利用MALDI—TOFMS檢測(cè)農(nóng)藥的新方法

張建剛+謝晉鵬+張麗+趙晉忠+馬望京

摘要：以新合成的溫和氧化石墨烯為基質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)了用基質(zhì)協(xié)助激光解吸離子飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOFMS）的方法對(duì)阿克泰、高效氯氰菊酯、殘殺威、吡蟲(chóng)啉、猛殺威、樂(lè)果等6種農(nóng)藥的檢測(cè)，得到良好的檢測(cè)特征圖譜，成功地避免了用MALDI-TOFMS檢測(cè)農(nóng)藥等小分子時(shí)的基質(zhì)干擾，探索了快速檢測(cè)農(nóng)藥的新方法，同時(shí)也為其他痕量有機(jī)污染物的檢測(cè)提供了新思路。

關(guān)鍵詞：MALDI-TOFMS；農(nóng)藥；檢測(cè)方法；溫和氧化石墨烯

中圖分類號(hào)： S481+.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）17-0172-03

為消除病蟲(chóng)害對(duì)農(nóng)作物的影響，人們?cè)谥参锏纳L(zhǎng)過(guò)程中使用了大量農(nóng)藥，但農(nóng)藥的使用具有雙面性，一方面帶來(lái)了糧食增產(chǎn)，另一方面也帶來(lái)了環(huán)境和食品安全問(wèn)題。近年來(lái)，有關(guān)食品中農(nóng)藥殘留對(duì)人體造成嚴(yán)重危害的事例屢次被報(bào)道。目前，對(duì)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)主要使用色譜法，但色譜法檢測(cè)儀器復(fù)雜，樣品前處理過(guò)程繁雜，嚴(yán)重影響食品殘留的日常檢測(cè)，因此，迫切須要發(fā)展一種檢測(cè)速度快且前處理程序簡(jiǎn)單的新方法。

由于基質(zhì)離子對(duì)小分子的表征和檢測(cè)有嚴(yán)重的干擾，基質(zhì)協(xié)助激光解吸離子飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOFMS）一直不適用于對(duì)小分子物質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè)[1-2]。近年來(lái)科學(xué)家們投入了相當(dāng)大的努力解決MALDI-TOFMS在小分子檢測(cè)方面的問(wèn)題。各種新基質(zhì)材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)應(yīng)用于小分子的分析，且效果比較顯著[3-16]。石墨烯光電特性優(yōu)良，是吸收能量、儲(chǔ)存能量和轉(zhuǎn)移能量的優(yōu)異材料[17-19]，近年來(lái)筆者所在課題組嘗試把石墨烯材料作為MALDI-TOFMS的新基質(zhì)使用，取得了一些成果。

本研究以溫和氧化石墨烯為基質(zhì)，用MALDI-TOFMS在正離子模式下對(duì)阿克泰、高效氯氰菊酯、殘殺威、吡蟲(chóng)啉、猛殺威、樂(lè)果6種常見(jiàn)農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)，得到了滿意的效果，建立了一種簡(jiǎn)便快速檢測(cè)農(nóng)藥的新方法，該方法的建立也有助于啟發(fā)其他痕量有機(jī)污染物的質(zhì)譜檢測(cè)。

1材料與方法

1.1材料及儀器

高效氯氰菊酯、阿克泰、殘殺威、吡蟲(chóng)啉、猛殺威、樂(lè)果均為標(biāo)準(zhǔn)品，乙醇、乙腈、二氯甲烷均為阿拉丁試劑，石墨烯來(lái)自江蘇南京先鋒納米材料科技有限公司，所用藥品皆為分析純，試驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

投射電鏡和掃描電鏡分別在Tecnai G2 20 S-TWIN顯微鏡和德國(guó)LEO1530VP顯微鏡下掃描，投射電鏡電壓為 200 kV，掃描電鏡電壓為20 kV。紅外光譜掃描使用尼科利特550系列紅外光譜儀，溴化鉀壓片。飛行時(shí)間質(zhì)譜在德國(guó)Bruker Autoflex Ⅱ型光譜儀上測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中采用正離子模式。加速電壓范圍為+20 kV～-20 kV，該儀器裝配有氮激光器，可提供（93.8～121.8） μJ范圍的能量。

1.2試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取1 mg溫和氧化石墨烯于2 mL離心管中，加入 1 mL 混合溶劑（乙醇 ∶水體積比=1 ∶1）超聲10 min形成懸濁液，測(cè)量時(shí)先取1 μL溫和氧化石墨烯懸浮液于MALDI板上，溶劑自然揮發(fā)后加入1 μL被測(cè)樣品于干燥的氧化石墨烯材料上，溶劑揮發(fā)形成共晶體后在正離子模式下測(cè)定記錄其MALDI-TOFMS質(zhì)譜圖。

2結(jié)果與分析

2.1溫和氧化石墨烯材料的制備及表征

溫和氧化石墨烯即石墨烯被硝酸溫和氧化，具體操作為將200 mg石墨烯分散于20 mL 2 mol/L硝酸溶液中，于 105 ℃ 在高速磁力攪拌下反應(yīng)7 h，待冷卻后用二次蒸餾水洗滌5次，冷凍干燥后得到溫和氧化石墨烯。其合成示意圖見(jiàn)圖1。

合成過(guò)程使用硝酸對(duì)石墨烯進(jìn)行溫和氧化，該過(guò)程有雙重意義：一是生成一定量的羧基基團(tuán)，保證不破壞石墨烯的表面結(jié)構(gòu)，不影響其吸收電子和傳輸電子的能力。這些羧基基團(tuán)的生成不僅增大了石墨烯的醇溶性或水溶性，也增強(qiáng)了石墨烯的反應(yīng)活性，有利于該材料與被測(cè)分子進(jìn)行結(jié)合。

2.2溫和氧化石墨烯材料的結(jié)構(gòu)特性表征

為確定合成材料準(zhǔn)確無(wú)誤，試驗(yàn)中分別采用掃描電鏡、紅外光譜、投射電鏡等方法對(duì)溫和氧化石墨烯進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果如圖2、圖3所示。圖2顯示，由于石墨烯本身結(jié)構(gòu)單一，其紅外光譜圖是一條光滑的譜線，沒(méi)有吸收峰出現(xiàn)。溫和氧化石墨烯的紅外光譜圖則于1 622、3 450 cm-1 2處位置有新的吸收光譜峰出現(xiàn)，意味著在石墨烯表面上有羰基和羧基形

成，另外這2處吸收峰的強(qiáng)度都比較低，表明石墨烯表面氧化程度較小，只發(fā)生了部分氧化。

石墨烯具有單原子薄層結(jié)構(gòu)，光電特性優(yōu)良，是吸收能量、儲(chǔ)存能量和轉(zhuǎn)移能量的優(yōu)異材料。本研究采用掃描電鏡和投射電鏡的方法對(duì)該溫和氧化石墨烯進(jìn)行了表面特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果如圖3所示。從這2張圖中可以明顯地觀察到，溫和氧化石墨烯具有較大的平面結(jié)構(gòu)，而且褶皺特征非常明顯，該特征正是石墨烯單分子層結(jié)構(gòu)的特性表現(xiàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了筆者合成的復(fù)合材料沒(méi)有破壞石墨烯本身的理化結(jié)構(gòu)，不影響其吸收能量、儲(chǔ)存能量和轉(zhuǎn)移能量的特性。該石墨烯材料具有作為MALDI-TOFMS基質(zhì)進(jìn)行研究與應(yīng)用的可行性。另外石墨烯在電場(chǎng)中發(fā)生電離后通常只產(chǎn)生很少的碎片離子，并且這些離子碎片都是12的整數(shù)倍，這一特征在對(duì)小分子的檢測(cè)過(guò)程中很容易被發(fā)現(xiàn)排除，因此該溫和氧化石墨烯作為基質(zhì)對(duì)小分子農(nóng)藥的測(cè)量不形成干擾。

2.3樣品的MALDI-TOFMS分析

本試驗(yàn)以上述合成的溫和氧化石墨烯為基質(zhì)，采用“12”節(jié)中所述MALDI-TOFMS分析的方法對(duì)殘殺威、猛殺威、吡蟲(chóng)啉、阿克泰、樂(lè)果、高效氯氰菊酯6種農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)分析，質(zhì)譜圖如圖4所示。該過(guò)程是在正離子模式下進(jìn)行的，每種農(nóng)藥的特征吸收峰（[M+H]+或[M+Na]+或[M+K]+）都能清晰地被檢測(cè)出來(lái)，其特征位置峰結(jié)果見(jiàn)表1。這些吸收峰都是每種農(nóng)藥的特征吸收峰，可以作為對(duì)該種農(nóng)藥定性檢測(cè)的依據(jù)，各自的成功檢出實(shí)現(xiàn)了該方法對(duì)這些殺蟲(chóng)劑的定性檢測(cè)。endprint

3結(jié)論與討論

本試驗(yàn)通過(guò)硝酸氧化法合成了溫和氧化石墨烯，以該石墨烯材料為新基質(zhì)，用MALDI-TOFMS法測(cè)得殘殺威、阿克泰、猛殺威、樂(lè)果、吡蟲(chóng)啉、高效氯氰菊酯6種農(nóng)藥的特征圖譜，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)6種農(nóng)藥的定性檢測(cè)。本試驗(yàn)以石墨烯材料為新基質(zhì)，成功地避免了用MALDI-TOFMS檢測(cè)農(nóng)藥等小分子時(shí)的基質(zhì)干擾，探索了一種快速檢測(cè)常見(jiàn)農(nóng)藥殘留的新方法。該方法具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。該方法的建立也為其他痕量有機(jī)物的檢測(cè)提供了新思路。

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