碳氣凝膠分散固相萃取-氣相色譜法檢測蔬果中有機磷農藥殘留

操江飛，謝春生，李志安，黃象金，韋壽蓮,*

（1.肇慶學院環境與化學工程學院，廣東 肇慶 526061；2.廣東省環境健康與資源利用重點實驗室，廣東 肇慶 526061；3.肇慶市食品檢驗所，廣東 肇慶 526060）

有機磷類農藥具有藥效高、殺蟲種類廣、作用方式多等優點，為保證蔬菜水果的質量和產量，農民經常使用有機磷類農藥進行蟲害防治。但有機磷類農藥部分具有高毒性，對人體的膽堿酯酶具有抑制作用，極易造成神經中毒[1-2]，同時農藥利用效率并不高，容易殘留在果蔬上，因此，發展準確可靠的果蔬有機磷農藥測定方法具有重要意義。

果蔬樣品的提取、凈化和濃縮是樣品前處理技術中的主要環節，將直接影響到有機磷農藥檢測的準確性。目前檢測有機磷農藥的樣品前處理技術主要有超臨界流體萃取法[3-4]、固相萃取法[5-8]、加速溶劑萃取法[9-12]和基質固相萃取法[13-15]。王建華等[16]以硅藻土為樣品分散劑采用超臨界流體萃取法提取水果蔬菜中的有機磷農藥，測定回收率結果在82%～108%之間；張宇等[17]建立了一種以石墨化碳黑/氨基柱為凈化劑的固相萃取法，結合氣相色譜-質譜（gas chromatograph-mass spectrometry，GCMS）法檢測水果蔬菜中有機磷農藥殘留量，平均回收率在83.4%～105.7%之間，相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）均在10%以下，結果表明回收率和精密度良好；張莉等[18]采用加速溶劑萃取法提取土壤中的有機磷農藥，平均加標回收率范圍在73.3%～110%之間；宮兆晶[19]采用弗羅里硅土為填料材料，丙酮為實驗洗脫劑，選用十八烷基硅膠和活性炭為二次凈化材料，以固相分散方式凈化油菜籽，提取其中有機磷農藥的殘留，以上方法都存在耗時長、操作復雜、凈化劑成本較高等缺點。

分散固相萃取法[20-25]是一種快速樣品前處理技術，該方法彌補上述4 種方法的不足之處，具有快速簡便、廉價、安全、回收率高等優點，且分散固相萃取法對有機磷農藥檢測準確可靠、效率高、精密度良好。劉勝男等[26]建立了QuEChERS方法，結合GC-MS法測定果蔬中農藥殘留，選用含1%乙酸的乙腈溶液為提取劑，以100 mg乙二胺-N-丙基硅烷、100 mg石墨化炭黑、100 mg無水硫酸鎂為凈化劑進行分散固相萃取凈化處理，結果表明，平均加標回收率在75%～105%之間，RSD低于8%；連玉晶等[27]以3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基功能化四氧化三鐵為吸附劑，結合GC-MS法檢測果蔬中的有機磷農藥殘留，平均回收率范圍在75.2%～105.4%之間，RSD低于6%。

本研究以槐角豆作為碳源，采用酸浸泡、甲醛交聯、管式爐程序升溫煅燒的方法制備一種新型分散固相萃取凈化劑碳氣凝膠，此方法制備的碳氣凝膠產量高、成本低；優化樣品前處理的過程，并建立碳氣凝膠分散固相萃取-GC法測定蔬菜水果中7 種有機磷農藥殘留的方法，此方法節約凈化劑成本，雜質凈化效果好，操作簡單、快速，適用于果蔬樣品中檢測有機磷農藥殘留量。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冬瓜、蘋果、菜心、黃瓜、玉米、雪梨、彩椒、番茄等采購于廣東肇慶市端州區某菜市場。

乙腈（色譜純）四友精細化學品公司；QuEChER凈化劑（ProELutQuE 64587）、丙酮、氯化鈉、甲醛、乙二胺、鹽酸（均為分析純）廣州化學試劑廠；有機磷農藥標準品（1000 μg/mL）農業部環境保護科研監測所。

1.2 儀器與設備

7890B GC儀、HP-5毛細管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）美國Agilent公司；FV64全自動智能氮吹儀廣州得泰儀器科技有限公司；H1850離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；BCE224I-1CCN賽多利斯分析天平 濟南禾普儀器設備有限公司；Heidolph試管振蕩器 海道爾夫儀器設備有限公司；GM-200刀式混合研磨儀 德國Retsch公司。

1.3 方法

1.3.1 槐角豆碳氣凝膠制備

稱取槐角豆10～20 g于燒杯中，加入10 mL濃硝酸浸泡2 h，過濾，用純水洗滌至中性，置于研缽中研磨成膠質混合物后置于燒杯中，加入10～20 mL甲醛，40 ℃攪拌交聯反應2 h，加入2 mL乙二胺，繼續浸漬反應24 h得到溶膠。用6 mol/L鹽酸調溶膠的pH值至5～7，置于85 ℃恒溫干燥4 h，得干凝膠。將干凝膠置于管式爐，在N2保護下煅燒（煅燒條件為初始溫度25 ℃，以6 ℃/min升溫至700 ℃，恒溫反應1 h，再以5 ℃/min升溫至900 ℃，恒溫反應3 h）得到碳氣凝膠。

1.3.2 標準儲備液配制

100 μg/mL有機磷標準儲備液：移取1.00 mL有機磷標準品于10 mL容量瓶中，以丙酮為溶劑稀釋至刻度，配制成有機磷標準儲備液，存放在4 ℃冰箱。

1.3.3 色譜條件

參照NY/T761—2008《蔬菜和水果中有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農藥多殘留的測定》[28]中的測試條件，并加以優化。HP-5毛細管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；檢測器：火焰光度檢測器（flame photometric detector，FPD），檢測器溫度：250 ℃；進樣口溫度：220 ℃；載氣：氮氣、氫氣和空氣流速分別為60、75 mL/min和100 mL/min；進樣體積：1.0 μL（不分流進樣）。

升溫程序：初始溫度80 ℃，恒溫5 min，以20 ℃/min升溫至190 ℃，再以8 ℃/min升溫至250 ℃，恒溫8 min。

1.3.4 樣品前處理

選擇冬瓜樣品做萃取條件優化，用刀式混合研磨儀攪碎冬瓜，稱取10.0 g冬瓜于50 mL離心管，依次加入20.0 mL乙腈、2.0 g氯化鈉，渦旋6 min，8000 r/min離心5 min。移取10.0 mL上清液至15 mL離心管，加入0.015 g碳氣凝膠，渦旋振蕩0.5 min，8000 r/min離心3 min。所得的上清液轉移至離心管中，氮氣吹至近干，用1.0 mL丙酮溶解，過0.22 μm有機相濾膜，待測。

1.4 數據處理

所有圖均使用Origin 2018軟件制作。

2 結果與分析

2.1 混合有機磷標準溶液色譜分析

如圖1所示，7 種有機磷農藥在15 min內分離完全，且分離效果好，7 種有機磷農藥質量濃度為治螟磷0.2 μg/mL、樂果0.32 μg/mL、殺螟硫磷0.4 μg/mL、對硫磷0.2 μg/mL、殺撲磷0.4 μg/mL、三唑磷0.2 μg/mL、益棉磷0.6 μg/mL。

圖1 7 種有機磷農藥的GC譜圖Fig.1 GC chromatogram of seven organophosphorus pesticide standards

2.2 碳氣凝膠凈化效果

經碳氣凝膠凈化的空白冬瓜和加標樣品的色譜圖如圖2所示，圖中幾乎無雜峰，基線平穩，說明碳氣凝膠對樣品凈化能力強。各有機磷農藥加標質量濃度為治螟磷0.01 μg/mL、樂果0.016 μg/mL、殺螟硫磷0.02 μg/mL、對硫磷0.01 μg/mL、殺撲磷0.02 μg/mL、三唑磷0.01 μg/mL、益棉磷0.02 μg/mL。

圖2 空白冬瓜（A）和冬瓜加標樣品（B）色譜圖Fig.2 Chromatograms of blank (A) and spiked (B) wax gourd samples

2.3 樣品前處理條件優化

取10.0 g空白冬瓜，進行加標回收實驗，有機磷農藥加標質量濃度均為0.050 μg/mL，其余樣品前處理步驟按照1.3.4節進行，優化樣品前處理條件。

2.3.1 提取溶劑選擇

如表1所示，丙酮作為提取劑，有機磷的加標回收率在38.8%～121%之間，在凈化過程中，由于丙酮易溶于水，鹽析作用分層后，提取液中仍存在較多水分，分離程度不高，氮吹時間長且對部分有機磷提取率低；而乙腈作為提取劑，通過鹽析作用容易與水分離，有機磷回收率在102%～113%之間，故選擇乙腈為提取劑。

表1 兩種溶劑對7 種有機磷農藥回收率的影響Table 1 Effects of two solvents on the recoveries of seven organophosphorus pesticides%

2.3.2 提取時間選擇

如表2所示，提取時間在4 min以下時，治螟磷的回收率低于80%，提取不充分；提取4 min以上時，有機磷加標回收率均高于80%。其中提取6 min時，各種有機磷農藥的回收率趨于最高，為節約時間，選擇提取時間為6 min。

表2 提取時間對7 種有機磷農藥回收率的影響Table 2 Effects of extraction time on the recoveries of seven organophosphorus pesticides %

2.3.3 氯化鈉用量的選擇

在樣品前處理中，氯化鈉起到鹽析作用，使有機相與水相分離，適量的氯化鈉用量可以有效提高有機磷的回收率。考察氯化鈉用量為0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0 g時對鹽析的影響，結果表明，氯化鈉用量為0.5～1.0 g時，氯化鈉全部溶解于水中，提取液出現明顯分層，但治螟磷回收率僅有22%和32.2%；氯化鈉用量為1.5～2.0 g時，氯化鈉沒有全部溶解，提取液出現明顯分層，有機磷回收率范圍在85.8%～112%之間；繼續增加氯化鈉用量，有機磷的回收率基本維持不變。由于氯化鈉用量為2.0 g時，整體回收率均優于氯化鈉用量為1.5 g時的回收率，故選擇氯化鈉用量為2.0 g。

2.3.4 碳氣凝膠用量的選擇

由圖3可知，碳氣凝膠用量為2 mg時，治螟磷的回收率較低，且基質凈化效果不佳；碳氣凝膠用量為5 mg時，樂果、殺撲磷、益棉磷的回收率偏高；碳氣凝膠用量為15 mg時，各種有機磷農藥的回收率在85%～102%之間；碳氣凝膠用量為20～30 mg時，部分有機磷回收率明顯下降，說明碳氣凝膠用量過多，反而會吸附部分有機磷農藥。故選擇碳氣凝膠用量為15 mg。

圖3 凈化劑用量對7 種有機磷回收率的影響Fig.3 Effect of amount of purifying agent on the recoveries of seven organophosphorus pesticides

2.3.5 凈化時間的選擇

由表3可以看出，在凈化時間長于1 min后有機磷的回收率普遍呈降低趨勢，這是因為凈化時間過長，部分有機磷被碳氣凝膠吸附，導致回收率降低，故選擇凈化時間為0.5 min。

表3 凈化時間對7 種有機磷回收率的影響Table 3 Effect of purification time on the recoveries of sevenorganophosphorus pesticides %

2.4 方法的線性方程及檢出限

選擇空白冬瓜基質溶液配制0.01～3.0 μg/mL范圍的混合有機磷標準溶液，依據1.3.3節色譜條件進行檢測，線性回歸方程如表4所示。在0.01～3.0 μg/mL范圍內，7 種有機磷農藥均呈現良好的線性關系，其相關系數均大于0.999，檢出限（RSN＝3）為0.002～0.005 μg/mL，定量限（RSN＝10）為0.006～0.015 μg/mL。根據1.3.4節樣品處理方法計算得到方法的檢出限為0.4～1.0 μg/kg，定量限為1.2～3.0 μg/kg。

表4 線性方程、檢出限和定量限Table 4 Linear equations,limits of detection,and limits of quantification

2.5 精密度及準確度實驗結果

取冬瓜為空白樣品，按照1.3.4節處理樣品，采用低、中、高3 個梯度進行加標實驗，有機磷混合標準溶液質量濃度分別為0.020、0.10、0.50 μg/mL（相當于4.00、20.0、100.0 μg/kg）；按1.3.3節進行GC測定，每個加標水平平行測定6 次，平均加標回收率結果如表5所示。7 種有機磷農藥加標平均回收率在85.5%～102%之間，RSD為0.7%～5.6%，說明本方法測定有機磷農藥結果的精密度良好、準確度高。

表5 7 種有機磷農藥測定結果的平均回收率及精密度（n＝6）Table 5 Average recoveries and precision of seven organophosphorus pesticides (n=6)

2.6 實際樣品測定結果

依據本方法對廣東肇慶端州區某菜市場購買的蘋果、菜心、黃瓜、玉米、雪梨、彩椒、番茄7 種水果蔬菜進行分析，均未檢測出治螟磷、樂果、殺螟硫磷、對硫磷、殺撲磷、三唑磷、益棉磷農藥殘留。并對7 種果蔬樣品進行低水平加標實驗，加標量為4.00 μg/kg，平行測定6 次，如表6所示，平均回收率在84.9%～112%范圍，RSD為0.9%～7.5%。

表6 果蔬樣品測定結果（n＝6）Table 6 Results of determination of pesticide residues in fruit and vegetable samples (n =6)

2.7 方法對比

分別用碳氣凝膠按照1.3.4節處理冬瓜樣品，以及用ProELutQuE 64587凈化劑按照NY/T 761—2008方法處理冬瓜樣品[28]，凈化效果如圖4所示。碳氣凝膠凈化劑相比ProELutQuE 64587凈化劑處理的效果更好，色譜圖無明顯的雜質峰，且基線平穩。將本方法與文獻[28-30]方法進行比較，如表7所示，本方法具有材料制備成本低、凈化劑用量少、檢出限低、方法線性范圍較寬、準確可靠等優點。

表7 不同凈化劑方法對比Table 7 Comparison of different purification methods

圖4 ProELutQuE凈化劑（A）和碳氣凝膠（B）處理冬瓜的GC圖Fig.4 GC chromatograms of wax gourd samples purified with ProELutQuE (A) or carbon aerogel (B)

3 結論

利用槐角豆碳氣凝膠作為固相萃取凈化劑，建立分散固相萃取凈化、GC法檢測水果蔬菜中7 種有機磷農藥殘留量的分析方法，通過與ProELutQuE 64587凈化劑對比發現，槐角豆碳氣凝膠凈化效果好、凈化劑用量少、檢出限低、線性范圍寬，凈化時間僅需0.5 min，大大節約前處理時間，此方法準確可靠，可為相關從業人員提供方法依據。