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多壁碳納米管分散固相萃取氣相色譜法檢測(cè)蔬菜中23種農(nóng)藥殘留

2016-05-30 21:13劉曉亮郭澤旺黃璐璐封國君王彥輝曾東強(qiáng)黃永祿
關(guān)鍵詞:農(nóng)藥殘留蔬菜

劉曉亮 郭澤旺 黃璐璐 封國君 王彥輝 曾東強(qiáng) 黃永祿

摘要:【目的】建立一種多壁碳納米管(MWCNTs)分散固相萃取氣相色譜法(GC)檢測(cè)蔬菜中多種農(nóng)藥殘留的分析方法,為氣相色譜法快速檢測(cè)蔬菜中農(nóng)藥殘留提供一種新的材料和應(yīng)用方法?!痉椒ā坎捎梅稚⒐滔噍腿》?,10.00 g樣品用10 mL乙腈提取,加入1.00 g NaCl和4.00 g無水MgSO4液液分離,取1 mL乙腈提取液用150 mg無水MgSO4和15 mg多壁碳納米管進(jìn)行分散固相凈化, 運(yùn)用氣相色譜微電子俘獲檢測(cè)器(GC-uECD)進(jìn)行分析檢測(cè),通過添加回收試驗(yàn)對(duì)方法進(jìn)行考察,基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)液外標(biāo)法定量對(duì)蔬菜中23種農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)?!窘Y(jié)果】在0.05~1.00 mg/kg添加范圍內(nèi),23種農(nóng)藥的添加回收率為73.0%~98.4%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)為1.3%~11.0%,方法的定量限(LOQ)為0.02~0.05 mg/kg。采用該方法對(duì)市場(chǎng)樣品進(jìn)行檢測(cè),無目標(biāo)農(nóng)藥檢出。【結(jié)論】多壁碳納米管作為分散固相吸附劑與氣相色譜聯(lián)用,在回收率、檢出限及精密度等方面均能滿足農(nóng)藥殘留分析的要求,且成本明顯低于商品化基質(zhì)分散吸附劑,可在蔬菜農(nóng)藥殘留檢測(cè)分析中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞: 多壁碳納米管;分散固相萃??;GC-uECD;蔬菜;農(nóng)藥殘留

中圖分類號(hào): S481.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-1191(2016)03-0401-06

0 引言

【研究意義】我國的蔬菜產(chǎn)業(yè)目前已是種植業(yè)中僅次于糧食的第二大農(nóng)作物產(chǎn)業(yè),成為我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一(劉芳等,2011),同時(shí)我國也是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國和消費(fèi)國,消費(fèi)量占全世界的40%(楊峻等,2014)。我國蔬菜生產(chǎn)中病害達(dá)500種以上,蟲害達(dá)200種以上,為了保障蔬菜的正常生產(chǎn),在整個(gè)生長、加工和儲(chǔ)存過程中會(huì)多次使用不同種類的農(nóng)藥,以改善作物的性狀、提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)(宋淑玲等,2007;范素芳,2014)。為了保障公眾飲食安全,2014年由農(nóng)業(yè)部和國家衛(wèi)生計(jì)生委聯(lián)合發(fā)布的食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中農(nóng)藥最大殘留限量》(GB 2763-2014)將食品中農(nóng)藥最大殘留限量指標(biāo)由原來的2293項(xiàng)增加到3650項(xiàng),重點(diǎn)增加了蔬菜、水果等鮮食農(nóng)產(chǎn)品的限量標(biāo)準(zhǔn),為115個(gè)蔬菜種(類)和85個(gè)水果種(類)制定了2495項(xiàng)限量標(biāo)準(zhǔn),比2012版本增加了904項(xiàng)限量標(biāo)準(zhǔn),新增蔬菜水果限量占總新增限量的67%,其中蔬菜上農(nóng)藥最大殘留限量增加431項(xiàng)。因此, 開發(fā)農(nóng)藥殘留分析方法對(duì)監(jiān)控蔬菜中農(nóng)藥的殘留量, 確保食品安全和人類健康有著非常重要的意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】在農(nóng)藥殘留分析中通常采用不同類型的吸附劑除去樣品基質(zhì)中的干擾物,常用的吸附劑包括活性炭、氧化鋁(酸性、中性和堿性)、硅酸鎂(Florisil)、氨基(NH2)和石墨化碳黑(GCB)等。目前,農(nóng)藥多殘留分析方法主要采用固相萃?。⊿PE)、固相微萃?。⊿PME)和基質(zhì)固相分散法(MSPD)等技術(shù)(宋淑玲等,2008)。多壁碳納米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)具有納米級(jí)別的中空管狀結(jié)構(gòu)和大的比表面積,具有較強(qiáng)吸附能力、穩(wěn)定耐用等特點(diǎn),已成為檢測(cè)農(nóng)藥殘留的優(yōu)異預(yù)富集萃取材料之一(劉曉亮等,2013)。以MWCNTs為SPE吸附劑,配合一定色譜條件,Zhou等(2006)和Min等(2008)分別檢測(cè)了水中DDT和阿特拉津及其代謝物的含量;Wang等(2007)分析了呋喃丹、異稻瘟凈、稻豐散等12種農(nóng)藥在地表水中的殘留量;Lidia等(2008)分析了蘋果、橘子、菠蘿中馬拉硫磷、殺螟硫磷、二嗪磷等8種有機(jī)磷類農(nóng)藥的殘留量;López-Feria等(2009)檢測(cè)了敵草隆、阿特拉津、西瑪津、馬拉硫磷等8種農(nóng)藥在初榨橄欖油中的殘留量。以MWCNTs為分散固相萃?。╠-SPE)吸附劑,經(jīng)過液相或氣相與質(zhì)譜儀聯(lián)用,Su等(2011)和González-Curbelo等(2012)分別檢測(cè)了花生油和谷物類嬰兒食品中有機(jī)磷類農(nóng)藥的殘留量;Zhao等(2012)測(cè)定了蔬菜和水果中30種有代表性農(nóng)藥的殘留量;Li等(2013)檢測(cè)了動(dòng)植物源樣品(土豆、蘋果、茄子、大豆、綠茶、魚、豬肝)中丁氟螨酯及其代謝物的含量;Hou等(2013)檢測(cè)了18種磺胺類農(nóng)藥在豬肉中的殘留量;Wu等(2014)檢測(cè)了金剛烷胺、金剛烷乙胺、二甲金剛胺在雞肉中的殘留量;Hou等(2014)檢測(cè)了76種農(nóng)藥在茶葉中的殘留。閔光(2007)以MWCNTs為吸附材料,以基質(zhì)固相分散萃?。∕SPD)為前處理方法,建立了食品中農(nóng)藥多殘留的氣相色譜質(zhì)譜分析方法(GC-MS)。Song等(2013)采用碳納米管加強(qiáng)中空纖維固相萃取聯(lián)用HPLC-DAD檢測(cè)了氨基甲酸酯類農(nóng)藥在蘋果中的殘留。Liao等(2014)以MWCNTs為固—液—固分散萃?。⊿LSDE)吸附劑,再通過分散液液微萃?。―LLME)聯(lián)合GC-MS檢測(cè)了12種除草劑在煙草中的殘留?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】MWCNTs作為吸附凈化材料,采用分散固相萃取時(shí)多以色譜質(zhì)譜法為檢測(cè)手段;僅以色譜法為檢測(cè)手段時(shí),MWCNTs多以裝填固相萃取小柱的方式對(duì)樣品進(jìn)行凈化。MWCNTs分散固相萃取,采用氣相色譜法(GC)對(duì)蔬菜樣品進(jìn)行檢測(cè)尚無報(bào)道?!緮M解決的關(guān)鍵問題】選取廣西主要蔬菜品種番茄和空心菜為代表作物,采用MWCNTs分散固相凈化去除樣品基質(zhì)中對(duì)分析有干擾的雜質(zhì),運(yùn)用氣相色譜微電子俘獲檢測(cè)器(GC-uECD)對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)分析,探索MWCNTs分散固相萃取氣相色譜法在農(nóng)藥殘留分析中的可行性,為氣相色譜法快速檢測(cè)蔬菜中農(nóng)藥殘留提供一種新的材料和應(yīng)用方法。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

儀器:Agilent 7890A氣相色譜儀,配uECD檢測(cè)器(美國安捷倫科技公司);Vortex-Genie2漩渦混合儀(美國思博明公司);Sigma 3K13離心機(jī)(德國西格瑪公司);Milli-Q超純水儀(美國密理博公司)。

試劑:乙腈(色譜純,美國Fisher Scientific公司);NaCl,無水MgSO4(分析純,天津科密歐化學(xué)試劑有限公司);多壁碳納米管(直徑10~20 nm,孔徑5 nm; 天津艾杰爾公司);N-丙基二乙胺(PSA,天津博納艾杰爾科技有限公司)。

供試農(nóng)藥(共23種,其中殺蟲劑12種、殺菌劑2種、除草劑9種):氟鈴脲、撲草津、莠去津、敵草隆、西瑪津、β-六六六、乙草胺、甲草胺、異丙甲草胺、丁草胺、腐霉利、硫丹、己唑醇、pp-滴滴涕、氯氟吡氧乙酸異辛酯、聯(lián)苯菊酯、甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯、氯菊酯、高效氯氟氰菊酯、高效氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯(純度≥98.0%,德國Dr. Ehrenstorfer公司)。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)液配制 準(zhǔn)確稱取各農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品0.01 g(精確至0.0001 g)于10 mL容量瓶中,以乙腈定容,配制成1000 mg/L儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)溶液,-20 ℃保存。用乙腈稀釋儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)溶液,配制成各濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1. 2. 2 MWCNTs優(yōu)化 稱取1.20 g MWCNTs置于500 mL單口燒瓶中,加入90 mL濃硫酸,超聲波處理2 h,再加入30 mL濃硝酸,超聲波處理1 h,移入恒溫油浴槽中,120 ℃回流1 h,冷卻靜置,用吸管吸除上層混酸清液,加入1000 mL去離子水稀釋,稀釋液過0.22 μm聚四氟乙烯微孔濾膜,反復(fù)水洗至濾液pH=7.0,所得固體經(jīng)過真空50 ℃干燥即得到被氧化的MWCNTs。取被氧化的1.00 g MWCNTs置于100 mL單口燒瓶中,加20 mL三氯甲烷、10 mL丙酮和5 mL氯化亞砜,超聲波處理1 h,加入5 mL 1,3-丙二醇,攪拌24 h,再加入10 mL無水乙醇,磁力攪拌 2 h,過 0.22 μm聚四氟乙烯微孔濾膜,并用無水乙醇反復(fù)沖洗,所得固體經(jīng)真空50 ℃干燥即得到優(yōu)化的MWCNTs。

1. 2. 3 提取與凈化 稱取樣品10.00 g于50 mL離心管中,加入10 mL乙腈,渦旋2 min,加入1.00 g NaCl、4.00 g無水MgSO4,渦旋2 min,4500 r/min離心5 min,取上清液1 mL于已加入150 mg無水MgSO4和15 mg MWCNTs的2 mL離心管中,渦旋30 s,14000 r/min離心1 min,取上清液過0.22 μm聚四氟乙烯微孔濾膜于進(jìn)樣小瓶,待測(cè)。

1. 2. 4 加標(biāo)回收率試驗(yàn) 稱取空白樣品10.00 g于 50 mL帶蓋離心管中,添加不同濃度水平的23種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,渦旋混勻后按1.2.2方法加乙腈,進(jìn)行提取和凈化。由于在氣相色譜分析中樣品的基質(zhì)效應(yīng)普遍存在,為避免提取液中某些待測(cè)物的信號(hào)明顯不同于溶劑標(biāo)準(zhǔn)液的信號(hào),同樣處理不添加農(nóng)藥的空白樣品作為基質(zhì)空白溶液,用于配制基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液,計(jì)算加標(biāo)回收率。

1. 2. 5 色譜條件 GC7890A氣相色譜儀,配uECD檢測(cè)器;色譜柱DB-17,30 m×250 μm×0.25 μm,流速1 mL/min;進(jìn)樣口280 ℃;檢測(cè)器300 ℃;柱箱采用程序升溫,色譜柱初始溫度150 ℃,保持2 min,以10 ℃/min升至270 ℃,保持30 min。供試農(nóng)藥標(biāo)液色譜圖見圖1。

2 結(jié)果與分析

2. 1 MWCNTs分散固相的凈化效果

在分散固相萃取中,PSA是經(jīng)典的凈化材料,番茄和空心菜雜質(zhì)較多,用PSA吸附劑很難將多種雜質(zhì)除去。本研究對(duì)比了15 mg MWCNTs和15 mg PSA對(duì)1 mL基質(zhì)提取液的凈化效果,結(jié)果表明,MWCNTs與PSA的凈化效果相當(dāng)(圖2)。比較使用10、15、20、25 mg MWCNTs對(duì)1 mg/L供試藥劑混合標(biāo)液(1 mL)的吸附效果,結(jié)果表明,使用10和15 mg MWCNTs對(duì)混合標(biāo)液的吸附不明顯,當(dāng)使用20 mg MWCNTs 時(shí),己唑醇被吸附15.4%,氯氟吡氧乙酸異辛酯被吸附22.6%。因此,選擇使用15 mg MWCNTs對(duì)1 mL基質(zhì)提取液進(jìn)行凈化(圖3)。

2. 2 方法確證結(jié)果

2. 2. 1 校正曲線及方法定量限考察 本研究采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液補(bǔ)償基質(zhì)效應(yīng),用空白番茄和空心菜提取液配制基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液,以6點(diǎn)法構(gòu)建各目標(biāo)物的基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線,以峰面積對(duì)應(yīng)進(jìn)樣濃度繪制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線,所考察農(nóng)藥在番茄和空心菜基質(zhì)中的基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.9983~0.9999和0.9990~ 0.9999,所考察農(nóng)藥在番茄和空心菜基質(zhì)中的定量下限(LOQ,S/N≥10)均在0.02~0.05 mg/kg(表1)。

2. 2. 2 方法準(zhǔn)確度和精密度評(píng)價(jià) 以MWCNTs為分散固相凈化材料,對(duì)番茄和空心菜兩種基質(zhì)分別進(jìn)行23種農(nóng)藥的添加回收試驗(yàn),添加濃度為1.00、0.50、0.05 mg/kg,每個(gè)添加濃度5個(gè)重復(fù),結(jié)果見表1。在3個(gè)添加水平下,各農(nóng)藥在番茄和空心菜基質(zhì)中的添加回收率分別為73.0%~98.4%和76.1%~96.3%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)分別為2.8%~9.9%和1.3%~11.0%,回收率和精密度數(shù)據(jù)均符合農(nóng)藥殘留檢測(cè)要求。

2. 3 實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果

采用本研究建立的分析方法,于2014年7~10月對(duì)南寧市五里亭農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)上的番茄和空心菜樣品進(jìn)行抽檢,番茄共80份樣品,空心菜共60份樣品,均未檢出目標(biāo)農(nóng)藥殘留。

3 討論

MWCNTs是由2~50層不等的石墨烯片同軸卷曲形成的無縫管狀結(jié)構(gòu),每層納米管的管壁是由1個(gè)碳原子通過sp2雜化與周圍3個(gè)碳原子完全鍵合后所構(gòu)成的六邊形網(wǎng)絡(luò)平面所圍成的圓柱體,層間距為0.34~0.01 nm,直徑為2~30 nm,長度為0.1~50.0 μm(Reilly,2007)。MWCNTs對(duì)有機(jī)物的吸附機(jī)理主要集中在π-π作用、疏水作用、H鍵作用、靜電作用力等與一些有機(jī)化合物和多核芳香化合物相作用。MWCNTs對(duì)基質(zhì)提取液中干擾物質(zhì)的凈化主要有兩種作用方式:一種是對(duì)于體積較大的物質(zhì),可在管壁表面發(fā)生吸附作用;另一種是對(duì)于體積較小的物質(zhì),可被其中空結(jié)構(gòu)吸收,并改變碳納米管的形態(tài)。由于基質(zhì)提取液中所含的物質(zhì)種類較多,這兩種作用同時(shí)存在(趙鵬躍,2015)。本研究對(duì)比了MWCNTs和PSA對(duì)基質(zhì)提取液的凈化效果,發(fā)現(xiàn)在番茄樣品上,MWCNTs凈化效果稍遜于PSA,其譜圖基線略高于PSA,而空心菜的MWCNTs凈化效果優(yōu)于PSA。其原因可能是番茄樣品中含有水溶性脂肪酸等極性雜質(zhì)較多,非極性物質(zhì)較少,而空心菜樣品中所含非極性雜質(zhì)較多,PSA吸附極性雜質(zhì)的效果優(yōu)于MWCNTs,MWCNTs吸附非極性雜質(zhì)的效果優(yōu)于PSA所致。本研究中MWCNTs對(duì)綠葉樣品空心菜提取液的凈化效果優(yōu)于PSA,與官金艷(2012)采用MWCNTs凈化4種磺酰脲類除草劑在茶葉基質(zhì)中的提取液及趙鵬躍(2015)采用MWCNTs凈化30種農(nóng)藥在甘藍(lán)、菠菜基質(zhì)中的提取液凈化效果優(yōu)于PSA的結(jié)論一致。MWCNTs作為一種結(jié)構(gòu)和性能獨(dú)特的新型納米材料價(jià)格遠(yuǎn)低于PSA,其以吸附能力強(qiáng)、穩(wěn)定耐用、成本低廉等特點(diǎn)在農(nóng)藥殘留分析中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

本研究以MWCNTs為分散固相凈化材料,建立了GC-uECD同時(shí)測(cè)定蔬菜中23種農(nóng)藥殘留的分析方法,該方法簡(jiǎn)便快速,在回收率、檢出限及精密度等方面均能滿足農(nóng)藥殘留分析要求,在農(nóng)藥殘留分析中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編輯 麻小燕)

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