張仟春,楊燕群,蘇 姚,栗慧敏,李明剛,吳詩琪
(興義民族師范學(xué)院 生物與化學(xué)學(xué)院,貴州 興義 562400)
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固相微萃取/高效液相色譜聯(lián)用分析食品中痕量苯并咪唑
張仟春*,楊燕群,蘇 姚,栗慧敏,李明剛,吳詩琪
(興義民族師范學(xué)院 生物與化學(xué)學(xué)院,貴州 興義 562400)
建立了整體柱固相微萃取/高效液相色譜-紫外聯(lián)用方法用于食品中6種痕量苯并咪唑的分析。在三元溶劑(N,N-二甲基甲酰胺、對二甲苯和異辛烷)體系下,以4-乙烯基苯硼酸與乙二醇二甲基丙烯酸酯原位聚合法制備了4-乙烯基苯硼酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯固相微萃取整體柱,并采用熱重分析儀、紅外光譜、電鏡進(jìn)行表征。分別研究了萃取溶劑、萃取流速、凈化體積、解吸溶劑、解吸流速和解吸體積對富集量的影響。在優(yōu)化條件下,該方法對苯并咪唑的富集倍數(shù)高達(dá)1 607~3 015倍,方法的線性范圍為0.100~100 μg/L,檢出限為21~33 ng/L,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)不大于7.4%。采用該方法分析魚肉、鴨肉、鴨血和鴨肝樣品中的苯并咪唑,加標(biāo)回收率為75.0%~118%,RSD為1.6%~8.7%。該方法靈敏、準(zhǔn)確,能滿足食品中痕量苯并咪唑的分析要求。
整體柱;固相微萃取;高效液相色譜;苯并咪唑;食品
苯并咪唑類藥物(Benzimidazoles,BMZs)是一類對胃腸線蟲、肺線蟲等具有極強(qiáng)驅(qū)殺作用的驅(qū)蟲藥,被廣泛用于農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和獸醫(yī)中。研究表明BMZs具有致畸與致突變作用,且在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的代謝產(chǎn)物仍具有毒理作用。目前已有許多國家將BMZs類藥物列為限制使用的藥物,并制訂出各種BMZs類藥物在不同動物體內(nèi)(包括肌肉、肝臟、血液等)的最高殘留限量[1-3]。目前,國內(nèi)外對BMZs殘留分析的前處理方法有溶劑萃取[4-5]、固相萃取[6]、攪拌餅萃取[3]等,常用的檢測方法有生物免疫法[7]、毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜法[8]、液相色譜-質(zhì)譜法[9-10]、液相色譜-熒光法[11]、液相色譜-紫外法[12]等,其中液相色譜-紫外法因儀器價格低和重現(xiàn)性好而被廣泛使用。經(jīng)典的固相微萃取法(Solid-phase microextraction,SPME)具有纖維萃取量有限、易斷等不足,而有機(jī)聚合物整體柱SPME具有功能單體多樣、萃取量大、使用壽命長等優(yōu)點,在食品、環(huán)境、生物等分析中備受青睞[13-15]。4-乙烯基苯硼酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯具有良好的親水性,在水相中與分析物的π-π作用較好[16],是綠色分析的良好富集材料。目前將4-乙烯基苯硼酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯整體柱SPME用于食品中苯并咪唑的分析應(yīng)用尚未見報道。因此,本文制備了4-乙烯基苯硼酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯固相微萃取整體柱,并建立了整體柱SPME/HPLC-UV聯(lián)用方法同時分析魚肉、鴨肉、鴨血和鴨肝樣品中奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑和芬苯達(dá)唑6種BMZs類藥物。
1.1 儀器與試劑
Agilent 1220型高效液相色譜儀(安捷倫科技有限公司),Ezchrom工作站,VWD紫外檢測器;Diamonsil C18(2)色譜柱(250 mm ×4.60 mm I.D.,5 μm,迪馬公司);NICOLET AVATAR 330傅立葉紅外光譜儀(美國熱電公司);NETZSCH TG-209熱重分析儀(德國耐馳公司);Hitachi S-4300電子掃描顯微鏡(日本Hitachi公司);KQ-300DE型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);GZX-9146MBE鼓風(fēng)干燥箱(上海博迅實業(yè)有限公司);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(鞏義市孝義合眾儀器供應(yīng)站);TGL-20M臺式超速冷凍離心機(jī)(湖南星科科學(xué)儀器有限公司);Mettler-Toledo FE20臺式酸度計(瑞士梅特勒-托利公司)。
苯并咪唑標(biāo)準(zhǔn)品:奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑、芬苯達(dá)唑購自百靈威科技有限公司;色譜純二甲基亞砜、異辛烷、對二甲苯、4-乙烯基苯硼酸(VPBA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)購自阿拉丁公司;分析純丙酮、乙酸、溴化鉀、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、偶氮二異丁腈(AIBN)購自天津大茂化學(xué)試劑廠;3-甲基丙烯?;?丙基-三甲氧基硅烷購自北京市申達(dá)精細(xì)化工有限公司;色譜純乙腈和甲醇購自中國迪馬(Dikma)公司;320 μm石英毛細(xì)管購自河北省永年銳灃色譜器件有限公司;實驗用水為超純水。其他試劑均為分析純。
1.2 固相微萃取柱的制備
4-乙烯基苯硼酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯(VPBA-EGDMA)固相微萃取柱的制備參考文獻(xiàn)[16],過程略有修改:將內(nèi)徑為320 μm的石英毛細(xì)管洗凈、烘干,然后注入1 mol/L氫氧化鈉溶液于管中浸泡4 h,水洗凈,再注入1 mol/L鹽酸溶液浸泡2 h,水清洗后烘干,在150 ℃下活化4 h,再用丙酮/3-甲基丙烯?;?丙基-三甲氧基硅烷(1∶3,體積比)溶液進(jìn)行硅烷化反應(yīng)4 h。取出后以甲醇沖洗,氮氣吹干,截斷成15 cm,保存于干凈比色管中。稱取10.0 mg VPBA和2.4 mg AIBN,溶于210 μL DMF中,加入483 μL對二甲苯、210 μL異辛烷和97 μL EGDMA,渦旋、超聲均勻,室溫放置30 min,取預(yù)處理好的石英毛細(xì)柱利用虹吸作用裝柱,硅膠墊堵塞封口,置于(60±1.0) ℃烘箱中加熱48 h,反應(yīng)完成后,125 ℃下老化2 h,用乙酸-甲醇(1∶9,體積比)洗脫未反應(yīng)物和溶劑,再用乙腈-水(1∶9,體積比)洗脫,然后用甲醇清洗,氮氣吹干,截斷為10.0 cm的VPBA-EGDMA固相微萃取柱,密封在比色管中保存?zhèn)溆谩?/p>
1.3 固相微萃取柱的表征
將VPBA-EGDMA材料用研缽碾碎,乙酸-甲醇(1∶9,體積比)超聲振蕩洗去殘余的未反應(yīng)試劑以及致孔劑,然后在100 ℃真空干燥 12 h,采用熱重分析研究VPBA-EGDMA固相微萃取柱材料的熱穩(wěn)定性能,從而確定其制備條件和適用溫度范圍,熱重分析的溫度范圍為30~700 ℃;將VPBA-EGDMA與溴化鉀混合研磨,在紅外燈下干燥,觀察VPBA-EGDMA的紅外光譜圖;將320 μm的VPBA-EGDMA固相微萃取柱截成10 mm左右,經(jīng)噴金處理,采用電子掃描顯微鏡,在100~6 000倍率下放大,研究了VPBA-EGDMA固相微萃取柱的截面結(jié)構(gòu)及形貌特征。
1.4 富集條件的研究
以二甲基亞砜-甲醇(1∶5,體積比)為溶劑配制200 mg/L的目標(biāo)分析物儲備液,并用甲醇稀釋成20 mg/L的奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑、芬苯達(dá)唑的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,再用水配制成100 μg/L的水溶液,用于VPBA-EGDMA固相微萃取柱富集條件的優(yōu)化。
1.5 實際樣品的制備
采用含5 mg/kg苯并咪唑的大米喂養(yǎng)鴨子4 d,用同樣含量的苯并咪唑魚飼料喂養(yǎng)魚4 d,再過3 d后屠宰。稱取5.00 g均質(zhì)樣品于50 mL 離心管中,加入20 mL乙酸乙酯、100 μL 3 mol/L鹽酸溶液和1.0 mL 1 g/100 mL 的2,6-二叔丁基對甲酚溶液,置于超聲波水浴中振蕩5 min,加入1.0 g無水硫酸鈉,均質(zhì)器上勻質(zhì)提取30 s,重復(fù)提取兩次,合并提取液,在16 000 r/min冷凍離心5 min,清液轉(zhuǎn)移至100 mL梨形瓶中,40 ℃減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干。上述殘渣立即用 10 mL乙腈溶解,渦旋混勻,超聲 5 min,重復(fù)萃取兩次,合并乙腈相,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.3%的亞鐵氰化鉀和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.9%的乙酸鋅各100 μL以除去蛋白質(zhì),在16 000 r/min冷凍離心 5 min;加入正己烷10 mL,渦旋混勻,棄上層正己烷,重復(fù)操作1次。旋干后加入10.0 mL水超聲重溶,過0.22 μm有機(jī)相濾膜,待萃取,并進(jìn)行加標(biāo)驗證,加標(biāo)濃度為0.5 ng/g和10 ng/g。
1.6 色譜條件
色譜柱:Dikma Diamonsil C18(2)(5 μm,250 mm× 4.6 mm);流動相為乙腈-2.5 mmol/L乙酸銨溶液;洗脫程序:30%乙腈在15 min內(nèi)升至60%,保持5 min;進(jìn)樣量為100.00 μL;流速為1.000 mL/min;紫外檢測波長為295 nm。
2.1 固相微萃取柱結(jié)構(gòu)性能研究
采用熱重分析方法研究了VPBA-EGDMA微萃取柱材料的熱穩(wěn)定性,升溫速度為10 ℃/min,在氮氣氛圍下測定。結(jié)果如圖1A所示,VPBA-EGDMA固相微萃取柱在溫度低于200 ℃時具有較好的熱穩(wěn)定性,在450 ℃左右柱材料基本分解完畢,因此制備VPBA-EGDMA固相微萃取柱的老化溫度選擇為125 ℃。
采用傅立葉變換紅外吸收光譜研究了VPBA-EGDMA固相微萃取柱材料的特征功能基團(tuán)。如圖1B所示,3 434 cm-1處的紅外吸收峰為—OH的伸縮振動峰,這是VPBA-EGDMA中的—OH特征峰;2 951 cm-1為—C—H的伸縮振動峰;1 729 cm-1為羰基的伸縮振動峰,對應(yīng)EGDMA中酯的羰基峰;1 455 cm-1吸收峰對應(yīng)EGDMA甲基上—CH2—鍵的彎曲振動;1 387 cm-1吸收峰對應(yīng)B—O的伸縮振動峰,得到的紅外譜圖的特征峰與合成過程中加入的試劑相吻合。
通過掃描電子顯微鏡研究了VPBA-EGDMA固相微萃取柱的截面形貌,由圖2可以看出,VPBA-EGDMA固相微萃取柱的結(jié)構(gòu)疏松多孔,且具有均勻的骨架和孔分布,說明其通透性良好。
2.2 固相微萃取條件的優(yōu)化
2.2.1 萃取溶劑 用100 μg/L的奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑和芬苯達(dá)唑標(biāo)準(zhǔn)溶液考察了VPBA-EGDMA固相微萃取柱在不同pH值水溶劑中的萃取量,萃取體積為5.00 mL,萃取流速為100 μL/min,解吸體積為400 μL,解吸流速為100 μL/min,凈化體積為200 μL,凈化流速為100 μL/min。結(jié)果如圖3A所示,當(dāng)pH值為7.0時,萃取效果最好,因此選擇pH值為7.0的水溶液為萃取溶劑。
圖3 萃取溶劑(A)與解吸溶劑(B)的優(yōu)化
2.2.2 萃取流速 考察了萃取流速分別為100,150,200 μL/min時對萃取量的影響,結(jié)果顯示萃取流速對萃取量的影響不大,這是因為VPBA-EGDMA固相微萃取柱的通透性良好,萃取樣品溶液以滲透形式接觸材料的吸附位點。考慮到壓力承受范圍和材料的穩(wěn)定性,并縮短分析時間,實驗選擇200 μL/min作為最優(yōu)萃取流速。
2.2.3 凈化體積 采用水凈化殘留在VPBA-EGDMA固相微萃取柱內(nèi)未被吸附的萃取溶液時,水的凈化體積會影響萃取效果。為最大程度減少萃取量的損失和分析時間,考察了凈化體積分別為200,300,400 μL時對萃取量的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)凈化體積為200 μL的效果較好,因此選擇200 μL為最佳凈化體積。
2.2.4 解吸溶劑 分別選擇乙腈、乙酸-乙腈(5∶95)、甲醇、乙酸-甲醇(5∶95)作為解吸溶劑進(jìn)行優(yōu)化,解吸溶液體積為400 μL。結(jié)果如圖3B所示,在相同條件下,甲醇解吸體系對BMZs的解吸效果明顯高于乙腈解吸體系,且乙酸-甲醇(5∶95)的效果最好,故選擇乙酸-甲醇(5∶95)為解吸溶劑。
2.2.5 解吸流速 解吸流速越小,解吸溶劑與分析對象的接觸時間越長,更易獲得較佳的解吸效果,但還需考慮分析時間??疾炝私馕魉贋?00,150,200 μL/min時的萃取量。結(jié)果顯示,100 μL/min時的解吸效果較好,因此選擇最優(yōu)解吸流速為100 μL/min。
2.2.6 解吸體積 考察了不同解吸體積(200,300,400,500 μL)對目標(biāo)物洗脫能力的影響,結(jié)果表明,當(dāng)解吸體積為400 μL時效果最好,能很好地對目標(biāo)物進(jìn)行洗脫,且可以節(jié)約分析時間、減少試劑使用量和獲得更高的解吸液濃度,因此實驗選擇解吸體積為400 μL。
2.3 萃取容量的研究
以解吸溶劑中苯并咪唑的量與進(jìn)樣量為100 μL的100 μg/L苯并咪唑的量之比為富集倍數(shù),考察了VPBA-EGDMA固相微萃取柱對6種苯并咪唑的富集能力,萃取濃度為400 μg/L。結(jié)果顯示,奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑和芬苯達(dá)唑的萃取體積分別為48,54,72,84,90 mL時達(dá)到最大萃取容量,其值分別為16 173,20 145,25 780,27 922,29 984,30 353 ng。VPBA-EGDMA固相微萃取柱對6種苯并咪唑表現(xiàn)出極強(qiáng)的吸附能力,富集倍數(shù)高達(dá)1 607~3 015倍。
2.4 不同批次及同批次VPBA-EGDMA固相微萃取柱的萃取重現(xiàn)性
在優(yōu)化富集條件下,用濃度為10 μg/L的奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑、芬苯達(dá)唑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液考察了不同批次和同批次制備的VPBA-EGDMA固相微萃取柱間的萃取重現(xiàn)性。6種苯并咪唑不同批次柱間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)為3.4%~7.6%,同批次柱間的RSD (n=5)為1.6%~5.9%,表明SPME整體柱的制備重現(xiàn)性較好。
2.5 分析方法的建立與應(yīng)用
2.5.1 分析方法的建立 采用VPBA-EGDMA固相微萃取柱SPME/HPLC-UV聯(lián)用方法測定了不同濃度的奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑、芬苯達(dá)唑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,根據(jù)峰面積(Y)與濃度(X)的關(guān)系擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線方程,6種苯并咪唑的線性方程、相關(guān)系數(shù)及線性范圍見表1。結(jié)果表明,分析方法具有良好的線性關(guān)系,6種苯并咪唑的線性范圍為0.100~100 μg/L,相關(guān)系數(shù)(r2)均不小于0.999 1,方法的檢出限(信噪比S/N=3)為21~33 ng/L。采用5.0 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液考察方法的精密度,測得RSD(n=5)均不大于7.4%,表明方法具有良好的靈敏度和精密度。
表1 6種苯并咪唑的線性關(guān)系、檢出限及精密度
2.5.2 實際樣品的分析 采用VPBA-EGDMA固相微萃取柱SPME/HPLC-UV聯(lián)用方法測定了魚肉、鴨肉、鴨血和鴨肝中6種苯并咪唑。結(jié)果顯示,各實際樣品圖中的基線穩(wěn)定,6種目標(biāo)物均能檢出,圖4為部分實際樣品的色譜圖,檢測結(jié)果見表2。檢測結(jié)果顯示,奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑和芬苯達(dá)唑在魚肉、鴨肉、鴨血、鴨肝中的含量分別為4.27~21.5,6.49~9.57,1.46~2.57,0.261~0.725 ng/g,而阿苯達(dá)唑和氟苯咪唑在樣品中的含量均較低,其中阿苯達(dá)唑在魚肉和鴨肉中不能定量分析,氟苯咪唑在鴨血中不能定量分析。對上述樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實驗,加標(biāo)水平分別為0.50 ng/g和10 ng/g時,各待測物的回收率為75.0%~118%,RSD為1.6%~8.7%(見表2)。
表2 食品中苯并咪唑的檢測及加標(biāo)實驗結(jié)果(n=5)
NQ:not quantify
本文采用原位聚合法制備了高通透性的VPBA-EGDMA固相微萃取柱,并研究了該介質(zhì)的結(jié)構(gòu)性能和萃取性能。結(jié)果表明,VPBA-EGDMA固相微萃取柱具有極強(qiáng)的富集能力,對奧芬達(dá)唑、坎苯達(dá)唑、甲苯咪唑、氟苯咪唑、阿苯達(dá)唑和芬苯達(dá)唑的富集倍數(shù)達(dá)到1 607~3 015倍。采用該介質(zhì)建立了SPME/HPLC-UV聯(lián)用測定6種BMZs類藥物的分析方法,該法線性良好,對6種BMZs的檢出限為21~33 ng/L。將所建的方法用于魚肉、鴨肉、鴨血和鴨肝中6種BMZs的富集分析檢測,樣品中均檢出BMZs,加標(biāo)回收率為75.0%~118%,RSD為1.6%~8.7%,本法能較好滿足復(fù)雜樣品中痕量BMZs的分析要求。
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Determination of Trace Benzimidazoles in Foods by Solid-phase Microextraction Coupled with High Performance Liquid Chromatography
ZHANG Qian-chun*,YANG Yan-qun,SU Yao,LI Hui-min,LI Ming-gang,WU Shi-qi
(School of Biology and Chemistry,Xingyi Normal University for Nationalities,Xingyi 562400,China)
A novel method based on the monolith solid-phase microextraction(SPME) coupled with high performance liquid chromatography was developed for the determination of trace benzimidazoles in foods.The preparation of poly(vinylphenylboronic acid-co-ethylene glycol dimethacrylate) microextraction monolith based on ternary porogen was synthesized by in situ technique.The characteristics of the monolith were investigated by thermogravimetric,infrared spectroscopy and scanning electron microscopy analysis.Effects of extraction solvents,extraction velocity,purification volume,desorption solvents,desorption velocity and desorption volume on extraction amount were investigated.Under the optimal conditions,the enrichment factors of SPME monolith for benzimidazoles were in the range of 1 607-3 015.The calibration curves of benzimidazoles showed good linear relationships in the range of 0.100-100 μg/L,with detection limits of 21-33 ng/L and relative standard deviations(RSD) no more than 7.4%.The proposed method was successfully applied in the determination of benzimidazoles in fish,duck,duck blood and duck liver samples,with recoveries of 75.0%-118% and RSDs of 1.6%-8.7%.The proposed method based on SPME monolith was sensitive and accurate in the trace determination of benzimidazoles in complex samples.
monolith;solid-phase microextraction;high performance liquid chromatography(HPLC);benzimidazoles;food
2017-01-04;
2017-02-21
國家自然科學(xué)基金項目(21505115);貴州省科學(xué)技術(shù)基金項目(黔科合LH字【2014】7406號,黔科合LH字【2016】7034號);黔西南州科技局項目(2016-1-29)
10.3969/j.issn.1004-4957.2017.06.003
O656.63;TQ460.72
A
1004-4957(2017)06-0718-07
*通訊作者:張仟春,博士,副教授,研究方向:功能材料在色譜與光譜中的應(yīng)用,Tel:0859-3296359,E-mail:qianchunzhang@qq.com