MWCNT-分散固相萃取-氣相色譜-串聯質譜法檢測茶油中11種有機磷農藥殘留

張 帆，白 珊，王美玲，張 瑩，黃志強，李忠海， 鐘海雁

(1.長沙環境保護職業技術學院，中國 長沙 410004；2. 湖南省檢驗檢疫科學技術研究院，中國 長沙 410004；3.中南林業科技大學食品科學與工程學院，中國 長沙 410004)

MWCNT-分散固相萃取-氣相色譜-串聯質譜法檢測茶油中11種有機磷農藥殘留

張 帆1，2，白 珊1，王美玲2，張 瑩2，黃志強2，李忠海3， 鐘海雁3

(1.長沙環境保護職業技術學院，中國 長沙 410004；2. 湖南省檢驗檢疫科學技術研究院，中國 長沙 410004；3.中南林業科技大學食品科學與工程學院，中國 長沙 410004)

建立了分散固相萃取凈化-氣相色譜-串聯質譜測定茶油中11種有機磷農藥殘留的分析方法.樣品采用乙腈提取，羧基化多壁碳納米管和中性氧化鋁混合吸附劑富集和凈化，能夠有效去除茶油中脂肪等雜質對測定結果的影響.本方法中11種有機磷農藥在0.01～0.5 mg/L范圍內，線性良好，相關系數為0.999 61～0.999 96；在0.02～0.1 mg/kg范圍內，11種目標物的回收率為86.2%～112.6%，RSD為3.2%～11.2%.

多壁碳納米管；分散固相萃取；氣相色譜-串聯質譜；茶油；有機磷農藥

茶油原料來源于我國特有的一種常綠灌木——油茶，其與油棕、油橄欖和椰子各占據了世界上四大木本油料作物一席之位.茶油含有豐富的不飽和脂肪酸和維生素、山茶甙和角鯊烯等生物活性成分，是既具有食用價值又具有藥用價值的高檔植物油，具有廣闊的開發應用前景[1].在油茶的種植過程中，如果沒有進行有效的病蟲害防治，油茶的產量將受到嚴重影響.因此，油茶種植農戶大量使用高效、易降解的有機磷農藥，容易在茶油原料中造成農藥殘留.這些受到有機磷農藥污染的茶油原料加工成茶油后，通過食物鏈長時間作用于人體，器官易發生病變，嚴重時會產生“致畸、致癌、致突變”作用[2].氣相色譜法[3]、氣相色譜-串聯質譜法[4]以及液相色譜-串聯質譜法[5]等都是有機磷農藥殘留分析中常用的檢測方法，這些分析方法往往要求有效去除樣品基質中的雜質，從而降低對譜圖的干擾，減少分析結果的誤差.通常使用較多的前處理手段有固相萃取[6]、凝膠滲透色譜[7]、分散固相萃取[8-9]，近年來，分散固相萃取憑借其快速、操作簡單、成本低廉等優勢在農藥殘留分析中受到歡迎.多壁碳納米管(MWCNT)作為一種新型的吸附劑材料，其超強的吸附能力和超大的吸附容量使得MWCNT在食品農藥殘留的前處理中運用廣泛[10-12].本研究考慮到茶油基質凈化的難度，選用多壁碳納米管和中性氧化鋁的混合物作為吸附劑，替代傳統的分散固相萃取的吸附劑，能夠更有效地去除茶油中的大量脂肪和有機酸等大分子干擾雜質，建立一種快速、準確、經濟的茶油中11種有機磷農藥殘留的分析方法.

1 實驗方法

1.1 儀器與試劑

GCMS-TQ8030氣相色譜-三重四級桿氣質聯用儀，EI源(日本島津公司) ；SA300振蕩器(日本YAMATO公司)；XS20電子天平(瑞士METTLER TOLEDO公司)；N-EVAP-12氮吹儀(美國 Organomation Associates 公司)；UNIVERSAL320 高速冷凍離心機(德國Hettich公司)；MILLI-Q去離子水系統(美國Millipore公司).

5種不同規格的多壁碳納米管(MWCNT)，主要參數如下：MWCNT-1：外徑20～30 nm，長度5～10 μm，純度大于90%(廣東深圳納米港公司)；MWCNT-2：外徑10～20 nm，長度10～30 μm，純度大于95%；MWCNT-3：外徑10～20 nm，長度0.5～2 μm，純度大于95%；MWCNT-4：外徑20～30 nm，長度0.5～2 μm，羧基化，純度大于95%；MWCNT-5：外徑20～30 nm，長度0.5～2 μm，羥基化，純度大于95%(以上4種MWCNT購于南京先鋒納米材料科技有限公司).弗羅里硅土填料(Florisil)、中性氧化鋁填料(Alumina-N)：75～150 μm，上海CNW Technologies 公司.

甲拌磷(Phorate)、樂果(Dimethoate)、二嗪磷(Diazinon)、殺螟硫磷(Fenitrothion)、馬拉硫磷(Malathion)、毒死蜱(Chlorpyrifos)、倍硫磷(Fenthion)、對硫磷(Parathion)、喹硫磷(Quintiofos)、殺撲磷(Methidathion)、伏殺硫磷(Phosalone)標準物質：純度≥97.0%，購于德國Ehrenstorfer公司. 乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷(色譜純，美國Merck公司)； 丙酮、正己烷(色譜純，美國TEDIA公司)；無水硫酸鎂、無水硫酸鈉(分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司)；實驗用水為超純水.茶油購于湖南某超市.

11種有機磷農藥混合標準工作溶液：準確稱取11種有機磷農藥標準品各10 mg(精確到0.000 1 g)，分別置于10 mL容量瓶中，加少量丙酮溶解后定容至刻度線，配制成1.0 mg/mL的單標儲備液，于4 ℃冰箱中保存.根據檢測需要移取一定體積的各單標儲備液混合后，用空白茶油基質提取液逐級稀釋成適當濃度的混合標準工作液，標準工作溶液需現用現配.

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件 色譜柱：Rxi-5Sil MS 石英毛細管柱( 30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣：高純氦氣(純度大于99.999%)，流速為1.64 mL/min，恒流；進樣口溫度：250 ℃，不分流進樣，進樣量: 1 μL；升溫程序：初始溫度為80 ℃，保持1 min，以25 ℃/min升至180 ℃，再以10 ℃/min升至240 ℃；最后以20 ℃/min升溫至280 ℃，保持5 min.

1.2.2 質譜條件 離子化方式：電子轟擊(EI)；離子化能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；接口溫度：250 ℃；溶劑切除時間：3 min；碰撞氣：高純氬氣(純度大于99.999%)；采用多反應監測( MRM) 模式進行數據的采集.11種有機磷質譜參數見表1.

表1 有機磷農藥的串聯質譜參數

1.3 樣品的前處理

1.3.1 提取 準確稱取2.0 g(精確至0.01 g)茶油樣品置于50 mL具塞刻度離心管中，移取10 mL乙腈到離心管中，旋緊管蓋后，振蕩混勻后超聲5 min，再于振蕩器上振蕩提取15 min，-20 ℃下以8 000 r/min冷凍離心10 min后，將上清液轉移至另一潔凈的離心管中，殘渣用10 mL乙腈再提取一次，-20 ℃下以8 000 r/min冷凍離心10 min，將兩次的乙腈提取液合并于離心管中，用移液管準確吸取10 mL提取液至15 mL具塞刻度離心管中，待凈化.

1.3.2 凈化 向裝有10 mL提取液的具塞刻度離心中加入1.0 g 無水硫酸鎂，1.0 g無水硫酸鈉，100 mg多壁碳納米管和1 g中性氧化鋁.將離心管置于振蕩混勻器上振蕩凈化5 min，隨后-20 ℃下以8 000 r/min離心10 min后，然后將上清液小心轉移到氮吹儀所配套的氮吹管中，于40 ℃下， N2吹至約0.5 mL左右，將10 mL丙酮分兩次加入氮吹管中進行溶劑交換，待氮吹管中的溶液吹至近干后，最后用丙酮定容到1 mL，過0.22 μm有機微孔濾膜的濾液即為分析溶液，供GC-MS/MS檢測.

2 結果與討論

2.1 提取溶劑的選擇

前期曾采用氣相色譜法對茶油中4種有機磷農藥的檢測方法進行了研究，對乙腈、正己烷、二氯甲烷和乙酸乙酯的提取效果進行了比較，發現正己烷和乙酸乙酯與茶油混溶，提取液離心后不易分層；二氯甲烷較乙腈提取出來的雜質較多，圖譜干擾較大，操作步驟繁瑣，且4種有機磷農藥回收率均低于乙腈提取時的回收率[2].所以試驗又比較了乙腈與乙腈、正己烷混合液(體積比1∶1)對茶油中11種有機磷農藥的提取效果，兩種提取溶劑的提取效果都比較理想，但是乙腈、正己烷混合溶劑提取時因為取下層，最后易取到上層溶解了油脂的正己烷，從而對實驗結果造成干擾，所以實驗最終選取乙腈作為提取溶劑.

2.2 多壁碳納米管的選擇

在茶油中有機磷農藥的凈化過程中，脂肪的去除是十分關鍵的步驟，若是提取液中的脂肪帶入分析過程較多，不僅會影響回收率，而且會對毛細管柱造成污染，使得譜圖干擾很大.試驗采用多壁碳納米管和弗羅里硅土混合物作為吸附凈化材料.為了得到更理想的凈化效果，在5份被測物添加濃度為0.05 mg/kg的茶油樣品中，按照1.3節所述步驟進行樣品前處理，考察了5種不同規格MWCNT的凈化吸附效果，分別取MWCNT-1，MWCNT-2，MWCNT-3，MWCNT-4和MWCNT-5各60 mg進行試驗，實驗結果如圖1所示.5種不同規格的多壁碳納米管對茶油中11種有機磷農藥的回收率范圍分別為62.2%～97.1%，68.2%～101.7%，72.7%～111.6%，84.8%～118.9%和67.4%～119.1%，實驗結果為兩次測定的平均值.由于MWCNT-4富含羧基官能團，增強了極性，從而對11種極性有機磷農藥吸附能力更強，表現出較好的回收率，因此選取其作為分散固相萃取的吸附材料.

2.3 多壁碳納米管用量的優化

在選定MWCNT-4作為分散固相萃取的吸附劑后，實驗還考察了40，60，80，100，120 mg不同質量的多壁碳納米管對待測目標物回收率的影響.實驗結果如圖2所示，隨著碳納米用量的增加，11種有機磷的回收率大多增加，其中樂果、喹硫磷和伏殺硫磷的回收率在MWCNT-4用量為80 mg時達到峰值，其余8種有機磷農藥在100 mg時獲得最佳回收率.繼續增加多壁碳納米管用量，部分目標物開始被吸附，回收率有所下降.因此實驗選擇MWCNT-4用量為100 mg作為最佳實驗條件.

圖1 多壁碳納米管類型對11種有機磷農藥回收率的影響Fig.1 Effect of MWCNT types on recoveries of the eleven organophosphorus pesticides

圖2 多壁碳納米管用量對11種有機磷農藥回收率的影響Fig.2 Effect of MWCNTs dosage on recoveries of the eleven organophosphorus pesticides

2.4 去脂吸附劑的優化

為了進一步降低油脂對實驗結果的影響，試驗選取中性氧化鋁和弗羅里硅土兩種去脂吸附劑進行比較.如圖3所示，二者的凈化效果都還不錯，只是多壁碳納米管和弗羅里硅土混合吸附劑處理的茶油空白譜圖相對多壁碳納米管和中性氧化鋁混合吸附劑處理的茶油空白譜圖干擾稍多一些，特別是在13 min伏殺硫磷出峰位置的附近有一個很大的干擾峰.另外，如圖4所示，從添加回收試驗結果發現，分別用兩種去脂吸附劑和多壁碳納米管混合處理的茶油樣品11種有機磷農藥的回收率差別不是很大，經弗羅里硅土處理的回收率大多數略高一點，但考慮到中性氧化鋁凈化后譜圖的干擾更小一點，所以實驗最終選取中性氧化鋁作為去脂吸附劑.

圖3 經弗羅里硅土凈化(A)和經中性氧化鋁凈化(B)的茶油空白GC-MS/MS色譜圖Fig.3 GC-MS/MS chromatogram of camellia oil blank after florisil purification (A) and camellia oil blank after neutral alumina purification (B)

2.5 吸附凈化時間的優化

多壁碳納米管和中性氧化鋁混合吸附劑用于茶油中有機磷農藥的吸附凈化時，吸附凈化的時間也對待測目標物的回收率產生影響.所有目標物的回收率在4～5 min內達到峰值，繼續延長吸附時間，某些待測組分容易被混合吸附劑吸附，回收率反而下降.綜合考慮11種有機磷農藥的整體回收率，選擇5 min作為實驗最佳的吸附凈化時間.

2.6 質譜條件的優化

在使用GC-MS/MS-MRM模式測定化合物時，為了獲得最佳的質譜條件，本試驗通過標準溶液進樣，針對11種有機磷農藥各自不同的質譜條件，包括特征離子對、碰撞能量等參數逐一進行了優化.首先采用全掃描的方式對化合物進行一級質譜掃描，選擇化合物全掃描質譜圖中11種有機磷農藥的基峰或較大峰且質量數較大的離子作為相對應農藥的母離子；然后采用子離子掃描模式對所選取的母離子進行二級質譜掃描并進行碰撞能量的優化，獲取最佳碰撞能和相對應的特征離子對，建立MRM模式，11種有機磷農藥的質譜參數見表1.11種有機磷農藥標準溶液在優化后的質譜條件下進行分析，得到GC-MS/MS色譜圖，見圖5.

圖5 11種有機磷農藥的GC-MS/MS色譜圖(0.5 mg/L)Fig.5 GC-MS/MS chromatogram of the eleven organophosphorus pesticides(0.5 mg/L)

2.7 方法的線性范圍和定量限

根據1.3中的實驗步驟， 11種有機磷農藥混合標準儲備液用空白基質提取液稀釋得到質量濃度分別為0.01，0.05，0.10，0.20，0.50 mg/L的標準工作溶液，在優化的實驗條件下進行測定.實驗結果表明，在0.01～0.50 mg/L線性范圍內，11種有機磷農藥質量濃度與其色譜峰峰面積的線性關系良好，11種有機磷農藥的線性回歸方程、線性相關系數和定量限分別見表2.

表2 11種有機磷農藥的線性回歸方程、相關系數和定量限

2.8 方法的精密度和加標回收率實驗

取經測定不含有機磷農藥的茶油樣品18份，按0.02,0.05,0.10 mg/kg 3個濃度加入11種有機磷農藥混合標準溶液，每個添加水平取6個平行樣，按照1.3樣品前處理方法進行樣品處理，在優化的儀器條件下上機測定，計算方法的精密度和回收率.11種有機磷農藥的回收率和相對標準偏差(RSD)如表3所示.實驗結果表明，在3個添加水平下11種有機磷農藥的回收率為86.2%～112.6%，RSD為3.2 %～11.2%，質控數據滿足國家標準對農藥殘留檢測的要求.

表3 茶油中11種有機磷農藥的加標回收率和方法的精密度(n=6)

2.9 實際樣品的測定

將本方法應用于市購多種品牌共30個茶油樣品的分析.有兩個陽性樣品，其中一個茶油樣品檢出二嗪磷18.6 μg/kg，毒死蜱19.8 μg/kg；另一個茶油陽性樣品檢出倍硫磷23.7 μg/kg.

3 結論

本工作對樣品前處理方法分散固相萃取法進行了改良，采用多壁碳納米管和中性氧化鋁混合物替代方法中常規凈化吸附劑，成功地提取了茶油樣品中11種有機磷農藥.實驗對提取溶劑類型、多壁碳納米管的類型及用量、去脂吸附劑的類型、吸附凈化時間、儀器條件等進行了優化，最終確定樣品采用乙腈提取，100 mg羧基化多壁碳納米管和中性氧化鋁混合吸附劑富集和凈化5 min，能夠有效去除茶油中脂肪等雜質對測定結果的影響，并結合GC-MS/MS進行定性定量分析.本方法具有樣品處理簡便快速、目標物提取效率高、檢測準確度高和靈敏度高的優點，能夠滿足油脂中11種有機磷農藥殘留的檢測要求.

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(編輯 WJ)

Determination of 11 Organophosphorus Pesticide Residues in Camellia Oil by Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry with Dispersive Solid-phase Extraction Using Multiwalled Carbon Nanotubes as Adsorbent

ZHANG Fan1，2, BAI Shan1, WANG Mei-ling2, ZHANG Ying2, HUANG Zhi-qiang2*, LI Zhong-hai3, ZHONG Hai-yan3

(1. Changsha Environmental Protection College, Changsha 410004, China; 2. Hunan Academy of Science and Technology for Inspection and Quarantine, Changsha 410004, China;3. Faculty of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

An analytical method has been developed for the determination of 11 organophosphorus pesticide residues in camellia oil by gas chromatography-tandem mass spectrometry with dispersive solid-phase extraction. The samples were extracted with acetonitrile and purified using carboxylated multi-walled carbon nanotubes and neutral alumina sorbent, which could be used to remove fats and other impurities from the camellia oil that would affect the effectiveness of measurement results. Our results showed that the 11 organophosphorus pesticides had a good linearity in the range of 0.01～0.5 mg/L and the correlation coefficients were between 0.999 61 to 0.999 96. The recoveries at spiked levels of 0.02, 0.05, and 0.1 mg/kg for the 11 targets were 86.2%～112.6%，with their relative standard deviations in the range of 3.2%～11.2%.

multi-walled carbon nanotubes; dispersive solid-phase extraction; GC-MS/MS; camellia oil; organophosphorus pesticide

10.7612/j.issn.1000-2537.2017.02.008

2016-07-25

“十二五”國家科技支撐計劃資助項目(2012BAK08B01)；國家質檢總局科技計劃資助項目(2013IK160)；糧油深加工與品質控制湖南省2011協同創新資助項目(湘教通[2013]448號)

TS227;O657.63

A

1000-2537(2017)02-0049-07

*通訊作者,E-mail：huangzqq@126.com