煙草有機(jī)氮農(nóng)藥殘留氣相色譜法（FTD）測定研究

楊奕南?王建民 李乾坤

摘要：文章建立了一種快速、高效、準(zhǔn)確，同時(shí)檢測煙草中5種有機(jī)氮農(nóng)藥殘留的分析方法。該方法采用乙腈提取，氣相色譜火焰熱離子檢測器（FTD）檢測。氣相色譜（FTD）檢測方法具有分離效果好、回收率高、準(zhǔn)確度和靈敏度高等特點(diǎn)，能滿足煙草中農(nóng)藥殘留分析的要求。

關(guān)鍵詞：煙草農(nóng)藥殘留；有機(jī)氮農(nóng)藥；氣相色譜

中圖分類號：TQ461 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0030-03

有機(jī)氮農(nóng)藥是被用作防治煙草病、蟲、草害的含氮有機(jī)化合物。這類農(nóng)藥品種多，范圍廣，既有殺蟲劑，又有殺菌劑、除草劑。除有胃毒、觸殺作用外，有些產(chǎn)品還有較強(qiáng)的內(nèi)吸性能。有機(jī)氮農(nóng)藥主要是氨基甲酸酯類化合物，也包括脒類、硫脲類、取代脲類和酰胺類等化合物。此類農(nóng)藥一般在環(huán)境中較易分解，但其慢性毒性正在引起人們的重視。有機(jī)氮農(nóng)藥大多數(shù)屬中、低毒性農(nóng)藥，氨基甲酸酯類農(nóng)藥殺蟲劑通過可逆性地抑制昆蟲乙酰膽堿酯酶的活性，造成乙酰膽堿的積累，影響昆蟲正常的神經(jīng)傳導(dǎo)而致死。氨基甲酸酯類農(nóng)藥在煙草作物中應(yīng)用廣泛。國內(nèi)煙草氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留測定標(biāo)準(zhǔn)只有GB/T 13596-2004，樣品前處理及凈化步驟繁瑣，消耗有機(jī)溶劑多，檢測項(xiàng)目只有克百威、西維因和甲萘威三種農(nóng)藥。國內(nèi)文獻(xiàn)：液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定煙草中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留量；LC-MS-MS分析煙草中氨基甲酸酯農(nóng)藥殘留；煙草及煙草制品擬除蟲菊酯殺蟲劑、有機(jī)磷殺蟲劑、含氮農(nóng)藥殘留量的測定；煙草中氨基甲酸酯農(nóng)藥殘留量在卷煙煙氣中捕集轉(zhuǎn)移率的測定；煙草中克百威和抗蚜威殘留量測定；用HPLC柱后衍生法分析煙草中氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留；本文建立了采用乙腈提取，氨基固相萃取柱凈化，氣相色譜FTD測定煙草中5種有機(jī)氮農(nóng)藥的殘留方法。在凈化過程中，將煙草色素和其他污染物除去，獲得干凈的色譜圖。該方法具有回收率高、結(jié)果準(zhǔn)確、樣品處理簡單等優(yōu)點(diǎn)，減少了試劑的消耗以及實(shí)驗(yàn)人員前處理時(shí)間。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

氣相色譜儀（日本島津公司 GC-14C），火焰熱離子檢測器（FTD）、粉碎機(jī)（飛利譜）、電子天平（德國sartorius BS224S）、勻漿機(jī)（德國IKA T18）、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（德國Buchi R-205V800）、氮吹儀（美國OA-SYS N-EVAP）、旋渦混合器（江蘇金壇醫(yī)療儀器廠 SK-1）。

1.2 主要試劑和材料

乙腈（Fisher 農(nóng)殘級）、甲醇（Fisher 農(nóng)殘級）、二氯甲烷（Fisher 農(nóng)殘級）、氯化鈉（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 分析純，馬弗爐400℃，烘烤2h）、氨基固相萃取柱（Agilent 600mg/6mL）、去離子水。

農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品：（天津中易嘉信科技公司）：仲丁威（Fenobucarb）、克百威（Carbofuran）、抗蚜威（Pirimicarb）、甲霜靈（Metalaxyl）、甲萘威（Carbaryl）。

1.3 樣品前處理

1.3.1 樣品前處理：準(zhǔn)確稱取粉碎均勻的卷煙中煙草樣品5.00g置于勻漿瓶中，加入10mL水，攪拌均勻，靜置30min，加入50mL乙腈，在勻漿機(jī)高速勻漿2～3min，提取液用濾紙過濾收集到裝有3～4g氯化鈉的100mL具塞量筒中，收集35～40mL，蓋上塞子劇烈震蕩2min，靜置鹽析20min，上層為乙腈相，下層為水相。移液管從具塞量筒中吸取25mL乙腈液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸餾瓶中，蒸發(fā)乙腈，近干時(shí)取出蒸餾瓶加入二氯甲烷和5mL甲醇90∶10待凈化。

1.3.2 凈化：氨基固相萃取柱，二氯甲烷+甲醇90+10，40℃氮吹儀濃縮，丙酮定容上機(jī)。

將氨基固相萃取柱二氯甲烷+甲醇90+10淋洗，淋洗液面到達(dá)柱吸附劑層表面時(shí)，立即倒入上述待凈化的提取液，用50mL燒杯接收洗脫液，氨基固相萃取柱二氯甲烷+甲醇90+10，5mL沖洗燒瓶淋洗氨基固相萃取柱，再重復(fù)2次。將收集淋洗液的燒杯置于氮吹儀上45℃氮吹，接近干時(shí)置于室溫下冷卻后用丙酮定容2.5mL，在旋渦混合器上混勻后倒入氣相色譜儀進(jìn)樣小瓶待測。

1.4 氣相色譜條件

安捷倫的J&W;色譜柱：DB-17（內(nèi)徑0.53mm，柱長30m，膜厚0.5μm）；氣體流量：載氣（氮?dú)狻?9.999%）4mL/min；溫度：進(jìn)樣口220℃，不分流進(jìn)樣，氣化室初始溫度150℃保持1min，升溫速率30℃/min至250℃保持6min，檢測器溫度300℃，F(xiàn)TD收集極銣珠電流30pA，空氣90mL/min，氫氣10mL/min；進(jìn)樣體積：1.0μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣相色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 色譜柱的選擇：色譜柱在色譜系統(tǒng)中主要起到分離的作用。氣相色譜柱有多種類型。從不同的角度出發(fā)，可按色譜柱的材料、形狀、柱內(nèi)徑的大小和長度、固定液的化學(xué)性能等進(jìn)行分類。含氰固定相色譜柱會傷害銣珠，不可使用，DB-17的固定相是50%苯基和50%二甲基聚硅氧烷，圖1顯示DB-17對5種有機(jī)氮農(nóng)藥分離效果好。

出峰順序：1.仲丁威3.22 min；2.克百威4.13 min；3.抗蚜威4.35 min；4.甲霜靈4.58 min；5.甲奈威5.02 min

圖1

2.1.2 載氣流量的選擇：載氣流速與色譜柱理論塔板高度存在一個最佳值，即最佳流速。在最佳流速，理論塔板高度最小，塔板數(shù)最多，即柱效最高。同時(shí)FTD信號對氣體流速的改變非常敏感，選擇2、4、8mL/min載氣流量分別進(jìn)行試驗(yàn)。2mL/min分析時(shí)間慢，靈敏度低，5種有機(jī)氮農(nóng)藥完全分離，8mL/min分析時(shí)間較快，銣珠溫度降低，靈敏度和分離度較差，分析時(shí)間最短。結(jié)果顯示，載氣流量增大，分析時(shí)間縮短，靈敏度和柱率變差，提高分析時(shí)間和靈敏度，故選擇載氣流速4mL/min。

2.1.3 進(jìn)樣口溫度的選擇：選擇180℃、220℃、240℃進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)樣口溫度低，180℃5種有機(jī)氮農(nóng)藥靈敏度變小，峰型變扁，220℃和240℃對析結(jié)果沒有明顯變化，經(jīng)過進(jìn)樣口進(jìn)樣后能夠完全氣化，延長儀器使用壽命，選擇220℃。

2.1.4 柱箱溫度的選擇：氣相色譜分析中，色譜柱的溫度控制方式分為恒溫和程序升溫兩種。5種有機(jī)氮農(nóng)藥沸點(diǎn)不同采用程序升溫，程序升溫色譜法，色譜柱的溫度按照組分沸程設(shè)置的程序連續(xù)地隨時(shí)間線性或非線性逐漸升高，使柱溫與組分的沸點(diǎn)相互對應(yīng)，以使低沸點(diǎn)組分和高沸點(diǎn)組分在色譜柱中都有適宜的保留、色譜峰分布均勻且峰形對稱。選擇氣化室初始溫度150℃保持1min，升溫速率30℃/min至250℃保持6min，分離效果和靈敏度較好。

2.1.5 FTD收集極銣珠老化設(shè)置：FTD收集極銣珠是消耗品，使用過程中會不斷損耗，靈敏度明顯下降時(shí)要更換銣珠，查閱參考文獻(xiàn)[6]和參考文獻(xiàn)[7]安裝好新銣珠需要老化激活，老化激活過程緩慢提高檢測器的溫度，先升至150℃，保持10min，再將溫度提至200℃，保持10min，再將溫度提至250℃，保持10min，300℃（10min），銣珠電流設(shè)置5pA，保持10min，再將電流設(shè)置10pA，保持10min，再將電流設(shè)置20pA，保持10min，再將電流設(shè)置50pA，保持10min，再將電流設(shè)置100pA，保持10min，最后將電流設(shè)置200pA，待基線平穩(wěn)后馬上設(shè)置工作電流30pA，老化過程也是銣珠損耗過程，盡量減少銣珠高溫階段老化的時(shí)間，可以減少損耗。

2.1.6 檢測器參數(shù)設(shè)置：火焰熱離子檢測器（FTD）是分析微量含磷、含氮有機(jī)化合物的常用的檢測器。火焰熱離子檢測器（FTD）收集極含有一個外涂銣鹽（硅酸銣）用電加熱的銣珠，在這種熱離子源的情況下，含氮磷的有機(jī)分子電離，離子化被收集，產(chǎn)生電流被測定。由于FTD信號對氣體流速的改變非常敏感，氫氣流速和銣珠加熱電流，增大氫氣流能增加銣珠溫度以及增加圍繞銣珠活化區(qū)的范圍，信號響應(yīng)值增加，但銣珠的壽命要縮短。對銣珠增加加熱電流，也是直接增加其表面溫度，信號響應(yīng)值明顯增加，銣珠的壽命會縮短。因此，加熱電流與合適的氫氣流速是相互制約的，電流大所需的氫氣流速小，電流減小則氫氣流速相應(yīng)加大。銣珠加熱電流調(diào)節(jié)氫氣流量和銣珠加熱電流，可以改變FTD的靈敏度，同時(shí)也影響銣珠的壽命。加熱電流上限從檢測器上面的出氣孔看到銣珠由暗紅轉(zhuǎn)為全部發(fā)紅，就達(dá)到上限了。如果繼續(xù)升高加熱電流，雖然靈敏度能提高，但會大大增加銣珠消耗速度。從節(jié)省的角度，當(dāng)使用FTD時(shí)，調(diào)節(jié)加熱電流使靈敏度達(dá)到基本的分析要求就可以了，不必太高。選擇檢測器溫度300℃，F(xiàn)TD收集極銣珠電流30pA，空氣90mL/min，氫氣30mL/min效果較好。

2.2 提取溶劑的選擇

農(nóng)藥殘留檢測選擇溶劑的原則是對農(nóng)藥有效成分溶解度大，對樣品雜質(zhì)溶解度小，溶劑不能與農(nóng)藥起化學(xué)反應(yīng)，溶劑要經(jīng)濟(jì)、易得、使用安全等。煙草為干燥樣品，5種有機(jī)氮農(nóng)藥難溶于水，易溶于乙腈，因此使用乙腈和水混合提取。煙草樣品加水后體積膨脹，表面積增大乙腈更容易提取，提取液中煙草葉黃素等雜質(zhì)大部易溶于水，水有凈化作用，加氯化鈉使乙腈和水鹽折分離。

2.3 凈化條件的優(yōu)化

2.3.1 農(nóng)殘分析中凈化是最麻煩，但是又是必要的一個環(huán)節(jié)；特別是在處理植物樣品時(shí)，植物色素的干擾是一個較為麻煩的問題，常見的凈化方法有磺化方法、凝膠色譜（GPC）法或利用吸附劑如活性炭、PSA、石墨化炭黑、氧化鋁、弗羅里矽土等進(jìn)行SPE凈化，由于農(nóng)殘目標(biāo)物的不同及樣品的差異，各個凈化方法會有不同的適用性。氨基固相萃取柱是在高純硅膠基質(zhì)上鍵合極性鍵合相氨基丙基Aminopropyl[-Si（CH2）3NH2]的極性吸附劑，同時(shí)具有氫鍵和陰離子交換兩種作用機(jī)理，端基封尾。40μm不規(guī)則形狀，平均孔徑60?，比表面積325m2/g，碳載量6.7%，pH適用范圍2～8，有堿性（pKa=9.8），對酸性/堿性化合物有不同的選擇性；可在水介質(zhì)中用作弱陰離子交換吸附劑（交換容量1.10meq/g）。其pKa值為9.8時(shí)，NH2與SAX（一種季胺類吸附劑，通常帶負(fù)電荷）類吸附劑相比是一種更弱的陰離子交換吸附劑，因而對于在SAX上產(chǎn)生不可逆保留的強(qiáng)陰離子化合物（如在pH<7.8水溶液中的磺酸根等強(qiáng)陰離子），可以使用氨基柱來萃取。由于與氨基相連的丙基的作用，使得氨基呈現(xiàn)出弱極性，因此可用來從極性樣品中分離非極性分化合物，但是強(qiáng)極性還是氨基的主要特性。查詢相關(guān)文獻(xiàn)，使用氨基固相萃取柱凈化效果較好，有效除去煙草中葉黃素等雜質(zhì)不影響回收率。

2.3.2 洗脫液的選擇：煙草煙草中葉黃素等雜質(zhì)，能溶于有機(jī)溶劑。5種有機(jī)氮農(nóng)藥易溶于甲醇和二氯甲烷。煙草提取液的雜質(zhì)和目標(biāo)物吸附在氨基固相萃取柱上后，用合適的溶劑進(jìn)行洗脫，農(nóng)藥被洗脫劑出來，雜質(zhì)保留在氨基固相萃取柱上。達(dá)到理想的洗脫效果，使用甲醇和二氯甲烷進(jìn)行試驗(yàn)，單純使用甲醇樣品的洗脫液洗脫體積8mL，5種有機(jī)氮農(nóng)藥完全洗脫干凈，色素較多。單純使用二氯甲烷樣品的洗脫液洗脫體積10mL液洗脫，洗脫體積需要10mL，除仲丁威稍差外，其余4種有機(jī)氮農(nóng)藥完全洗脫干凈，使用二氯甲烷+甲醇90+10，為洗脫劑，洗脫體積10mL時(shí)5種有機(jī)氮農(nóng)藥效果較好。

2.3.3 濃縮量的優(yōu)化。濃縮量影響儀器的檢出限，濃縮量加大，檢出限減小。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及線性范圍

5種有機(jī)氮農(nóng)藥配制成濃度為0.02～2.00mg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)樣1μL，以進(jìn)樣濃度（x）為橫坐標(biāo)、其響應(yīng)的色譜峰面積（y）為縱坐標(biāo)建立線性方程y=kx+b，獲得標(biāo)準(zhǔn)曲線及其線性響應(yīng)和相關(guān)系數(shù)（r）。將5種有機(jī)氮農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液依次稀釋添加進(jìn)煙草樣品處理后獲得檢出限，最小檢出限以儀器基線噪聲3倍所對應(yīng)的濃度值計(jì)算。在本研究條件下，5種有機(jī)氮農(nóng)藥農(nóng)藥最小檢出限為0.005～0.009mg/kg，最小檢出限符合國內(nèi)相關(guān)組織規(guī)定的最大殘留限量（Maximum residue limit，MRLs）的要求。數(shù)據(jù)（表1）顯示，標(biāo)準(zhǔn)曲線具有良好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.9957～0.9992。

表1 5種有機(jī)氮農(nóng)藥在煙草中的回歸方程、相關(guān)系數(shù)、最低檢出限

農(nóng)藥名稱 線性方程 相關(guān)系數(shù) 檢出限（mg/kg）

仲丁威 y=38656x-95 0.9971 0.006

克百威 y=33034x-23 0.9990 0.007

抗蚜威 y=45831x-107 0.9992 0.005

甲霜靈 y=46255x+36 0.9988 0.005

甲萘威 y=25696x-132 0.9957 0.009

2.5 加標(biāo)回收及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

圖2顯示在空白煙草樣品凈化處理和加標(biāo)回收，無雜質(zhì)干擾峰，空白煙草樣品中分別添加0.02、0.04、0.10mg/kg 3個水平濃度的5種有機(jī)氮農(nóng)藥混標(biāo)，每個濃度設(shè)6個重復(fù)，3個空白對照，樣品按照試驗(yàn)方法操作檢測，結(jié)果見表2。5種有機(jī)氮農(nóng)藥回收率為88.92%～97.93%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.65%～5.79%，5種有機(jī)氮農(nóng)藥在煙草中檢測的準(zhǔn)確度和精確度均符合殘留分析的要求。

圖2 空白煙草樣品和5種有機(jī)氮加標(biāo)

（添加水平0.1mg/kg）回收色譜圖

3 結(jié)語

在試驗(yàn)研究建立了煙草樣品乙腈提取-氨基固相萃取柱凈化-氣相色譜（FTD）檢測煙草中5種有機(jī)氮農(nóng)藥多殘留分析方法。該方法快速、高效、準(zhǔn)確，適合大批量煙草農(nóng)藥殘留的快速監(jiān)測。

表2 5種有機(jī)氮農(nóng)藥在煙草中的回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

農(nóng)藥

名稱 添加濃度（mg/kg） 平均回收率（%） 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（%）

仲丁威 0.02 92.88 4.69

0.04 88.92 2.65

0.10 91.01 2.75

克百威 0.02 97.14 5.52

0.04 92.55 4.57

0.10 89.14 3.54

抗蚜威 0.02 91.12 5.79

0.04 94.86 3.01

0.10 89.79 2.33

甲霜靈 0.02 93.23 4.51

0.04 96.30 5.58

0.10 97.16 3.06

甲萘威 0.02 97.54 5.71

0.04 90.30 4.52

0.10 97.93 3.90

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作者簡介：楊奕南（1979—），男，就讀于鄭州輕工業(yè)學(xué)院，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：煙草質(zhì)量檢測。