彭曉俊,梁偉華,彭 梅,梁優(yōu)珍
(新會出入境檢驗檢疫局,廣東 江門 529100)
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固相萃取/氣相色譜法測定新會陳皮及其制品中8種有機(jī)磷農(nóng)藥
彭曉俊*,梁偉華,彭 梅,梁優(yōu)珍
(新會出入境檢驗檢疫局,廣東 江門 529100)
建立了固相萃取/氣相色譜同時測定新會陳皮及其制品中8種有機(jī)磷農(nóng)藥的分析方法,并對影響提取、凈化、檢測效率的因素進(jìn)行優(yōu)化。樣品用乙酸乙酯提取,自制改性多壁碳納米管和N-丙基乙二胺2 種填料分層填裝的雙層固相萃取小柱凈化,Shimadzu Rtx-1701毛細(xì)管色譜柱分離,火焰光度檢測器檢測,外標(biāo)法定量。在優(yōu)化實驗條件下,8 種有機(jī)磷農(nóng)藥在0.020~1.0 μg/mL范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.997 0~0.999 2,檢出限(S/N=3)為3.6~8.8 μg/kg。3 個加標(biāo)水平下的平均回收率為72.5%~106%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.8%~8.7%。該法準(zhǔn)確、快速、靈敏﹑操作簡單,可滿足新會陳皮及其制品中多種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留同時測定的要求。且自制柱的成本低,能夠大幅度減低使用成本,值得推廣應(yīng)用。
有機(jī)磷農(nóng)藥;農(nóng)藥殘留;自制雙層固相萃取柱;氣相色譜(GC);新會陳皮
新會陳皮是不可多得的藥食同源、食養(yǎng)俱佳的地方特產(chǎn),為廣東十大地道中藥材之一,是“廣東三寶”(陳皮、老姜、禾稈草)的第一寶。有機(jī)磷農(nóng)藥(OPPs)因殺蟲譜較廣、殺蟲速度快、價格低,是使用量最大的殺蟲劑[1],但其急性毒性相對較大[2-3]。近年來,有文獻(xiàn)指出新會陳皮中存在有機(jī)磷農(nóng)藥污染現(xiàn)象,這對新會陳皮及其制品食品安全有極大威脅,也影響了新會陳皮及其制品的出口競爭力和產(chǎn)品聲譽(yù)[4]。因此,很有必要建立新會陳皮及其制品中有機(jī)磷殘留的測定方法。
農(nóng)產(chǎn)品中有機(jī)磷殘留的檢測方法主要有氣相色譜法(GC)[5-6]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)[7-9]、高效液相色譜法(HPLC)[10-11]、免疫分析法(ELISA)[12-13]等,其中GC/FPD檢測法對有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測具有選擇性好、靈敏度高等特點,因此成為有機(jī)磷農(nóng)藥的常用分析方法。在我國現(xiàn)行有機(jī)磷農(nóng)藥檢測國標(biāo)和行標(biāo)中[14-17],其樣品前處理大量使用重蒸二氯甲烷或丙酮。但二氯甲烷是致癌物,損害人的中樞神經(jīng)和呼吸系統(tǒng),而丙酮對人的肝腎和胰腺損害極大,二者的重蒸和使用對檢測人員健康有一定的風(fēng)險。此外,以上標(biāo)準(zhǔn)前處理需使用商品固相萃取(SPE)柱,價格高且多為單層填料。新會陳皮特有的某些揮發(fā)油、黃酮化合物、生物堿等化學(xué)成分用現(xiàn)行檢測方法不易除去,加之還有蛋白質(zhì)、脂肪、糖和有機(jī)酸等組分,采用單層填料固相萃取柱凈化時,依然存在較多雜質(zhì)干擾。本研究選用改性多壁碳納米管(MWNTs)和N-丙基乙二胺(PSA) 2 種填料分層填裝的自制固相萃取小柱,利用不同填料不同官能團(tuán)的特性,達(dá)到去除樣品中不同性質(zhì)干擾物的目的。以自制混合柱代替商品固相萃取柱,建立了成本低廉、綠色環(huán)保、準(zhǔn)確快速的分析方法,能大幅度地降低使用成本,為新會陳皮及其制品的食品安全監(jiān)督提供了可靠的檢測手段。
1.1 儀器與試劑
GCMS-QP 2010 Ultar 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,包括FPD檢測器、AOC-20si自動進(jìn)樣系統(tǒng)(日本島津公司);SGH-300高純氫發(fā)生器(北京東方精華苑公司);KQ 2200DB 型超聲振蕩器(昆山超聲儀器有限公司);2-16 型通用臺式高速離心機(jī)(德國Sigma公司);IKA 渦旋混合器;DN-12 W 氮吹儀(上海比郎公司);固相萃取裝置(美國Supelco公司);固相萃取空柱管(10 mL,上海德理安公司)。
滅線磷、治螟磷、特丁硫磷、久效磷、甲基對硫磷、殺螟硫磷、甲基異柳磷、水胺硫磷8 種有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品(1 mL,100 μg/mL,農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研檢測所);丙酮、乙腈、乙酸乙酯(色譜純,德國默克公司);C18填料(平均粒度45 μm,比表面積480 m2/g,蘇州賽分公司);PSA填料(平均粒度45 μm,孔體積0.8 m3/g,山東奧秘公司);MWNTs填料(純度>95%,直徑10~20 nm,長度300~800 nm,深圳市納米港有限公司);實驗用水為去離子蒸餾水。
1.2 GC條件
色譜柱:Shimadzu Rtx-1701(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣:高純氦氣(純度>99.999%);流速:1.0 mL/min;進(jìn)樣量:1.0 μL;進(jìn)樣方式:程序升溫不分流進(jìn)樣;升溫程序:初始100 ℃,保持1 min,以20 ℃/min升溫至220 ℃,保持2 min,再以5 ℃/min升溫至250 ℃,保持10 min;進(jìn)樣口溫度:250 ℃;檢測器溫度:250 ℃;檢測器:火焰光度檢測器(FPD);磷濾光片:526 nm;燃燒氣:氫氣(純度>99.999%),流速:62.5 mL/min;助燃?xì)猓嚎諝?,流速?0.0 mL/min。
1.3 自制固相萃取小柱
1.3.1 改性MWNTs填料的制備 稱取20 g MWNTs置于500 mL單口燒瓶中,加入90 mL濃硫酸,超聲2 h;再向燒瓶中加入30 mL濃硝酸,超聲1 h,移入恒溫油浴槽中,于120 ℃下回流1 h,冷卻,靜置,用吸管吸除上層混酸清液,然后加入1 000 mL水稀釋,稀釋液過微孔濾膜,反復(fù)用水沖洗濾渣直至濾液的pH值為7.0,所得黑色固體經(jīng)真空烘箱50 ℃下干燥,即得改性MWNTs。
1.3.2 裝柱及活化 取10 mL固相萃取空柱管,底部鋪上篩板,裝入0.5 g MWNTs,輕輕敲打使之均勻填充,再加入0.5 g PSA,輕輕敲打,壓好篩板,即得自制固相萃取小柱。使用前依次用6 mL甲醇、6 mL乙酸乙酯活化。
1.4 樣品處理
新會柑、陳皮醬、陳皮花色餅、陳皮梅樣品:稱取2.00 g樣品于50 mL離心管中,加入2 mL水,振蕩1 min,超聲10 min,加入5 mL乙酸乙酯,超聲10 min,3 000 r/min離心5 min,吸取上層清液,再加入3 mL 乙酸乙酯重復(fù)提取1次,合并上清液,混勻。
新會陳皮、柑普茶樣品:稱取2.00 g樣品置于50 mL離心管中,加入4 mL水,振蕩1 min,超聲10 min,加入5 mL乙酸乙酯,超聲10 min,3 000 r/min 離心5 min,吸取上層清液,再加入5 mL乙酸乙酯重復(fù)提取1次,合并上清液,混勻。
將混勻后的上清液過自制固相萃取小柱,整個固相萃取過程流速不超過1 mL/min,收集流出液,吹干,殘留物用1 mL乙酸乙酯定容,振蕩1 min,溶液過0.22 μm有機(jī)相濾膜上機(jī)測定。
2.1 MWNTs表面改性
MWNTs奇特的準(zhǔn)一維中空管結(jié)構(gòu)以及高的比表面積,使之作為萃取填料具有優(yōu)異的性能。但未改性的MWNTs由于大的比表面積、相互之間范德華力作用以及表面缺少親水的官能基團(tuán),使其在有機(jī)溶劑和水中的分散性差,從而限制了其在吸附領(lǐng)域的應(yīng)用,因此須對MWNTs進(jìn)行表面改性,使其表面產(chǎn)生一定量的羥基、羧基等活性官能基團(tuán)。
圖1 MWNTs改性示意圖Fig.1 Scheme of modification of MWNTs
Liu等[18]用混酸對MWNTs進(jìn)行化學(xué)處理,結(jié)果在MWNTs表面得到一些帶氧官能基團(tuán)。本方法在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整,先超聲將MWNTs與濃硫酸均勻混合,以除去其表面加工過程中吸附的催化劑金屬顆粒,再加入濃硝酸均勻混合,置入120 ℃的恒溫油浴槽回流,以確保MWNTs與混酸充分接觸,提高氧化效率,最后在反應(yīng)物中加水停止反應(yīng),氧化改性流程見圖1,MWNTs改性前后的TEM照片見圖2。由圖2可見,改性后MWNTs均勻分散,有一定的長徑比且長度分布均勻,可見本法氧化改性處理效果好。將改性前后MWNTs進(jìn)行傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)檢測,發(fā)現(xiàn)改性后的MWNTs在3 734 cm-1處有羧基(—COOH)的特征峰,在3 414 cm-1處出現(xiàn)羥基(—OH)的伸縮振動峰,證實MWNTs表面產(chǎn)生了—COOH和—OH的官能基團(tuán)。
2.2 固相萃取條件的優(yōu)化
2.2.1 與其他SPE吸附填料的比較 為考察MWNTs作為吸附填料對有機(jī)磷的富集能力,本文對MWNTs和常規(guī)使用的弗羅里硅土、活性炭的吸附性能進(jìn)行了比較,在陳皮、柑普茶中添加100 μg/kg的混合標(biāo)準(zhǔn)品,分別過MWNTs柱、弗羅里硅土柱以及活性炭柱。結(jié)果表明,弗羅里硅土柱的洗脫液呈淺黃色、淺綠色或綠色,對目標(biāo)化合物色譜峰有干擾。MWCNTs柱和活性炭柱的洗脫液幾乎無色,對目標(biāo)化合物色譜峰無干擾,其中MWNTs柱的有機(jī)磷回收率為88%~105%,活性炭柱的有機(jī)磷回收率為66%~84%,這也表明MWNTs作為固相萃取吸附填料有著很好的應(yīng)用前景。
2.2.2 填料凈化效果的考察 新會陳皮所含化學(xué)成分多且種類復(fù)雜,需使用固相萃取技術(shù)凈化。根據(jù)有機(jī)磷的特性,首先選用單一填料PSA,C18,MWNTs,Al2O3柱進(jìn)行凈化。C18填料對蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等雜質(zhì)有較高的吸附量,但也能牢固吸附目標(biāo)化合物;PSA 填料能有效吸附黃酮、生物堿、糖類、酚類、脂肪酸、有機(jī)酸和色素等雜質(zhì);MWNTs可有效除去樣品中的水溶性和脂溶性雜質(zhì);中性Al2O3填料適用于分離醛、酮、醌和硝基化合物,也可分離弱的有機(jī)酸和堿等。采用0.20 μg/mL 有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液過上述4種固相萃取柱,并測定其回收率。結(jié)果顯示,PSA,C18,MWNTs,Al2O34 種固相萃取柱的回收率分別為86%~105%,88%~110%,93%~102%和0~78%。其中過Al2O3柱時,特丁硫磷及甲基異柳磷均未檢出,表明Al2O3填料對這些農(nóng)藥吸附嚴(yán)重,而采用其他3 種固相萃取柱時,8種有機(jī)磷農(nóng)藥均能被有效洗脫,所以本方法不考慮使用Al2O3填料進(jìn)行凈化。
2.2.3 雙層填料的選擇 新會陳皮所特有的某些揮發(fā)油、黃酮化合物、生物堿、色素以及自身的氣味會嚴(yán)重干擾目標(biāo)分析物的測定,同時也縮短了色譜柱的使用壽命。研究顯示,選用單一填料的固相萃取小柱時,去除雜質(zhì)的效果不明顯。為得到較好的凈化效果,將3 種固相萃取填料(PSA,C18,MWNTs)兩兩組合,自制固相萃取小柱。結(jié)果顯示,使用PSA+C18和C18+MWNTs這兩種組合填料的固相萃取柱時,雜質(zhì)峰數(shù)量多,會干擾結(jié)果分析,導(dǎo)致某些目標(biāo)化合物的回收率低。而通過PSA+MWNTs填料柱凈化后,雜質(zhì)峰對目標(biāo)峰無干擾,各目標(biāo)化合物可獲得較高回收率,且使用自制混合型固相萃取柱(PSA+MWNTs)進(jìn)行前處理時,這2種填料能在廣泛的pH值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定,保證了凈化效果及方法的通用性。因此,實驗選用PSA+MWNTs作為自制固相萃取柱的吸附填料。
2.2.4 填料用量的選擇 考察了填料(PSA∶MWNTs=1∶1)用量分別為0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 g時對4 種有機(jī)磷農(nóng)藥的萃取效率。相對于其他化合物,有機(jī)磷農(nóng)藥含π電子少,隨著填料用量增加,雜質(zhì)與填料能形成更強(qiáng)的π-π吸附而減少了對有機(jī)磷的干擾,使得有機(jī)磷的回收率增大,當(dāng)填料用量為1.0 g時回收率最高,繼續(xù)增加填料用量,有機(jī)磷農(nóng)藥因萃取損失導(dǎo)致回收率下降。因此,選擇填料的最佳用量為1.0 g。
2.2.5 洗脫方式的選擇 將0.20 μg/mL有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液過柱,收集流出液后,分別選用6 mL乙酸乙酯、乙腈、丙酮3種洗脫方式(以乙酸乙酯洗脫為例,收集流出液,再加入6 mL乙酸乙酯過柱,收集乙酸乙酯液)和直接吹干進(jìn)行比較。結(jié)果表明,收集完流出液,固相萃取柱直接吹干后,有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率不低于其他3種洗脫方式,故采用流出液收集后直接吹干,不需另外選用洗脫劑。
2.3 提取溶劑的選擇
樣品在有機(jī)溶劑提取前加水浸潤,便于有機(jī)溶劑的滲入和提取。有機(jī)磷農(nóng)藥屬極性化合物,依據(jù)提取溶劑與目標(biāo)分析物之間“相似相溶”的原則,其常用提取劑有丙酮、乙腈和乙酸乙酯等,本實驗分別對上述溶劑的提取效率進(jìn)行了考察。選取極性不同的滅線磷、特丁硫磷、殺螟硫磷和水胺硫磷農(nóng)藥作為考察物,并以回收率作為考察指標(biāo),在新會陳皮空白樣品中添加25 μg/kg混標(biāo),考察不同提取溶劑的提取效率。結(jié)果顯示,丙酮的極性強(qiáng),能有效提取極性的有機(jī)磷農(nóng)藥,但同時也將大量雜質(zhì)提取出且丙酮提取物的水含量高,不利于后續(xù)濃縮。乙腈作為提取溶劑時,脂溶性的雜質(zhì)不被提取,但其毒性較強(qiáng)且沸點高以致濃縮困難。而以乙酸乙酯為溶劑進(jìn)行超聲提取時,有機(jī)磷農(nóng)藥在溶劑中能穩(wěn)定存在,不會降解且提取液可直接上柱凈化,提高了提取效率,還能最大程度地降低雜質(zhì)干擾,獲得較高回收率,故選取乙酸乙酯作為提取溶劑。
2.4 超聲時間的優(yōu)化
超聲可加速目標(biāo)化合物在樣品和提取溶劑之間平衡的過程,因此超聲時間是重要的影響因素。實驗考察了超聲時間分別為2,5,10,15 min時對提取效率的影響。結(jié)果顯示,隨著超聲時間的延長,有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率增大,超聲10 min時,有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率達(dá)到最高,繼續(xù)延長超聲時間,由于超聲提取過程中產(chǎn)生熱量而造成有機(jī)磷農(nóng)藥分解,導(dǎo)致回收率降低,因此選擇超聲時間為10 min。
2.5 線性范圍、精密度及檢出限
先用乙酸乙酯將8 種有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋成4.00 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲備液,再用乙酸乙酯將8 種有機(jī)磷農(nóng)藥儲備液配制成濃度為0.020,0.050,0.20,0.50,1.0 μg/mL的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。在優(yōu)化色譜條件下,以峰面積(y)為縱坐標(biāo),對應(yīng)質(zhì)量濃度(x,μg/mL)為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸。8 種有機(jī)磷農(nóng)藥在0.020~1.0 μg/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系(見表1)。測定質(zhì)量濃度為0.20 μg/mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液6 次,計算精密度。以信噪比S/N=3計算檢出限(LOD)為3.6~8.8 μg·kg-1,滿足微量甚至痕量測定的要求。
表1 8種有機(jī)磷農(nóng)藥的保留時間、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差
y:peak area;x:mass concentration,μg/mL
2.6 實際樣品分析
在上述最優(yōu)條件下將所建立的方法應(yīng)用于新會柑、新會陳皮、柑普茶、陳皮醬、陳皮花色餅和陳皮梅等樣品中有機(jī)磷農(nóng)藥的測定,在實際樣品中分別添加10,50,100 μg/kg 3個水平的目標(biāo)物,代表性樣品的回收率結(jié)果見表2,色譜圖見圖3。由圖3可見,目標(biāo)化合物峰完全分離,不受相鄰雜質(zhì)峰干擾。8種有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率為72.5%~106%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.8%~8.7%,滿足痕量分析的要求。
表2 8種有機(jī)磷農(nóng)藥的加標(biāo)回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=6)
*no detected
本文通過將改性MWNTs和PSA 2種填料分別填裝至固相萃取柱,將自制雙層固相萃取柱與GC技術(shù)結(jié)合用于新會陳皮及其制品中8 種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的測定。方法的準(zhǔn)確度高、靈敏度好﹑操作簡單快速,滿足農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)殘痕量分析的要求。此外,使用本文研制的雙層固相萃取柱,能大幅減低使用成本,因此本柱值得推廣應(yīng)用于其它痕量有機(jī)污染物的前處理。
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Determination of 8 Organophosphorus Pesticides in Xinhui Dried Orange Peel and Its Products by Gas Chromatography with Solid Phase Extraction
PENG Xiao-jun*, LIANG Wei-hua, PENG Mei, LIANG You-zhen
(Xinhui Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Jiangmen 529100,China)
A method of gas chromatography(GC) coupled with solid phase extraction was established for the simultaneous determination of 8 kinds of organophosphorus pesticide residues,including ethopropophos,sulfotep,terbufos,monocrotophos,parathion methyl,fenitrothion,isofenphos methyl and isocarbophos in xinhui dried orange peel and its products.The factors affecting extraction,purification and detection efficiency were optimized,and the optimal conditions were as follows:the samples were extracted with ethyl acetate,and purified on a homemade double solid phase extraction column packed with N-propylethylenediamine and multi-walled carbon nanotubes.The separation of target compounds were performed on a film thickness of Shimadzu Rtx-1701 capillary column(30 m×0.25 mm×0.25 μm),and the quantitative analysis of organophosphorus pesticides was carried out by GC with flame photometric detector and the external standard method.Under the optimized conditions,the calibration curves of 8 organophosphorus pesticides were linear in the range of 0.020-1.0 μg/mL with correlation coefficients of 0.997 0-0.999 2.The detection limits(S/N=3)were in the range of 3.6-8.8 μg/kg.The recoveries of the pesticides in Xinhui dried orange peel and its products at three spiked levels ranged from 72.5%to 106%,with relative standard deviations of 2.8%-8.7%. With the advantages of accuracy,sensitivity,easy operation and rapidness,the method is applicable in the simultaneous determination of 8 kinds of organophosphorus pesticides in Xinhui dried orange peel and its products.The homemade column is worthy of popularization and application as it is inexpensive,and could largely reduce the detection cost.
organophosphorus pesticides;pesticide residues;homemade double solid phase extraction column;gas chromatography(GC);xinhui dried orange peel
2016-04-10;
2016-05-05
2015年江門市農(nóng)業(yè)攻關(guān)計劃
10.3969/j.issn.1004-4957.2016.10.008
O657.71;F767.2
A
1004-4957(2016)10-1267-06
*通訊作者:彭曉俊,碩士,高級工程師,研究方向:食品安全檢測,Tel:0750-6312077,E-mail:pxj2129@163.com