吹掃捕集法測定糧食中熏蒸劑氰與氰化氫殘留量

李保同 曾鑫年 Ren Yonglin

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院1，南昌 330045)

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥與化學(xué)生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，廣州 510642)

(Cooperative Research Centre For National Plant Biosecurity3，LPO Box 5012，Bruce，ACT 2617，Australia)

氰(C2N2)是一種無色、易燃、略帶苦杏仁氣味的有毒氣體［1］，對赤擬谷盜(Tribolium castaneum)、谷蠹(Rhyzopertha dominica)、米象(Sitophilus oryzae)和谷象(Sitophilus granarius)等貯糧害蟲具有很好的防治效果［2］，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)組織(CSIRO)和堪培拉大學(xué)聯(lián)合將其開發(fā)為新熏蒸劑［3］。糧食中殘留的熏蒸劑對操作人員有巨大的職業(yè)危害，同時(shí)處置不當(dāng)可能導(dǎo)致糧食污染，因此采用經(jīng)濟(jì)高效的方法對其進(jìn)行監(jiān)測，為快速獲得糧食中熏蒸劑的殘留水平顯得尤其重要。糧食中熏蒸劑氣體的測定方法有溶劑頂空法、吹掃捕集法等，其中溶劑頂空法因干擾少、操作簡單而被頻繁使用，但不足的是熏蒸劑在糧食—溶劑—頂空間達(dá)到平衡通常需要24～48 h甚至更長的時(shí)間［4－8］。李保同等［9］報(bào)道了小麥中熏蒸劑氰殘留量的溶劑頂空分析方法，其中氰及其降解產(chǎn)物氰化氫(HCN)在小麥—溶劑—頂空間平衡需要長達(dá)72 h，檢測十分不便。本研究對吹掃捕集氣相色譜法測定糧食中熏蒸劑氰及其降解產(chǎn)物氰化氫的方法進(jìn)行了相關(guān)探討，以期為今后建立國家標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)儲備。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

氰和氰化氫標(biāo)準(zhǔn)氣體制備與標(biāo)定參照李保同等［9］方法，氰的純度在93%左右，氰化氫的純度在99%左右，主要雜質(zhì)為空氣。氰化鉀(分析純):澳大利亞Sigma Aldrich公司;硫酸銅、98%磷酸、丙酮(分析純):澳大利亞Unplex公司。玉米(含水量13.2%)、高粱(含水量12.8%)、稻谷(含水量 12.5%)、小麥(含水量11.8%)和大麥(含水量10.5%):澳大利亞新南威爾士農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者協(xié)會。

SRI310C氣相色譜儀(帶NPD):J and W Scientific公司;5 μL 注射器，100、500 μL 和 50 mL 氣密性注射器(SGE):澳大利亞Melbourne公司吹掃捕集裝置見圖1，包括水浴加熱裝置、三頸圓底燒瓶(500 mL)、滴液漏斗、載氣(N2)、吸附器(內(nèi)裝丙酮吸附劑)、液氮冷卻杯、李比希冷凝器、蒸餾管等。

圖1 吹掃捕集蒸餾裝置示意圖

1.2 方法

1.2.1 樣品制備

在1 000 mL的三角瓶(實(shí)際體積1 333.5 mL左右)內(nèi)，加入約950 g糧食(玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥，裝載度約85%)，蓋緊磨口塞后，用50 mL氣密性注射器從磨口塞中央隔墊處加入氰或氰化氫標(biāo)樣氣體53.34 mg(即濃度為40 mg/L)，上下翻轉(zhuǎn)三角瓶3～4次，置于室溫(25±2)℃的通風(fēng)櫥內(nèi)熏蒸3 d后，將糧食倒入35 cm×50 cm的瓷盤內(nèi)，刮平并通風(fēng)7 d，備用。

1.2.2 吹掃捕集法測定糧食中氰和氰化氫殘留量

1.2.2.1 測定步驟。

加標(biāo)樣品:在500 mL三頸瓶內(nèi)加入20 g空白糧食樣品(玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥)和30 mL 50%磷酸溶液，使樣品完全浸漬于磷酸溶液中，再向溶液中分別加入20 μg氰或氰化氫標(biāo)樣氣體，在一定吹掃溫度和載氣(N2)流速條件下吹掃一定時(shí)間，用液氮冷浴中的丙酮捕集氰或氰化氫氣體。用少許丙酮沖洗蒸餾管，并定容至5 mL，在給定的色譜條件下，取2 μL溶液注入色譜內(nèi)，測定試樣峰面積，外標(biāo)法定量。

熏蒸樣品:在500 mL三頸瓶內(nèi)加入20 g熏蒸糧食樣品(玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥)和30 mL 50%磷酸溶液，使樣品完全浸漬于磷酸溶液中，在一定吹掃溫度和載氣(N2)流速條件下吹掃一定時(shí)間，用液氮冷浴中的丙酮捕集氰和氰化氫氣體。按加標(biāo)樣品的方法測定熏蒸樣品中氰和氰化氫的殘留量。

1.2.2.2 氣相色譜條件

色譜柱:GSQ型毛細(xì)管柱(10 m×0.53 mm id);汽化室和檢測器溫度:140℃;柱溫:98℃;氮?dú)饬魉?120 mL/min;氫氣流速:80 mL/min。在此色譜條件下，氰、氰化氫和丙酮的保留時(shí)間分別為0.43、0.65和 1.04 min［10］。

1.2.3 溶劑頂空法測定糧食中氰和氰化氫殘留量

參照李保同等［9］方法。稱取熏蒸糧食樣品(玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥)20 g，置于100 mL三角瓶內(nèi)，加入50% 磷酸溶液20 mL，蓋緊磨口塞，并輕輕搖動試瓶，使溶液充分浸漬谷物后，置于室溫(25±2)℃的通風(fēng)櫥內(nèi)平衡72 h，測定溶劑頂空氰或氰化氫濃度。以添加標(biāo)樣樣品處理為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算熏蒸樣品中氰或氰化氫殘留量。即:

式中:mspike為添加標(biāo)樣樣本中加入的氰或氰化氫量/μg;Saged為熏蒸樣本頂空氰或氰化氫峰面積;Sspike為添加標(biāo)樣樣本頂空氰或氰化氫峰面積;Mspike為添加標(biāo)樣樣品與熏蒸樣品質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 吹掃捕集條件優(yōu)化

氰和氰化氫在磷酸溶液中的溶解度直接影響吹掃效率。通過對吹掃溫度、吹掃載氣流量和吹掃時(shí)間的優(yōu)化可以最大限度地提高氰和氰化氫的吹掃效率，從而降低氰和氰化氫的檢出限，提高方法的精密度和準(zhǔn)確度。

2.1.1 吹掃溫度的影響

在吹掃時(shí)間120 min、吹掃載氣(N2)流量30 mL/min條件下，考察了吹掃溫度(40、60、80、95 ℃)對氰和氰化氫的加標(biāo)回收率。結(jié)果顯示，在40～80℃范圍內(nèi)，氰和氰化氫在玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥等5種糧食中的回收率隨著吹掃溫度的上升而提高，當(dāng)吹掃溫度超過80℃時(shí)，氰和氰化氫的回收率趨于穩(wěn)定。因此，本試驗(yàn)將80℃作為吹掃捕集方法的吹掃溫度。

2.1.2 吹掃載氣(N2)流量的影響

在吹掃溫度80℃、吹掃時(shí)間120 min條件下，考察了吹掃載氣(N2)流量(20、30、40、50 mL/min)對氰和氰化氫加標(biāo)回收率的影響。結(jié)果顯示，在吹掃載氣(N2)流量40 mL/min時(shí)，吹掃45～60 min即可獲得氰和氰化氫在玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥等5種糧食中的最大回收率，而在吹掃載氣(N2)流量20～30 mL/min時(shí)，要獲得氰和氰化氫最大回收率需吹掃75～90 min。在吹掃載氣(N2)流量50 mL/min時(shí)，盡管吹掃30～45 min即可獲得氰和氰化氫最大回收率，但其值低于流量40 mL/min吹掃60 min的回收率值，且在吹掃60 min后回收率反而降低。因此，本試驗(yàn)選擇40 mL/min作為吹掃捕集方法的載氣(N2)流量。

2.1.3 吹掃時(shí)間的影響

在吹掃溫度80℃、吹掃載氣(N2)流量 40 mL/min條件下，考察了吹掃時(shí)間(15、30、45、60、75、90、105、120 min)對氰和氰化氫加標(biāo)回收率的影響(圖2)，以及對熏蒸樣品氰及其降解產(chǎn)物氰化氫殘留量的影響(圖3)。由圖2、圖3可知，加標(biāo)樣品(玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥)分別在吹掃時(shí)間30 min和45 min內(nèi)，氰和氰化氫的回收率隨著吹掃時(shí)間的增加而提高，以后氰和氰化氫的回收率趨于穩(wěn)定;熏蒸樣品(玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥)在吹掃時(shí)間90 min內(nèi)，氰及其降解產(chǎn)物氰化氫殘留量隨著吹掃時(shí)間的增加而提高，以后氰和氰化氫的殘留量趨于穩(wěn)定。因此，在吹掃溫度80℃、吹掃載氣(N2)流量40 mL/min條件下吹掃90 min，可獲得加標(biāo)樣品氰、氰化氫理想的回收率和熏蒸樣品氰及其降解產(chǎn)物氰化氫理想的提取率。

圖3 吹掃時(shí)間對氰及其降解產(chǎn)物氰化氫殘留量的影響

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

取一定量氰或氰化氫標(biāo)準(zhǔn)氣體，加入到丙酮溶液中，分別配制氰和氰化氫的質(zhì)量濃度為0.1、0.2、0.5、1、5、10 mg/L 丙酮溶液，測定各處理峰面積，制作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。采用氣相色譜峰面積定量氰和氰化氫的質(zhì)量濃度，以峰面積(y)與對應(yīng)的質(zhì)量濃度(x，mg/L)進(jìn)行線性回歸，得到氰和氰化氫在0.1～10 mg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)的線性方程分別為y=1.768 9x －0.080 6 和 y=2.543 4x－0.089 2，相關(guān)系數(shù)(r2)分別為0.997 5 和0.998 5。

2.3 方法回收率和檢出限

在500 mL三頸瓶內(nèi)加入20 g空白糧食和30 mL 50% 磷酸溶液，再向溶液中分別加入 2、8、20 μg C2N2和 HCN 標(biāo)樣氣體，制成 0.1、0.4、1 mg/kg 左右氰和氰化氫糧食樣品，在吹掃溫度80℃、吹掃時(shí)間90 min、吹掃載氣(N2)流量40 mL/min條件下平行測定6次，C2N2和HCN平均回收率分別為90.88%～96.25%和91.17%～95.83%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為0.36%～5.55% 和 0.90%～6.24%(表1)。以色譜峰信噪比為3時(shí)的質(zhì)量濃度確定糧食中氰和氰化氫的檢出限(LOD)分別為0.003 6 mg/kg和0.005 3 mg/kg，以色譜峰信噪比為10時(shí)的濃度確定糧食中氰和氰化氫的定量限(LOQ)分別為0.012 0 mg/kg和0.017 7 mg/kg。目前，國內(nèi)外尚未制定氰在食品中的最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn)，參照我國制定的食品中氰化氫最大殘留限量(5 mg/kg)標(biāo)準(zhǔn)［11］，該方法可滿足氰和氰化氫在糧食中殘留分析的要求。

表1 氰和氰化氫在糧食中的添加回收率

表2 兩種方法測定熏蒸糧食中氰及其降解產(chǎn)物氰化氫殘留量比較/mg/kg

2.4 與溶劑頂空法比較測定實(shí)際樣品

在500 mL三頸瓶內(nèi)加入20 g用氰熏蒸的糧食和30 mL 50%磷酸溶液，在吹掃溫度80℃、吹掃時(shí)間90 min、吹掃載氣(N2)流量40 mL/min條件下，測定的氰及其降解產(chǎn)物氰化氫在玉米、高粱、稻谷、小麥和大麥等5種糧食中的殘留量與溶劑頂空法測定結(jié)果相一致(表2)。

3 結(jié)論

采用吹掃捕集－氣相色譜法測定糧食中熏蒸劑氰及其降解產(chǎn)物氰化氫殘留量，以50%磷酸溶液作溶劑，在吹掃溫度80℃、吹掃載氣(N2)流量40 mL/min和吹掃時(shí)間90 min條件下，用液氮冰浴中的丙酮捕集，可獲得氰和氰化氫理想的回收率。與溶劑頂空－氣相色譜法比較，方法簡便快速，精密度和準(zhǔn)確度均符合要求，便于在農(nóng)業(yè)和糧食部門推廣應(yīng)用。

［1］Brotherton T K，Lynn J W.The synthesis and chemistry of cyanogen［J］.Chemical Review，1959(59):841 －883

［2］Hooper J L，Desmarchelier J M，Ren Y L，et al.Toxicity of cyanogen to insects of stored grain［J］.Pest Management Science，2003，59(3):353 －57

［3］Ian G O'Brien，deceased，F(xiàn)r.Cyanogen fumigants and methods of fumigation using cyanogen:International Patent Application PCT/AU95/00409［P］.1995

［4］Desmarchelier J M，Ren Y L.Analysis of Fumigant Residues—A Critical Review［J］.Journal of AOAC International，1999，82(6):1261 －1280

［5］Ren Y L，Sylvia E A.Ultrasound treatment acceleration of solvent extraction for fumigant residues from wheat［J］.Journal of AOAC International，2001，84(5):1551 －1554

［6］Ren Y L，Desmarchelier J M，Phillip W，et al.Natural levels of dimethyl sulfide in rough rice and its products［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001，49:705 －709

［7］瞿進(jìn)文，徐海聶，張中亞.糧食中熏蒸劑硫酰氟殘留量的頂空氣相色譜測定［J］.分析測試學(xué)報(bào)，2000，19(3):76－78

［8］王永春.頂空氣相色譜法測定食品中溴甲烷的含量［J］.分析儀器，2010，22(6):34 －36

［9］李保同，曾鑫年，任永林，等.頂空氣相色譜法測定小麥中熏蒸劑氰及其代謝物氰化氫的殘留量［J］.農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2011，13(6):613 －620

［10］李保同，曾鑫年，任永林，等.吹掃捕集氣相色譜法測定土壤中熏蒸劑氰與氰化氫殘留量［J］.分析測試學(xué)報(bào)，2012，31(2):225 －229

［11］GB 2763—2005食品中農(nóng)藥最大殘留限量［S］.