多壁碳納米管固相萃取氣相色譜法檢測蔬菜中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農藥殘留

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(1. 云南民族大學化學與生物技術學院,民族藥資源化學國家民族事務委員會 - 教育部重點實驗室,云南昆明 650500;2. 云南省農業環境保護監測站,云南昆明 650034)

毒死蜱、丙溴磷、三唑磷均為中等毒性有機磷類農藥,常用于防治棉花、蔬菜等作物的害蟲[1 - 3],殺蟲效果較好。其中丙溴磷與毒死蜱、三唑磷與毒死蜱常作為復配農藥使用,且這三種農藥可分別與其他類別的農藥作為復配制劑,從而增強農藥對害蟲的殺滅效果[4 - 6]。由于毒死蜱、丙溴磷、三唑磷的長期大量使用,對生態環境造成嚴重污染,而且農產品中的農藥殘留也對人類健康造成威脅[7]。因此,建立一種快速、準確的分析方法對蔬菜中的毒死蜱、三唑磷、丙溴磷農藥殘留進行檢測具有重要意義。目前,檢測樣品中有機磷農藥殘留的方法主要有氣相色譜法[8]、氣相或液相與質譜聯用[9 - 10]等儀器分析方法以及其他快速檢測方法[11]。其中,氣相色譜 - 火焰光度法(GC - FPD)常用來檢測樣品中有機磷類農藥[12]。盡管火焰光度檢測器是一種選擇性檢測器,但含有大量色素等干擾物質的樣品不僅會干擾測定,同時還會污染儀器的進樣口、色譜柱和檢測器[13]。因此,在前處理過程中,有必要對樣品進行凈化。

多壁碳納米管(MWCNTs)是一種新型的吸附材料,與傳統吸附材料相比,具有比表面積大和熱穩定性高等特點。從1991年被發現以來,廣泛應用于生物學、光學、環境科學等領域[14 - 15],已有文獻報道將其作為固相萃取材料成功應用于食品類基質中農藥殘留等的測定,且效果較好[16 - 18]。本文采用市售MWCNTs作為凈化材料自制SPE柱對蔬菜樣品進行凈化、GC - FPD法檢測樣品中毒死蜱、三唑磷、丙溴磷農藥殘留。

1 材料與方法

1. 1 材料與儀器

毒死蜱、丙溴磷、三唑磷標準品(濃度均為1000mg/L,溶劑為丙酮) 農業部環境保護科研監測所;工業級多壁碳納米管(型號:GYM001) 中科院成都有機所;乙腈、丙酮、甲苯、正己烷、乙酸乙酯 色譜純。

蔬菜、水果和食用菌樣品 均采購于昆明某農貿市場。

Agilent 7890A型氣相色譜儀,火焰光度檢測器(FPD) 美國Agilent公司;T25型高速組織搗碎機 德國IKA公司;RE - 52AA型旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠;LD5 - 10型低速離心機 北京醫用離心機廠;HY - 2型往復振蕩器 江蘇省金壇市恒豐儀器制造有限公司;SB5200型超聲儀 上海超聲波儀器廠;JJ500型電子天平 常熟雙屯測試儀器廠;固相萃取空管柱(5mL)。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 樣品前處理方法 提取:準確稱取蔬菜樣品10. 00g于100mL塑料離心管中,加入20mL乙酸乙酯和5 ～ 7g氯化鈉,勻漿(3000r·min-1)提取2min(超聲提取時,300W提取30min;振蕩提取時,200r·min-1提取30min),以3000r·min-1轉速離心5min,準確移取上層清液10mL于100mL雞心瓶中,旋轉蒸發至近干,加入1 ～ 2mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)使其溶解,備用;凈化:在固相萃取空管柱底部放入少許脫脂棉,壓實,使高度約0. 5cm,放置篩板,加入已準確稱取的80mg MWCNTs,再放置篩板,保證柱子裝填均勻。先用5mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)活化MWCNTs小柱,將上述待凈化溶液加入MWCNTs小柱中,再用10mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)進行洗脫,收集洗脫液于干凈雞心瓶中,旋轉蒸發至近干,用丙酮定容至5mL,再用0. 22μm濾膜過濾,待測。

1. 2. 2 色譜分析條件 色譜柱:DB1701(30m×250μm×0. 25μm);進樣口溫度:220℃;檢測器溫度:250℃;柱溫:初始溫度100℃,以20℃/min升至230℃,保持6min,以15℃/min升至260℃,保持8min;進樣量:1μL,不分流進樣;載氣(N2)流速:1. 81mL/min;H2流速:75mL/min;無水空氣流速:100mL/min;以保留時間定性,外標法定量。

2 結果與討論

2. 1 GC - FPD色譜條件的確定

根據參考文獻和三種農藥的理化性質,本實驗對進樣口溫度、柱溫、檢測器溫度、進樣量等參數進行優化,得到1. 2. 2最終色譜條件。三種有機磷農藥的標液色譜圖如圖1所示。

圖1 三種有機磷農藥色譜圖Fig. 1 Chromatogram of three standard organophosphorus pesticides注:1. 毒死蜱;2. 丙溴磷;3. 三唑磷。

由于本實驗選擇的三種農藥極性差異較大,因此為了避免樣品中的雜質對檢測的干擾以及保證較好的分離度,在確定色譜條件時,使三種農藥的保留時間均大于10min。

2. 2 樣品前處理條件的選擇

2. 2. 1 提取

2. 2. 1. 1 提取方式的選擇 通過參考標準方法[19]本實驗以乙腈為提取劑,比較了勻漿提取、超聲提取和振蕩提取三種方法(三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。不同提取方法對應的三種農藥的回收率如圖2所示。

圖2 提取方式的選擇Fig. 2 Selection of the ways of extraction

三種提取方式的提取效果都比較好,其中勻漿提取時,毒死蜱、丙溴磷和三唑磷的回收率分別為87. 9%、90. 1%、87. 8%,超聲提取時三種農藥的回收率分別為83. 7%、93. 3%、100%,振蕩提取時三種農藥的回收率分別為79. 9%、85. 5%、105%。由于勻漿提取方式可有效地縮短前處理所需的時間,因此選擇勻漿提取。

2. 2. 1. 2 提取劑的選擇 根據有機磷農藥的極性,選擇乙腈、丙酮、乙酸乙酯作為提取溶劑,采用勻漿提取方式進行比較(三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。三種農藥的回收率如圖3所示。

圖3 提取劑的選擇Fig. 3 Optimization of the extractant

由圖3可看出,當選擇乙腈作為提取劑時毒死蜱、丙溴磷和三唑磷的回收率分別為108%、115%、112%,當選擇丙酮作為提取劑時三種農藥的回收率分別為116%、130%、124%,當選擇乙酸乙酯作為提取劑時三種農藥的回收率分別為90. 3%、91. 0%、91. 8%,因此選擇乙酸乙酯作為提取劑。

2. 2. 1. 3 提取時間的優化 本實驗對比了提取時間分別為1、2、3min時三種農藥的回收率(三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。結果如圖4所示。

圖4 提取時間的優化Fig. 4 Optimization of the extraction time

結果表明,當提取時間為2min時毒死蜱、丙溴磷、三唑磷農藥的回收率已滿足農藥殘留的分析要求,分別為98. 1%、101%、97. 7%,因此選擇2min為提取時間。

表1 三種農藥的線性范圍和檢出限Table 1 The linear range and detection limit of three pesticides

2. 2. 2 MWCNTs SPE柱凈化

2. 2. 2. 1 MWCNTs填料量的確定 選擇MWCNTs的填料量分別為50、80、100、150、200mg,裝填SPE柱,以丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)為洗脫劑,對三種農藥進行回收率實驗(三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。結果如圖5所示。

圖5 多壁碳納米管填料量的確定Fig. 5 The determination of dosage of multi - walled carbon nanotubes

由圖5可知,三唑磷農藥的回收率隨著MWCNTs填料量的增加而降低,回收率在58. 3% ～ 67. 2%之間,而MWCNTs填料量的增加對毒死蜱和丙溴磷農藥的回收率影響不大,均在75. 8% ～ 84. 7%之間,當填料量為80mg時,三種農藥的回收率分別為77. 9%、81. 5%、67. 2%,因此選擇較為合適的80mg為最佳填料量。

2. 2. 2. 2 洗脫劑的選擇 根據參考文獻和三種農藥的極性,選擇乙腈、丙酮、正己烷、丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)、丙酮∶ 正己烷(3∶ 1,v/v)、乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)為洗脫劑,對三種農藥進行回收率實驗(三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行,不同洗脫劑所對應的色譜圖和回收率如圖6、圖7所示。

圖6 不同洗脫劑對應的色譜圖Fig. 6 The different eluant corresponds to chromatogram注:1. 毒死蜱;2. 丙溴磷;3. 三唑磷；a:乙腈;b:丙酮;c:正己烷;d:丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v);e:丙酮∶ 正己烷(3∶ 1,v/v);f:乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)。

圖7 洗脫劑的選擇Fig. 7 Study of elution

當以正己烷為洗脫劑時,收集的洗脫液中已檢測不到三唑磷農藥,其中毒死蜱和丙溴磷的回收率分別為82. 3%和22. 7%。使用其余五種洗脫劑時三種農藥的回收率均在92. 3% ～ 102%之間,當洗脫劑為丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)時三種農藥的回收率分別為92. 3%、96. 1%、92. 6%,當洗脫劑為乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)時,三種農藥的回收率分別為94. 3%、97. 9%、95. 0%,這兩種洗脫劑均能較好地去除樣品中的色素等雜質對檢測的影響,但考慮到試劑的毒性,選擇丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)為洗脫劑。

2. 2. 2. 3 洗脫劑體積的選擇 以丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)為洗脫劑,考察洗脫劑體積分別為10、15、20、25mL時三種農藥的回收率(洗脫劑體積包括用來活化MWCNTs小柱的部分,三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行,結果如圖8所示。

圖8 洗脫劑體積的選擇Fig. 8 The selection of eluent volume

結果表明,隨著洗脫劑體積的增加,三種農藥的回收率增大,當洗脫劑體積為15mL時,三種農藥的回收率分別為98. 6%、106%、103%,已達到農藥殘留分析的要求。因此選擇15mL為最佳洗脫劑體積。

2. 3 方法線性和檢出限

配制濃度分別為0. 0025、0. 005、0. 01、0. 025、0. 05、0. 1、0. 5、1. 0、2. 0mg/L的農藥混合標準溶液,按(1. 2. 2)色譜條件進行分析,以峰面積對濃度繪制標準曲線,以3倍信噪比(S/N)確定各農藥的檢出限,三種農藥的線性范圍和檢出限如表1所示。

由表1可知,三種農藥在0. 0025 ～ 2. 0mg/L范圍內呈良好的線性關系,相關系數在0. 9998 ～ 0. 9999之間,方法的檢出限在8. 21×10-4～ 1. 37×10-3mg/kg之間,滿足農藥殘留分析的要求。

2. 4 方法精密度和回收率實驗

為考察方法的精密度和準確度,在黃瓜樣品中分別添加0. 05、0. 10、0. 50mg/kg三個水平的農藥混合標準溶液進行回收率實驗,每個水平設定6個平行,三種農藥的平均回收率和RSD值如表2所示。

表2 方法的精密度和回收率實驗Table 2 The accuracy and recovery rate

表3 四個黃瓜樣品的測定結果Table 3 The determination results of four cucumber samples

注:ND為未檢出，表4同。

表4 不同樣品的測定結果Table 4 The determination results of different samples

由表2可知,三種農藥在三個添加水平下的平均回收率在83. 3% ～ 96. 7%之間,RSD值在0. 5% ～1. 7%之間,方法的準確度高、精密度好,符合農藥殘留分析方法的要求。

2. 5 實際樣品測定

采集不同產地的四個黃瓜樣品,對其進行三種有機磷農藥的測定,并做回收率實驗(三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),每個樣品做三個平行,樣品測定結果如表3所示。

由表3可知,三種農藥分別在四個黃瓜樣品中的平均回收率在83. 6% ～ 89. 6%之間,說明該方法適合用于檢測黃瓜樣品中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農藥殘留。

2. 6 方法應用

選擇不同基質的蔬菜、水果、食用菌共9個樣品進行三種有機磷農藥的測定,并進行回收率實驗(三種農藥的添加水平為0. 1mg/kg),每個樣品做三個平行,樣品的測定結果和三種農藥分別在9種樣品中的平均回收率如表4所示。

由表4可知,9種樣品中三種農藥的平均回收率均在72. 1% ～ 94. 6%之間,RSD值在0. 2% ～ 6. 4%之間,其中,普通白菜樣品檢出丙溴磷,值為0. 0881mg/kg(限量值為0. 5mg/kg),萵苣樣品檢出毒死蜱,值為0. 00685mg/kg(限量值為0. 1mg/kg),梨樣品檢出毒死蜱,值為0. 0363mg/kg(限量值為1. 0mg/kg),檢出濃度均未超出農藥殘留的最大限量值。

3 結論

本文建立了多壁碳納米管固相萃取 - 氣相色譜法檢測蔬菜中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農藥殘留的分析方法,該方法前處理過程中采用市售多壁碳納米管自制SPE柱對樣品進行凈化,方法的回收率在83. 3% ～ 96. 7%之間,相關系數在0. 9998 ～ 0. 9999之間,方法的檢出限在8. 21×10-4～ 1. 37×10-3mg/kg之間,RSD值小于2%。將該方法應用到不同類別的蔬菜及少數水果和食用菌中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農藥殘留的檢測,結果表明,該方法能有效地去除樣品中的色素等雜質,凈化效果較好。該方法操作簡便、準確度高、精密度好,適合批量樣品的測定。

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