王懂帥，王宗梅，袁彩霞，洪霞，尤毅娜，何海寧

1. 甘肅中商食品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測有限公司（蘭州 730010）；2. 甘肅省商業(yè)科技研究所有限公司（蘭州 730010）

農(nóng)藥被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，因其持久性、毒性和積累特性對(duì)環(huán)境和人體健康造成潛在威脅而受到廣泛關(guān)注[1-5]。農(nóng)藥殘留及其降解產(chǎn)物廣泛存在于人類活動(dòng)的各種環(huán)境中，如空氣、工業(yè)廢水、土壤、水生生物和食品中[6-8]。研究表明，色譜法是一種高效的檢測農(nóng)藥殘留的方法[9-11]。然而，考慮到農(nóng)藥殘留樣品基質(zhì)復(fù)雜性，一種新型的前處理方法，高效、靈敏的提取技術(shù)和高選擇性吸附劑成為研究熱點(diǎn)[12-15]。近年來，固相微萃?。é?SPE）技術(shù)在復(fù)雜樣品的前處理中發(fā)揮著越來越重要作用[16-18]。

介孔碳因其獨(dú)特的性能，如比表面積大、孔結(jié)構(gòu)大、穩(wěn)定性高，是一種很有前途的吸附和分離材料[19-22]。孫何等[23]研究有序介孔碳對(duì)羅丹明B的吸附行為，將介孔碳的應(yīng)用從有機(jī)小分子擴(kuò)展到廣泛的分析物。然而，介孔碳復(fù)合材料在分析食品中痕量農(nóng)藥殘留方面的應(yīng)用仍少有報(bào)道[24-27]。

試驗(yàn)報(bào)道一種十八烷胺功能化介孔碳作為高效μ-SPE技術(shù)的研究，介孔碳復(fù)合材料并聯(lián)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)蔬菜中9種有機(jī)磷農(nóng)藥的痕量殘留進(jìn)行分析研究。建立了一種簡便、靈敏、快速、低成本、有效的快速檢測蔬菜及水果中農(nóng)藥殘留樣品前處理方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 主要儀器設(shè)備

BSA124S-CW電子天平（濟(jì)南歐威騰生物科技有限公司）；VORTEX3渦旋振蕩器（上海達(dá)姆實(shí)業(yè)有限公司）；Allegra X-30高速離心機(jī)[貝克曼庫爾特國際貿(mào)易（上海）有限公司]；JC-QXS-1.3L超聲波清洗機(jī)（青島聚創(chuàng)世紀(jì)環(huán)保有限公司）；GCMS-QP2020 NX氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀[島津（廣東）晟澤科技有限公司]；TEM，Talos F200X高分辨率透射電子顯微鏡（荷蘭Philips-FEI 公司）；XRD，DMAX-RB X-射線衍射儀[鈦洛科學(xué)器材（上海）有限公司]；VSM，YP077-VSM-130振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（北京海富達(dá)科技有限公司）。

1.1.2 主要材料與試劑

介孔碳（純度98.2%，XFP02，南京先豐納米科技有限公司），N-丙基乙二胺（PSA，CAS號(hào)11861-26-8，湖北玖豐隆化工有限公司），十八烷基硅烷鍵合硅膠（PA28240，廣東翁江化學(xué)試劑有限公司），十八烷胺（ODA，純度99.6%，鄭州淇臨化工產(chǎn)品有限公司）。丙酮（純度98.8%，北京科展生物科技有限公司），正己烷（純度99.8%，天津益仁達(dá)化工有限公司），乙腈（純度99.8%，天津益仁達(dá)化工有限公司），均為色譜純；標(biāo)準(zhǔn)品敵敵畏、甲胺磷、殺螟硫磷、氧樂果、毒死蜱、對(duì)硫磷、馬拉硫磷、水胺硫磷、三唑磷等9種農(nóng)藥（均為10 mg/L標(biāo)準(zhǔn)液，購自國家農(nóng)產(chǎn)品安全環(huán)境因素控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，標(biāo)準(zhǔn)品純度均在99.6%以上）。

1.1.3 儀器參數(shù)

色譜柱型號(hào)CP Sil 24 CB（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；柱溫150 ℃，可采取程序升溫（2 min）→8℃/min→240 ℃（7 min）；汽化溫度220 ℃；檢測溫度240 ℃；氮?dú)?.0 mL/min；離子源溫度280 ℃；進(jìn)樣方式采用不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量1 μL。分別吸取混合標(biāo)準(zhǔn)液及樣品凈化液注入氣相色譜儀中，記錄色譜圖，以保留時(shí)間定性，以樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的峰面積比定量。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 介孔碳SBA-15的制備

根據(jù)已有報(bào)道[28-29]，以pluronic P123為表面活性劑，四乙氧基硅烷為硅源，制備SBA-15模板。煅燒后的SBA-15用含硫酸的蔗糖水溶液浸漬。將混合物在100 ℃烘箱中放置6 h，在160 ℃烘箱中放置6 h，類似的過程被重復(fù)。所得深棕色粉末在氮?dú)饬髦?00 ℃碳化4 h，用1 mol/L NaOH（溶解于水和乙醇，V水∶V乙醇=1∶1）蝕刻去除二氧化硅模板。

1.2.2 十八烷胺功能化介孔碳復(fù)合材料的制備

十八烷胺功能化介孔碳復(fù)合材料的制備具體過程參考文獻(xiàn)[30]。準(zhǔn)確稱取50 mg上述制備的介孔碳于200 mL圓底燒瓶中，加入50 mL色譜乙醇，超聲30 min使其完全溶解，加入400 mg十八烷胺，70 ℃下攪拌2 h，按6 000 r/min離心8 min，蒸餾水洗滌2次，真空干燥，備用。

1.2.3 樣品提取過程

樣品提取方法參照GB 23200.8—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 水果和蔬菜中500種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》[31]。準(zhǔn)確稱取20.00 g均質(zhì)黃瓜樣品于50 mL具塞離心管中，加入100 μL質(zhì)量濃度為10.0 μg/mL敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，加入25 mL乙腈溶液，振蕩30 min，加入2～3 g氯化鈉搖勻，在3 500 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min，取10 mL上清液于25 mL具塞離心管備用。

1.2.4 固相微萃取過程

典型的優(yōu)化μ-SPE萃取方法：將μ-SPE萃取裝置浸泡在裝有10 mL樣品的玻璃瓶中（每種樣品的加標(biāo)濃度為0.25 μg/mL），在環(huán)境溫度下以1 000 r/min的轉(zhuǎn)速磁化攪拌一段時(shí)間。萃取后，去除μ-SPE裝置，用超純水洗滌2次，用無絨紙巾擦干。將裝置置于100 μL的洗脫溶劑中，對(duì)提取液進(jìn)行解吸。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用超聲輔助解吸過程。每次解吸后，用200 μL的洗脫溶劑對(duì)所使用的裝置進(jìn)行清洗，以確保沒有殘留的分析物。提取液（約1 μL）直接注入GC-MS系統(tǒng)分析。介孔碳納米復(fù)合材料的形成機(jī)理見圖1。

圖1 介孔碳納米復(fù)合材料的形成機(jī)理

1.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表征

1.3.1 復(fù)合材料表面結(jié)構(gòu)表征

介孔碳及功能化納米復(fù)合材料的表面結(jié)構(gòu)特征在200 kV加速電壓下利用高分辨率透射電子顯微鏡（TEM）觀察。如圖2所示，片狀物和納米片表明介孔碳結(jié)構(gòu)，碳材料外表面的白色薄膜可以識(shí)別為圖2（a）所示的模板苯胺，圖2（b）中沒有看到任何白色薄膜，說明十八烷胺成功地修飾在介孔碳表面，極大地提高介孔碳溶解性和分散性。

圖2 功能化介孔碳（a）及未功能化介孔碳（b）

1.3.2 X射線衍射分析

試驗(yàn)利用X射線衍射儀（XRD）分析介孔碳晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖3所示。在小角度下峰的相對(duì)強(qiáng)度差異可能是由于中孔碳重復(fù)使用20次后，殘留的分析物或溶劑分子占據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的孔隙。與原介孔碳相比，XRD譜圖中峰位的一致性證實(shí)晶體結(jié)構(gòu)的保留[32]。

圖3 介孔碳復(fù)合材料的X射線衍射圖譜

1.3.3 氮?dú)馕?脫附

通過氮?dú)馕?解吸熱法進(jìn)一步了解介孔碳的吸附性能，如圖4（a）所示。介孔碳納米復(fù)合材料的N2吸附等溫線在較低的相對(duì)壓力（P/P0＞0.9）下迅速上升，表現(xiàn)為Ⅰ型吸附行為。根據(jù)國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)盟（IUPAC），孔隙寬度在20～50 nm之間的材料被歸類為介孔材料[19]。從孔徑大小分布圖計(jì)算得到的介孔碳復(fù)合材料孔徑分布如圖4b所示。

圖4 介孔碳復(fù)合材料氮?dú)馕?脫附圖譜

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取時(shí)間對(duì)吸附性能影響

選取不同基質(zhì)樣品卷心菜、蘋果、菠菜、桔子為分析物，分別稱取一定量該樣品于200 mL三角瓶，編號(hào)依次為A、B、C、D，依次加入2.00 μg穩(wěn)定性較好的敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，混勻，按1.2.3和1.2.4方法操作處理，收集洗脫液，過0.22 μm濾膜后進(jìn)樣測定，結(jié)果如圖5所示，萃取時(shí)間10 min時(shí)回收率達(dá)到最大值，回收率不變，說明敵敵畏在介孔復(fù)合材料表面吸附已達(dá)飽和狀態(tài)，因此，試驗(yàn)選取10 min為最佳萃取時(shí)間。

圖5 功能化介孔碳對(duì)卷心菜、蘋果、菠菜、桔子中農(nóng)藥殘留的萃取時(shí)間

2.2 pH對(duì)吸附性能的影響

試驗(yàn)以白菜、梨、橘子為代表樣品，在pH范圍為1～12的條件下，分別用1 mol/L鹽酸或1 mol/L NaOH溶液對(duì)樣品溶液pH進(jìn)行優(yōu)化，研究其pH。從圖6可以看出，3個(gè)樣品在pH 5左右時(shí)回收率最高，因此，將樣品溶液調(diào)整為pH 5。

圖6 樣品溶液pH的影響

2.3 介孔碳納米復(fù)合材料與不同吸附劑的吸附效果比較

試驗(yàn)旨在充分利用該介孔碳吸附劑，獲得對(duì)蔬菜樣品中痕量有機(jī)磷農(nóng)藥殘留較好的提取富集性能。本試驗(yàn)選用毒死蜱為目標(biāo)分析物通過加標(biāo)試驗(yàn)，對(duì)NH2柱固相萃取、PSA分散固相萃取與介孔碳吸附劑吸附性能進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)相同條件下介孔碳的萃取性能。從圖7可以看出，介孔碳比其他2種提取方法的提取效果更好，對(duì)于介孔碳，其富集能力主要表現(xiàn)為2種吸附：孔包埋吸附和介孔碳的配位不飽和位點(diǎn)表面吸附及π-π相互作用。介孔碳的大孔可以容納或部分容納有機(jī)磷分子。結(jié)果表明，介孔碳對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥具有較高的吸附回收率?？梢酝茰y，分析物在介孔碳的孔結(jié)構(gòu)中尺寸匹配越好，吸附能力越強(qiáng)，而體積較大的空間構(gòu)型會(huì)阻礙分子擴(kuò)散。同時(shí)介孔碳的不飽和位點(diǎn)和π-π相互作用對(duì)富電子分析物（如芳香環(huán)或雙鍵）具有吸附親和性。

圖7 3種不同的吸附劑材料吸附農(nóng)藥殘留比較

2.4 線性關(guān)系

配制0.05，0.10，0.15，0.20和0.25 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度系列，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下，對(duì)每個(gè)水平進(jìn)行3次重復(fù)測定，數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示，在0.05～0.25 μg/mL質(zhì)量濃度范圍具有很好線性關(guān)系，高靈敏度，3倍噪音最低檢出限為0.01～0.08 μg/mL，定量限為0.028～0.26 μg/mL，相關(guān)系數(shù)為0.999 1～0.999 8。這是由于該功能化介孔復(fù)合材料具有大的吸附容量和大比表面積，通過渦旋使得介孔復(fù)合材料與樣液充分接觸，以達(dá)到很好的凈化效果。

表1 9種有機(jī)磷農(nóng)藥線性關(guān)系研究

2.5 回收率試驗(yàn)

建立9種農(nóng)藥在白菜上的回收率和重復(fù)性評(píng)價(jià)方法的性能，在3個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平（0.020，0.050和0.120 mg/kg）連續(xù)6次提?。╪=6），考察方法的重復(fù)性和實(shí)用性?；厥章屎拖鄬?duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（SRSD）見表2。加標(biāo)回收率為85.0%～95.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差SRSD為1.68%～5.32%，表明該方法具有較好的準(zhǔn)確度和精密度，能完全滿足農(nóng)藥的檢測要求。

表2 9種有機(jī)磷農(nóng)藥回收率試驗(yàn)

3 結(jié)果與討論

試驗(yàn)探究功能化介孔碳作為吸附劑在微固相萃取9種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)萃取方法相比，功能化的介孔碳納米復(fù)合材料具有萃取效率高、富集比高、用量少的特點(diǎn)。結(jié)果表明，該方法是一種簡便、靈敏、快速、低成本、有效的蔬菜中農(nóng)藥殘留檢測樣品前處理方法，加標(biāo)平均回收率為85.0%～95.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差SRSD為1.68%～5.32%（n=6），在0.05～0.25 μg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，高靈敏度，3倍噪音最低檢出限為0.01～0.08 μg/mL，定量限為0.028～0.26 μg/mL，相關(guān)系數(shù)為0.999 1～0.999 8。功能化介孔碳復(fù)合材料作為一種很有前途的凈化材料，將在不同樣品中對(duì)其他有機(jī)污染物有更廣泛的應(yīng)用。