優化QuEChERS—氣相色譜法測定谷物中有機氯和多氯聯苯殘留

沈小明+蔡小虎+沈加林

摘要：建立一種快速檢測谷物中16種有機氯和多氯聯苯的QuEChERS-GC分析方法。通過系統考察提取溶劑和凈化條件，確立QuEChERS方案：樣品以正己烷-乙酸乙酯（體積比為=4 ∶1）為提取溶劑，進行超聲+漩渦提取，以N-丙基乙二胺（primary secondary amine，簡稱PSA）、C18E作為吸附劑進行凈化，采用氣相色譜-電子捕獲檢測器（gas chromatography- electron capture detector，簡稱GC-ECD）進行檢測。結果表明，16種有機氯和多氯聯苯在一定范圍內呈線性關系，定量限（limit of quantity，簡稱LOQ）在03～42 μgkg之間。樣品加標回收率為875%～1062%，相對標準偏差為163%～482%。

關鍵詞：谷物；有機氯農藥；多氯聯苯；QuEChERS；氣相色譜法

中圖分類號： S4823+2；TX2075+3文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）21-0219-04

收稿日期：2016-06-08

作者簡介：呂愛娟（1981—），女，江蘇常州人，碩士，工程師，主要從事環境污染檢測與控制研究。Tel：（025）84897953；E-mail：lajsunny@163com。

糧食與食品安全關乎民生問題，水稻、小麥、玉米等谷物作為三大主糧，其安全問題更是受到高度關注。農作物易受土壤、灌溉用水的影響，有機氯（organochlorine pesticides，簡稱OCPs）和多氯聯苯（polychlorinated biphenyls，簡稱PCBs）作為環境中典型的持久性有機污染物（persistent organic pollutants，簡稱POPs） 1 ]具有高度的疏水性，易通過食物鏈蓄積在脂肪中。根據GBT 19649—2006《糧谷中475種農藥及相關化學品殘留量的測定-氣相色譜質譜法》2]，并結合已有文獻報道3-6]，目前谷物中OCPs和PCBs殘留主要采用快速溶劑萃取（accelerated solvent extraction，簡稱ASE）、索氏和超聲等方法結合凝膠滲透色譜和固相萃取柱凈化進行測定。這些前處理方法都較為成熟，但存在一些不足：耗時、勞動密集、須要使用大量有毒有機溶劑（索氏萃取和超聲萃取）、高成本投資和維護快速溶劑萃取儀。凈化過程一般采用固相萃取柱層析，該方法包括老化、淋洗、洗脫等環節，容易引起重復性差的問題。QuEChERS（quick，easy，cheap，effective，rugged and safe，簡稱QuEChERS）方法作為一種相對環境友好、高效的前處理技術，目前已廣泛應用于蔬菜、水果的農藥殘留檢測中7]。QuEChERS方法用于谷物中農藥殘留的檢測亦有報道8-14]，但采用該方法同時測定OCPs 和 PCBs的報道較少。

本試驗將QuEChERS方法應用于大米、小麥、玉米等谷物中常見的9種OCPs 和 7種指示性PCBs的檢測，系統考察QuEChERS方法前處理條件，主要通過優選提取溶劑，比較 N-丙基乙二胺（primary secondary amine，簡稱PSA）、末尾封端C18填料（C18E）、石墨化碳黑（graphitized carbon black，簡稱GCB）等3種分散吸附劑對樣品提取液的吸附效果，建立QuEChERS結合氣相色譜-電子捕獲檢測器（gas chromatography- electron capture detector，簡稱GC-ECD）法測定谷物中16種有機氯和多氯聯苯的殘留情況。

1材料與方法

11儀器與主要試劑

主要儀器有GC-2014氣相色譜儀（日本島津公司），配電子捕獲檢測器（electron capture detector，簡稱ECD，日本島津公司），WH-3漩渦振蕩儀（上海滬西分析儀器廠有限公司），10、100 μL及1、5 mL 氣密型注射器，Milli-Q純水系統，KQ-500DE數控超聲波清洗器（昆山超聲儀器有限公司），高速離心機（上海安亭科學儀器廠）。

主要試劑有9種OCPs混合標準溶液（德國 Dr Ehrenstorfer）：α-六氯環已烷（α-hexachlorocyclohexane，簡稱α-BHC）、六氯苯（hexachlorobenzene，簡稱HCB）、β- BHC、γ- BHC、δ- BHC、o，p′-雙對氯苯基三氯乙烷（o，p′-dichlorodiphenyltrichloroethane，簡稱o，p′-DDT）、p，p′-DDT、p，p′-雙（6-羥基-2-萘）二硫p，p′-bis （6-hydroxy-2-naphthyl） disulfide，簡稱p，p′-DDD]、p，p′-1，1-雙（對氯苯基）-2，2二氯乙烯p，p′-1，1-bis（chlorophenyl）-2，2-dichloroethylene，簡稱p，p′-DDE]，7種PCBs混合標準溶液（德國 Dr Ehrenstorfer）：PCB28、PCB52、PCB101、PCB118、PCB138、PCB153、PCB180；六氯苯標準溶液購自中國計量科學研究院國家標準物質研究中心；正己烷、丙酮、乙酸乙酯等均為農殘級；水為Milli-Q超純水；N-丙基乙二胺填料、C18E（美國Welchrom公司）、GCB（美國Supelco公司）。

12樣品制備

大米、小麥、玉米樣品均購自超市。樣品粉碎后過60目篩，低溫保存待測。所有樣品均取適量干燥至恒質量，測定含水率，試驗結果均以樣品干質量計。

13樣品提取與凈化

提取：精密稱取2 g樣品于50 mL 具塞玻璃試管中，加入5 mL 正己烷-乙酸乙酯（體積比為=4 ∶1），搖勻，超聲 15 min，中間搖勻2次，取出高速渦旋2 min，加入05 g無水MgSO4，再渦旋1 min，溶液過045 μm濾膜。凈化：取2 mL濾液，加入100 mg PSA、50 mg C18E、25 mg GCB，渦旋30 s，過045 μm濾膜，濾液待測。endprint

14色譜條件

色譜柱為TR-5，60 m×025 mm×0 25 μm；載氣為氮氣；流速為11 mLmin；進樣口溫度為250 ℃；程序初始溫度為150 ℃，以3 ℃min升至 240 ℃，再以 5 ℃min升至 310 ℃；檢測器溫度為320 ℃；進樣量1 μL，不分流。

2結果與分析

21QuEChERS提取溶劑的考察

結合文獻4，15]，主要考察混合溶劑正己烷-丙酮（體積比為1 ∶1）、正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）的提取效率。初步試驗結果表明，大米、小麥和玉米這3種谷物樣品中，大米和小麥的樣品提取液（未凈化）色譜圖基質干擾較小、基線平穩，玉米樣品（未凈化）基質干擾較大，因大米提取液無色，小麥提取液微黃，所以本試驗首先選取大米為試驗對象，比較2種溶劑對大米中16種OCPs和PCBs的提取效率。由于谷物均為干性介質，目標化合物與樣品結合較為緊密，渦旋在萃取方式上相對柔和，樣品與溶劑接觸時間較短使目標化合物不能有效溶出，因此，本試驗在單獨渦旋振蕩的基礎上增加超聲，谷物水分含量較少，在其中加入05 g無水MgSO4用于脫水。樣品提取同“13”節中的步驟。

由圖1可知，正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）的回收率高于正己烷-丙酮（體積比為1 ∶1）的回收率，正己烷-丙酮（體積比為1 ∶1）回收率的結果誤差相對較大，圖譜也顯示雜質峰較多，可能是因為該混合溶劑極性較大，可以提取出更多淀粉、色素等對結果造成一定的干擾。

22QuEChERS凈化條件的優化

221吸附劑對不同溶劑加標回收率的影響

考慮到谷物中含淀粉、脂肪酸及少量色素等特點，考察PSA、C18E、GCB等3種吸附劑的吸附效果。試驗首先考察單種吸附劑在純溶劑介質中對OCPs、 PCBs的吸附效果，然后考察在正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）、正己烷溶劑中3種吸附劑對9種OCPs添加濃度為10 μgL、7種PCBs添加濃度為 100 μgL 的回收率的影響。參考美國分析化學家協會標準（association of official analytical chemists，簡稱AOAC） 200701、歐洲標準（european norm，簡稱EN）156627]，分別取100 mg PSA、50 mg C18E、25 mg GCB加入加標溶劑中。由圖2可知，在正己烷介質中，PSA對β- BHC和δ- BHC產生較強吸附作用，回收率分別為289%、117%，對其他化合物基本無影響；GCB對HCB、δ-BHC、PCB28及PCB118存在一定的吸附作用；C18E對所有化合物均無影響。

由圖3可知，在正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）介質中，PSA與C18E對所有化合物均無吸附作用；GCB主要對HCB產生強烈的吸附作用，這與HCB的平面結構有關。2種溶劑中吸附劑表現的不同吸附能力說明，吸附劑對目標化合物的吸附能力與溶劑的極性有關。考慮到溶劑與實際樣品提取液存在差別，本試驗初步確定樣品經正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）提取后，提取液直接采用PSA、C18E凈化，GCB有待進一步考察。

222吸附劑對樣品基質加標回收率的影響

本試驗對大米正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）提取液的加標情況進行考察。試驗取大米正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）提取液基質，加入適量標準溶液，再分別加入PSA、C18E、GCB。結果表明，PSA、C18E對目標化合物無影響，16種OCPs和PCBs的回收率均在95%～110%之間，與溶劑加標結果基本一致；加入吸附劑GCB后，HCB的回收率為802%，其他15種化合物的回收率在90%～108%之間，回收率明顯高于溶劑加標，這說明樣品中雜質與目標化合物對GCB產生競爭吸附作用。針對不同的樣品基質，在凈化樣品的同時，要保證目標化合物的回收率，精確考察GCB的用量。

223吸附劑對不同實際樣品的凈化效果比較

取大米、小麥和玉米樣品的正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）提取液，加入標準溶液后比較凈化前后的效果，試驗首先考察PSA、C18E。凈化前大米基本無色，小麥微黃，玉米顏色較深，經PSA、C18E凈化后，小麥與玉米的顏色變淺。從色譜圖上看，大米和小麥凈化前基線基本平穩，雜質峰較多但對16種目標化合物的干擾較小，凈化后雜質峰減少。玉米凈化前基質干擾嚴重、基線不平穩（圖4），基質主要對PCB101和DDE的色譜峰有影響。加入PSA后，基線略有改善，加入PSA與C18E后，基線平穩。從回收率結果來看，凈化前PCB101和DDE的回收率分別為646%、889%，加入PSA凈化后兩者的回收率分別為907%、929%，加入PSA與C18E后兩者的回收率分別為1052%、1032%。加入PSA與C18E可以在較大程度上降低玉米基質的干擾。

由于玉米經PSA與C18E凈化后呈淺黃色，在加入PSA與C18E的基礎上，再加入GCB。結果表明，GCB的加入沒有使樣品明顯脫色，考慮到GCB的加入對部分目標化合物回收率的影響較大，PSA與C18E聯合凈化已能滿足凈化要求。因此，本試驗采用PSA與C18E作為凈化劑。

23校準曲線、定量限、回收率及精密度

將16種OCPs與PCBs配制成系列混和標準曲線，按色譜條件進行分析。由表1可知，16種OCPs和PCBs在一定濃度范圍內峰面積（y）與濃度（x）呈線性關系，相關系數均大于0997。以信噪比（signal-to-noise ratio，簡稱SN）=10為最低定量限（LOQ），

選用不含目標化合物的大米作為空白基質樣品，對該方法的精密度和準確性進行驗證。平行稱取5份空白樣品，加入濃度為20 μgkg的混合標準溶液，按照“13”“14”節的方法進行處理，16種OCPs和PCBs回收率在875%～1062%之間，相對標準偏差在163%～482%之間，回收率的結果表明該方法具有良好的準確度和精密度。endprint

24谷物樣品部分檢測結果

按照 “13”“14”節中的步驟對市售部分谷物樣品進行檢測。OCPs參照GB 2763—2012《食品中農藥最大殘留限量》16]中谷物中成品糧農藥再殘留限量，DDT總量<50 μgkg；谷物中PCBs殘留限量暫無相應標準，參照GB 2762—2012《食品中污染物限量》17]中水產動物及其制品限量，PCBs總量<500 μgkg，由表2可知，本試驗樣品的檢測結果低于相關標準限量。考慮到糧食安全必須得到絕對保障，有必要建立快速的檢測方法。

3結論

本研究開發的QuEChERS方案：樣品以正己烷-乙酸乙酯（體積比為4 ∶1）為提取溶劑，進行超聲+渦旋提取，采用PSA、C18E作為吸附劑進行凈化，采用GC-ECD進行檢測。該方法操作簡單、溶劑用量少，樣品前處理時間短（<30 min），與傳統方法4]相比具有更好的準確度和精密度，可用于快速檢測谷物中16種OCPs和PCBs，在相關污染監控檢測方面具有較好地應用前景。

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