多壁碳納米管固相萃取氣相色譜法檢測蔬菜中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農(nóng)藥殘留

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(1. 云南民族大學(xué)化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院,民族藥資源化學(xué)國家民族事務(wù)委員會 - 教育部重點實驗室,云南昆明 650500;2. 云南省農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站,云南昆明 650034)

毒死蜱、丙溴磷、三唑磷均為中等毒性有機(jī)磷類農(nóng)藥,常用于防治棉花、蔬菜等作物的害蟲[1 - 3],殺蟲效果較好。其中丙溴磷與毒死蜱、三唑磷與毒死蜱常作為復(fù)配農(nóng)藥使用,且這三種農(nóng)藥可分別與其他類別的農(nóng)藥作為復(fù)配制劑,從而增強(qiáng)農(nóng)藥對害蟲的殺滅效果[4 - 6]。由于毒死蜱、丙溴磷、三唑磷的長期大量使用,對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,而且農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留也對人類健康造成威脅[7]。因此,建立一種快速、準(zhǔn)確的分析方法對蔬菜中的毒死蜱、三唑磷、丙溴磷農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測具有重要意義。目前,檢測樣品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的方法主要有氣相色譜法[8]、氣相或液相與質(zhì)譜聯(lián)用[9 - 10]等儀器分析方法以及其他快速檢測方法[11]。其中,氣相色譜 - 火焰光度法(GC - FPD)常用來檢測樣品中有機(jī)磷類農(nóng)藥[12]。盡管火焰光度檢測器是一種選擇性檢測器,但含有大量色素等干擾物質(zhì)的樣品不僅會干擾測定,同時還會污染儀器的進(jìn)樣口、色譜柱和檢測器[13]。因此,在前處理過程中,有必要對樣品進(jìn)行凈化。

多壁碳納米管(MWCNTs)是一種新型的吸附材料,與傳統(tǒng)吸附材料相比,具有比表面積大和熱穩(wěn)定性高等特點。從1991年被發(fā)現(xiàn)以來,廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、光學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域[14 - 15],已有文獻(xiàn)報道將其作為固相萃取材料成功應(yīng)用于食品類基質(zhì)中農(nóng)藥殘留等的測定,且效果較好[16 - 18]。本文采用市售MWCNTs作為凈化材料自制SPE柱對蔬菜樣品進(jìn)行凈化、GC - FPD法檢測樣品中毒死蜱、三唑磷、丙溴磷農(nóng)藥殘留。

1 材料與方法

1. 1 材料與儀器

毒死蜱、丙溴磷、三唑磷標(biāo)準(zhǔn)品(濃度均為1000mg/L,溶劑為丙酮) 農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所;工業(yè)級多壁碳納米管(型號:GYM001) 中科院成都有機(jī)所;乙腈、丙酮、甲苯、正己烷、乙酸乙酯 色譜純。

蔬菜、水果和食用菌樣品 均采購于昆明某農(nóng)貿(mào)市場。

Agilent 7890A型氣相色譜儀,火焰光度檢測器(FPD) 美國Agilent公司;T25型高速組織搗碎機(jī) 德國IKA公司;RE - 52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;LD5 - 10型低速離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠;HY - 2型往復(fù)振蕩器 江蘇省金壇市恒豐儀器制造有限公司;SB5200型超聲儀 上海超聲波儀器廠;JJ500型電子天平 常熟雙屯測試儀器廠;固相萃取空管柱(5mL)。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 樣品前處理方法 提取:準(zhǔn)確稱取蔬菜樣品10. 00g于100mL塑料離心管中,加入20mL乙酸乙酯和5 ～ 7g氯化鈉,勻漿(3000r·min-1)提取2min(超聲提取時,300W提取30min;振蕩提取時,200r·min-1提取30min),以3000r·min-1轉(zhuǎn)速離心5min,準(zhǔn)確移取上層清液10mL于100mL雞心瓶中,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,加入1 ～ 2mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)使其溶解,備用;凈化:在固相萃取空管柱底部放入少許脫脂棉,壓實,使高度約0. 5cm,放置篩板,加入已準(zhǔn)確稱取的80mg MWCNTs,再放置篩板,保證柱子裝填均勻。先用5mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)活化MWCNTs小柱,將上述待凈化溶液加入MWCNTs小柱中,再用10mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)進(jìn)行洗脫,收集洗脫液于干凈雞心瓶中,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,用丙酮定容至5mL,再用0. 22μm濾膜過濾,待測。

1. 2. 2 色譜分析條件 色譜柱:DB1701(30m×250μm×0. 25μm);進(jìn)樣口溫度:220℃;檢測器溫度:250℃;柱溫:初始溫度100℃,以20℃/min升至230℃,保持6min,以15℃/min升至260℃,保持8min;進(jìn)樣量:1μL,不分流進(jìn)樣;載氣(N2)流速:1. 81mL/min;H2流速:75mL/min;無水空氣流速:100mL/min;以保留時間定性,外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2. 1 GC - FPD色譜條件的確定

根據(jù)參考文獻(xiàn)和三種農(nóng)藥的理化性質(zhì),本實驗對進(jìn)樣口溫度、柱溫、檢測器溫度、進(jìn)樣量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到1. 2. 2最終色譜條件。三種有機(jī)磷農(nóng)藥的標(biāo)液色譜圖如圖1所示。

圖1 三種有機(jī)磷農(nóng)藥色譜圖Fig. 1 Chromatogram of three standard organophosphorus pesticides注:1. 毒死蜱;2. 丙溴磷;3. 三唑磷。

由于本實驗選擇的三種農(nóng)藥極性差異較大,因此為了避免樣品中的雜質(zhì)對檢測的干擾以及保證較好的分離度,在確定色譜條件時,使三種農(nóng)藥的保留時間均大于10min。

2. 2 樣品前處理條件的選擇

2. 2. 1 提取

2. 2. 1. 1 提取方式的選擇 通過參考標(biāo)準(zhǔn)方法[19]本實驗以乙腈為提取劑,比較了勻漿提取、超聲提取和振蕩提取三種方法(三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。不同提取方法對應(yīng)的三種農(nóng)藥的回收率如圖2所示。

圖2 提取方式的選擇Fig. 2 Selection of the ways of extraction

三種提取方式的提取效果都比較好,其中勻漿提取時,毒死蜱、丙溴磷和三唑磷的回收率分別為87. 9%、90. 1%、87. 8%,超聲提取時三種農(nóng)藥的回收率分別為83. 7%、93. 3%、100%,振蕩提取時三種農(nóng)藥的回收率分別為79. 9%、85. 5%、105%。由于勻漿提取方式可有效地縮短前處理所需的時間,因此選擇勻漿提取。

2. 2. 1. 2 提取劑的選擇 根據(jù)有機(jī)磷農(nóng)藥的極性,選擇乙腈、丙酮、乙酸乙酯作為提取溶劑,采用勻漿提取方式進(jìn)行比較(三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。三種農(nóng)藥的回收率如圖3所示。

圖3 提取劑的選擇Fig. 3 Optimization of the extractant

由圖3可看出,當(dāng)選擇乙腈作為提取劑時毒死蜱、丙溴磷和三唑磷的回收率分別為108%、115%、112%,當(dāng)選擇丙酮作為提取劑時三種農(nóng)藥的回收率分別為116%、130%、124%,當(dāng)選擇乙酸乙酯作為提取劑時三種農(nóng)藥的回收率分別為90. 3%、91. 0%、91. 8%,因此選擇乙酸乙酯作為提取劑。

2. 2. 1. 3 提取時間的優(yōu)化 本實驗對比了提取時間分別為1、2、3min時三種農(nóng)藥的回收率(三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。結(jié)果如圖4所示。

圖4 提取時間的優(yōu)化Fig. 4 Optimization of the extraction time

結(jié)果表明,當(dāng)提取時間為2min時毒死蜱、丙溴磷、三唑磷農(nóng)藥的回收率已滿足農(nóng)藥殘留的分析要求,分別為98. 1%、101%、97. 7%,因此選擇2min為提取時間。

表1 三種農(nóng)藥的線性范圍和檢出限Table 1 The linear range and detection limit of three pesticides

2. 2. 2 MWCNTs SPE柱凈化

2. 2. 2. 1 MWCNTs填料量的確定 選擇MWCNTs的填料量分別為50、80、100、150、200mg,裝填SPE柱,以丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)為洗脫劑,對三種農(nóng)藥進(jìn)行回收率實驗(三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行。結(jié)果如圖5所示。

圖5 多壁碳納米管填料量的確定Fig. 5 The determination of dosage of multi - walled carbon nanotubes

由圖5可知,三唑磷農(nóng)藥的回收率隨著MWCNTs填料量的增加而降低,回收率在58. 3% ～ 67. 2%之間,而MWCNTs填料量的增加對毒死蜱和丙溴磷農(nóng)藥的回收率影響不大,均在75. 8% ～ 84. 7%之間,當(dāng)填料量為80mg時,三種農(nóng)藥的回收率分別為77. 9%、81. 5%、67. 2%,因此選擇較為合適的80mg為最佳填料量。

2. 2. 2. 2 洗脫劑的選擇 根據(jù)參考文獻(xiàn)和三種農(nóng)藥的極性,選擇乙腈、丙酮、正己烷、丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)、丙酮∶ 正己烷(3∶ 1,v/v)、乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)為洗脫劑,對三種農(nóng)藥進(jìn)行回收率實驗(三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行,不同洗脫劑所對應(yīng)的色譜圖和回收率如圖6、圖7所示。

圖6 不同洗脫劑對應(yīng)的色譜圖Fig. 6 The different eluant corresponds to chromatogram注:1. 毒死蜱;2. 丙溴磷;3. 三唑磷；a:乙腈;b:丙酮;c:正己烷;d:丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v);e:丙酮∶ 正己烷(3∶ 1,v/v);f:乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)。

圖7 洗脫劑的選擇Fig. 7 Study of elution

當(dāng)以正己烷為洗脫劑時,收集的洗脫液中已檢測不到三唑磷農(nóng)藥,其中毒死蜱和丙溴磷的回收率分別為82. 3%和22. 7%。使用其余五種洗脫劑時三種農(nóng)藥的回收率均在92. 3% ～ 102%之間,當(dāng)洗脫劑為丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)時三種農(nóng)藥的回收率分別為92. 3%、96. 1%、92. 6%,當(dāng)洗脫劑為乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)時,三種農(nóng)藥的回收率分別為94. 3%、97. 9%、95. 0%,這兩種洗脫劑均能較好地去除樣品中的色素等雜質(zhì)對檢測的影響,但考慮到試劑的毒性,選擇丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)為洗脫劑。

2. 2. 2. 3 洗脫劑體積的選擇 以丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)為洗脫劑,考察洗脫劑體積分別為10、15、20、25mL時三種農(nóng)藥的回收率(洗脫劑體積包括用來活化MWCNTs小柱的部分,三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),分別做三個平行,結(jié)果如圖8所示。

圖8 洗脫劑體積的選擇Fig. 8 The selection of eluent volume

結(jié)果表明,隨著洗脫劑體積的增加,三種農(nóng)藥的回收率增大,當(dāng)洗脫劑體積為15mL時,三種農(nóng)藥的回收率分別為98. 6%、106%、103%,已達(dá)到農(nóng)藥殘留分析的要求。因此選擇15mL為最佳洗脫劑體積。

2. 3 方法線性和檢出限

配制濃度分別為0. 0025、0. 005、0. 01、0. 025、0. 05、0. 1、0. 5、1. 0、2. 0mg/L的農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按(1. 2. 2)色譜條件進(jìn)行分析,以峰面積對濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,以3倍信噪比(S/N)確定各農(nóng)藥的檢出限,三種農(nóng)藥的線性范圍和檢出限如表1所示。

由表1可知,三種農(nóng)藥在0. 0025 ～ 2. 0mg/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)在0. 9998 ～ 0. 9999之間,方法的檢出限在8. 21×10-4～ 1. 37×10-3mg/kg之間,滿足農(nóng)藥殘留分析的要求。

2. 4 方法精密度和回收率實驗

為考察方法的精密度和準(zhǔn)確度,在黃瓜樣品中分別添加0. 05、0. 10、0. 50mg/kg三個水平的農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行回收率實驗,每個水平設(shè)定6個平行,三種農(nóng)藥的平均回收率和RSD值如表2所示。

表2 方法的精密度和回收率實驗Table 2 The accuracy and recovery rate

表3 四個黃瓜樣品的測定結(jié)果Table 3 The determination results of four cucumber samples

注:ND為未檢出，表4同。

表4 不同樣品的測定結(jié)果Table 4 The determination results of different samples

由表2可知,三種農(nóng)藥在三個添加水平下的平均回收率在83. 3% ～ 96. 7%之間,RSD值在0. 5% ～1. 7%之間,方法的準(zhǔn)確度高、精密度好,符合農(nóng)藥殘留分析方法的要求。

2. 5 實際樣品測定

采集不同產(chǎn)地的四個黃瓜樣品,對其進(jìn)行三種有機(jī)磷農(nóng)藥的測定,并做回收率實驗(三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),每個樣品做三個平行,樣品測定結(jié)果如表3所示。

由表3可知,三種農(nóng)藥分別在四個黃瓜樣品中的平均回收率在83. 6% ～ 89. 6%之間,說明該方法適合用于檢測黃瓜樣品中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農(nóng)藥殘留。

2. 6 方法應(yīng)用

選擇不同基質(zhì)的蔬菜、水果、食用菌共9個樣品進(jìn)行三種有機(jī)磷農(nóng)藥的測定,并進(jìn)行回收率實驗(三種農(nóng)藥的添加水平為0. 1mg/kg),每個樣品做三個平行,樣品的測定結(jié)果和三種農(nóng)藥分別在9種樣品中的平均回收率如表4所示。

由表4可知,9種樣品中三種農(nóng)藥的平均回收率均在72. 1% ～ 94. 6%之間,RSD值在0. 2% ～ 6. 4%之間,其中,普通白菜樣品檢出丙溴磷,值為0. 0881mg/kg(限量值為0. 5mg/kg),萵苣樣品檢出毒死蜱,值為0. 00685mg/kg(限量值為0. 1mg/kg),梨樣品檢出毒死蜱,值為0. 0363mg/kg(限量值為1. 0mg/kg),檢出濃度均未超出農(nóng)藥殘留的最大限量值。

3 結(jié)論

本文建立了多壁碳納米管固相萃取 - 氣相色譜法檢測蔬菜中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農(nóng)藥殘留的分析方法,該方法前處理過程中采用市售多壁碳納米管自制SPE柱對樣品進(jìn)行凈化,方法的回收率在83. 3% ～ 96. 7%之間,相關(guān)系數(shù)在0. 9998 ～ 0. 9999之間,方法的檢出限在8. 21×10-4～ 1. 37×10-3mg/kg之間,RSD值小于2%。將該方法應(yīng)用到不同類別的蔬菜及少數(shù)水果和食用菌中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷農(nóng)藥殘留的檢測,結(jié)果表明,該方法能有效地去除樣品中的色素等雜質(zhì),凈化效果較好。該方法操作簡便、準(zhǔn)確度高、精密度好,適合批量樣品的測定。

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