固相微萃取—離子遷移率譜快速檢測茶飲料中痕量敵敵畏

王瑾香等

摘要 采用自制的電暈放電離化離子遷移率譜儀進(jìn)行茶飲料中痕量敵敵畏快速檢測。漂移管溫度為180℃，漂移氣為干燥氮?dú)?。通過在茶飲料中添加敵敵畏制成加標(biāo)樣品，以固相微萃取作為樣品預(yù)處理方法，對不同濃度的加標(biāo)樣品進(jìn)行檢測。利用高溫工作的漂移管實(shí)現(xiàn)萃取棒中待測物的熱解吸，整個檢測過程可在15 min內(nèi)完成。本方法適用于敵敵畏、馬拉硫磷的快速檢測，基于3倍信噪比的茶飲料中敵敵畏檢測限可低至6 μg/kg。

關(guān)鍵詞；離子遷移率譜；固相微萃??；茶飲料；敵敵畏

1引言

有機(jī)磷農(nóng)藥是我國目前使用范圍最廣、使用量最大的殺蟲劑之一，其在食品中的殘留對人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1]。世界各國高度重視該問題，制定愈來愈嚴(yán)格的農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)來遏制“藥從口入”。

食品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的常用檢測方法有氣相色譜火焰熱離子檢測（GCFTD）、氣相色譜火焰光度檢測（GCFPD）、氣相色譜質(zhì)譜法（GCMS）以及高效液相色譜二極管陣列檢測（HPLCDAD）等。離子遷移率譜[2]（Ion mobility spectrometry， IMS）作為質(zhì)譜學(xué)的一個重要分支，是20世紀(jì)60年代末70年代初發(fā)展起來的一種微量化學(xué)物質(zhì)分析技術(shù)。與傳統(tǒng)的分析儀器相比，IMS具有檢測快速、靈敏度高、操作簡單、儀器成本低等優(yōu)勢，可在常壓下對物質(zhì)進(jìn)行分離檢測，適合現(xiàn)場檢測。在進(jìn)行微量物質(zhì)IMS檢測時，待測物質(zhì)通過電離過程形成產(chǎn)物離子，然后在電場作用下遷移，由于產(chǎn)物離子電荷、碰撞截面、質(zhì)量等不完全相同，因此在漂移管中遷移速度不同，到達(dá)檢測器的時間不同，根據(jù)產(chǎn)物離子在漂移管的遷移時間實(shí)現(xiàn)對待測物的分離檢測。IMS已在爆炸物、毒品和化學(xué)毒劑等痕量物質(zhì)快速檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著食品安全問題日益突出，將IMS應(yīng)用于食品中農(nóng)藥殘留檢測的研究也逐漸增多[3～5]。

食品中的農(nóng)藥殘留含量較低且各類食品的組成成分復(fù)雜、干擾組分多，采用現(xiàn)代分析儀器直接測定往往比較困難，需借助凈化、分離、富集等樣品預(yù)處理技術(shù)與之相配合。有機(jī)磷農(nóng)藥殘留檢測常用的樣品預(yù)處理方法有單滴液相微萃取、中空纖維液相微萃取以及懸浮固化液相微萃取等，這些方法操作過程繁瑣，不利于現(xiàn)場快速檢測。固相微萃取技術(shù)[6]（Solid phase microextraction，SPME）是在固相萃取技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種集取樣、萃取、富集、進(jìn)樣于一體的無溶劑技術(shù)，由于其具有富集倍數(shù)高、裝置簡單、環(huán)境友好等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于痕量物質(zhì)檢測[7～9]。IMS用于食品中農(nóng)藥殘留檢測時，為了達(dá)到較高的靈敏度并減小基質(zhì)干擾，一般也需要進(jìn)行樣品預(yù)處理。文獻(xiàn)[10，11]將SPME應(yīng)用于IMS樣品預(yù)處理，在商品化的IMS儀器進(jìn)樣口前端設(shè)置額外的熱解吸單元，并加入載氣將熱解吸后的樣品送入IMS漂移管，實(shí)現(xiàn)對痕量氯酚、樟腦、安定以及可卡因等物質(zhì)的快速檢測。

農(nóng)藥殘留一直是茶葉貿(mào)易中的敏感問題，由于茶葉提取物中雜質(zhì)含量較高，檢測中經(jīng)常需要繁瑣的樣品預(yù)處理。近年來隨著茶飲料市場的蓬勃發(fā)展，茶飲料工業(yè)已成為我國傳統(tǒng)茶產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。本研究將SPME樣品預(yù)處理與IMS檢測方法相結(jié)合，在高溫漂移管內(nèi)直接完成SPME熱解吸，實(shí)現(xiàn)加標(biāo)茶飲料樣品中痕量敵敵畏的快速檢測。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

自制的離子遷移率譜儀如圖1所示。該儀器采用電暈放電（Corona discharge， CD）離化方法，主體部分漂移管包括離化區(qū)和漂移區(qū)，由內(nèi)徑分別為Ф 36 mm和Ф 38 mm的不銹鋼環(huán)和聚四氟乙烯環(huán)交替重疊而成。漂移管離化區(qū)前端有一聚四氟乙烯圓柱體將漂移管內(nèi)腔與外界隔開，

電暈放電針位于該圓柱體中心，在圓柱體偏離圓心約1 cm的位置開有小孔用于進(jìn)樣時插入SPME萃取棒。離子遷移率譜儀還包含高壓源、離子門控制電路、小信號放大器、氣路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等支持漂移管工作的外圍部件。

實(shí)驗(yàn)中離子遷移率譜儀工作于常壓正離子模式，漂移氣體為經(jīng)分子篩干燥凈化的高純氮?dú)?。?jīng)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：電暈針電壓10.0 kV，漂移管電壓7.0 kV，漂移區(qū)長度12.7 cm，漂移區(qū)電場強(qiáng)度425 V/cm，漂移管溫度180℃，漂移氣流量1 L/min，離子門開門時間300 μs。

2.2實(shí)驗(yàn)試劑

甲醇（色譜純，北京化學(xué)試劑公司）、敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)品（北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司，以甲醇配制為1 g/L）、馬拉硫磷（純度為90%，天津華宇農(nóng)藥廠）、聚二甲基硅氧烷（PDMS，Sylgard184，道康寧公司）、某品牌茶飲料（購自超市）。農(nóng)藥樣品為甲醇配制的1 g/L標(biāo)準(zhǔn)樣品，使用時用去離子水稀釋成不同濃度的待測樣品。

2.3實(shí)驗(yàn)方法

以固相微萃取作為樣品預(yù)處理方法，采用自制的涂有PDMS的玻璃棒作為萃取棒，其制作方法如下：將Sylgard184主劑與固化劑按10：1的比例混合均勻，真空去氣后備用；外徑1.2 mm、內(nèi)徑1 mm，前端封口的玻璃毛細(xì)管依次經(jīng)98%濃硫酸、去離子水清洗、烘干后浸入PDMS約2 cm使其表面涂覆一層PDMS，然后在空氣中80℃下固化2 h。萃取棒表面PDMS厚度50 μm，總體積4 μL。萃取棒使用前經(jīng)300℃熱空氣加熱2 min以去除PDMS吸附的雜質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)中，量取3～4 mL待測樣品于樣品瓶中，將涂有PDMS的萃取棒前端靜置于樣品瓶中萃取15 min后取出，直接將萃取棒插入漂移管，利用高溫工作的漂移管實(shí)現(xiàn)萃取棒中待測物的熱解吸。由于漂移管溫度分布不均勻，不同位置的萃取棒對應(yīng)的解吸溫度有所差異；另外，解吸產(chǎn)生的中性待測物在漂移氣體作用向出口方向漂移，其初始分布區(qū)域還影響到待測物的電暈放電離化情況。這些因素都造成熱解吸過程中萃取棒的位置對產(chǎn)物離子峰信號強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 在萃取棒進(jìn)入漂移管長度1 cm時產(chǎn)物離子峰的信號強(qiáng)度最大，而且在萃取棒插入漂移管后，產(chǎn)物離子峰強(qiáng)度隨時間先增后減，在30 s后降低到最大值的10%以下，解吸過程可在30 s內(nèi)完成。通過在萃取棒后端合適位置標(biāo)記可以保證每次進(jìn)樣時萃取棒進(jìn)入漂移管的長度均為1 cm。本研究通過示波器（泰克 TDS2022C）記錄樣品產(chǎn)物離子峰強(qiáng)度最高的圖譜作為IMS對被測物的響應(yīng)圖譜，并以被測物特征離子峰高作為IMS對被測物的響應(yīng)信號。

3結(jié)果與討論

3.1敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測

濃度為200 μg/kg敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)品的譜圖和空白譜圖如圖2所示。空白圖譜中的a、b、c分別為大氣中痕量水及氮?dú)庑纬傻?。a， b， c分別為大氣中痕量水及氮?dú)獾腘H+（H2O）n， NO+（H2O）n和H+（H2O）n離子峰，其中n的數(shù)目取決于漂移氣中水含量和IMS漂移管的工作溫度[12]。敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)樣品離化后產(chǎn)生兩個產(chǎn)物離子峰d和e。

在正離子模式下，四丁基溴化銨的約化遷移率受漂移管溫度、漂移電場強(qiáng)度及其它因素的影響很小[13]，本研究利用四丁基溴化銨作為離子遷移譜儀的標(biāo)定物，根據(jù)公式（1）計算敵敵畏產(chǎn)物離子峰對應(yīng)的約化遷移率：K0 exp=K0 caltd caltd exp（1）式中， K0 cal為標(biāo)定物離子的約化遷移率，td cal為標(biāo)定物離子峰對應(yīng)的漂移時間， td exp為被測物離子峰對應(yīng)的漂移時間，K0 exp為被測物離子的約化遷移率。計算敵敵畏產(chǎn)物離子峰d和e對應(yīng)的約化遷移率分別為（1.71±0.03 cm2/（V·S））和（1.56±0.02 cm2/（V·S））。

文獻(xiàn)[14]報道了IMS對有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測，采用63Ni作為離化源，敵敵畏有3個特征離子峰，其約化遷移率分別為（1.53±0.07 cm2/（V·S）），（1.29±0.06 cm2/（V·S））和（1.71±0.04 cm2/（V·S）） ， 其中第一個特征離子峰的約化遷移率與本研究中離子峰e的約化遷移率相吻合。本研究選擇離子峰e作為敵敵畏的特征峰。

將不同濃度敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)樣品經(jīng)萃取后進(jìn)樣檢測，得到敵敵畏標(biāo)準(zhǔn)品的IMS響應(yīng)濃度曲線如圖3所示

隨著目標(biāo)分析物濃度的提高，得到IMS譜圖中產(chǎn)物離子峰的幅值也相應(yīng)提高。當(dāng)樣品濃度為0.1 mg/kg時，特征離子峰的幅值已達(dá)到0.5 V以上；當(dāng)樣品濃度低于1 mg/kg時，特征離子峰的幅值隨樣品濃度增加而迅速增加；當(dāng)樣品濃度高于1 mg/kg時，IMS響應(yīng)趨于飽和，特征離子峰的幅值隨樣品濃度增加幅度放緩。

3.2實(shí)際茶飲樣品中的敵敵畏檢測

市售茶飲料中主要有效成分為蔗糖、茶多酚、氨基酸，同時含少量有機(jī)酸、色素及其它一些食品添加劑。茶多酚、咖啡因、色素等物質(zhì)在農(nóng)殘檢測中對農(nóng)藥的萃取存在明顯的基質(zhì)效應(yīng)[15]。為保證圖譜完整性，加標(biāo)后的茶飲料未經(jīng)處理直接萃取檢測。圖4為敵敵畏加標(biāo)濃度為500 μg/kg和未加標(biāo)茶飲料的IMS譜圖，未加標(biāo)茶飲料在d處（12.6 ms）也出現(xiàn)明顯的離子峰，在9.9～11.7 ms范圍內(nèi)有一些小雜峰，這些離子峰主要是由茶飲料基質(zhì)成份造成的，但本研究選擇的敵敵畏特征離子峰e（13.8 ms處）位置并未受到茶飲料基質(zhì)的影響。

通過改變敵敵畏加標(biāo)量，配制不同濃度加標(biāo)茶飲料樣品進(jìn)樣檢測，加標(biāo)濃度范圍為0.001～2 mg/kg，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次，得到茶飲料加標(biāo)敵敵畏的IMS響應(yīng)濃度曲線如圖5所示。低濃度范圍內(nèi)敵敵畏特征離子峰e隨加標(biāo)濃度的增加呈線性增加，當(dāng)實(shí)際茶飲料中敵敵畏加標(biāo)濃度為10 μg/kg時，IMS圖譜中敵敵畏特征離子峰e強(qiáng)度達(dá)到0.35 V。隨著實(shí)際樣品中敵敵畏加標(biāo)濃度的繼續(xù)增加，特征離子峰e的強(qiáng)度也不斷遞增，且逐漸趨于飽和。根據(jù)3倍信噪比計算敵敵畏檢出限為6 μg/kg。

馬拉硫磷前后的離子遷移率譜圖以及濃度為100 μg/kg馬拉硫磷標(biāo)準(zhǔn)品圖譜（圖6）可見，加標(biāo)樣品圖譜中出現(xiàn)馬拉硫磷特征離子峰f。

4結(jié)論

將離子遷移率譜技術(shù)與固相微萃取樣品預(yù)處理方法相結(jié)合，在高溫漂移管內(nèi)直接完成固相微萃取棒的熱解吸，實(shí)現(xiàn)了茶飲料中痕量敵敵畏的快速檢測；萃取檢測過程共需約15 min，根據(jù)3倍信噪比計算出敵敵畏檢出限為6 μg/kg。本方法為飲料中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場快速檢測提供了一種可能的選擇。

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AbstractCorona discharge （CD） ion mobility spectrometer （IMS） made in our laboratory was used for the rapid determination of trace dichlorovos in tea drinks. The drift gas was dry N2， and the temperature of the drift tube was 180℃. Spiked samples with different dichlorovos concentrations were analyzed by the CDIMS combined with solid phase microextraction. Thermal desorption of the analyte was carried out by inserting the extracting rod directly into the heated drift tube， and the detection process was completed within 15 min. This method could be used for the rapid detection of organophosphorus pesticide residues such as dichlorovos and malathion. The detection limit of dichlorovos in tea drinks based on 3 times the baseline noise was 6 μg/kg.