楊 振，馬 楠，江秀明，何麗君

河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州 450001

有機(jī)磷農(nóng)藥是一類(lèi)防治植物病蟲(chóng)害的有機(jī)化合物，雖然它在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但在食品加工過(guò)程中常有殘留，有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥能抑制乙酰膽堿酯酶，使人體內(nèi)乙酰膽堿積聚，從而機(jī)體產(chǎn)生認(rèn)知功能障礙[1-2]，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多數(shù)有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑在飲料中的最大殘留限量為0.05 mg/kg。因此，食品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的檢測(cè)對(duì)于食品安全評(píng)價(jià)有著重要的意義[3]。然而，在檢測(cè)食品中有機(jī)磷殘留過(guò)程中，由于食品基體復(fù)雜、干擾物多、目標(biāo)分析物濃度低[4-5]，難以用儀器直接對(duì)食品樣品中的有機(jī)磷農(nóng)藥殘留進(jìn)行分析檢測(cè)[6-7]。因此，在分析檢測(cè)之前，需建立一種有效的樣品前處理技術(shù)以消除基體干擾和提高檢測(cè)靈敏度[8-9]。

固相萃取作為一種基于液相色譜分離機(jī)理的樣品前處理技術(shù)，具有簡(jiǎn)單、高效、易自動(dòng)化和有機(jī)溶劑耗量少等優(yōu)點(diǎn)，常被應(yīng)用于食品樣品中污染物的萃取[10-12]。固相萃取的核心是吸附劑，吸附劑通過(guò)與目標(biāo)分析物之間產(chǎn)生的各種作用力吸附樣品溶液中的目標(biāo)物，達(dá)到萃取目標(biāo)物且消除干擾的目的。將一些新型功能分子修飾至載體表面制備新型吸附劑一直是固相萃取研究的熱點(diǎn)，功能分子的種類(lèi)往往決定著萃取效率的高低，故功能分子的設(shè)計(jì)選擇極其重要[13-14]。離子液體是一種由陰、陽(yáng)兩種離子組成的“綠色”有機(jī)類(lèi)離子化合物，具有可功能化、熱穩(wěn)定性好、能提供多種作用力等優(yōu)點(diǎn)[15-16]，能作為固相萃取吸附劑表面的功能分子有效萃取和富集污染物。劉程等[17]以1-烯丙基-3-甲基咪唑雙三氟磺酰亞胺鹽離子液體作為固相萃取吸附劑的功能分子，用于環(huán)境水樣中紫外防曬劑的萃?。籉ang等[18]采用N-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體修飾的硅膠，用于萃取環(huán)境水和土壤樣品中的12種磺酰脲類(lèi)除草劑；Sotolongo等[19]合成了1-丁基-3-十二烷基咪唑溴鹽離子液體，作為功能分子修飾在氧化石墨烯上，作為固相萃取吸附劑，用于水中痕量汞的萃取。

目前報(bào)道的吸附劑主要以單咪唑離子液體作為固相萃取劑的功能分子，而雙咪唑離子液體中帶有兩個(gè)咪唑環(huán)，能提供更多的作用位點(diǎn)及更多種類(lèi)的作用力[20]，有望能作為一種更有效的吸附劑。作者制備了雙咪唑離子液體修飾的Poly(DBVD)-Sil作為固相萃取的吸附劑，以喹硫磷、倍硫磷和辛硫磷為目標(biāo)分析物，結(jié)合高效液相色譜-紫外檢測(cè)，考察了該新型吸附劑對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的萃取富集性能。對(duì)影響萃取效率的萃取參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，包括吸附劑的質(zhì)量、上樣流速、洗脫劑的種類(lèi)和體積。并將建立的方法用于茶飲料中有機(jī)磷農(nóng)藥的測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 材料

柱層析硅膠:青島海洋化工廠(chǎng)分廠(chǎng)；甲苯：洛陽(yáng)市化學(xué)試劑廠(chǎng)；乙烯基三乙氧基硅烷、1,12-二溴十二烷和1-乙烯基咪唑：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；三乙胺：汕頭市西隴化工廠(chǎng)有限公司；異丙醇和偶氮二異丁腈：上海精細(xì)化工科技有限公司；甲醇、丙酮、異丙醇和乙酸乙酯：色譜純，市售；喹硫磷、倍硫磷和辛硫磷：上海麥克林生化科技有限公司；乙腈：西隴化工股份有限公司；水為二次蒸餾水。固相萃取柱管(聚四氟乙烯，9.00 mm，6 mL)：美國(guó)瓦里安技術(shù)中國(guó)有限公司。

茶飲料購(gòu)自當(dāng)?shù)爻?，測(cè)定前用孔徑為0.22 μm的水相濾膜進(jìn)行過(guò)濾，備用。

1.2 儀器與設(shè)備

WQF-510 FTI傅立葉變換紅外光譜:上海普析分析儀器有限公司；LC-10 A高效液相色譜儀、TVP plus高壓泵、SPD-10AVP plus紫外檢測(cè)器、CMB-10AVP plus色譜工作站:日本島津公司；YZ1515X朗格泵:保定蘭格恒流泵有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

參照J(rèn)iang等[21]的方法，將乙烯基三乙氧基硅烷與硅膠在110 ℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流48 h，制得乙烯基修飾的硅膠；以1-乙烯基咪唑和1,12-二溴十二烷為原料，在70 ℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流24 h，合成3,3′-十二烷-1,1′-二-1-乙烯基雙咪唑溴鹽(3,3′-dodecane-1,1′-bis-1-vinylimidazolium dibromide, DBVD)；以乙烯基修飾的硅膠和DBVD質(zhì)量比為1∶1，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，在70 ℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，機(jī)械攪拌3 h，制得Poly(DBVD)-Sil。整個(gè)合成路線(xiàn)如圖1所示。

圖1 Poly(DBVD)-Sil的合成示意圖

萃取過(guò)程：取100 mg的Poly(DBVD)-Sil裝入固相萃取空柱管，經(jīng)甲醇和去離子水分別活化后，制得固相萃取小柱。以5 mL/min的流速將40 mL樣品溶液通過(guò)已活化好的固相萃取小柱，用0.5 mL甲醇洗脫目標(biāo)分析物，洗脫液進(jìn)入HPLC檢測(cè)，固相萃取過(guò)程如圖2所示。

圖2 固相萃取過(guò)程示意圖

1.4 色譜條件

Agilent C18色譜柱(4.6 mm×150 mm, 5 μm)；柱溫25 ℃；流動(dòng)相為水-甲醇(體積比3∶7)；流速1 mL/min; 檢測(cè)波長(zhǎng)225 nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 Poly(DBVD)-Sil的紅外光譜表征

對(duì)比SiO2的紅外光譜、乙烯基修飾的SiO2的紅外光譜、Poly(DBVD)-Sil紅外光譜，結(jié)果如圖3所示。SiO2的紅外光譜在1 000～1 300 cm-1處為Si—O的特征吸收，在3 400～3 700 cm-1的吸收是由SiO2表面的Si—OH伸縮振動(dòng)引起的；與SiO2的紅外光譜對(duì)比，乙烯基修飾的SiO2的紅外光譜在1 000～1 300 cm-1和3 400～3 700 cm-1范圍內(nèi)的特征吸收峰明顯減弱，說(shuō)明SiO2表面的Si—OH大多參與了與硅烷化試劑的反應(yīng)，且在1 600 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，這是由乙烯基伸縮振動(dòng)引起的。Poly(DBVD)-Sil的紅外光譜在2 800 cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰是碳碳單鍵上C—H的吸收峰；1 550 cm-1附近是咪唑環(huán)的特征吸收峰，這表明雙咪唑離子液體已成功固載在SiO2表面[22-23]。

注：a.SiO2,b.乙烯基修飾的SiO2，c.Poly(DBVD)-Sil。

2.2 萃取條件優(yōu)化

在固相萃取中，吸附劑的質(zhì)量對(duì)萃取效果有重要影響?？疾炝?0～140 mg的吸附劑對(duì)萃取效果的影響，結(jié)果如圖4所示。隨著吸附劑質(zhì)量的增加，更多的目標(biāo)物能被吸附，萃取效率增加；當(dāng)吸附劑質(zhì)量為100 mg時(shí)，萃取效果最好；但過(guò)量的吸附劑會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)物不能完全被洗脫，從而導(dǎo)致萃取效率有所減小。因此，選擇吸附劑質(zhì)量為100 mg。

樣品溶液的上樣流速影響目標(biāo)物被吸附的量，上樣流速越大，分析物越易與吸附劑接觸，萃取效率增加；但上樣流速過(guò)大，目標(biāo)物與吸附劑的接觸時(shí)間變短，不利于萃取。上樣流速對(duì)萃取效果的影響如圖4所示，由圖4可知，上樣流速在0.5～7.0 mL/min時(shí)，萃取效果隨著上樣流速的增加先上升后下降，并在5 mL/min時(shí)效果最好，故選取5 mL/min作為上樣流速。

圖4 吸附劑質(zhì)量和上樣流速對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥萃取效果的影響

在固相萃取過(guò)程中，萃取效率一方面依賴(lài)于目標(biāo)分析物與吸附劑之間的作用力，另一方面又取決于目標(biāo)分析物與洗脫劑之間的作用力，洗脫劑的種類(lèi)和體積決定了分析物的洗脫程度，對(duì)萃取效果有重要影響。本試驗(yàn)中，與有機(jī)磷農(nóng)藥發(fā)生作用的是吸附劑表面帶有多種功能基團(tuán)的雙咪唑基離子液體DBVD，兩者之間可能存在疏水作用、氫鍵作用和π-π作用，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的高效萃取，選擇的洗脫劑也需與它們產(chǎn)生強(qiáng)的相互作用，以削弱吸附劑與有機(jī)磷之間的作用力。如圖5所示，考察的4種洗脫劑(甲醇、丙酮、乙醇和乙腈)的洗脫效果相近，但甲醇的洗脫能力稍?xún)?yōu)于其他溶劑。4種溶劑均能與有機(jī)磷農(nóng)藥之間產(chǎn)生疏水作用，除此之外，丙酮能與有機(jī)磷農(nóng)藥產(chǎn)生π-π作用，甲醇和乙醇都能與其產(chǎn)生氫鍵作用且甲醇形成氫鍵作用的能力更強(qiáng)，故甲醇的洗脫能力最強(qiáng)，洗脫結(jié)果也表明了吸附劑與有機(jī)磷農(nóng)藥之間存在的疏水作用和氫鍵作用對(duì)萃取起主要作用。同時(shí)，在0.2～5 mL范圍內(nèi)對(duì)甲醇體積進(jìn)行了優(yōu)化，由圖5可知，甲醇體積為0.2～0.5 mL時(shí)，隨著甲醇體積的增加，更多的分析物能被洗脫下來(lái)，萃取效果提高；當(dāng)甲醇的體積進(jìn)一步增大時(shí)，雖然被洗脫的分析物增多，但洗脫液中分析物濃度減小，萃取效果下降。因此，選取0.5 mL作為洗脫劑甲醇的體積。

圖5 洗脫劑種類(lèi)和甲醇體積對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥萃取效果的影響

2.3 方法評(píng)價(jià)

在優(yōu)化萃取的條件下，對(duì)方法的線(xiàn)性范圍(LR)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)和檢測(cè)限(LOD)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1所示。3種有機(jī)磷農(nóng)藥在0.1～400 μg/L范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)(r)為0.993 4～0.995 8；重復(fù)萃取5次的RSD為1.71%～4.08%，說(shuō)明方法有好的重復(fù)性；3種分析物的LOD(3倍信噪比)均為0.01 μg/L，表明建立的方法有較高的檢測(cè)靈敏度。

表1 方法的分析性能

2.4 實(shí)際樣品檢測(cè)

為了進(jìn)一步考察方法的適用性，選取了茉莉蜜茶和茉莉花茶飲料作為實(shí)際樣品，用建立的方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。3種有機(jī)磷農(nóng)藥在樣品中均不能被檢出，說(shuō)明這2種茶飲料沒(méi)有被有機(jī)磷農(nóng)藥污染或有機(jī)磷農(nóng)藥含量在0.01 μg/L以下。通過(guò)加標(biāo)的方法測(cè)定了相對(duì)回收率(RR)，結(jié)果如表2所示。由表2可知，3種有機(jī)磷農(nóng)藥的RR為83.23%～109.89%，重復(fù)測(cè)定3次的RSD為3.07%～6.62%，表明該方法有較高的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。圖6為加標(biāo)樣品經(jīng)Poly(DBVD)-Sil-固相萃取后的色譜圖，由圖6可知，3種有機(jī)磷農(nóng)藥峰信號(hào)強(qiáng)，且沒(méi)有雜質(zhì)峰，說(shuō)明樣品基質(zhì)無(wú)干擾。綜上所述，建立的方法可以成功用于茶飲料中有機(jī)磷農(nóng)藥的測(cè)定。

表2 兩種茶飲料中有機(jī)磷農(nóng)藥的測(cè)定結(jié)果

注：1為喹硫磷，2為倍硫磷，3為辛硫磷。

3 結(jié)論

在本研究中，通過(guò)自由基聚合反應(yīng)，將DBVD與乙烯基三乙氧基硅烷修飾的硅膠共價(jià)聚合，得到聚合雙咪唑離子液體修飾的固相萃取吸附劑Poly(DBVD)-Sil，以喹硫磷、倍硫磷和辛硫磷為目標(biāo)分析物，結(jié)合高效液相色譜，考察了Poly(DBVD)-Sil的萃取富集性能。對(duì)影響萃取效率的萃取條件的參數(shù)(吸附劑的質(zhì)量、上樣流速、洗脫劑的種類(lèi)和體積)進(jìn)行了優(yōu)化。在優(yōu)化萃取條件下，建立的方法對(duì)3種有機(jī)磷農(nóng)藥在0.1～400 μg/L范圍內(nèi)有良好的線(xiàn)性關(guān)系，LOD為0.01 μg/L，重復(fù)測(cè)定5次的RSD為1.71%～4.08%。將建立的方法用于茶飲料中有機(jī)磷的測(cè)定，RR為83.23%～109.89%，RSD(n=3)為3.07%～6.62%，樣品基質(zhì)無(wú)干擾，結(jié)果令人滿(mǎn)意。所得結(jié)果對(duì)于萃取和測(cè)定食品基質(zhì)中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留提供了一種新的途徑。