烯丙基氧七元瓜環固相微萃取纖維聯用氣相色譜同時檢測蔬菜中的有機氯與有機磷農藥殘留

2019-12-05 05:42:50張凌雪羅玉潔馬培艦姚鍵梅

分析測試學報 2019年11期

張凌雪，羅玉潔，馬培艦，姚鍵梅，衛剛，董南,4*

(1.貴州大學化學與化工學院，貴州貴陽 550025；2.貴州省草地技術試驗推廣站，貴州貴陽 550025；3.Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization,Manufacturing,New South Wales 2070,Sydney;4.貴州大學貴州省大環化學及超分子化學重點實驗室，貴州貴陽 550025)

有機氯、有機磷類農藥廣泛應用于農作物中以預防和控制病蟲害，但其在人或動物體內聚積可導致癌癥、生殖缺陷等[1]副作用。因此，食品中最大農藥殘留水平(MRL)的設立可確保合適的農業生產，同時對發展新的、靈敏度高、重現性好以及快速檢測食品中多類農藥殘留的方法提出了更高要求[2]。由于復雜基質中農殘的含量低，需對樣品進行必要的前處理以達到凈化、富集的目的。現有的農殘樣品前處理方法有QuEChERS[3]、液-液萃取(LIE)[4]、固相萃取(SPE)[5]、磁力固相萃取(MSPE)[6]、基質固相分散萃取(MSPD)[7]以及固相微萃取(SPME)[8]等。其中SPME簡單、有效、省時,有機溶劑用量少，且易于與色譜儀器(如氣相色譜或液相色譜)聯用[9]，是一種綠色化學的樣品前處理技術。涂層是SPME的核心，也是發展高效、靈敏、新型SPME技術的關鍵所在，已用于有機氯或有機磷農殘樣品前處理的SPME涂層有聚二甲基硅氧烷(PDMS)[10]、聚酰胺(PA)[11]、自制介孔TiO2納米顆粒[12]、多孔芳烴框架/離子液體[1]、分子印跡[13]、苯二甲醇交聯聚合物[14]等。無論是商品SPME纖維還是文獻報道的自制纖維[12-14]多僅限于對某一類農殘的萃取，幾乎不涉及不同種類農殘的同時萃取，因此其應用范圍較窄。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 6820氣相色譜儀(美國安捷倫公司)，配氫火焰離子化檢查器(FID)；VERTEX70傅立葉紅外光譜儀(德國布魯克公司)；Hitachi X-650掃描電鏡(日本日立公司)；KQ2200型超聲波清洗器(昆山超聲波儀器有限公司)；ZNCL-S-5D 多點智能磁力攪拌器(河南予華儀器有限公司)；TGL-16C高速離心機(上海安亭儀器廠)；石英纖維(直徑20 μm，北京化工廠)；三氟乙酸(TFA)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、四乙氧基硅烷(TEOS)、端羥基聚二甲基硅氧烷(OH-PDMS)、含氫硅油(PMHS)、二氯甲烷(AR)、α-六六六(α-HCH，100 μg/mL，99%)、γ-六六六(γ-HCH，100 μg/mL，99%)、β-六六六(β-HCH，100 μg/mL，99%)、水胺硫磷(ICB，100 μg/mL，98%)、乙酰甲胺磷(ACP，100 μg/mL，99%)、甲基毒死蜱(CHM，100 μg/mL，98%)、甲基對硫磷(MPT，1 000 μg/mL，99%)、倍硫磷(FTH，純度>98%)、馬拉硫磷(MAT,1 000 μg/mL，98%)、丙溴磷(PRF，純度>98%)均購于阿拉丁試劑公司(上海)。實驗所用去離子水由Millipore公司超純水器制得。

1.2 烯丙基氧七元瓜環的制備

參照文獻方法制備單羥基七元瓜環(Q7-OH)[20]，再制備烯丙基氧七元瓜環：精密稱取30 mg Q7-OH和10 mg雙乙基咪唑鹽于50 mL圓底燒瓶中，加入2 mL無水二甲基亞砜(DMSO)使其溶解，在氮氣保護下加入16 mg NaH室溫攪拌反應15 min，然后于0 ℃下向反應液中加入1 mL溴丙烯，在氮氣保護下室溫反應12 h。待反應完成后，將反應液倒入50 mL乙醚溶液中，有少量沉淀析出，過濾，將得到的固體分別用50 mL甲醇洗滌3次，真空干燥，得黃色固體，即為烯丙基氧七元瓜環，收率62%。

1.3 色譜條件

OV-1701毛細管柱(30 m×0.25 mm × 0.25 μm)；程序升溫：初溫100 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至180 ℃，保持2 min，再以2 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。進樣口溫度：250 ℃，檢測器溫度：280 ℃，載氣N2(99.999%)，不分流進樣，流速：2.0 mL/min，檢測器：FID。

1.4 標準溶液的配制

準確稱取(或移取)適量10種農殘標樣于25 mL棕色容量瓶中，用甲醇溶解并定容至刻度，充分搖勻，制得質量濃度分別為1×10-5g/mL的混合標準儲備液，于4 ℃下冰箱保存。

1.5 固相微萃取纖維的制備

1.5.1 石英纖維的處理取一根長約為15 cm，直徑為20 μm的石英纖維，將大約2 cm浸泡在丙酮中2 h，除去石英纖維表面多余的雜質，室溫干燥后置于1 mol/L NaOH溶液中浸泡1 h，對石英纖維表面進行羥基化處理，用去離子水清洗后放入0.1 mol/L HCl溶液中0.5 h，以中和石英纖維表面殘留的NaOH，再用去離子水洗凈后于100 ℃烘箱中烘干，備用。

1.5.3 固相微萃取纖維的制備取下5 μL微量進樣針針尖的套筒、推桿，將涂覆好的石英纖維先通過密封墊，再將其連同密封墊穿進套筒里，固定到微量進樣器上，然后用環氧樹脂將取下的推桿和石英纖維粘到一起。將注射針插入氣相色譜進樣口，推出石英纖維，在較小氮氣流下程序升溫進行老化，保持60 ℃老化1 h，接著升溫至180 ℃老化1 h，250 ℃老化1 h，最后于300 ℃老化0.5 h。

1.6 樣品前處理

按文獻方法[21]處理：蔬菜樣品用榨汁機粉粹后取2 g于50 mL帶蓋離心管中，加入20 mL丙酮，于混勻器上混勻10 min，然后超聲提取10 min，以6 000 r/min離心5 min，收集上清液于100 mL圓底燒瓶中，再用20 mL丙酮對蔬菜樣品重復提取一次，合并兩次提取液，于45 ℃旋轉蒸發濃縮至近干，加1 mL甲醇復溶后轉移至10 mL容量瓶中，以pH 5.0(用0.1 mol/L鹽酸調節)的水溶液(含0.2 g/mL氯化鈉)定容至刻度，過0.45 μm濾膜，待測。

加標樣品是在空白蔬菜樣品中添加不同濃度的混合標準樣品后再按上述方法處理。

1.7 SPME纖維萃取

精密量取8.0 mL待測液于25 mL帶密封墊的樣品瓶中，插入有涂層的纖維，于40 ℃下攪拌萃取50 min，取出纖維，用無塵紙吸干后置于氣相色譜進樣口，于250 ℃熱解吸4 min。纖維每次使用完后要在氣相色譜進樣口，以250 ℃熱解吸5 min以除去吸附的雜質，便于下一次萃取。

2 結果與討論

2.1 涂層的結構及表征

圖1 溶膠-凝膠涂層的可能結構Fig.1 A possible structure of the sol-gel coatingm,n,p,g and r represent number of groups respectively

圖涂層的萃取纖維在不同放大倍數下的電鏡掃描圖Fig.2 Scanning electron micrographs of CH2 coated fiber under different magnificationsA:180×;B:180×;C:900×;D:3 180×

圖3 PDMS(a)與的紅外光譜圖Fig.3 FT-IR spectra of PDMS(a) and PDMS/

2.2 纖維萃取條件的優化

較高的萃取溫度能加速分析物的傳質速率，但同時也會降低分析物在涂層中的分配系數。實驗考察了不同萃取溫度(30、40、50、60、70 ℃)下浸入萃取方式的提取效率，結果發現各待測物的峰面積隨著溫度升高呈先增大后降低的趨勢，40 ℃時達最大值，因此選擇40 ℃為最佳萃取溫度。萃取時間會影響待測物在涂層和基質中的分配平衡情況。研究表明，萃取50 min后各待測物在涂層和樣品基質中的分配達到平衡，因此選擇萃取時間為50 min。解吸時間會影響分析物在涂層中的殘留量，通常解吸時間越長，分析物殘留量越少，但解吸時間過長會損害涂層，通過實驗考察獲得本方法最佳解吸時間為4 min。

溶液的pH值影響待測組分的存在形式進而影響萃取效率，因此實驗考察了溶液的pH值在2.0～8.0范圍內變化時對萃取效率的影響。結果發現，10種待測物峰面積在pH 5.0時達最大值，因此選擇萃取溶液的pH值為5.0。另外，研究發現，溶液中的鹽離子濃度會影響分析物在水中的溶解度，加入適量的無機鹽可加快待測物在涂層中的傳質速率，但過高的鹽離子濃度又會增加溶液的黏度，從而減慢待測物在涂層中的傳質速率。實驗考察了鹽離子(NaCl)質量濃度為0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 g/mL時10種農殘的萃取效率，結果發現各待測物的萃取量隨鹽離子濃度的增加而增加，且在0.20 g/mL時達到最大，因此選擇鹽離子質量濃度為0.20 g/mL。

2.3 方法學驗證

取空白蔬菜(蘿卜)為基質，添加不同體積的10種農藥混合標準溶液，配成系列濃度的基質匹配混合標準溶液，在優化條件下處理并測定。以各化合物峰高(Y)對其含量(X，mg/kg)進行線性回歸，以3倍信噪比(S/N=3)計算方法的檢出限(LOD)，以S/N=10計算定量下限(LOQ)，并考察了50 mg/kg的蘿卜加標樣品的日間和日內精密度(RSD)。結果顯示，10種農藥在0.04～500 mg/kg范圍內線性良好，相關系數(r)不小于0.984 3，LOD為0.01～0.08 mg/kg，LOQ為0.03～0.26 mg/kg，均低于或接近食品國家安全標準規定的食品中農藥殘留最大限量(MRL)，且方法的日間和日內RSD均低于10%(表1)，具有良好的重現性，完全滿足實際檢測需求。

另外，本研究自制的固相微萃取纖維對10種農藥的富集倍數為14～67倍(表1)，表明該纖維涂層對有機氯和有機磷兩類農殘均具有較好的萃取效果，這可能源于涂層中的七元瓜環對待測物良好的分子識別作用，這種分子識別作用包括化合物與七元瓜環的空腔疏水作用、與七元瓜環羰基端口的氫鍵作用、偶極-偶極作用以及C—H…π等多種模式[24]，且采用溶膠-凝膠法制備得到的涂層具有較大的萃取面積，可為待測物提供更多的吸附位點[25]。基于此，自制纖維可對上述兩類多組分農殘同時進行萃取，建立一種簡單、方便、快速的多組分分析測定方法。

表1 蘿卜中10個農藥殘留的保留時間、線性范圍、相關系數(r)、LODs、LOQs、日間數密度、日內精密度、富集倍數以及MRLTable 1 Retention time,linear ranges,correlation coefficients(r),LODs,LOQs,intra-RSDs,inter-RSDs,enrichment factors and MRLs of 10 pesticide in turnip samples

*GB2763-2016 national food safety standard-maximum residue limits for pesticides in food;a:the sum ofα-HCH,β-HCH andγ-HCH

圖4 10種農藥標準溶液(a)、蘿卜樣品(b)及加標蘿卜樣品(c,50 mg/kg)的色譜圖Fig.4 Chromatograms of standard solution of 10 kinds of pesticides(a),real turnip sample(b) and spiked turnip sample(50 mg/kg,c)1.acephate;2.α-benzene hexachloride;3.γ-benzene hexachloride;4.chlorphyrifos-methyl;5.β-benzene hexachloride;6.parathion-methyl;7.malathion;8.fenthion;9.isocarbophos;10.profenfos

2.4 實際樣品測定與加標回收率

取當地花溪農貿市場市售黃瓜、蘿卜、大白菜、生菜、西紅柿5種蔬菜各1個，在優化條件下處理并測定。結果顯示，黃瓜中檢出α-HCH、MAT和FTH，含量分別為0.4、1.4、0.3 mg/kg；蘿卜中檢出MAT，含量為0.6 mg/kg；大白菜中檢出ACP，含量為7.4 mg/kg；生菜中檢出α-HCH、ACP、MAT，含量分別為0.7、0.5、0.6 mg/kg；西紅柿中檢出α-HCH、CHM、MPT，含量分別為2.2、6.1、0.1 mg/kg。由此可見，每類蔬菜均有不同程度地農藥殘留檢出，其中西紅柿、黃瓜和生菜中α-HCH含量顯著高于MRL值，大白菜中乙酰甲胺磷含量也遠高于MRL值，表明蔬菜種植過程中存在農藥過量使用以及食品安全隱患的問題。10種農藥的標準溶液、蘿卜加標樣品及蘿卜實際樣品的色譜圖見圖4。為進一步檢驗方法的準確度，在上述5種蔬菜陽性樣品中分別添加不同濃度的10種農藥標準溶液，在優化條件下測定，計算10種農殘的回收率與相對標準偏差(RSD)。結果顯示，10種農藥在低、中、高3個加標濃度下的回收率為61.3%～120%，RSD均不大于11%，表明方法具有較好的準確度和精密度，可用于不同蔬菜樣品中有機氯、有機磷農殘的同時測定。