膜萃取技術在食品農藥殘留分析中的應用

王新銘，趙李霞，付 穎

（東北農業大學理學院應用化學系，黑龍江哈爾濱150030）

膜萃取技術在食品農藥殘留分析中的應用

王新銘，趙李霞，付 穎*

（東北農業大學理學院應用化學系，黑龍江哈爾濱150030）

膜萃取是膜分離與液-液萃取相結合的一種新型分離技術。文中綜述了在食品農藥殘留分析中應用較廣泛的幾種膜萃取技術的裝置、原理、特點，分析了影響膜萃取效果的因素。闡述了膜萃取與氣相色譜、液相色譜、質譜等儀器的聯用技術在食品農藥殘留分析中的應用，并介紹了一些新型膜萃取技術，討論了膜萃取技術的發展方向。

膜萃取，農藥殘留分析，應用

膜萃取是近年來興起的一種新型分離技術，將膜置于兩相之間，通過萃取劑對膜具有浸潤性而迅速地浸透膜的每個微孔并與膜另一側的原料液相接觸形成穩定界面層，待分離溶質透過界面層從原料液轉移到萃取劑中從而達到分離富集的目的。由于其傳質是在兩相接觸的固定界面層上完成的，所以又稱固定膜界面萃取［1］。膜萃取沒有相的分散和聚結過程，不形成直接接觸的液液兩相流動，既可以減少萃取劑在料液中的夾帶損失，又可以克服單純液液萃取易形成乳狀液而導致分離不完全的缺點［2］。同時料液相和溶劑相各自在膜兩側流動，放寬了對萃取劑物性的要求，且免受“返混”的影響和“液泛”條件的限制，易實現自動化且可與檢測儀器在線聯用［3］。由于膜裝置體積小，用較少的溶劑即可獲得較高的富集率［4］，得到的萃取液可直接轉移到檢測儀器中［5］，如與氣相色譜（GC）、高效液相色譜（HPLC）、反相液相色譜（RHPLC）、毛細管電泳（CEP）、電感偶合等離子體發射光譜儀（ICP-AES）、質譜儀（MS）等聯用［6］。膜萃取技術由于具有溶劑用量少，選擇性高，富集倍數高，操作步驟少等優點，作為新的樣品預處理技術被廣泛用于含水食品如果汁飲料中農藥殘留的檢測。

1 膜萃取技術分類

膜萃取根據膜結構進行樣品的分離富集，按其裝置構造及萃取原理的不同可將其分為支持液膜萃取（SLME）、微孔膜液液萃取（MMLLE）、中空纖維膜液相微萃取（HFLPME）、固相膜萃取（SPME）等。

1.1 支持液膜萃取（SLME）

支持液膜的結構可看成是兩層水相中間夾一個有機液膜相形成的三相萃取體系，可分為平板式支持液膜萃取和中空纖維支持液膜萃取。SLME指由一塊疏水性的扁平膜將兩種溶液分開，有機溶劑由于毛細管作用力飽和于膜孔中，形成的支撐液膜固定在兩扁平的惰性材料模塊之間，在膜兩邊各形成一個流體通道，每個通道體積一般在10～1000μL。目前SLME已應用于萃取富集小分子的重金屬，有機物，磺酰脲類、三嗪類除草劑［7-8］殘留檢測時的樣品前處理。

Maxim V等［9］使用SLME法富集萃取果汁中所含的草甘膦及其代謝物，柱前衍生化后利用HPLCUV對其含量進行了測定。采用0.1mol/L鹽酸作為接收相，待萃液的流速控制為0.2mL/min時，草甘膦及α-氨基羥甲基噁唑丙酸（AMPA）富集后的最低檢測限（LOD）可達到0.025mg/L。于橘子汁、葡萄汁、蘋果汁及黑醋栗汁中萃取草甘膦和AMPA的回復率分別為71.1%，72.1%，93.6%，102.7% 和 64.1%，64.6%，81.7%，89.2%。結果表明，利用SLME法富集復雜液體基質中的草甘膦及其代謝物是可行的。

1.2 微孔膜液液萃取（MMLLE）

MMLLE的裝置與SLME相同，所用的膜材料也相同，不同的是其為兩相系統，即萃取液是與固定在多孔憎水性膜（如聚四氟乙烯膜）膜孔中的有機溶劑相同的溶液，疏水膜將水相與有機相隔開，膜的兩邊分別為樣品和有機溶劑通道，待萃取物（呈中性分子狀態）被萃取入吸附著有機溶劑的多孔憎水性膜，然后穿過液膜，擴散進入含有相同有機溶劑的通道內。待萃液流速快而萃取液流速慢或靜止，從而達到萃取富集的目的。

Hy?tyl?inen［6］等使用MMLLE-GC-FID檢測紅葡萄酒中的有機磷、有機氯農藥的殘留，為了得到最大萃取率，考察了萃取液極性、萃取時間、萃取溫度的影響，優化了萃取條件。結果表明用環己烷作為萃取液在50℃下萃取30min效果最好。研究得出樣品中硫丹、異菌脲、林丹、腐霉利、喹硫磷、三氯殺螨砜、伐菌唑靈的富集因子為3.4～13.4，線性關系好，相關系數的范圍為：0.9762＜R2＜0.9935。他們測定了不同來源紅葡萄酒中相應農藥的殘留，于其中一種紅葡萄酒中檢出林丹及三氯殺螨砜的殘留量分別為95±11μg/L及1μg/L以下。

Luthje［10］等將MMLLE與GC-MS在線聯用檢測樣品中農藥及多環芳烴的殘留。離線考察得到萃取的最佳條件為：以甲苯為萃取液、待萃液流速1.0mL/min、溫度50℃、萃取時間50min。在最優條件下考察了檢測水樣中吡草胺等十六種農藥時結果的重現性、檢測限、萃取率、富集因子等參數。結果表明使用MMLLE法可獲得較高的富集因子，其中水樣中硫丹的富集因子可達到141.7，方法的LOD值為1.6～15ng/L，低于傳統方法的檢測限。MMLLE具有較高的敏感性。西馬津、氰草津、苯達松等酸性物質由于結果不穩定及具有揮發性等原因不適于此種方法。

對MMLLE及SLME兩種方法進行比較發現，MMLLE更適合于對非極性有機物的萃取，能夠萃取SLME不能分離的物質。兩者互補使用［11-13］，可同時萃取富集極性化合物、非極性以及弱極性化合物。

1.3 中空纖維膜液相微萃取（HFLPME）

HFLPME分為三相體系和兩相體系，萃取原理分別與SLME和MMLLE相同，但其設備進一步簡單化、微型化，均是在樣品瓶中進行。萃取瓶中盛0.5～4mL的待萃液，采用一根疏水性聚丙烯中空纖維膜進行萃取，待萃液在中空纖維膜外，萃取液在膜內。中空纖維微孔中充滿有機溶劑，將其浸入樣品水溶液中，分析物從水溶液中被萃取到有機溶劑中。三相HFLPME所用萃取液一般為水相，故萃取的可離子化物質可用RHPLC、CEP檢測；兩相HFLPME萃取液為有機溶劑，可用GC或HPLC測定。

與SLME和MMLLE相比，HFLPME所用萃取液更少，并且富集倍數高，可同時平行萃取多個樣品，凈化效率高［14］。但測定的物質范圍要比固相萃取和液液萃取窄，只適合測分配系數達100以上的物質［15］。兩相HFLPME已經應用于有機氯農藥的萃取檢測［16］。

Bola?osa等［17］應用HFLPME聯合超高壓液相色譜串聯質譜（UHPLC-MS/MS）測定了酒精飲料中的農藥殘留。此種方法已經發展到可以測定出酒精飲料中約50種農藥的殘留，且分離后無需進一步凈化即可進樣檢測。實驗中采用正辛醇作為膜溶劑，甲醇作為接收相，90r/min旋轉振蕩，萃取45min，檢測限為0.01～5.61μg/L，線性關系較好，R2＞0.95，重現性和精確度分別為3.0%～16.8%，5.9%～21.2%。實驗測定了所取樣品中胺甲萘、三唑醇、螺惡茂胺、氟環唑、氟菌唑、喹螨醚的含量。結果表明HFLPME可以成功用于萃取進而檢測酒精飲料中的殘留農藥。

Xiong等［18］利用HFLPME-GC/FPD萃取檢測飲料中殘留的有機硫農藥。以二甲苯作為有機萃取劑，樣本體積 5.0mL，纖維管長 1.0cm，25℃萃取35min，樣本攪拌速度1200r/min，測定馬拉硫磷、毒死蜱、噻嗪酮等6種農藥的殘留量，LOD值為1.16～48.48μg/L，相對標準差（RSD）為3.4%～8.0%，富集因子為27～530。

1.4 固相膜萃取（SPME）

SPME是一種固相萃取技術，繼固相柱萃取后發展起來，其裝置是將膜材料涂漬或包被在載體上，目標物被萃取后用少量溶劑洗脫或解吸，繼而用于儀器分析。由于膜狀介質截面積大、傳質速率快，可以實現大通量樣品處理并獲得較高的富集倍數。

許鵬翔等把植物來源的酶和具有不同化學吸附能力的戊二醛等幾種化合物涂漬在濾膜上，制成各種萃取膜，比較其對樂果、對硫磷、甲基對硫磷、硫代磷酸三甲酯、精胺的萃取效果。分別采用這些萃取膜對含水樣品中殘留的有機磷農藥進行萃取富集，用氣相色譜-脈沖式火焰光度檢測器（GC/PFPD）檢測，實驗結果顯示該方法的測定限為0.1μg/L，可滿足水體中痕量有機磷農藥殘留檢測的要求［19］。

多孔聚丙烯中空纖維膜保護的固相微萃取（HFM-SPME）過程聯合GC/MS可用來分析測定牛奶中三嗪類除草劑的含量。80℃萃取40min，RSD的范圍為 4.30%～12.37%。樣品中除草劑濃度為0～200μg/L時，校準曲線的相關系數在0.9799～0.9965之間，LOD值為0.003～0.013μg/L［20］。

2 影響膜萃取效果的因素

萃取率（E）和富集因子（Ee）是評價膜萃取效率的主要參數。待萃液和萃取液的pH、待萃液的流速、萃取時間、體系的溫度、液膜的組成和性質等對E及Ee有較大的影響。

2.1 pH及溶液流速的影響

對于三相萃取體系而言，膜相兩側的pH決定待萃取物的存在形式。在給體液中使待萃物以中性形式存在，透過膜到達受體液后通過pH的調節使其形成離子態以防止其回到膜相進入給體液中，從而達到不斷富集的目的。

一般對小體積樣品常采用低流速，而大體積樣品用高流速，以獲得較大的Ee。

2.2 萃取時間的影響

在pH、流速等條件一定的情況下，萃取時間對萃取率也會產生影響，一般在一定的范圍內，萃取時間越長，萃取率越高，但存在峰值。Hy?tyl?inen等［6］在利用MMLLE萃取紅酒中的農藥殘留時，考察了萃取時間對萃取率的影響。實驗在200μL/min的流速下將萃取時間設定為10～50min，結果表明當萃取時間少于30min時，隨著萃取時間的延長，萃取率逐漸增大，在30min時萃取率達到峰值，30min后隨著時間的增加，各農藥的萃取率不再增加，腐霉利及伐菌唑靈的萃取率甚至下降。

2.3 萃取溫度的影響

萃取時體系的溫度會影響待萃物的擴散系數、液體的表觀黏度等。Michel等［21］研究了利用HFSLM萃取三唑類除草劑時溫度對傳質的影響。溫度在278～313K之間時，對目標物的擴散系數、通量等均存在影響，在此范圍內隨著溫度的升高，擴散系數和目標物的通量也隨之增高，表觀黏度下降。溫度較高時，受體相的反萃取過程是影響傳質的因素；溫度較低時，三唑類除草劑的傳質過程主要取決于其經由給體液到液膜表面再穿透膜相的過程。所以當萃取過程主要受給體液或膜相影響時，溫度變化的影響就較為顯著。

2.4 液膜的組成和性質的影響

通常選擇待萃取物在其中分配系數大的有機溶劑作為萃取液。為了獲得高傳質系數，最好使用低黏度的液膜。在使用SLME時，將1-癸醇和正十一烷1∶1混合，可有效降低有機溶劑的黏度［22］。通過向液膜中加入適當的添加劑（如配位試劑，離子對試劑），也可改變液膜的萃取性質，在提高選擇性的同時使E增大。

液膜的種類對富集效果也有顯著影響。梁霞等［23］對極性不同的雙酚A、辛基酚和壬基酚分別用不同極性的液膜萃取，結果顯示用極性較大的有機溶劑萃取極性較大的雙酚A時E最大，而辛基酚和壬基酚適合以極性較弱的正己烷作為液膜來富集。以體積比為1∶1的二氯甲烷和正己烷的混合溶劑作為液膜時，雙酚A的萃取效率明顯提高，說明可通過使用合適的混合溶劑獲得高的萃取效率。

3 膜萃取技術的應用前景

當今樣品前處理技術的發展趨勢是很少甚至不使用有毒有機溶劑，簡單快速，操作步驟少，盡量集采樣、萃取、凈化、濃縮、進樣于一體，最好能實現自動化，而膜萃取技術正是符合這一發展方向，已經被廣泛地應用于食品和環境中農藥殘留檢測時樣品的前處理過程。

3.1 膜溶劑

獲得使液膜更穩定、可萃取的物質范圍更廣、選擇性更高的優良溶劑應用于液膜萃取中也是未來的發展趨勢。近年來離子液體（ILs）這一新型溶劑在SLME技術中的應用研究得到廣泛關注。ILs通常指包含有機陽離子及無機復合陰離子的室溫下的溶液［24］，所含離子的不同決定其親水性的大小，從而對不同的化合物具有相異的選擇通透性，應用于SLME中可使萃取具有較高的分離效率［25］。

一般單一萃取劑所能萃取的物質是有限的，所以農殘分析中許多物質由于缺乏合適的萃取劑而無法利用膜萃取進行富集。根據萃取物的性質選擇合適配比的混合溶液作為膜浸透液則可拓寬預富集物的范圍，使膜萃取方法得到更廣泛的應用。同時多數有機溶劑具有揮發性也是SLME中存在的主要問題。Hylton等［26］利用混合溶液浸膜，萃取含水樣品中五種氨基甲酸酯類農藥時，首先將膜浸于正丁醇中形成阻隔膜，從而起到阻礙萃取劑揮發的作用。

3.2 新型膜萃取技術

伴隨著膜萃取的發展和完善，不斷有新的膜萃取技術和裝置出現。膜萃取生物反應器就是比較新穎的處理含水樣品中有機物殘留的技術之一。即由膜萃取和生物降解耦合而產生，可用來處理含有毒有機物的樣品。

另一種吸附界面膜萃取（MESI）是一種無需使用有機溶劑的樣品前處理技術。它將采樣、富集、進樣合為一體，可避免樣品的損失和污染。此技術可應用于揮發性、半揮發性和非極性有機物的分析，主要適用于連續監測、現場測試和在線分析，具有良好的分析前景［27］。

圓錐膜液相微萃取（CSM-LPME）裝置也可同微液相色譜（micro-LC）聯用，用于腐霉利、喹硫磷等殘留農藥的檢測。萃取20min后富集因子高于50，檢測限可達1.1～1.9μg/L，優化條件下的重現性達到6.3%～7.5%，線性方程的相關系數大于0.9995［28］。

4 結語

膜萃取技術由于仍存在耗時，膜孔易堵塞，對溶劑要求苛刻，易發生溶脹現象使膜孔變形，每次測定只能應用于特定的某些物質等缺點，且在應用之前，需進行大量的優化實驗來確定操作條件，需要特殊裝置或材料，所以實現起來有一定的技術難度，但其高選擇性、高富集性、簡單、綠色和可自動化及可與各種檢測儀器聯用等優點，符合綠色化學的發展要求，適于食品中農藥殘留檢測過程中的前處理，有廣闊的發展前景。

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Application of membrane extraction in pesticide residue analysis of food

WANG Xin-ming，ZHAO Li-xia，FU Ying*
（College of Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

Membrane extraction is a new separating technique combining membrane separation with liquid-liquid extraction.lt has been applied widely in the pesticide residue analysis connected with GC，LC，MS and other detectors.The instrument，principles，characteristics and factors effecting the extraction of membrane extraction of food were described.The research trend and some new type techniques of membrane extraction were also pointed out.

membrane extraction；pesticide residue analysis；application

TS201.1

A

1002-0306（2010）11-0401-04

2009-09-14

王新銘（1986-），女，碩士，研究方向：農藥殘留分析。

黑龍江省教育廳科學技術研究項目（11521032）。