固相微萃取技術(shù)在果蔬農(nóng)殘檢測(cè)中的應(yīng)用研究

邱霞琴，岳都盛

(1.昆山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇昆山 215316；2.上海杰星生物科技有限公司，上海 201700)

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固相微萃取技術(shù)在果蔬農(nóng)殘檢測(cè)中的應(yīng)用研究

邱霞琴1，岳都盛2*

(1.昆山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇昆山 215316；2.上海杰星生物科技有限公司，上海 201700)

摘要[目的]研究固相微萃取技術(shù)在果蔬農(nóng)殘檢測(cè)中的應(yīng)用，建立合適的測(cè)定果蔬中農(nóng)藥殘留的分析方法。[方法]以3-氨丙基三乙氧基硅烷為功能單體，水胺硫磷為模板分子，采用溶膠-凝膠方法制備了分子印跡固相微萃取萃取頭，建立分子印跡固相微萃取(MISPME)與氣相色譜(GC-NPD)聯(lián)用測(cè)定果蔬中5種有機(jī)磷的分析方法。[結(jié)果]試驗(yàn)得出，制得的分子印跡固相微萃取頭對(duì)果蔬基質(zhì)中的目標(biāo)物具有很高的萃取量。分子印跡固相微萃取-氣相色譜法方法的線性范圍在μg/kg級(jí)別，相關(guān)系數(shù)大于0.994，檢出限在0.01~1.33 μg/kg，5次重復(fù)加標(biāo)試驗(yàn)所得RSD在1.77%~9.28%，在真實(shí)樣品中的加標(biāo)回收率為88.5%~107.2%。[結(jié)論]分子印跡固相微萃取與氣相色譜聯(lián)用測(cè)定果蔬中有機(jī)磷的方法簡(jiǎn)單、快速，無(wú)需溶劑，準(zhǔn)確度高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞固相微萃??；溶膠-凝膠；氣相色譜；有機(jī)磷

The Application Research of Solid Phase Microextraction on the Detection of Pesticides Residue in Fruits and Vegetables

QIU Xia-qing1, YUE Du-sheng2*(1. Kunshan Products Quality Supervision and Inspection Institute, Kunshan, Jiangsu 215316; 2. Shanghai Jiexing Bio-tech Co. Ltd., Shanghai 201700)

Abstract[Objective] The aim was to study the application of solid phase microextraction in detection of pesticides residue in fruits and vegetables, and establish appropriate analysis method. [Method] With 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) as the functional monomer, isocarbophos as a template, a novel molecularly imprinted solid phase microextraction(MISPME) fiber was prepared by sol-gel technique. The method based on MISPME combined with gas chromatography(GC-NPD) was developed for the determination of organophosphorus (OPPs) in vegetable and fruit samples. [Result] The fiber exhibited high extraction capacity to the target in the real samples. The linear ranges were achieved at the μg/kg levels and the linear correlation coefficients for all analytes were greater than 0.994, detection limits were between 0.01-1.33 μg/kg,RSDfor the 5 repeated standard addition were between 1.77%-9.28%, the recoveries in real samples were 88.5%-107.2%. [Conclusion] The method based on MISPME combined with GC-NPD for the determination of OPPs in vegetables and fruits is simple, rapid, solvent-free and exhibits high accuracy, which has a board application prospect.

Key wordsSolid phase microextraction; Sol-gel technique; Gas chromatography; Organophosphorus

固相微萃取(Solid phase microextraction，SPME)是一項(xiàng)新型的無(wú)溶劑化樣品前處理技術(shù)，集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體，已經(jīng)在環(huán)境、食品、生物和制藥等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。實(shí)際樣品中分析物的含量一般較低，而且樣品基質(zhì)復(fù)雜，目標(biāo)分析物容易受到基質(zhì)的干擾或抑制，從而妨礙了定量的準(zhǔn)確性或降低了檢測(cè)的靈敏度。在SPME技術(shù)中，涂層是核心部分，決定了分析方法的靈敏度、選擇性和應(yīng)用范圍，目前現(xiàn)有的商用涂層有很多弊端，不僅種類少，而且缺乏選擇性，在萃取過(guò)程中極易受到樣品基質(zhì)的干擾，因此把分子印跡技術(shù)(Molecularly imprinted technique)與SPME技術(shù)結(jié)合起來(lái)，制備具有特異性識(shí)別作用的涂層材料成為眾多科學(xué)者的研究目標(biāo)[1-3]。

分子印跡固相微萃取(Molecularly imprinted solid phase microextraction，MISPME)結(jié)合了MIPs的高選擇性與SPME技術(shù)操作簡(jiǎn)便、易自動(dòng)化的特點(diǎn)，可使SPME更高效地從復(fù)雜樣品中分離富集目標(biāo)物，清除基質(zhì)干擾，提高分析方法的靈敏度和準(zhǔn)確度[4-5]。MISPME技術(shù)最早由Koster等報(bào)道[6]，但是此后并沒(méi)有其他相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，直到Turiel等開(kāi)始了相關(guān)研究[7]。目前，聚合法(如共聚法、管內(nèi)聚合法)是制備分子印跡SPME涂層的主要方法，但是其他的一些新的聚合法，如可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合[8]、電化學(xué)聚合[9]，用于制備分子印跡SPME涂層也有文獻(xiàn)報(bào)道。溶膠-凝膠法是一種有效的合成SPME涂層的方法，同樣也是合成分子印跡SPME涂層的理想方法。該法制備簡(jiǎn)單，可供選擇的功能單體多，涂層熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性好，表面積大，可以通過(guò)溶膠-凝膠液的組成設(shè)計(jì)涂層結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。

筆者以水胺硫磷為模板分子，以3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane，APTES)為功能單體，四乙氧基硅烷(tetraethyl orthosilicate，TEOS)為交聯(lián)劑，采用溶膠-凝膠法制備了水胺硫磷MISPME涂層；同時(shí)，優(yōu)化了頂空固相微萃取(HS-SPME)條件，建立了分子印跡固相微萃取-氣相色譜法(MISPME-GC)用于果蔬中有機(jī)磷殘留的檢測(cè)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料。菠菜、大白菜、梨、蘋(píng)果，均購(gòu)自當(dāng)?shù)爻?。樣品切碎勻漿之后放入棕色瓶中，密封，于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2主要試劑。3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和四乙氧基硅烷(TEOS)，購(gòu)自阿拉丁試劑公司(中國(guó)，上海)；石英纖維(140 μm，O.D.)、石英毛細(xì)管(150 μm，I.D.)，購(gòu)自武漢郵電科學(xué)研究院烽火通信有限公司。水胺硫磷標(biāo)品(純度>99%)、喹硫磷、甲基嘧啶磷、對(duì)硫磷、二嗪農(nóng)標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mg/mL)，購(gòu)自中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。

1.1.3主要儀器。SP-6890A型氣相色譜儀(配置氮磷檢測(cè)器，NPD)，山東魯南瑞虹化工有限公司；SE-54毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm i.d.×0.25 μm)，蘭州中科安泰分析科技有限公司；Branson 200超聲波清洗器(Danbury，CT)，美國(guó)；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；自制固相微萃取裝置。

1.2氣相色譜條件進(jìn)樣口溫度250 ℃，檢測(cè)器溫度270 ℃。柱溫采用升溫程序：初溫60 ℃，保持3 min后以20 ℃/min的速率升到200 ℃，保持3 min，再以5 ℃/min的速度升到220 ℃，保留5 min。

1.3分子印跡固相微萃取萃取頭的制備石英纖維用丙酮浸泡除去包覆層后，用堿性溶液活化其表面并用乙醇洗滌，烘干備用。將APTES和TEOS按體積比為1∶2混合，超聲30 min，隨后向其中加入APTES摩爾質(zhì)量的25%的水胺硫磷作為模板分子。振蕩反應(yīng)過(guò)夜之后，向該混合液中緩慢滴加0.1 mol/L的鹽酸溶液，直至APTES和鹽酸的體積比為20∶1，超聲振蕩10 min后離心，取上清液備用。

將活化的石英纖維垂直插入制備的溶膠清液中，放置一段時(shí)間后拔出，石英纖維表面會(huì)形成凝膠薄層，重復(fù)該操作直至達(dá)到希望厚度后置于紫外燈光下固化反應(yīng)45 min后置于干燥器中，干燥后在GC進(jìn)樣口老化除去模板分子。

1.4固相微萃取操作在10 mL頂空瓶中加入4 mL水、1.2 g NaCl、一定量待測(cè)有機(jī)磷混合標(biāo)液、磁力攪拌子，立即密封。然后將SPME裝置的不銹鋼管插入萃取瓶中，推出萃取頭，在70 ℃下以合適的攪拌速度萃取。頂空萃取30 min之后，取出SPME萃取頭，于GC進(jìn)樣口解吸8 min。

2結(jié)果與分析

2.1萃取條件的優(yōu)化

2.1.1萃取溫度的優(yōu)化。萃取溫度對(duì)萃取過(guò)程的影響是雙重的，一方面，升溫有利于加快分析物從水相擴(kuò)散到氣相的速度，縮短平衡時(shí)間；另一方面，升溫也降低了分析物的分配系數(shù)，從而減少萃取量。該試驗(yàn)考察了不同萃取溫度對(duì)萃取效率的影響，從圖1中可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，所有分析物的萃取量達(dá)到最大，繼續(xù)升溫反而不利于萃取，因此該試驗(yàn)最佳萃取溫度選為70 ℃。

圖1　萃取溫度對(duì)SPME萃取效率的影響Fig.1　Effect of extraction temperature on SPME efficiency

2.1.2萃取時(shí)間的優(yōu)化。該試驗(yàn)考察了萃取時(shí)間分別為10、20、30、40、50、60 min時(shí)，MISPME萃取頭對(duì)目標(biāo)分析物的萃取量。試驗(yàn)結(jié)果表明(圖2)，萃取量隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，30 min后5種物質(zhì)萃取量均達(dá)到最大，即都達(dá)到了吸附平衡，故吸附時(shí)間選定為30 min。

圖2　萃取時(shí)間對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥萃取效率的影響Fig.2　The influence of extraction time on efficiency of organophosphorus pesticides

2.1.3鹽濃度優(yōu)化。通常，在樣品中添加鹽對(duì)吸附過(guò)程既有正面影響也有負(fù)面作用，一方面，萃取時(shí)加入氯化鈉可以增加溶液的離子強(qiáng)度，使有機(jī)分析物的溶解度降低，有利于目標(biāo)物從基質(zhì)中析出，進(jìn)而增加分析物在萃取頭上的吸附量，提高萃取率；另一方面，隨著氯化鈉濃度的增加，溶液的黏度也會(huì)加大，不利于對(duì)目標(biāo)有機(jī)磷農(nóng)藥的萃取。由圖3可以看出，5種目標(biāo)農(nóng)藥在氯化鈉添加量0~1.2 g內(nèi)顯著增加，當(dāng)添加量繼續(xù)增大達(dá)到飽和，萃取量下降，因此，氯化鈉最優(yōu)添加量為1.2 g。

圖3　鹽添加量對(duì)SPME萃取效率的影響Fig.3　Effect of the concentration of salt on SPME efficiency

2.2方法評(píng)價(jià)該試驗(yàn)選取菠菜為基質(zhì)，探討了HS-SPME/GC-NPD法在優(yōu)化條件下測(cè)定蔬菜中有機(jī)磷多殘留的線性范圍、相關(guān)系數(shù)(R)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)、精密度和檢出限(LOD)，結(jié)果如表1所示。方法線性范圍在μg/kg級(jí)別，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.994，以3倍信噪比計(jì)算得到的LOD范圍在0.01~1.33 μg/kg，5次重復(fù)加標(biāo)試驗(yàn)所得RSD在1.77%~9.28%，說(shuō)明方法重現(xiàn)性好，精密度高。

2.3真實(shí)樣品分析為了驗(yàn)證該研究建立的方法在真實(shí)樣品中的可靠性，從當(dāng)?shù)爻匈?gòu)買菠菜、大白菜、梨、蘋(píng)果，并應(yīng)用MISPME/GC-NPD法檢測(cè)目標(biāo)有機(jī)磷農(nóng)藥殘留，結(jié)果均為檢出。

考察方法在4種真實(shí)樣品中的回收率和精密度，從而驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度，為了評(píng)估基質(zhì)的影響，所有的樣品都做3個(gè)加標(biāo)水平，結(jié)果見(jiàn)表2。4種真實(shí)樣品回收率為88.5%~107.2%，驗(yàn)證該方法有很好的準(zhǔn)確性，而且能夠克服基質(zhì)的干擾，進(jìn)一步證明MISPME/GC-NPD分析方法具有高效性、高靈敏度和準(zhǔn)確度。

表1HS-SPME/GC-NPD法萃取有機(jī)磷農(nóng)藥的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢測(cè)限和精密度

Table 1Linear range，correlation coefficient(R)，detection limit(LODS)and precision(RSD)for extracting organophosphorus pesticides using HS-SPME/GC-NPD technology

有機(jī)磷農(nóng)藥Organophosphoruspesticides線性范圍(LR)Linearrange∥μg/kg相關(guān)系數(shù)(R)Correlationcoefficient檢出限(LODs)Detectionlimits∥μg/kgRSD(n=5)∥%二嗪農(nóng)Basudin5~1000.9990.053.55水胺硫磷Isocarbophos50~10000.9971.335.32對(duì)硫磷Parathion5~1000.9980.031.77甲基嘧啶磷Pirimiphos-methyl2~500.9940.019.28喹硫磷Quinalphos10~2000.9960.666.65

表2　5種有機(jī)磷農(nóng)藥在果蔬中的加標(biāo)回收率

3結(jié)論與討論

該試驗(yàn)采用溶膠-凝膠的方法制備了水胺硫磷印跡的固相微萃取萃取頭，該萃取頭對(duì)模板分子及其結(jié)構(gòu)類似物表現(xiàn)出很好的選擇性。同時(shí)優(yōu)化了SPME萃取條件，建立了MISPME/GC-NPD檢測(cè)果蔬中有機(jī)磷農(nóng)殘的方法，在優(yōu)化條件下，方法的線性相關(guān)系數(shù)大于0.994，連續(xù)5次重復(fù)加標(biāo)試驗(yàn)的RSD在1.77%~9.28%，檢測(cè)限在0.01~1.33 μg/kg，回收率為88.5%~107.2%，表明溶膠-凝膠分子印跡萃取頭在復(fù)雜基質(zhì)選擇性萃取中具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

雖然SPME因其眾多優(yōu)點(diǎn)在食品領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是現(xiàn)有的商品化SPME涂層遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足檢測(cè)需要。溶膠-凝膠方法制備的分子印跡萃取頭憑借其獨(dú)特的識(shí)別能力有望成為一種新型的萃取吸附材料。將MIP的高選擇性與SPME技術(shù)操作簡(jiǎn)便、易自動(dòng)化的特點(diǎn)相結(jié)合，可使SPME更高效地從復(fù)雜樣品中分離富集目標(biāo)分子，清除基體干擾，提高分析方法的靈敏度和準(zhǔn)確度。

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收稿日期2015-12-28

作者簡(jiǎn)介邱霞琴(1977- )，女，江蘇昆山人，助理工程師，從事食品檢測(cè)方法及食品管理體系研究。*通訊作者，工程師，從事食品分析檢測(cè)研究。

中圖分類號(hào)S 481+.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)03-090-03