蔬菜樣品中有機磷農(nóng)藥的溶膠-凝膠固相纖維萃取條件優(yōu)化研究

摘 要：本文對溶膠-凝膠固相纖維萃取蔬菜中的有機磷農(nóng)藥的條件進行優(yōu)化，結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜分析，用于快速測定豆類、番茄、茄子和卷心菜等蔬菜樣品中的4種有機磷農(nóng)藥。在攪拌速度1 200 r·min-1、提取時間25 min、100 μL乙酸乙酯解吸8 min、解吸2次的實驗條件下，有機磷農(nóng)藥萃取效率最高。有機磷農(nóng)藥在番茄、卷心菜、茄子和豆類中的回收率分別為92.3%～98.9%、88.6%～97.9%、88.9%～95.6%和88.2%～97.3%，回收率值的分布范圍很窄，表明優(yōu)化后試驗的靈敏度與重復性都很好。實際樣品分析結(jié)果表明，該方法綠色、快速、經(jīng)濟可行，適合用于蔬菜樣品中有機磷農(nóng)藥的測定。

關鍵詞：食品安全；綠色分析化學；有機磷農(nóng)藥；農(nóng)藥殘留

Abstract： In this paper， an experimental optimization of the fabric phase sorptive extraction method for the detection of organophosphorus pesticides in vegetables was carried out， combining gas chromatography and mass spectrometry for the rapid determination of four organophosphorus pesticides in vegetable samples， including beans， tomatoes， aubergines and cabbages. Under the experimental conditions of stirring speed 1 200 r·min-1， extraction time 25 min， 100 μL ethyl acetate desorption for 8 min and desorption twice， the extraction efficiency of organophosphorus pesticides was the highest. The recoveries of the organophosphorus pesticides ranged from 92.3% to 98.9% in tomato， 88.6% to 97.9% in cabbage， 88.9% to 95.6% in aubergines， and 88.2% to 97.3% in beans， with a narrow distribution of the recovery values， which indicated that the optimized test had high sensitivity and reproducibility. The results of the actual sample analyses showed that the method is green， rapid， economically feasible and suitable for the determination of organophosphorus pesticides in vegetable samples.

Keywords： food safety; green analytical chemistry; organophosphorus pesticides; pesticide residues

有機磷農(nóng)藥（Organophosphorus Pesticides，OPP）是使用最廣泛的農(nóng)藥類別之一[1]。它們的持久性短、價格低、有效性高并且可以生物降解，如何對有機磷農(nóng)藥進行有效檢測是近年來的熱門話題。溶膠-凝膠固相纖維萃取技術(shù)（Fabric Phase Sorptive Extraction，F(xiàn)PSE）通過萃取纖維對樣品中的目標化合物進行提取，滿足在實驗室或現(xiàn)場快速樣品制備的需求，自其被發(fā)明以來，便在食品重金屬、農(nóng)藥殘留等污染物的檢測中得到了廣泛應用[2]。

本研究對FPSE在蔬菜有機磷農(nóng)藥檢測方面的應用進行實驗優(yōu)化，然后用氣相色譜-質(zhì)譜法（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）從豆類、番茄、茄子和卷心菜的均化液樣品中檢測不同成分的有機磷[3-6]。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

甲醇、乙酸乙酯、丙酮、己烷、氯吡硫磷、馬拉硫磷、特丁磷和三唑磷（均為分析純），0.45 μm尼龍6，6薄膜過濾組件，默克公司；去離子水，杭州娃哈哈集團有限公司。蔬菜樣品（豆類、卷心菜、番茄和茄子）購于通遼市本地超市。

制備有更多分子間相互作用位點的溶膠-凝膠Carbowax 20M作為所選OPP的FPSE介質(zhì)，Carbowax 20M纖維在使用前用乙酸乙酯漂洗，然后用水漂洗，并在空氣中干燥，隨后用于FPSE萃取和優(yōu)化、驗證試驗。QP-2010plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津；Rtx-1MS毛細管柱（30 m×0.25 mm，膜厚0.25 μm），安捷倫科技；MYP11-2恒溫磁力攪拌器，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 色譜、質(zhì)譜條件

（1）色譜參數(shù)。使用恒定流量為1 mL·min-1的氦氣（純度≥99.999%）作為載氣，溫度程序最初設定為100 ℃，持續(xù)1 min。以15 ℃·min-1的速率升至200 ℃，隨后以10 ℃·min-1速率升至250 ℃，最后以5 ℃·min-1的速率升至300 ℃，總運行時間為22.66 min。注射器溫度保持在280 ℃，注射體積為1 μL。

（2）質(zhì)譜參數(shù)。電離能量70 eV，電子碰撞電離模式，注射器溫度為250 ℃，界面溫度為230 ℃，離子源溫度為200 ℃。在m/z 50～500全掃描以獲得分析物的碎裂光譜。在選擇離子掃描模式（Selected Ion Monitor，SIM）下進行OPP的定量分析，監(jiān)測離子如表1所示。

1.2.2 試驗樣品處理

蔬菜樣品用去離子水洗滌后切成小塊，浸漬于OPP中3 h，隨后用實驗室勻漿器進一步勻漿。將勻漿后的蔬菜混合物（20 g）加入含有10 mL水-甲醇（體積比為1∶10）混合物的50 mL離心管中。振蕩2 min，4 000 r·min-1離心5 min。收集上清液并通過0.45 mm濾紙過濾。將過濾后的溶液轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中，并用去離子水稀釋至標線得到相應蔬菜樣品溶液。將其儲存在4 ℃的黑暗恒溫箱中，用于OPP回收率檢測分析。

1.2.3 優(yōu)化及驗證試驗方法

為了得到FPSE萃取的最佳條件，選取萃取過程中的攪拌速度、提取時間、pH值、NaCl的添加量、解吸溶劑類型、解吸溶劑體積以及解吸時間作為考察參數(shù)。初始條件為攪拌速度900 r·min-1、提取時間30 min、pH=6、不添加NaCl、200 μL乙酸乙酯解吸10 min，后續(xù)依次在最佳條件下進行單因素優(yōu)化。優(yōu)化試驗使用濃度為10 ng·mL-1的添加了4種OPP的去離子水為樣品，結(jié)果取平均值進行對比，最后對浸漬于3種不同濃度（10 ng·mL-1、50 ng·mL-1和250 ng·mL-1）4種蔬菜樣品的OPP萃取效率（以回收率為指標）進行驗證。

①將處理后的Carbowax 20M纖維浸入裝有10 mL樣品溶液和聚四氟乙烯磁力攪拌器磁棒的玻璃三角瓶中，在恒定速率下攪拌并浸泡一定時間。②從樣品中取出FPSE介質(zhì)，并用無紡布輕輕吸水干燥。③將FPSE介質(zhì)直接放置在含有解吸溶劑的玻璃瓶中解吸。解吸后，用尼龍過濾器過濾含有目標分析物的解吸溶液并注射到氣相色譜-質(zhì)譜系統(tǒng)中。④用乙酸乙酯和去離子水反復洗滌FPSE介質(zhì)，以去除任何可能殘留的分析物或其他物質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 攪拌速度對萃取效率的影響

由表2可知，通過提高攪拌速度能有效提高回收率。攪拌使樣品能夠連續(xù)暴露于提取相表面，增加了從本體溶液到提取相的分析物轉(zhuǎn)移量，從而提高了回收率。因此，最終選擇1 200 r·min-1作為最佳攪拌速度。

2.2 提取時間對萃取效率的影響

由于FPSE是一種基于化學平衡的萃取技術(shù)，提取的分析物的量取決于分析物與吸附劑之間足夠的接觸時間。由于受到吸附劑的物理和化學性質(zhì)的影響，增加提取時間可以獲得最高回收率，直到達到最佳平衡點。評估了提取5～35 min對回收率的影響（表3），發(fā)現(xiàn)所有OPP的萃取效率呈現(xiàn)升高后穩(wěn)定的趨勢，提取達到25 min后，萃取效率保持不變，因此選擇25 min作為后續(xù)分析的提取時間。

2.3 pH值對萃取效率的影響

給定溶液中分析物的電荷和穩(wěn)定性在很大程度上受溶液pH值的影響，即溶液pH值影響分析物在吸附劑上的吸附能力。通過HCl或NaOH（3 mol·L-1）調(diào)節(jié)pH值（2～10），結(jié)果顯示，在測試范圍內(nèi)，分析物的回收率在pH值為4～6時稍高，在堿性條件下（pH值8～10）可能會緩慢水解（見表4）。由于所有試驗均使用pH值接近6的去離子水，因此不需要特別調(diào)節(jié)樣品溶液的pH值。

2.4 添加NaCl對萃取效率的影響

添加NaCl可以通過降低分析物在水溶液中的溶解度來提高萃取效率，或者通過增加水溶液到吸附劑的傳質(zhì)難度而降低萃取效率。在本試驗中，通過向標準工作溶液中加入不同濃度的NaCl溶液，調(diào)整樣品溶液NaCl含量至0 g·mL-1、0.025 g·mL-1、0.050 g·mL-1、0.100 g·mL-1及0.150 g·mL-1，研究離子強度對分析物萃取效率的影響。由表5可知，隨著NaCl添加量的增加，萃取效率呈持續(xù)下降趨勢。因此，在隨后的實驗中不添加NaCl。

2.5 解吸條件的優(yōu)化

2.5.1 解吸溶劑的優(yōu)化

選擇適當?shù)挠袡C溶劑對于有效地從萃取介質(zhì)中洗脫分析物并提高回收率至關重要。因此，研究了甲醇、乙酸乙酯、丙酮和己烷4種常見溶劑對回收率的影響，如表6所示。結(jié)果表明，乙酸乙酯的解吸性能最好。因此，選擇乙酸乙酯作為提取OPP的最佳解吸溶劑。

2.5.2 解吸溶劑體積與解吸時間的優(yōu)化

在選擇乙酸乙酯作為解吸溶劑后，還評估了解吸溶劑體積對OPP回收率的影響。如表7所示，100 μL的乙酸乙酯解吸2次可以獲得較好的回收率，后續(xù)均采用該解吸方法。

此外，研究了解吸時間在2～12 min時對解吸效率的影響，見表8。從表8數(shù)據(jù)可知，8 min即可解吸完全，較長的解吸時間還會導致分析物的損失。為獲得最高的解吸率，最優(yōu)解吸時間為8 min。

2.6 優(yōu)化后試驗靈敏度與重復性驗證

根據(jù)優(yōu)化試驗，1 200 r·min-1攪拌25 min后，100 μL乙酸乙酯解吸2次，每次解吸8 min進行OPP萃取。對浸漬后的番茄、卷心菜、茄子和豆類樣品進行GC-MS分析，并使用基質(zhì)匹配校準曲線進行定量，結(jié)果見表9。不同的OPP在番茄中的回收率為92.3%～98.9%，在卷心菜中的回收率為88.6%～97.9%，在茄子中的回收率為88.9%～95.6%，在豆類中的回收率為88.2%～97.3%。回收率值的分布范圍很窄，表明優(yōu)化后試驗的靈敏度與重復性都很好。

3 結(jié)論

本文對攪拌速度、提取時間、pH值、NaCl添加量以及解吸條件對溶膠-凝膠纖維固相萃取（FPSE）效率的影響進行了研究，并對上述實驗條件進行了優(yōu)化。實驗結(jié)果表明，攪拌速度對回收率有顯著影響，1 200 r·min-1為最佳攪拌速度。提取時間從5 min增加到25 min，回收率逐漸提高，25 min后達到平衡。OPP在堿性條件下易水解，添加NaCl會導致萃取效率急劇下降。解吸條件優(yōu)化實驗表明，乙酸乙酯為最佳解吸溶劑，100 μL的乙酸乙酯解吸2次、解吸8 min可以使分析物完全溶出。此外，F(xiàn)PSE介質(zhì)可重復使用至少30次，萃取效率損失＜5%，且具有較高的靈敏度與可重復性。本文的研究結(jié)果為FPSE在蔬菜有機磷農(nóng)藥提取方面的應用提供了重要的參考依據(jù)。

參考文獻

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作者簡介：馬俊杰（1982—），男，遼寧遼陽人，碩士，高級工程師。研究方向：產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、食品檢驗。