陳 冰，肖維毅，堯珍玉，衣志民，徐蘭蘭，閆洪喜，何雪峰

（1.云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，云南 昆明 650106；2.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310008）

0 引 言

苯并[a]芘（BaP）又稱為 3，4-苯并芘，是一種五元環(huán)芳香烴。作為已發(fā)現(xiàn)的200多種致癌多環(huán)芳烴類化合物中最具有代表性的強(qiáng)致癌化合物，BaP對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的半致癌劑量為80μg，最小致癌劑量為0.4～2μg，因此一直受到廣泛關(guān)注[1-5]。高溫環(huán)境下有機(jī)物熱解所生成的有機(jī)小分子，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的聚合過(guò)程而形成多種稠環(huán)芳烴，其中最典型的就是BaP。BaP對(duì)人體健康有巨大危害，主要通過(guò)食品、烹飪油煙、飲用水等途徑進(jìn)入機(jī)體。

食用油的加工過(guò)程、儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程，以及產(chǎn)油植物的生長(zhǎng)過(guò)程等因素都有可能產(chǎn)生BaP，同時(shí)，食用油在反復(fù)利用過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生BaP。因此，建立一種快速準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠的食用油BaP檢測(cè)方法具有重要意義。

目前，有大量文獻(xiàn)報(bào)道了分析不同樣品中BaP的方法，包括高效液相色譜法（HPLC）[6-7]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（LC-MS/MS）[8-9]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS）[10]、同步熒光光譜法[11-12]、拉曼光譜法[13]等。隨著分析技術(shù)的發(fā)展，色譜法和色質(zhì)聯(lián)用法逐漸成為BaP分析的主流方法。

BaP在樣品中的含量普遍較低，對(duì)于基質(zhì)復(fù)雜的樣品，必須對(duì)樣品進(jìn)行必要的前處理，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分析物的有效分離和富集。

磁固相萃取技術(shù)（magnetic solid phase extraction，MSPE)是在固相萃取（SPE）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新穎的樣品前處理方法。它選擇對(duì)分析物有特征吸附作用的磁性材料作固相萃取吸附劑，在MSPE過(guò)程中，磁性吸附劑不是填充到吸附柱中，而是直接添加到含目標(biāo)分析物的樣品溶液中，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單振蕩，磁性吸附劑與樣品溶液充分混合并將目標(biāo)分析物吸附到均勻分散的磁性吸附劑表面，吸附完全后，在外部磁場(chǎng)作用下分離磁性吸附劑與樣品基質(zhì)。最后，用溶劑從磁性吸附劑上洗脫目標(biāo)分析物后進(jìn)樣分析。MSPE[14]的基本過(guò)程如圖1所示。

與普通的SPE技術(shù)相比，MSPE主要有3方面的優(yōu)勢(shì)：首先，MSPE使得萃取過(guò)程簡(jiǎn)單化，不需要昂貴的設(shè)備就能在短時(shí)間內(nèi)分離大體積樣品中的微量物質(zhì)；其次，MSPE過(guò)程中化學(xué)試劑的使用量大為減少，且沒(méi)有二次污染產(chǎn)生，萃取用的磁性材料制備容易且能回收利用；另外，MSPE不僅能萃取溶液中的目標(biāo)分析物，還能萃取懸浮液中的目標(biāo)分析物，且由于樣品中的雜質(zhì)一般都是反磁性物質(zhì)，能有效避免雜質(zhì)的干擾[15]。因此，MSPE被人們?cè)絹?lái)越多的應(yīng)用于環(huán)境、食品、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域中樣品的分離和富集。

圖1 磁固相萃取過(guò)程圖

碳納米管（CNTs）具有各種獨(dú)特的性能，如中空管狀結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、容易改性、對(duì)金屬的強(qiáng)力吸附作用、對(duì)有機(jī)物的選擇吸附作用等，使之在MSPE中得到廣泛應(yīng)用[15-22]。

本文制備了磁性多壁碳納米管（Fe3O4/MWCNTs）復(fù)合材料，通過(guò)優(yōu)化萃取時(shí)間、磁性碳納米管用量、洗脫溶劑的類型和用量、洗脫方式及時(shí)間等MSPE實(shí)驗(yàn)條件，建立了磁性多壁碳納米管固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用快速測(cè)定食用油中BaP的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

Agilent 6890/5973N氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent公司）；TriStar II3020比表面積和孔隙度分析儀（美國(guó)micromeritics公司）；臺(tái)式高分辨率掃描電子顯微鏡 TM3000（日本日立公司）；AB104-S電子分析天平（上海梅特勒-托利多儀器有限公司）；VOS-60A真空干燥箱（鄭州南北儀器設(shè)備有限公司）；IKA微型漩渦振蕩器（上海萊貝科學(xué)儀器有限公司）；MPS-10軌道式搖床（杭州瑞誠(chéng)儀器有限公司）。

苯并[a]芘標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心）；弗羅里硅土（Cleanert Florisil，天津博納艾杰爾科技有限公司）；多壁碳納米管（MWCNTs，純度＞95%，外徑 30～50 nm，長(zhǎng)度 10～20μm，購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司）；乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、甲苯、正己烷、乙二醇、三水合醋酸鈉、六水合氯化鐵均為分析純及以上級(jí)別；實(shí)驗(yàn)用水皆為Milli-Q超純水系統(tǒng)純化所得二次水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制：準(zhǔn)確稱量0.1g（精確到0.001g）BaP標(biāo)準(zhǔn)品，用正己烷定容至100mL，配制1g/L的單標(biāo)儲(chǔ)備液，置于4℃冰箱保存待用。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化及測(cè)試用BaP標(biāo)準(zhǔn)溶液均用正己烷稀釋單標(biāo)儲(chǔ)備液制備。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 磁性碳納米管的合成

Fe3O4/MWCNTs磁性納米復(fù)合材料的合成與文獻(xiàn)方法[14]略有不同。主要步驟如下：稱取0.50 g FeCl3·6H2O溶于25mL乙二醇中，加入0.20g MWCNTs，攪拌使MWCNTs均勻分散后加入1.20g三水合乙酸鈉，攪拌混合后于室溫下放置10min，然后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，于190℃下反應(yīng)16h。合成產(chǎn)物用二次水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次后，于80℃干燥箱中干燥備用。

1.3.2 樣品磁固相萃取處理

調(diào)和油、橄欖油、麻油、芝麻油、魚(yú)油、玉米油、葵花油等食用油隨機(jī)購(gòu)自超市。準(zhǔn)確稱取1.0g樣品（精確到0.001g）于離心管中，用40mL正己烷溶解，加入2.0g弗羅里硅土，漩渦混合5min。在3000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5min后取40mL上層清液轉(zhuǎn)移至50mL錐形瓶中，加入3.6mg磁性MWCNTs，在150 r/min速率下振蕩萃取10min后，用磁鐵將磁性MWCNTs吸附于錐形瓶底部，棄去正己烷，加入4mL甲苯。在99Hz頻率下超聲3min后，再用磁鐵將磁性MWCNTs吸附于錐形瓶底部，取出甲苯洗脫液，過(guò)0.45μm的有機(jī)濾膜后，GC-MS進(jìn)樣分析。

1.3.3 GC-MS儀器條件

GC-MS的工作參數(shù)如表1所示。

表1 儀器條件

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性MWCNTs的表征

所制備的磁性MWCNTs為黑色粉末狀，振蕩時(shí)能均勻的分散在水中，并且具有很好的磁性。

對(duì)制備的磁性MWCNTs進(jìn)行了掃描電鏡和比表面積測(cè)定分析。從表2中可以看出，F(xiàn)e3O4負(fù)載后的MWCNTs比原始的MWCNTs比表面積、孔容皆大幅度下降但孔徑卻有所增加。這是由于Fe3O4與MWCNTs的結(jié)合，導(dǎo)致新生成的磁性碳納米管由兩部分組成（Fe3O4和 MWCNTs），其中Fe3O4并無(wú)任何孔徑，因此提供吸附的仍然是原MWCNTs粒子，從而導(dǎo)致其比表面積下降；Fe3O4的無(wú)規(guī)則生長(zhǎng)同樣導(dǎo)致MWCNTs的孔容降低。此外MWCNTs的孔由兩部分構(gòu)成：一是MWCNTs內(nèi)的孔；另一部分主要由碳管之間的空隙構(gòu)成的“堆積孔”，相應(yīng)的孔徑等于管之間的距離，F(xiàn)e3O4的引入導(dǎo)致了MWCNTs之間的距離增加從而使堆積孔的孔徑增大，最終導(dǎo)致了Fe3O4/MWCNTs納米粒子的吸附性能有所減低。

表2 MWCNTs和Fe3O4/MWCNTs的BET測(cè)定數(shù)值

圖2 MWCNTs的掃描電鏡圖

圖3 Fe3O4/MWCNTs的掃描電鏡圖

對(duì)比MWCNTs和Fe3O4/MWCNTs的SEM圖（圖2和圖3），可以看出反應(yīng)生成的球形Fe3O4粒子（圖3中的白色顆粒）很好地吸附在MWCNTs的表面。Fe3O4粒子的尺寸基本保持一致，同時(shí)由于反應(yīng)溫度和時(shí)間等因素導(dǎo)致少部分Fe3O4粒子產(chǎn)生了團(tuán)聚現(xiàn)象，使得部分粒子直徑偏大。

2.2 MSPE過(guò)程的優(yōu)化

配制40mL質(zhì)量濃度為20μg/L的BaP溶液（溶劑為正己烷），優(yōu)化萃取時(shí)間、洗脫劑類型、洗脫劑用量、洗脫時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

2.2.1 弗羅里硅土的使用

弗羅里硅土作為一種常用的選擇性吸附劑，主要成分是二氧化硅（84%），氧化鎂（15.5%）和硫酸鈉（0.5%），能有效去除食用油中的脂類化合物，同時(shí)對(duì)BaP并無(wú)任何吸附，大大降低了基體效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)弗羅里硅土與待測(cè)油樣的質(zhì)量之比達(dá)到2∶1時(shí)，能有效去除食用油中的脂類化合物。

2.2.2 洗脫溶劑類型的選擇

選擇合適的洗脫溶劑是MSPE實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)選取了甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮和甲苯5種常用溶劑作為洗脫劑。分析結(jié)果如圖4所示，除了丙酮和甲苯外，其他溶劑都完全不能從磁性MWCNTs上洗脫目標(biāo)化合物。這可能是由于碳納米管的π-π堆積作用；使其對(duì)于BaP有著很強(qiáng)的吸附作用，同時(shí)BaP的極性較弱，使得一般的極性溶劑很難對(duì)BaP進(jìn)行洗脫，而甲苯極性較小，其與BaP之間存在較強(qiáng)的π-π具有較好的相似相容作用，因此能對(duì)BaP進(jìn)行洗脫，本文最終選擇了甲苯作為洗脫溶劑。

圖4 洗脫劑種類對(duì)BaP回收率的影響（MWCNTs=3.6mg、萃取時(shí)間15min、洗脫體積4mL，洗脫時(shí)間5min）

2.2.3 萃取時(shí)間的優(yōu)化

萃取時(shí)間對(duì)BaP回收率的影響如圖5所示。結(jié)果表明，只需5min就能實(shí)現(xiàn)對(duì)BaP的快速穩(wěn)定萃取，而且回收率超過(guò)95.0%。選擇5min為最佳萃取時(shí)間。

2.2.4 洗脫溶劑用量的優(yōu)化

洗脫溶劑的用量關(guān)系到目標(biāo)化合物的洗脫效率，對(duì)于最終的分析回收率有著重要影響。實(shí)驗(yàn)考察了不同體積甲苯對(duì)分析回收率的影響，結(jié)果如圖6所示。可以看出，當(dāng)甲苯體積為5mL時(shí)，回收率最大，但考慮到甲苯的毒性且4mL甲苯已能滿足回收率的要求，因此選取4mL甲苯作為最佳洗脫劑用量。

圖5 萃取時(shí)間對(duì)BaP回收率的影響（n=3，MWCNTs=3.6mg、洗脫溶劑：甲苯、洗脫體積4mL、洗脫時(shí)間5min）

圖6 洗脫劑體積對(duì)BaP回收率的影響（n=3，MWCNTs=3.6mg、萃取時(shí)間 10min、洗脫溶劑甲苯、洗脫時(shí)間5min）

2.2.5 洗脫時(shí)間的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)考察 1，2，3，4，5min 洗脫時(shí)間對(duì) BaP 分析的影響，結(jié)果如圖7所示。從結(jié)果可知，僅用3min就能得到滿意的BaP洗脫效果，故選擇3min作為最佳BaP洗脫時(shí)間。

2.2.6 磁性MWCNTs用量的選擇

實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定磁性MWCNTs對(duì)BaP的飽和吸附量來(lái)確定磁性MWCNTs用量。配制100μg/L、40mL BaP溶液，在上述最佳條件下稱取不同質(zhì)量的磁性MWCNTs進(jìn)行萃取，在最大萃取回收率下計(jì)算得到BaP被吸附的質(zhì)量即為BaP的飽和吸附量。計(jì)算公式為：BaP飽和吸附量=（初始溶液質(zhì)量濃度－萃取后剩余溶液質(zhì)量濃度）×萃取液體積/MWCNTs質(zhì)量。結(jié)果表明，磁性MWCNTs對(duì)BaP有較強(qiáng)的吸附作用，少量的磁性MWCNTs就能滿足回收率要求，但磁性MWCNTs的用量太少會(huì)造成稱量不便且增加了萃取時(shí)間；同時(shí)，磁性MWCNTs用量太多，又會(huì)增加洗脫劑的用量。實(shí)驗(yàn)測(cè)得磁性MWCNTs對(duì)BaP的飽和吸附量為0.95mg/mg。綜合考慮各種因素的影響，選擇3.6mg磁性MWCNTs作為MSPE吸附劑的用量。

圖7 洗脫時(shí)間對(duì)BaP回收率的影響（n=3，MWCTNs=3.6mg、萃取時(shí)間 10min、洗脫溶劑甲苯、洗脫體積4mL）

2.3 分析性能

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍和方法檢出限

配制 20，50，100，200，500μg/L 的 BaP 工作標(biāo)準(zhǔn)溶液，用GC-MS分析，以BaP的峰面積對(duì)相應(yīng)的濃度進(jìn)行線性回歸，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖8所示，線性相關(guān)系數(shù)為0.9993。20μg/L BaP標(biāo)準(zhǔn)溶液的SIM色譜圖如圖9所示，以3倍信噪比計(jì)算得出方法檢出限為0.15μg/L，結(jié)果表明該方法具有很高的靈敏度，可以滿足實(shí)際檢測(cè)要求。

圖8 BaP標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

圖9 20μg/L的BaP標(biāo)準(zhǔn)溶液SIM色譜圖（m/z=252）

2.3.2 方法的準(zhǔn)確度和精密度

配制質(zhì)量濃度分別為5，20，50μg/mL的BaP空白樣品，經(jīng)優(yōu)化的處理方法處理后，進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度測(cè)定，其結(jié)果如表3所示。

表3 方法準(zhǔn)確度和精密度測(cè)定（n=7）

從表中可以看出，所測(cè)空白樣品均有很高的回收率，同時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差也較小，說(shuō)明該方法具有很好的準(zhǔn)確度和精密度，能用于對(duì)實(shí)際樣品的檢測(cè)。

2.4 食用油中BaP的分析

在最佳條件下對(duì)市售的不同類型食用油進(jìn)行了分析，如表4所示。結(jié)果表明：所有樣品中均未檢出BaP，與包裝標(biāo)識(shí)一致。樣品平均加標(biāo)回收率：77.2%～89.1%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：1.1%～6.0%。比較了加標(biāo)麻油處理前后樣品的SIM圖可以看出，磁性碳納米管對(duì)BaP有很好的選擇吸附性能，譜圖干凈。

表4 市售食用油BaP檢測(cè)結(jié)果（n=7）

3 結(jié)束語(yǔ)

本文合成了磁性MWCNTs，結(jié)合GC-MS用于磁固相萃取食用油中的BaP檢測(cè)。所建立的分析方法操作簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，有機(jī)溶劑用量較少，二次污染少，同時(shí)還具有較高的準(zhǔn)確度和精密度，對(duì)于實(shí)際樣品測(cè)定有著不錯(cuò)效果。同時(shí)由于油樣中含有較為復(fù)雜的基質(zhì)，MWCNTs對(duì)于除BaP以外的其他化合物仍有一定的吸附作用，會(huì)影響對(duì)BaP的分析選擇性。因此，需要研究MWCNTs改性方法，以進(jìn)一步提高對(duì)BaP的選擇性和分析靈敏度。

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