并考察了三个月内茶叶污染样品的稳定性，获得了茶叶中农药的降解规律，实现了应用降解动力学方程对农药残留量的预测，所得结果基本与实测值相符。这对指导茶农用药和茶叶的进出口贸易有着非常重要的意义。
在上述系列重要研究的基础上，笔者还以国际AOAC研究导师的身份组织实施了由10个国家30个实验室共同参与的国际协同研究，目的是评价所建立的茶叶中653种农药残留单一实验室分析方法的重现性以及考察其是否符合作为国际AOAC官方方法的要求。这是对茶叶农药多残留检测技术标准的一次比较全面系统的国际AOAC协同研究，本书也收录了该研究的详细报告。
 总之，本书主要围绕茶叶中农药多残留检测技术开展了一系列重要研究，是目前为止茶叶中农药多残留高通量检测技术全面系统的研究总结。所建方法——茶叶中653种农药和化学污染物多组分、多类别残留GC-MS、GC-MS/MS和LC-MS/MS高通量分析方法，在2010年被列为国际AOAC优先研究项目，并于2014年顺利通过国际AOAC协同研究，2018年被批准为茶叶中农药残留检测的AOAC最终官方方法（AOAC Official Method 2014.09）。因此，对于广大分析科学工作者而言，本书具有重要的参考和借鉴价值。但由于水平所限，不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
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庞国芳
（中国工程院院士）

庞国芳，中国工程院院士，中国检验检疫科学研究院首席科学家，国家产业基础专家委员会委员，中国食品安全国家标准审评委员会副主任，中国国家食品安全风险评估专家委员会副主任，国际AOAC资深专家。30多年致力于农药等化学污染物微量分析基础理论、应用技术和方法标准化研究，研究建立139项国家标准和3项国际AOAC标准，提升了相关产品质量，促进了对外贸易的发展。荣获国家科学技术进步奖二等奖3项，并获国际AOAC哈维·威利奖和何梁何利基金科技进步奖。

《茶叶农药多残留检测方法学研究》详细介绍了一系列测定茶叶中农药残留的色谱-质谱高通量分析方法。该方法被批准为国际AOAC最终官方方法，具有高精度、高可靠性、高灵敏度的特点，适用性广。全书共7章，分别介绍了茶叶农药多残留基础性研究和分析方法的建立，茶叶残留农药的萃取和净化效率研究，茶叶水化对残留农药提取效率的影响及不确定度评定，茶叶农药残留测定基质效应评价，茶叶农药残留测定方法耐用性评价及误差分析，茶叶陈化样品和污染样品农药降解规律研究，茶叶中653种农药化学污染物高通量分析方法AOAC标准建立。
本书可作为科研单位、质检机构、高等院校等相关专业技术人员从事食品安全、环境保护、农业科技及农药开发等技术研究与应用的参考书，也可作为大学教学参考书。

第1章茶叶中农药化学污染物残留的高通量检测技术研究001
1.1茶叶中653种农药残留GC-MS和LC-MS/MS高通量检测技术002
1.1.1概述002
1.1.2实验部分003
1.1.3GC-MS条件优化及可测农药品种筛选005
1.1.4LC-MS/MS条件优化及可测农药品种筛选026
1.1.5样品提取条件优化049
1.1.6样品净化条件优化050
1.1.7方法效能评价：LOD、LOQ、平均回收率和RSD057
1.2GC-Q-TOF/MS非靶向高通量检测茶叶中494种农药化学污染物方法及其效能评价096
1.2.1概述096
1.2.2实验部分098
1.2.3数据库建立099
1.2.4方法效能评价099
1.2.5结论106
1.3LC-Q-TOF/MS非靶向高通量检测茶叶中556种农药化学污染物方法及其效能评价107
1.3.1概述107
1.3.2实验部分108
1.3.3数据库的建立108
1.3.4方法效能评价109
1.3.5结论117
1.4GC-Q-TOF/MS和LC-Q-TOF/MS非靶向检测茶叶中1050种农药化学污染物方法及其效能评价118
1.4.1概述118
1.4.2实验部分118
1.4.3方法效能评价结果121
1.4.4结论134
参考文献134

第2章茶叶中农药残留的提取与净化效能比较研究137
2.1农药残留样品制备技术进展138
2.1.1固相萃取(SPE）技术进展138
2.1.2QuEChERS技术进展139
2.23种样品制备技术效能对比研究140
2.2.1概述140
2.2.2实验部分141
2.2.3茶叶污染样品的制备和目标物农药沉积含量的确定142
2.2.4方法3实验条件的优化162
2.2.5试样溶液蒸发温度和蒸发程度的优化162
2.2.6第一阶段样品制备技术的效能评价163
2.2.7第二阶段样品制备技术的效能评价175
2.2.8第三阶段样品制备技术的效能评价175
2.3不同固相萃取净化柱对茶叶基质中农药残留净化效率的评价198
2.3.1概述198
2.3.2试剂与材料199
2.3.3仪器199
2.3.4实验方法199
2.3.512种固相萃取组合净化柱对茶叶中添加84种农药净化效率的对比实验200
2.3.64号Envi-Carb+PSA组合净化柱和Cleanert TPT柱对茶叶中添加201种农药净化效率的对比实验210
2.3.74号Envi-Carb+PSA组合净化柱和Cleanert TPT柱对受201种农药污染的绿茶和乌龙茶Youden Pair 样品净化效率的对比实验221
2.3.8结论266
参考文献266

第3章茶叶水化对农药多残留提取效率的影响及方法不确定度评定271
3.13种样品前处理方法结合GC-MS/MS对比研究茶叶水化对农药多残留提取效率的影响272
3.1.1概述272
3.1.2实验方法274
3.1.3实验结果与分析274
3.1.4结论285
3.23种样品前处理方法结合GC-MS/MS测定茶叶中农药多残留不确定度评定288
3.2.1概述288
3.2.2试剂与材料289
3.2.3仪器289
3.2.4分析方法290
3.2.5不确定度评定292
3.2.6不确定度来源的确认292
3.2.7标准不确定度的计算294
3.2.8合成不确定度300
3.2.9扩展不确定度301
3.2.10结果与讨论301
3.2.11结论307
参考文献308

第4章茶叶中农药多残留测定的基质效应311
4.1基质效应研究现状312
4.1.1基质效应的定义与分类312
4.1.2基质效应的产生和影响因素312
4.1.3基质效应补偿方法313
4.1.4聚类分析及其在化学分析中的应用316
4.2不同产地不同种类茶叶中农药残留测定的基质效应317
4.2.1样品、试剂与仪器318
4.2.2样品前处理方法319
4.2.3仪器分析条件320
4.2.4定性与数据处理321
4.2.5GC-MS测定时的基质效应评价321
4.2.6GC-MS/MS测定时基质效应评价326
4.2.7LC-MS/MS测定时基质效应评价330
4.3GC-MS测定茶叶中186种农药基质补偿作用研究333
4.3.1样品、试剂与仪器333
4.3.2实验方法335
4.3.3不同保护剂对溶剂标准的影响336
4.3.4不同保护剂组合对茶叶基质的影响338
4.3.5保护剂补偿基质效应方法效能评价341
4.4GC-MS/MS测定茶叶中205种基质补偿作用研究343
4.4.1样品、试剂与仪器344
4.4.2实验方法344
4.4.3不同保护剂对溶剂标准的影响344
4.4.4不同保护剂组合研究对茶叶的影响347
4.4.5保护剂补偿基质效应方法效能评价348
参考文献351

第5章茶叶农药多残留高通量检测技术的稳健性评价、误差分析与关键控制点357
5.1实验部分359
5.1.1试剂与耗材359
5.1.2仪器359
5.1.3实验方法360
5.2方法稳健性研究361
5.2.1农药污染Youden Pair样品201种农药第1次定值比值和18次循环检测比值的比较361
5.2.2农药污染Youden Pair样品201种农药含量第1次检测值和18次循环检测值重现性的比较364
5.2.33个月循环实验Youden Pair比值计算RSD评价方法的稳健性366
5.3误差分析与方法关键控制点370
5.3.1样品预处理过程的误差分析和关键控制点370
5.3.2仪器状态对检测结果的影响（误差分析）及关键控制点376
5.3.3色谱解析（误差分析）与关键控制点383
5.4结论389
参考文献389

第6章茶叶中农药残留降解规律研究393
6.1GC-MS/MS研究乌龙茶陈化样中271种农药残留降解规律及其在乌龙茶陈化样农药残留预测中的应用394
6.1.1概述394
6.1.2试剂与材料395
6.1.3仪器与条件395
6.1.4样品前处理396
6.1.5271种农药降解规律396
6.1.6不同降解规律农药分类研究初探424
6.1.7降解规律在乌龙茶陈化样农药残留预测中的应用425
6.1.8结论432
6.2GC-MS、GC-MS/MS和LC-MS/MS研究不同田间试验和储藏条件下绿茶污染样的农药降解规律432
6.2.1概述432
6.2.2试剂与材料434
6.2.3田间实验设计434
6.2.4实验方法435
6.2.5茶园农药田间实验30d农药降解趋势研究436
6.2.6茶园农药田间实验3种技术表征农药30d降解规律437
6.2.7茶园农药田间实验降解至MRL实测值与幂函数方程预测值的比较440
6.2.8室温贮藏条件下茶叶污染样品中农药稳定性研究443
6.2.9结论443
参考文献444

第7章茶叶中农药化学污染物残留检测技术协同研究447
7.1国内模拟协同研究448
7.1.1概述448
7.1.2剔除背离操作方法的实验室448
7.1.3用Grubbs与Dixon双检剔除离群值448
7.1.4方法效能451
7.1.5定性与定量453
7.1.6误差分析与溯源454
7.1.7经验与教训457
7.2GC-MS、GC-MS/MS和LC-MS/MS高通量分析方法测定和确证茶叶中653种农药化学污染物残留的协同研究457
7.2.1概述457
7.2.2协同研究方案458
7.2.3AOAC官方方法（Official Method 2014.09）国际协同研究461
7.2.4协同研究结果评价467
7.2.5定性与定量483
7.2.6误差分析与溯源488
7.2.7协同研究者对方法的反馈与点评495
7.2.8结论499
参考文献501

索引502