超臨界CO2萃取-氣相色譜法檢測生菜中有機氯農(nóng)殘

陸高峰

(浙江新宇高校后勤服務有限公司,浙江杭州 310028)

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超臨界CO2萃取-氣相色譜法檢測生菜中有機氯農(nóng)殘

陸高峰

(浙江新宇高校后勤服務有限公司,浙江杭州 310028)

采取超臨界CO2萃取生菜中的有機氯農(nóng)殘作為前處理方法,以萃取壓力、萃取溫度、萃取流量及萃取時間為考察因素,八種有機氯農(nóng)殘的回收率作為考察指標,通過正交實驗優(yōu)化工藝條件,并用氣相色譜法對有機氯農(nóng)殘含量進行測定。結(jié)果表明,在30 MPa萃取壓力、50 ℃萃取溫度下,采用1.5 mL/min的萃取流量萃取20 min,各農(nóng)殘回收率達到最大值,并且其回收率均能達到80%以上。本實驗優(yōu)選的工藝條件適用于生菜中有機氯農(nóng)殘的前處理,較國標方法更加方便快捷。

有機氯農(nóng)殘,超臨界CO2萃取,氣相色譜法,正交實驗

隨著人們生活水平的日益提高,食品安全問題越來越受到重視,農(nóng)藥殘留問題已經(jīng)成為影響食品安全的最主要因素。有機氯農(nóng)藥是我國使用最早的農(nóng)藥種類,包含已經(jīng)被國家禁止使用的六六六和滴滴涕等。由于其化學結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定,不易降解,廣泛存在于土壤、河流中,這類化合物在環(huán)境中極難分解并極易積累,能夠通過富集作用在人體各臟器內(nèi)積累,發(fā)生毒害作用進而致癌[1-2]。對有機氯農(nóng)藥殘留的檢測是保障食品安全的支撐,如何快速準確-檢測有機氯農(nóng)殘備受大家重視。

有機氯農(nóng)殘檢測的關鍵在于其前處理過程中,朱捷[3]等對有機氯殘留的分析前處理技術進行了總結(jié)。相對于傳統(tǒng)的萃取方法,超臨界CO2萃取技術則因其安全、無毒、使用有機溶劑少以及提取效率高等優(yōu)點被越來越多的應用到農(nóng)殘的前處理中。王建華[4]等采用超臨界CO2萃取作為前處理方法測定了韭菜中百菌清、艾氏劑等有機氯農(nóng)殘殘留量,方法可行,并認為超臨界萃取的方法可以應用于常規(guī)分析。有機氯農(nóng)殘多為極性較弱物質(zhì),而超臨界CO2對于非極性和弱極性的物質(zhì)具有較高萃取能力,采用超臨界CO2萃取有機氯農(nóng)殘具有天然的優(yōu)勢[5]。本文篩選國標中明確禁止添加的8種有機氯農(nóng)殘為目標物,采用超臨界CO2萃取-氣相色譜法進行分析,考察了不同超臨界萃取參數(shù)對回收率的影響,獲得了超臨界CO2萃取有機氯農(nóng)殘的最佳工藝條件。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

生菜購自當?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場;試劑:乙酸乙酯天津科密歐化學試劑有限公司,分析純;對照品:p.p′-滴滴滴(GSB05-2282-2008)、o.p′-滴滴涕(GSB05-2281-2008)、P.P′-滴滴涕(GSB05-2283-2008)、P.P′-滴滴伊(GSB05-2280-2008)、δ-六六六(GSB05-2279-2008)、γ-六六六(GSB05-2278-2008)、β-六六六(GSB05-2277-2008)、α-六六六(GSB05-2276-2008)混合標準物質(zhì),濃度10 μg/mL農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所。

Spe-ed SFC超臨界萃取儀Applied Separations有限公司;GC-2010 PLUS氣相色譜儀島津(中國)有限公司;AUW220D分析天平島津(中國)有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1樣品制備將混合標準溶液加乙酸乙酯稀釋成100 ng/mL標準使用液。為模擬真實環(huán)境,稱取20 g新鮮生菜葉切碎,使用注射器吸取100 ng/mL標準使用液2 mL注入生菜葉中,將生菜葉放入4 ℃冰箱24 h后用均質(zhì)器打成漿狀。取10 g上述樣品,同時稱取10 g硅藻土(用以吸收生菜中的水分,硅藻土能夠吸收超過自身重量兩倍的水分,避免水結(jié)冰堵塞超臨界系統(tǒng),另外硅藻土有利于樣品的分散[6]),將二者混勻置于萃取釜中。

1.2.2萃取條件的單因素考察根據(jù)預實驗,對萃取壓力、溫度、時間、流量進行單因素考察,采用乙酸乙酯溶液進行液態(tài)回收,在考察每個因素時,其他因素條件分別固定為壓力30 MPa、溫度50 ℃、時間20 min、流量1.5 mL/min。

1.2.3萃取條件的正交分析根據(jù)萃取條件的單因素考察實驗情況,將萃取壓力,萃取溫度,萃取時間及萃取流量四個因素進行正交實驗分析,因為選取的8種有機氯農(nóng)殘均為極性較弱物質(zhì),故不考慮夾帶劑的添加影響。采用乙酸乙酯溶液進行液態(tài)回收,以8種農(nóng)殘回收率作為考察指標,確定超臨界萃取的最佳工藝條件,因素水平見表1。

表1　L9(34)因素水平表

1.2.4分析方法

1.2.4.1有機氯農(nóng)藥殘留的測定方法(GC)使用ECD檢測器,選取HP-1701毛細管色譜柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm),柱初始溫度150 ℃,升溫速率5 ℃/min,升溫至230 ℃,保持30 min;檢測器、進樣口溫度250 ℃;載氣為氮氣,流速2.5 mL/min,尾吹氣30 mL/min,不分流進樣[7]。

1.2.4.2對照品儲備液精密量取1.1中混合標準物質(zhì)1.0 mL,置于100 mL量瓶中,加乙酸乙酯稀釋并定容至刻度,制成混合對照品儲備液(100 ng/mL)。

1.2.4.3標準溶液制備吸取上述儲備液用乙酸乙酯稀釋成0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 ng/mL標準使用液。

1.2.4.4樣品含量測定將收集的農(nóng)殘萃取液用乙酸乙酯定容至100 mL,作為供試品溶液。進樣量1μL,記錄色譜峰面積,帶入標準曲線計算各農(nóng)殘含量,除以加標量計算回收率。

2　結(jié)果與分析

2.1線性考察

采用1.2.4中色譜方法測定,以各自色譜峰面積-濃度做標準曲線,得到各自的回歸方程。該方法在0.2～3.0 ng/mL線性范圍內(nèi),線性良好。

表2　回歸方程

2.2萃取條件單因素實驗

2.2.1萃取壓力的影響由圖1可看出,萃取壓力在30 MPa時回收率達到最大值。這是因為隨著壓力升高,萃取釜中CO2密度增大,萃取過程中傳質(zhì)速度加快,并且萃取更加徹底[8],使得回收率逐漸增大。但當壓力超過30 MPa時,由于壓力的升高會使得擴散系數(shù)減小不利于萃取,并且高壓還會使得萃取雜質(zhì)增多,進而影響回收率,故選擇30 MPa為最佳萃取壓力條件。

圖1　萃取壓力的影響Fig.1　Influence of extracting pressure

2.2.2萃取溫度的影響由圖2可看出,萃取溫度為50 ℃回收率達到最大值。溫度對于萃取的影響是兩個方面的,一方面隨著溫度的升高,會使得溶質(zhì)的擴散系數(shù)更高,萃取釜中分子活動明顯加劇,使得整個萃取更加頻繁,故而使萃取效果提高,而另一方面溫度的升高卻會降低CO2密度,使得溶質(zhì)的溶解性下降不利于萃取的進行,溫度的影響取決于這兩種效應競爭的效果[9-10]。當溫度在50 ℃以下時,升溫對CO2密度的影響并不大,但當溫度超多50 ℃,其影響明顯加大,故使得萃取效果變差,因而選擇最佳溫度條件為50 ℃。

表3　L9(34)正交實驗結(jié)果

圖2　萃取溫度的影響Fig.2　Influence of extraction temperature

2.2.3萃取時間的影響由圖3可以看出,萃取時間為30 min時回收率達到最大值，之后下降。在萃取初期,農(nóng)殘被不斷的萃取出來,而當?shù)?0 min后,基本上已經(jīng)達到可萃取的終點,此時再繼續(xù)萃取已無效果,并且浪費資源人力,故選擇20 min為萃取中點。

圖3　萃取時間的影響Fig.3　Influence of the extracting time

2.2.4萃取流量的影響由圖4可以看出,萃取流量為1.5 mL/min時回收率達到最大值。萃取初期,隨著流速的增加,處于待萃取物質(zhì)分子周圍的夾帶劑濃度增強,使得傳質(zhì)過程更加迅速,而隨著流速的進一步增加,會使得夾帶劑分子不能完全有序的排列到基質(zhì)的周圍,導致整體夾帶劑濃度增加但局部夾帶劑濃度呈減少的趨勢,從而使得萃取效率在逐漸減弱[11]。因此,選擇1.5 mL/min為夾帶劑最佳流速。

圖4　萃取流量的影響Fig.4　Influence of extracting flow

2.3正交實驗優(yōu)化結(jié)果

以上八種有機氯農(nóng)殘的萃取結(jié)果顯示,萃取條件對這八種物質(zhì)的影響是同步的,對這八種農(nóng)殘回收率做極差與方差分析,其結(jié)果是一致的,故只列舉α-六六六的回收率的極差與方差分析結(jié)果。

表4　方差分析

注：*差異顯著,**差異極顯著。

表5　檢出限、精密度(n=5)

由表3極差分析結(jié)果看出,萃取條件各因素對萃取農(nóng)殘影響的主次依次萃取壓力、萃取溫度、萃取流量、萃取時間,其最佳組合條件為A3B2D2C2。由表4方差分析結(jié)果看出,萃取壓力對農(nóng)殘回收率達到了極顯著影響(α=0.01,F值大于F臨界值),萃取溫度則達到顯著影響(α=0.05,F值大于F臨界值)。對最佳條件進行5次驗證,α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、P.P′-滴滴伊、o.p′-滴滴涕、p.p′-滴滴滴、P.P′-滴滴涕的回收率(%)分別為82.9%±1.4%、85.8%±1.0%、86.9%±1.0%、95.4%±1.0%、83.3%±1.1%、87.0%±0.9%、91.7%±0.8%、97.7%±0.7%,5次結(jié)果穩(wěn)定,故選取方案A3B2D2C2作為萃取最佳條件。

2.4各有機氯農(nóng)殘檢出限與精密度

將標準溶液不斷稀釋至對照品中o.p′-滴滴涕峰的信噪比(S/N)約等于3時,此時對照品濃度則為o.p′-滴滴涕的儀器檢出限(ng/mL),其余各峰儀器檢出限為此濃度乘以各自信噪比/3。方法檢出限(μg/kg)為儀器檢出限乘以稀釋倍數(shù)除以取樣量。取2.2中5次最佳條件下的實驗結(jié)果計算精密度,其結(jié)果見表5。GB/T 5009.146-2008[7]的方法中,α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、P.P′-滴滴伊、o.p′-滴滴涕、p.p′-滴滴滴、P.P′-滴滴涕的檢出限依次為0.1、0.2、0.6、0.6、0.8、1.0、1.0、1.0(μg/kg),從表5中可看出本方法對有機氯農(nóng)殘的萃取與國標的方法基本一致,方法精密度符合國標中要求。

圖5　8種有機氯農(nóng)藥的氣相色譜圖Fig.5　Gas chromatogram of eight organochlorine pesticide residues注:1、α-六六六;2、β-六六六;3、γ-六六六;4、δ-六六六;5、P.P′-DDE;6、p.p′-DDD;7、o.p′-DDT;8、P.P′-DDT,a:標準品，b:樣品。

2.5樣品測定結(jié)果

按照1.2中方法對五家不同超市購買生菜進行檢測,每個樣品進行三次實驗,取平均值,結(jié)果僅在一家超市的生菜中檢出P.P′-滴滴伊有殘留,濃度為0.0011 mg/kg,殘留量已很低。即使如此,由于有機氯類農(nóng)殘對人體傷害極大,仍要對此類農(nóng)殘嚴格監(jiān)測。

3　結(jié)論

本實驗研究了超臨界CO2萃取-氣相色譜法檢測蔬菜中有機氯農(nóng)殘,以八種有機氯農(nóng)殘的回收率作為考察指標,采用正交實驗對萃取壓力、萃取溫度、萃取流量及萃取時間進行考察,確定了萃取最佳工藝條件。結(jié)果表明:在30 MPa的萃取壓力、50 ℃萃取溫度下,采用1.5 mL/min的萃取流量萃取20 min,各農(nóng)殘回收率達到最大值,并且其回收率均能達到80%以上,采用超臨界CO2萃取作為前處理方法,檢出限與精密度也均能達到國標中對農(nóng)殘的檢測要求,故此方法對于農(nóng)殘的檢測是切實可行的。而采用超臨界CO2萃取過程中,全程只用到了乙酸乙酯一種有機溶劑,對環(huán)境的污染與對實驗人員的傷害相對國標中前處理方法減小很多,此法前處理過程可以在1 h內(nèi)完成,而國標方法前處理則需4小時以上,優(yōu)勢明顯,符合現(xiàn)如今人們對于快速準確檢測農(nóng)殘的要求,適合推廣使用。

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Determination of organochlorine pesticide residues in lettuce by supercritical CO2extraction-gas chromatography

LU Gao-feng

(Zhejiang Xinyu College Logistics Service Co. Ltd.,Hangzhou 310028,China)

The organochlorine pesticide residues in lettuce were extracted using supercritical CO2as pretreatment method. The extraction conditions were optimized by orthogonal experiments with the pressure,temperature,flow,time as influencing factors and recovery rate as the evaluation index. Gas chromatography was applied to determine the content of organochlorine pesticide residues. The results showed that the recovery of each pesticide residues reached maximum when the extraction pressure was 30 MPa,the temperature was 50 ℃ and the flow rate was 1.5 mL/min,extraction time was 20 min,and the recovery rate was higher than 80%. The optimum conditions of this experiment was suitable for pretreatment of organochlorine pesticide residues in lettuce,and this method was more convenient and quick,compared with the national standard method.

organochlorine pesticide residues;supercritical CO2extraction;gas chromatography;orthogona experiment

2016-03-03

陸高峰(1972-)，男，本科，講師，研究方向：高校后勤管理研究， E-mail：3026247226@qq.com。

TS207.3

A

1002-0306(2016)17-0288-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.047