多壁碳納米管分散固相萃取氣相色譜法檢測蔬菜中23種農藥殘留

劉曉亮　郭澤旺　黃璐璐　封國君　王彥輝　曾東強　黃永祿

摘要：【目的】建立一種多壁碳納米管（MWCNTs）分散固相萃取氣相色譜法（GC）檢測蔬菜中多種農藥殘留的分析方法，為氣相色譜法快速檢測蔬菜中農藥殘留提供一種新的材料和應用方法。【方法】采用分散固相萃取法，10.00 g樣品用10 mL乙腈提取，加入1.00 g NaCl和4.00 g無水MgSO4液液分離，取1 mL乙腈提取液用150 mg無水MgSO4和15 mg多壁碳納米管進行分散固相凈化， 運用氣相色譜微電子俘獲檢測器（GC-uECD）進行分析檢測，通過添加回收試驗對方法進行考察，基質匹配標準液外標法定量對蔬菜中23種農藥進行檢測。【結果】在0.05～1.00 mg/kg添加范圍內，23種農藥的添加回收率為73.0%～98.4%，相對標準偏差（RSD，n=5）為1.3%～11.0%，方法的定量限（LOQ）為0.02～0.05 mg/kg。采用該方法對市場樣品進行檢測，無目標農藥檢出。【結論】多壁碳納米管作為分散固相吸附劑與氣相色譜聯用，在回收率、檢出限及精密度等方面均能滿足農藥殘留分析的要求，且成本明顯低于商品化基質分散吸附劑，可在蔬菜農藥殘留檢測分析中推廣應用。

關鍵詞： 多壁碳納米管；分散固相萃取；GC-uECD；蔬菜；農藥殘留

中圖分類號： S481.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）03-0401-06

0 引言

【研究意義】我國的蔬菜產業目前已是種植業中僅次于糧食的第二大農作物產業，成為我國農業和農村經濟發展的支柱產業之一（劉芳等，2011），同時我國也是世界上最大的蔬菜生產國和消費國，消費量占全世界的40%（楊峻等，2014）。我國蔬菜生產中病害達500種以上，蟲害達200種以上，為了保障蔬菜的正常生產，在整個生長、加工和儲存過程中會多次使用不同種類的農藥，以改善作物的性狀、提高作物的產量和品質（宋淑玲等，2007；范素芳，2014）。為了保障公眾飲食安全，2014年由農業部和國家衛生計生委聯合發布的食品安全國家標準《食品中農藥最大殘留限量》（GB 2763-2014）將食品中農藥最大殘留限量指標由原來的2293項增加到3650項，重點增加了蔬菜、水果等鮮食農產品的限量標準，為115個蔬菜種（類）和85個水果種（類）制定了2495項限量標準，比2012版本增加了904項限量標準，新增蔬菜水果限量占總新增限量的67%，其中蔬菜上農藥最大殘留限量增加431項。因此， 開發農藥殘留分析方法對監控蔬菜中農藥的殘留量， 確保食品安全和人類健康有著非常重要的意義。【前人研究進展】在農藥殘留分析中通常采用不同類型的吸附劑除去樣品基質中的干擾物，常用的吸附劑包括活性炭、氧化鋁（酸性、中性和堿性）、硅酸鎂（Florisil）、氨基（NH2）和石墨化碳黑（GCB）等。目前，農藥多殘留分析方法主要采用固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）和基質固相分散法（MSPD）等技術（宋淑玲等，2008）。多壁碳納米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）具有納米級別的中空管狀結構和大的比表面積，具有較強吸附能力、穩定耐用等特點，已成為檢測農藥殘留的優異預富集萃取材料之一（劉曉亮等，2013）。以MWCNTs為SPE吸附劑，配合一定色譜條件，Zhou等（2006）和Min等（2008）分別檢測了水中DDT和阿特拉津及其代謝物的含量；Wang等（2007）分析了呋喃丹、異稻瘟凈、稻豐散等12種農藥在地表水中的殘留量；Lidia等（2008）分析了蘋果、橘子、菠蘿中馬拉硫磷、殺螟硫磷、二嗪磷等8種有機磷類農藥的殘留量；López-Feria等（2009）檢測了敵草隆、阿特拉津、西瑪津、馬拉硫磷等8種農藥在初榨橄欖油中的殘留量。以MWCNTs為分散固相萃取（d-SPE）吸附劑，經過液相或氣相與質譜儀聯用，Su等（2011）和González-Curbelo等（2012）分別檢測了花生油和谷物類嬰兒食品中有機磷類農藥的殘留量；Zhao等（2012）測定了蔬菜和水果中30種有代表性農藥的殘留量；Li等（2013）檢測了動植物源樣品（土豆、蘋果、茄子、大豆、綠茶、魚、豬肝）中丁氟螨酯及其代謝物的含量；Hou等（2013）檢測了18種磺胺類農藥在豬肉中的殘留量；Wu等（2014）檢測了金剛烷胺、金剛烷乙胺、二甲金剛胺在雞肉中的殘留量；Hou等（2014）檢測了76種農藥在茶葉中的殘留。閔光（2007）以MWCNTs為吸附材料，以基質固相分散萃取（MSPD）為前處理方法，建立了食品中農藥多殘留的氣相色譜質譜分析方法（GC-MS）。Song等（2013）采用碳納米管加強中空纖維固相萃取聯用HPLC-DAD檢測了氨基甲酸酯類農藥在蘋果中的殘留。Liao等（2014）以MWCNTs為固—液—固分散萃取（SLSDE）吸附劑，再通過分散液液微萃取（DLLME）聯合GC-MS檢測了12種除草劑在煙草中的殘留。【本研究切入點】MWCNTs作為吸附凈化材料，采用分散固相萃取時多以色譜質譜法為檢測手段；僅以色譜法為檢測手段時，MWCNTs多以裝填固相萃取小柱的方式對樣品進行凈化。MWCNTs分散固相萃取，采用氣相色譜法（GC）對蔬菜樣品進行檢測尚無報道。【擬解決的關鍵問題】選取廣西主要蔬菜品種番茄和空心菜為代表作物，采用MWCNTs分散固相凈化去除樣品基質中對分析有干擾的雜質，運用氣相色譜微電子俘獲檢測器（GC-uECD）對樣品進行檢測分析，探索MWCNTs分散固相萃取氣相色譜法在農藥殘留分析中的可行性，為氣相色譜法快速檢測蔬菜中農藥殘留提供一種新的材料和應用方法。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

儀器：Agilent 7890A氣相色譜儀，配uECD檢測器（美國安捷倫科技公司）；Vortex-Genie2漩渦混合儀（美國思博明公司）；Sigma 3K13離心機（德國西格瑪公司）；Milli-Q超純水儀（美國密理博公司）。

試劑：乙腈（色譜純，美國Fisher Scientific公司）；NaCl，無水MgSO4（分析純，天津科密歐化學試劑有限公司）；多壁碳納米管（直徑10～20 nm，孔徑5 nm； 天津艾杰爾公司）；N-丙基二乙胺（PSA，天津博納艾杰爾科技有限公司）。

供試農藥（共23種，其中殺蟲劑12種、殺菌劑2種、除草劑9種）：氟鈴脲、撲草津、莠去津、敵草隆、西瑪津、β-六六六、乙草胺、甲草胺、異丙甲草胺、丁草胺、腐霉利、硫丹、己唑醇、pp-滴滴涕、氯氟吡氧乙酸異辛酯、聯苯菊酯、甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯、氯菊酯、高效氯氟氰菊酯、高效氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯（純度≥98.0%，德國Dr. Ehrenstorfer公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 農藥標準液配制 準確稱取各農藥標準品0.01 g（精確至0.0001 g）于10 mL容量瓶中，以乙腈定容，配制成1000 mg/L儲備標準溶液，-20 ℃保存。用乙腈稀釋儲備標準溶液，配制成各濃度的混合標準工作液，4 ℃保存備用。

1. 2. 2 MWCNTs優化 稱取1.20 g MWCNTs置于500 mL單口燒瓶中，加入90 mL濃硫酸，超聲波處理2 h，再加入30 mL濃硝酸，超聲波處理1 h，移入恒溫油浴槽中，120 ℃回流1 h，冷卻靜置，用吸管吸除上層混酸清液，加入1000 mL去離子水稀釋，稀釋液過0.22 μm聚四氟乙烯微孔濾膜，反復水洗至濾液pH=7.0，所得固體經過真空50 ℃干燥即得到被氧化的MWCNTs。取被氧化的1.00 g MWCNTs置于100 mL單口燒瓶中，加20 mL三氯甲烷、10 mL丙酮和5 mL氯化亞砜，超聲波處理1 h，加入5 mL 1，3-丙二醇，攪拌24 h，再加入10 mL無水乙醇，磁力攪拌 2 h，過 0.22 μm聚四氟乙烯微孔濾膜，并用無水乙醇反復沖洗，所得固體經真空50 ℃干燥即得到優化的MWCNTs。

1. 2. 3 提取與凈化 稱取樣品10.00 g于50 mL離心管中，加入10 mL乙腈，渦旋2 min，加入1.00 g NaCl、4.00 g無水MgSO4，渦旋2 min，4500 r/min離心5 min，取上清液1 mL于已加入150 mg無水MgSO4和15 mg MWCNTs的2 mL離心管中，渦旋30 s，14000 r/min離心1 min，取上清液過0.22 μm聚四氟乙烯微孔濾膜于進樣小瓶，待測。

1. 2. 4 加標回收率試驗 稱取空白樣品10.00 g于 50 mL帶蓋離心管中，添加不同濃度水平的23種農藥混合標準溶液，渦旋混勻后按1.2.2方法加乙腈，進行提取和凈化。由于在氣相色譜分析中樣品的基質效應普遍存在，為避免提取液中某些待測物的信號明顯不同于溶劑標準液的信號，同樣處理不添加農藥的空白樣品作為基質空白溶液，用于配制基質匹配標準溶液，計算加標回收率。

1. 2. 5 色譜條件 GC7890A氣相色譜儀，配uECD檢測器；色譜柱DB-17，30 m×250 μm×0.25 μm，流速1 mL/min；進樣口280 ℃；檢測器300 ℃；柱箱采用程序升溫，色譜柱初始溫度150 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升至270 ℃，保持30 min。供試農藥標液色譜圖見圖1。

2 結果與分析

2. 1 MWCNTs分散固相的凈化效果

在分散固相萃取中，PSA是經典的凈化材料，番茄和空心菜雜質較多，用PSA吸附劑很難將多種雜質除去。本研究對比了15 mg MWCNTs和15 mg PSA對1 mL基質提取液的凈化效果，結果表明，MWCNTs與PSA的凈化效果相當（圖2）。比較使用10、15、20、25 mg MWCNTs對1 mg/L供試藥劑混合標液（1 mL）的吸附效果，結果表明，使用10和15 mg MWCNTs對混合標液的吸附不明顯，當使用20 mg MWCNTs 時，己唑醇被吸附15.4%，氯氟吡氧乙酸異辛酯被吸附22.6%。因此，選擇使用15 mg MWCNTs對1 mL基質提取液進行凈化（圖3）。

2. 2 方法確證結果

2. 2. 1 校正曲線及方法定量限考察 本研究采用基質匹配標準溶液補償基質效應，用空白番茄和空心菜提取液配制基質匹配標準溶液，以6點法構建各目標物的基質標準曲線，以峰面積對應進樣濃度繪制基質標準曲線，所考察農藥在番茄和空心菜基質中的基質標準曲線相關系數（r）分別為0.9983～0.9999和0.9990～ 0.9999，所考察農藥在番茄和空心菜基質中的定量下限（LOQ，S/N≥10）均在0.02～0.05 mg/kg（表1）。

2. 2. 2 方法準確度和精密度評價 以MWCNTs為分散固相凈化材料，對番茄和空心菜兩種基質分別進行23種農藥的添加回收試驗，添加濃度為1.00、0.50、0.05 mg/kg，每個添加濃度5個重復，結果見表1。在3個添加水平下，各農藥在番茄和空心菜基質中的添加回收率分別為73.0%～98.4%和76.1%～96.3%，相對標準偏差（RSD，n=5）分別為2.8%～9.9%和1.3%～11.0%，回收率和精密度數據均符合農藥殘留檢測要求。

2. 3 實際樣品檢測結果

采用本研究建立的分析方法，于2014年7～10月對南寧市五里亭農貿市場上的番茄和空心菜樣品進行抽檢，番茄共80份樣品，空心菜共60份樣品，均未檢出目標農藥殘留。

3 討論

MWCNTs是由2～50層不等的石墨烯片同軸卷曲形成的無縫管狀結構，每層納米管的管壁是由1個碳原子通過sp2雜化與周圍3個碳原子完全鍵合后所構成的六邊形網絡平面所圍成的圓柱體，層間距為0.34～0.01 nm，直徑為2～30 nm，長度為0.1～50.0 μm（Reilly，2007）。MWCNTs對有機物的吸附機理主要集中在π-π作用、疏水作用、H鍵作用、靜電作用力等與一些有機化合物和多核芳香化合物相作用。MWCNTs對基質提取液中干擾物質的凈化主要有兩種作用方式：一種是對于體積較大的物質，可在管壁表面發生吸附作用；另一種是對于體積較小的物質，可被其中空結構吸收，并改變碳納米管的形態。由于基質提取液中所含的物質種類較多，這兩種作用同時存在（趙鵬躍，2015）。本研究對比了MWCNTs和PSA對基質提取液的凈化效果，發現在番茄樣品上，MWCNTs凈化效果稍遜于PSA，其譜圖基線略高于PSA，而空心菜的MWCNTs凈化效果優于PSA。其原因可能是番茄樣品中含有水溶性脂肪酸等極性雜質較多，非極性物質較少，而空心菜樣品中所含非極性雜質較多，PSA吸附極性雜質的效果優于MWCNTs，MWCNTs吸附非極性雜質的效果優于PSA所致。本研究中MWCNTs對綠葉樣品空心菜提取液的凈化效果優于PSA，與官金艷（2012）采用MWCNTs凈化4種磺酰脲類除草劑在茶葉基質中的提取液及趙鵬躍（2015）采用MWCNTs凈化30種農藥在甘藍、菠菜基質中的提取液凈化效果優于PSA的結論一致。MWCNTs作為一種結構和性能獨特的新型納米材料價格遠低于PSA，其以吸附能力強、穩定耐用、成本低廉等特點在農藥殘留分析中具有廣闊的應用前景。

4 結論

本研究以MWCNTs為分散固相凈化材料，建立了GC-uECD同時測定蔬菜中23種農藥殘留的分析方法，該方法簡便快速，在回收率、檢出限及精密度等方面均能滿足農藥殘留分析要求，在農藥殘留分析中具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

范素芳. 2014. 六種綠葉蔬菜中典型農藥殘留規律及代表作物研究[D]. 北京：中國農業大學.

Fan S F. 2014. Study on residue behaviors of typical pesticides in six leafy green vegetables and representative commodities[D]. Beijing：China Agricultural University.

官金艷. 2012. 復雜樣品中磺酰脲類除草劑殘留分析的樣品前處理技術研究[D]. 武漢： 華中師范大學

Guan J Y. 2012. Study of sample pretrement method for sulfonylurea herbicides residues analysis in complex samples[D]. Wuhan： Central China Normal University.

劉芳， 王琛， 何忠偉. 2011. 中國蔬菜產業國際市場競爭力的實證研究[J]. 農業經濟問題，（7）： 91-98.

Liu F， Wang C， He Z W. 2011. Study on international compe-

titiveness of vegetable industry in China[J]. Problems of Agricultural Economy，（7）： 91-98.

劉曉亮，李雪生，劉紹文，趙鵬躍，周利，潘燦平. 2013. 中草藥中13種代表性農藥多殘留的分散固相凈化與氣相色譜—質譜法測定[J]. 分析化學， 41（4）： 553-558.

Liu X L， Li X S， Liu S W， Zhao P Y， Zhou L， Pan C P. 2013. Determination of 13 representative pesticides in chineseherbal medicine plants by dispersive solid-phase cleanup and gas chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry， 41（4）： 553-558.

閔光. 2007. 基質固相分散萃取氣質檢測食品中農殘的研究[D]. 天津： 天津科技大學.

Min G. 2007. Pesticide residues determination in food by matrix solid-phase dispersion extraction and chromatography-mass spectrometry[D]. Tianjin： Tianjin University of Science and Technology.

宋淑玲， 李重九， 馬曉東. 2008. 蔬菜農藥多殘留分析中基質共提物凈化方法的研究[J]. 分析測試學報， 27（8）： 795-799.

Song S L， Li C J， Ma X D. 2008. Study on clean-up method for co-extractions of multipl pesticide residues in vegetables[J]. Journal of Instrumental Analysis， 27（8）： 795-799.

宋淑玲，李重九，饒竹. 2007. 蔬菜農藥多殘留檢測中主要干擾物的研究[J]. 分析測試學報， 26（S）： 215-217.

Song S L， Li C J， Rao Z. 2007. The research on the interferences of pesticides residue in vegetables[J]. Journal of Instrumental Analysis， 26（S）： 215-217.

楊峻， 朱春雨， 張楠， 林榮華， 陳立萍， 張佳， 隋鵬飛. 2014. 我國蔬菜及特色作物用藥現狀及對策探討[J]. 植物保護， 43（4）： 1-4.

Yang J， Zhu C Y， Zhang N， Lin R H， Chen L P， Zhang J， Sui P F. 2014. The status and countermeasures of pesticide use on vegetables[J]. Plant Protection， 43（4）： 1-4.

趙鵬躍. 2015. 基于多壁碳納米管的農藥多殘留前處理方法的開發與應用[D]. 北京：中國農業大學.

Zhao P Y. 2015. Development and application of pesticide multi-residues pretrement method based on multi-walled carbon nanotubes[D]. Beijing：China Agricultural University.

González-Curbelo M ■， Asensio-Ramos M， Herrera-Herrera A V， Hernández-Borges J. 2012. Pesticide residue analysis incereal-based baby foods using multi-walled carbon na-

notubes dispersivesolid-phase extraction[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry， 404（1）：183-196.

Hou X， Lei S R， Qiu S T， Guo L G， Yi S G， Liu W. 2014. A multi-residue method for the determination of pesticides in tea using multi-walled carbon nanotubes as a dispersive solid phase extractionabsorbent[J]. Food Chemistry， 153（24）： 121-129.

Hou X L， Wu Y L， Yang T， Du X D. 2013. Multi-walled carbon nanotubes-dispersive solid-phase extraction combined with liquid chromatography-tandem mass spectrometry for the analysis of 18 sulfonamides in pork[J]. Journal of Chromatography B， 929（7）： 107-115.

Li M M， Liu X G， Dong F S， Xu J， Kong Z Q， Li Y B. 2013. Simultaneous determination of cyflumetofen and its mainmetabolite residues in samples of plant and animal originusing multi-walled carbon nanotubes in dispersive solid-phaseextraction and ultrahigh performance liquid chromatography-tandemmass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A， 1300（2）： 95-103.

Liao Q G， Zhou Y M， Luo L G， Wang L B ， Feng X H. 2014. Determination of twelve herbicides in tobacco by a combination of solid-liquid-solid dispersive extraction using multi-walled carbon nanotubes， dispersive liquid-liquid micro-extraction， and detection by GC with triple quadrupole mass spectrometry[J]. Microchim Acta， 181（1）： 163-169.

Lidia M， Ravelo-Pérez， Hernández-Borges J， Rodríguez-Delgado M ■. 2008. Multi-walled carbon nanotubes as efficient solid-phase extraction materials of organophosphorus pesticides fromapple， grape， orange and pineapple fruit juices[J]. Journal of Chromatography A， 1211（1-2）： 33-42.

López-Feria S，Cárdenas S，Valcárcel M. 2009. One step carbon nanotubes-based solid-phase extraction for the gas chromatographic-mass spectrometric multiclass pesticide control in virgin olive oils[J]. Journal of Chromatography A， 1216（43）：7346-7350.

Min G， Wang S， Zhu H P， Fang G Z， Zhang Y. 2008. Multi-walled carbon nanotubes as solid-phase extraction adsorbents for determination of atrazine and its principal metabolites in water and soil samples by gas chromatography-mass spectrometry[J]. Science of the Total Environment， 396（1）： 79-85.

Relly R M. 2007. Carbon nanotubes： potential benefits and risks of nanotechnology in nuclear medicine[J]. The Journal of Nuclear Medicine， 48（7）： 1039-1042.

Song X Y， Shi Y P， Chen J. 2013. Carbon nanotubes-reinforced hollow fibre solid-phase microextraction coupled with high performance liquid chromatography for the determination of carbamate pesticides in apples[J]. Food Chemistry， 139（1-4）： 246-252.

Su R， Xu X， Wang X H， Li D， Li X Y， Zhang H Q， Yu A M. 2011. Determination of organophosphorus pesticides in peanut oil by dispersive solid phase extraction gas chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography B， 879（30）： 3423-3428.

Wang S， Zhao P， Min G， Fang G Z. 2007. Multi-residue determination of pesticides in water using multi-walled carbonnanotubes solid-phase extraction and gas chromatography-masss pectrometry[J]. Journal of Chromatography A， 1165（1-2）： 166-171.

Wu Y L， Chen R X， Xue Y， Yang T， Zhao J， Zhu Y. 2014. Simultaneous determination of amantadine， rimantadine and memantine in chicken muscle using multi-walled carbon nanotubes as a reversed-dispersive solid phase extraction sorbent[J]. Journal of Chromatography B， 965： 197-205.

Zhao P Y， Wang L， Zhou L， Zhang F Z， Kang S， Pan C P. 2012. Multi-walled carbon nanotubes as alternative reversed-dispersive solid phase extraction materials in pesticide multi-residue analysis with QuEChERS method[J]. Journal of Chromatography A， 1225（1588）： 17-25.

Zhou Q X， Xiao J P， Wang W D. 2006. Using multi-walled carbon nanotubes as solid phase extraction adsorbents to determine dichlorodiphenyltrichloroethane and its metabolites at trace level in water samples by high performance liquid chromatography with UV detection[J]. Journal of Chromatography A， 1125（2）： 152-158.

（責任編輯 麻小燕）