蔬菜样品中有机磷农药的溶胶-凝胶固相纤维萃取条件优化研究

蔬菜样品中有机磷农药的溶胶-凝胶固相纤维萃取条件优化研究0

摘 要:本文对溶胶-凝胶固相纤维萃取蔬菜中的有机磷农药的条件进行优化,结合气相色谱-质谱分析,用于快速测定豆类、番茄、茄子和卷心菜等蔬菜样品中的4种有机磷农药。在搅拌速度1 200 r·min-1、提取时间25 min、100 μL乙酸乙酯解吸8 min、解吸2次的实验条件下,有机磷农药萃取效率最高。有机磷农药在番茄、卷心菜、茄子和豆类中的回收率分别为92.3%~98.9%、88.6%~97.9%、88.9%~95.6%和88.2%~97.3%,回收率值的分布范围很窄,表明优化后试验的灵敏度与重复性都很好。实际样品分析结果表明,该方法绿色、快速、经济可行,适合用于蔬菜样品中有机磷农药的测定。

关键词:食品安全;绿色分析化学;有机磷农药;农药残留

Abstract: In this paper, an experimental optimization of the fabric phase sorptive extraction method for the detection of organophosphorus pesticides in vegetables was carried out, combining gas chromatography and mass spectrometry for the rapid determination of four organophosphorus pesticides in vegetable samples, including beans, tomatoes, aubergines and cabbages. Under the experimental conditions of stirring speed 1 200 r·min-1, extraction time 25 min, 100 μL ethyl acetate desorption for 8 min and desorption twice, the extraction efficiency of organophosphorus pesticides was the highest. The recoveries of the organophosphorus pesticides ranged from 92.3% to 98.9% in tomato, 88.6% to 97.9% in cabbage, 88.9% to 95.6% in aubergines, and 88.2% to 97.3% in beans, with a narrow distribution of the recovery values, which indicated that the optimized test had high sensitivity and reproducibility. The results of the actual sample analyses showed that the method is green, rapid, economically feasible and suitable for the determination of organophosphorus pesticides in vegetable samples.

Keywords: food safety; green analytical chemistry; organophosphorus pesticides; pesticide residues

有机磷农药(Organophosphorus Pesticides,OPP)是使用最广泛的农药类别之一[1]。它们的持久性短、价格低、有效性高并且可以生物降解,如何对有机磷农药进行有效检测是近年来的热门话题。溶胶-凝胶固相纤维萃取技术(Fabric Phase Sorptive Extraction,FPSE)通过萃取纤维对样品中的目标化合物进行提取,满足在实验室或现场快速样品制备的需求,自其被发明以来,便在食品重金属、农药残留等污染物的检测中得到了广泛应用[2]。

本研究对FPSE在蔬菜有机磷农药检测方面的应用进行实验优化,然后用气相色谱-质谱法(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)从豆类、番茄、茄子和卷心菜的均化液样品中检测不同成分的有机磷[3-6]。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

甲醇、乙酸乙酯、丙酮、己烷、氯吡硫磷、马拉硫磷、特丁磷和三唑磷(均为分析纯),0.45 μm尼龙6,6薄膜过滤组件,默克公司;去离子水,杭州娃哈哈集团有限公司。蔬菜样品(豆类、卷心菜、番茄和茄子)购于通辽市本地超市。

制备有更多分子间相互作用位点的溶胶-凝胶Carbowax 20M作为所选OPP的FPSE介质,Carbowax 20M纤维在使用前用乙酸乙酯漂洗,然后用水漂洗,并在空气中干燥,随后用于FPSE萃取和优化、验证试验。QP-2010plus气相色谱-质谱联用仪,日本岛津;Rtx-1MS毛细管柱(30 m×0.25 mm,膜厚0.25 μm),安捷伦科技;MYP11-2恒温磁力搅拌器,上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 色谱、质谱条件

(1)色谱参数。使用恒定流量为1 mL·min-1的氦气(纯度≥99.999%)作为载气,温度程序最初设定为100 ℃,持续1 min。以15 ℃·min-1的速率升至200 ℃,随后以10 ℃·min-1速率升至250 ℃,最后以5 ℃·min-1的速率升至300 ℃,总运行时间为22.66 min。注射器温度保持在280 ℃,注射体积为1 μL。

(2)质谱参数。电离能量70 eV,电子碰撞电离模式,注射器温度为250 ℃,界面温度为230 ℃,离子源温度为200 ℃。在m/z 50~500全扫描以获得分析物的碎裂光谱。在选择离子扫描模式(Selected Ion Monitor,SIM)下进行OPP的定量分析,监测离子如表1所示。

1.2.2 试验样品处理

蔬菜样品用去离子水洗涤后切成小块,浸渍于OPP中3 h,随后用实验室匀浆器进一步匀浆。将匀浆后的蔬菜混合物(20 g)加入含有10 mL水-甲醇(体积比为1∶10)混合物的50 mL离心管中。振荡2 min,4 000 r·min-1离心5 min。收集上清液并通过0.45 mm滤纸过滤。将过滤后的溶液转移到50 mL容量瓶中,并用去离子水稀释至标线得到相应蔬菜样品溶液。将其储存在4 ℃的黑暗恒温箱中,用于OPP回收率检测分析。

1.2.3 优化及验证试验方法

为了得到FPSE萃取的最佳条件,选取萃取过程中的搅拌速度、提取时间、pH值、NaCl的添加量、解吸溶剂类型、解吸溶剂体积以及解吸时间作为考察参数。初始条件为搅拌速度900 r·min-1、提取时间30 min、pH=6、不添加NaCl、200 μL乙酸乙酯解吸10 min,后续依次在最佳条件下进行单因素优化。优化试验使用浓度为10 ng·mL-1的添加了4种OPP的去离子水为样品,结果取平均值进行对比,最后对浸渍于3种不同浓度(10 ng·mL-1、50 ng·mL-1和250 ng·mL-1)4种蔬菜样品的OPP萃取效率(以回收率为指标)进行验证。

①将处理后的Carbowax 20M纤维浸入装有10 mL样品溶液和聚四氟乙烯磁力搅拌器磁棒的玻璃三角瓶中,在恒定速率下搅拌并浸泡一定时间。②从样品中取出FPSE介质,并用无纺布轻轻吸水干燥。③将FPSE介质直接放置在含有解吸溶剂的玻璃瓶中解吸。解吸后,用尼龙过滤器过滤含有目标分析物的解吸溶液并注射到气相色谱-质谱系统中。④用乙酸乙酯和去离子水反复洗涤FPSE介质,以去除任何可能残留的分析物或其他物质。

2 结果与分析

2.1 搅拌速度对萃取效率的影响

由表2可知,通过提高搅拌速度能有效提高回收率。搅拌使样品能够连续暴露于提取相表面,增加了从本体溶液到提取相的分析物转移量,从而提高了回收率。因此,最终选择1 200 r·min-1作为最佳搅拌速度。

2.2 提取时间对萃取效率的影响

由于FPSE是一种基于化学平衡的萃取技术,提取的分析物的量取决于分析物与吸附剂之间足够的接触时间。由于受到吸附剂的物理和化学性质的影响,增加提取时间可以获得最高回收率,直到达到最佳平衡点。评估了提取5~35 min对回收率的影响(表3),发现所有OPP的萃取效率呈现升高后稳定的趋势,提取达到25 min后,萃取效率保持不变,因此选择25 min作为后续分析的提取时间。

2.3 pH值对萃取效率的影响

给定溶液中分析物的电荷和稳定性在很大程度上受溶液pH值的影响,即溶液pH值影响分析物在吸附剂上的吸附能力。通过HCl或NaOH(3 mol·L-1)调节pH值(2~10),结果显示,在测试范围内,分析物的回收率在pH值为4~6时稍高,在碱性条件下(pH值8~10)可能会缓慢水解(见表4)。由于所有试验均使用pH值接近6的去离子水,因此不需要特别调节样品溶液的pH值。

2.4 添加NaCl对萃取效率的影响

添加NaCl可以通过降低分析物在水溶液中的溶解度来提高萃取效率,或者通过增加水溶液到吸附剂的传质难度而降低萃取效率。在本试验中,通过向标准工作溶液中加入不同浓度的NaCl溶液,调整样品溶液NaCl含量至0 g·mL-1、0.025 g·mL-1、0.050 g·mL-1、0.100 g·mL-1及0.150 g·mL-1,研究离子强度对分析物萃取效率的影响。由表5可知,随着NaCl添加量的增加,萃取效率呈持续下降趋势。因此,在随后的实验中不添加NaCl。

2.5 解吸条件的优化

2.5.1 解吸溶剂的优化

选择适当的有机溶剂对于有效地从萃取介质中洗脱分析物并提高回收率至关重要。因此,研究了甲醇、乙酸乙酯、丙酮和己烷4种常见溶剂对回收率的影响,如表6所示。结果表明,乙酸乙酯的解吸性能最好。因此,选择乙酸乙酯作为提取OPP的最佳解吸溶剂。

2.5.2 解吸溶剂体积与解吸时间的优化

在选择乙酸乙酯作为解吸溶剂后,还评估了解吸溶剂体积对OPP回收率的影响。如表7所示,100 μL的乙酸乙酯解吸2次可以获得较好的回收率,后续均采用该解吸方法。

此外,研究了解吸时间在2~12 min时对解吸效率的影响,见表8。从表8数据可知,8 min即可解吸完全,较长的解吸时间还会导致分析物的损失。为获得最高的解吸率,最优解吸时间为8 min。

2.6 优化后试验灵敏度与重复性验证

根据优化试验,1 200 r·min-1搅拌25 min后,100 μL乙酸乙酯解吸2次,每次解吸8 min进行OPP萃取。对浸渍后的番茄、卷心菜、茄子和豆类样品进行GC-MS分析,并使用基质匹配校准曲线进行定量,结果见表9。不同的OPP在番茄中的回收率为92.3%~98.9%,在卷心菜中的回收率为88.6%~97.9%,在茄子中的回收率为88.9%~95.6%,在豆类中的回收率为88.2%~97.3%。回收率值的分布范围很窄,表明优化后试验的灵敏度与重复性都很好。

3 结论

本文对搅拌速度、提取时间、pH值、NaCl添加量以及解吸条件对溶胶-凝胶纤维固相萃取(FPSE)效率的影响进行了研究,并对上述实验条件进行了优化。实验结果表明,搅拌速度对回收率有显著影响,1 200 r·min-1为最佳搅拌速度。提取时间从5 min增加到25 min,回收率逐渐提高,25 min后达到平衡。OPP在碱性条件下易水解,添加NaCl会导致萃取效率急剧下降。解吸条件优化实验表明,乙酸乙酯为最佳解吸溶剂,100 μL的乙酸乙酯解吸2次、解吸8 min可以使分析物完全溶出。此外,FPSE介质可重复使用至少30次,萃取效率损失<5%,且具有较高的灵敏度与可重复性。本文的研究结果为FPSE在蔬菜有机磷农药提取方面的应用提供了重要的参考依据。

参考文献

[1]王立立.基于气相色谱法的蔬菜多种有机磷农药残留量测定方法[J].农业开发与装备,2024(4):142-144.

[2]ANTHEMIDIS A ,KAZANTZI V ,SAMANIDOU V,et al.An automated flow injection system for metal determination by flame atomic absorption spectrometry involving on-line fabric disk sorptive extraction technique[J].Talanta,2016,156/157:64-70.

[3]曾曾,王亚林,钱旭芳,等.有序介孔碳涂层修饰固相微萃取纤维的制备及吸附性能研究[J].分析试验室,2017,36(8):886-889.

[4]刘静静,李晓晴,崔梦晶,等.聚吡咯/尼龙6纳米纤维膜对Pb2+固相萃取的吸附效能研究[J].分析化学,2016,44(1):138-145.

[5]贾金平,柴晓兰,孙同华,等.活性炭纤维吸附型固相微萃取方法及其在环境监测中的应用[C]//2006“有机污染环境化学前沿与环境可持续发展战略”研讨会论文集.北京:中国高等科学技术中心,2006:43-46.

[6]余江,王亚林,孙同华,等.活性炭纤维吸附型固相微萃取方法检测油品中含硫化合物的研究[J].石油与天然气化工,2004,33(6):444-446.

作者简介:马俊杰(1982—),男,辽宁辽阳人,硕士,高级工程师。研究方向:产品质量检验、食品检验。

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