莊麗婷，周夢楠，王 姣

(商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院//商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)幼兒園，陜西 商洛 726000)

隨著現(xiàn)代化工科技的發(fā)展，各種化合物也進(jìn)入了人們的生活，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。利谷隆是制備除草劑的一種主要原材料，對出苗雜草進(jìn)行有效滅殺。但這種物質(zhì)難以被微生物降解，能長期穩(wěn)定地貯存在土壤中，跟隨大米、糧油等農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入人體，給人們的身體健康帶來危害。特別是處于成長期的嬰幼兒，一旦接觸了超標(biāo)的利谷隆，會(huì)對他們生長發(fā)育造成嚴(yán)重影響，造成神經(jīng)系統(tǒng)疾病，甚至還有可能引發(fā)癌癥。為快速準(zhǔn)確地檢測出農(nóng)藥殘留，部分學(xué)者進(jìn)行了很多研究，如薛麗等[1]選擇用雙塔雙檢測器氣相色譜法對蔬菜水果中的有機(jī)磷農(nóng)藥殘留進(jìn)行了檢測；常波等[2]選擇氣相色譜法測定，試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能同時(shí)測定7種農(nóng)藥殘留，方法回收率為81%～99%，滿足檢測標(biāo)準(zhǔn)。丁怡等[3]則以高效色譜法對農(nóng)藥殘留進(jìn)行測定，試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法靈敏度表現(xiàn)良好，符合檢測要求。以上研究表明，色譜法能準(zhǔn)確檢測出農(nóng)藥殘留。但利谷隆因其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，難以被有機(jī)溶劑萃取，因此檢測存在困難?；诖?，本試驗(yàn)以陳松慶[4]論文為基礎(chǔ)，制備一種磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料作為萃取劑，對食品中的利谷隆進(jìn)行萃取檢測，以保障包括幼兒在內(nèi)的人們的健康。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：石墨烯，AR 六工石墨；納米氧化鐵，AR 有融新材料；納米二氧化硅，AR 有融新材料；N，N-二甲基甲酰胺，AR 鑫城化工；碳酰二亞胺，AR 吉鑫益邦生物科技；利谷隆，AR 雙焱化工；無水乙醇，AR 創(chuàng)世化工；丙酮，AR 潤豐石油化工；乙腈，AR 騰博化工；甲醇，AR 泉旺達(dá)化工科技；稻谷，市售。

主要設(shè)備：KS3200E超聲清洗機(jī)，納德科學(xué)儀器；YZG真空干燥箱，市久川干燥設(shè)備；SU9000掃描電鏡，上多川國際貿(mào)易；NOLAY10傅里葉紅外光譜儀，天津諾雷信達(dá)科技；Agilent 1220高效液相色譜儀，安捷倫科技。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料的制備

材料準(zhǔn)備：納米氧化鐵通過共沉淀法制備[5]；氧化石墨烯采用改進(jìn)的Hemmers法制備[6]。

復(fù)合材料制備過程：

(1)在50 ml N，N-二甲基甲酰胺中加入0.2 g氧化石墨烯，然后置于KS3200E型超聲清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行超聲分散。將0.1 g N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)和0.2 g碳酰二亞胺(EDC)，在室溫條件下充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢钑r(shí)間為120 min。

(2)將0.5 g磁性納米材料(Fe3O4@SiO2-NH2)加入攪拌后混合溶液中，繼續(xù)攪拌12 h。通過洗滌和分散沖洗后，80℃烘干，得到磁性氧化石墨烯復(fù)合納米材料。

1.2.2利谷隆的檢測

(1)樣品處理：將稻谷進(jìn)行研磨處理。取10 mg研磨樣品溶入20 ml去離子水中，然后在KS3200E型超聲清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行超聲分散，分散時(shí)間為15 min，過濾后定容至50 ml，然后通過0.45 μm膜過濾，得到處理后樣品溶液。

(2)利谷隆測定：在50 ml離心管中分別加入適量利谷隆溶液和緩沖溶液，然后定容至刻度線。加入萃取材料，然后進(jìn)行振蕩萃取處理。將磁鐵置于離心管底部后，倒出上層溶液后再加一定體積的洗脫材料，繼續(xù)在室溫條件下振蕩一段時(shí)間。收集上層溶液為檢測液。并通過高效液相色譜儀進(jìn)行測定。色譜條件見表1[7]。

表1 色譜條件

1.3 性能測試

1.3.1形貌和結(jié)構(gòu)表征

用SU9000掃描電鏡對材料微觀形貌進(jìn)行觀察并拍照。

用NOLAY10傅里葉紅外光譜儀對材料官能團(tuán)組成進(jìn)行表征。

1.3.2利谷隆萃取率(洗脫率)測定

通過對溶液內(nèi)萃取(洗脫)前后的濃度進(jìn)行測定，計(jì)算其萃取(洗脫)率。

利谷隆萃取(洗脫)率表達(dá)式為：

(1)

式中，C0、Ct分別為萃取(洗脫)前后利谷隆的濃度，V0、Vt分別為萃取(洗脫)前后溶液體積。

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與組成

2.1.1微觀形貌

掃描電鏡是表征物質(zhì)微觀形貌的重要手段。為了對磁性氧化石墨烯萃取機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步表征，通過掃描電鏡對材料微觀形貌進(jìn)行表征，具體見圖1。通過觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，球形的磁性二氧化硅/氧化鐵材料(Fe3O4@SiO2)在石墨烯薄片上均勻分散，初步證明成功合成復(fù)合材料[8]。

圖1 微觀形貌表征

2.1.2紅外光譜

在上述結(jié)論中，已經(jīng)初步確定了成功合成石墨烯納米復(fù)合材料。為進(jìn)一步對石墨烯納米復(fù)合材料的官能團(tuán)組成進(jìn)行表征，以磁性二氧化硅/氧化鐵材料(Fe3O4@SiO2)為對照，研究材料的化學(xué)基團(tuán)變化，結(jié)果見圖2。通過觀察圖2中紅外光譜曲線變化可知，除磁性二氧化硅/氧化鐵材料的Fe-O和Si-O-Si特征峰外，磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料在3 191 cm-1處和1 731 cm-1處分別出現(xiàn)氧化石墨烯的O-H和C=O伸縮振動(dòng)峰，這再一次證明了成功合成磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料[9]。

圖2 紅外光光譜曲線

2.1.3萃取性能表征

采用不同萃取劑，對利谷隆的萃取效果也不一樣，為表征制備的復(fù)合納米材料的萃取性能，選擇不同材料對稻谷中利谷隆進(jìn)行萃取，觀察同等條件下，利谷隆萃取率的變化，具體見圖3。通過圖3可知，3種材料中，氧化石墨烯納米復(fù)合材料對利隆谷的萃取率最好。這可能是因?yàn)樵谶M(jìn)行萃取時(shí)，利谷隆與氧化石墨烯中氫鍵相互作用，能快速將樣品中的利谷隆萃取出來，表現(xiàn)出良好的萃取性能。

圖3 萃取性能驗(yàn)證

2.2 萃取條件優(yōu)化

本實(shí)驗(yàn)制備的磁性納米復(fù)合材料主要用于檢測利谷隆，因此以利谷隆的萃取率作為萃取條件的優(yōu)化指標(biāo)。

2.2.1萃取劑用量的優(yōu)化

在確定萃取劑種類后，需要再次對萃取劑用量進(jìn)行優(yōu)化，避免萃取劑用量對利谷隆萃取造成影響。本試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)用量梯度對萃取劑最佳用量進(jìn)行考察，結(jié)果見圖4。通過觀察圖4可知，隨著萃取劑用量的增加，利谷隆的萃取率表現(xiàn)為先急速增加，再緩慢增加，最后趨于平衡的變化趨勢。當(dāng)萃取劑用量為12 mg時(shí)，萃取率就已經(jīng)達(dá)到最高點(diǎn)，然后萃取率不再發(fā)生改變。為了不造成材料的浪費(fèi)，選擇適合的萃取劑用量為12 mg。

圖4 萃取劑的用量優(yōu)化

2.2.2pH值優(yōu)化

萃取劑在不同酸堿度條件下，活性也會(huì)受到一定影響，為探究最佳的萃取條件，選擇萃取pH值，具體見圖5。通過觀察圖5可知，隨體系內(nèi)pH值的增加，利谷隆的萃取率表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢。在pH值為7時(shí)萃取率最佳，這就說明利谷隆的最佳萃取條件為中性條件，因此選擇適合的萃取pH值為7。

圖5 萃取pH值優(yōu)化結(jié)果

2.2.3萃取時(shí)間的優(yōu)化

萃取時(shí)間也是影響利谷隆萃取率的重要因素，適合的萃取時(shí)間既能保證將溶液內(nèi)的利谷隆完全萃取，又能避免造成不必要的浪費(fèi)。圖6為萃取時(shí)間優(yōu)化結(jié)果。

圖6 萃取時(shí)間的影響

通過觀察圖6可知，隨萃取時(shí)間的增加，利谷隆萃取率表現(xiàn)出先緩慢增加，后趨于平衡的變化趨勢。在萃取時(shí)間為10 min時(shí)，利谷隆的萃取率達(dá)到最高點(diǎn)，因此在后續(xù)試驗(yàn)中，選擇的萃取時(shí)間為10 min。

2.2.4萃取溫度的優(yōu)化

圖7為萃取溫度的優(yōu)化結(jié)果。由圖7可知，在萃取溫度為25℃時(shí)，利谷隆萃取率就已經(jīng)達(dá)到了100%，繼續(xù)增加萃取溫度，萃取率不再發(fā)生改變。同時(shí)，高溫也會(huì)造成試驗(yàn)的困難，綜合考慮，在后續(xù)試驗(yàn)中，選擇適合的萃取溫度為25℃。

圖7 萃取溫度對萃取率的影響

2.3 洗脫條件優(yōu)化

2.3.1洗脫劑的選擇

洗脫劑種類是影響利谷隆洗脫率的重要因素之一，選擇目前較為常見的4種洗脫劑對利谷隆進(jìn)行洗脫，結(jié)果見圖8。通過觀察圖8可知，在4種洗脫劑中，只有丙酮能夠使利谷隆洗脫率達(dá)到100%，因此在后續(xù)試驗(yàn)中，選擇適合的洗脫劑為丙酮。

圖8 洗脫劑優(yōu)化結(jié)果

2.3.2洗脫劑體積優(yōu)化

在上節(jié)中，已經(jīng)確定了洗脫劑種類，但洗脫劑體積也是影響利谷隆洗脫率的重要因素。通過對洗脫劑體積進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見圖9。通過觀察圖9可知，隨洗脫劑體積的增加，利谷隆洗脫率表現(xiàn)出先增加后平衡的變化趨勢。當(dāng)洗脫劑體積為3.5 ml時(shí)達(dá)到最佳，后續(xù)試驗(yàn)中，選擇洗脫劑體積為3.5 ml。

圖9 洗脫劑體積的影響

2.4 干擾試驗(yàn)結(jié)果

因本試驗(yàn)制備的磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料用于檢測市售稻谷?？紤]到可能存在多種元素，對檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾，因此需要進(jìn)行干擾試驗(yàn)，驗(yàn)證本方法的抗干擾性能[10]。選擇最常見的離子進(jìn)行抗干擾分析，結(jié)果見表2。由表2可知，本方法基本不受其他物質(zhì)的干擾，表現(xiàn)出良好的抗干擾能力。

表2 抗干擾試驗(yàn)結(jié)果

2.5 分析性能表征

在上述試驗(yàn)中，通過對方法進(jìn)行優(yōu)化，確定了磁性氧化石墨烯材料能將溶液中利谷隆完全萃取出來，且表現(xiàn)出良好的抗干擾性能。進(jìn)一步對本試驗(yàn)建立方法的分析性能進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。由表3可知，在0.006～0.12 μg/ml的線性范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 3，檢出限LOD=0.001 μg/ml，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.9%，萃取前后的體積比(富集因子EF)為14，表現(xiàn)出良好的分析性能[11-12]。

表3 分析性能測試結(jié)果

2.6 實(shí)際樣品分析

以常見的稻谷為檢測樣品，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表4可知，未加標(biāo)樣品中未檢測出利谷隆殘留。同時(shí)，樣品的加標(biāo)回收率范圍為92.5%～105%，表現(xiàn)出良好的加標(biāo)回收性能[13]。

表4 實(shí)際樣品測定結(jié)果

2.7 方法比較

通過將本試驗(yàn)建立的方法與目前測定利谷隆方法進(jìn)行比較，表征本試驗(yàn)建立方法的性能，結(jié)果見表5。由表5可知，本試驗(yàn)建立的方法檢測限和加標(biāo)回收率皆表現(xiàn)良好，與目前測定利谷隆的方法較為接近[14]。但本方法具備操作簡單，萃取時(shí)間和檢測時(shí)間較短，成本較低等優(yōu)點(diǎn)，能在短時(shí)間內(nèi)快速地檢測出稻谷中的利谷隆，因此，可以作為檢測稻谷中利谷隆的備選方法使用。

表5 方法比較結(jié)果

3 結(jié)論

綜上所述，本試驗(yàn)建立的磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料結(jié)合高效液相色譜法具備操作簡單，成本低和檢測耗時(shí)短的特點(diǎn)，可以作為食品中利谷隆備選測試法。具體結(jié)論總結(jié)如下：

(1)由紅外光譜和掃描電鏡結(jié)果可知，球狀磁性二氧化硅/氧化鐵材料(Fe3O4@SiO2)均勻分散在氧化石墨烯上，紅外光譜曲線在3 191 cm-1處和1 731 cm-1處出現(xiàn)氧化石墨烯的O-H和C=O伸縮振動(dòng)峰，確定成功制備出磁性材料。

(2)萃取性能結(jié)果，磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料對利谷隆的萃取率達(dá)到100%，表現(xiàn)出良好的萃取性能。

(3)萃取條件優(yōu)化結(jié)果為，萃取劑用量為12 mg，溶液pH值為7，萃取時(shí)間和溫度分別為10 min和25℃。

(4)洗脫條件優(yōu)化結(jié)果為，洗脫劑種類為丙酮，洗脫劑用量為3.5 ml。

(5)分析性能和干擾性能分析結(jié)果為，在0.006～0.12 μg/ml的線性范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 3，檢測限LOD=0.001 μg/ml，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.9%，萃取前后的體積比(富集因子EF)為14，定量限為0.006 μg/ml，且具有較強(qiáng)的選擇性。

(6)在實(shí)際樣品中，未加標(biāo)樣品中未檢測出利隆谷的存在。同時(shí)，在加標(biāo)0.50 μg/ml和1.00 μg/ml的條件下，其加標(biāo)回收率為92.5%～105%。