基于磁性共軛微孔聚合物的超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定果蔬中7種有機磷殺蟲劑

蔡偉秋, 雷皓宇, 胡玉玲, 李攻科

(中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院, 廣東 廣州 510275)

有機磷殺蟲劑作為廣譜農(nóng)藥被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植[1,2],但因不完全降解而殘留于水果、蔬菜和環(huán)境水體中,會對環(huán)境和人體健康造成潛在危害[3]。我國國家標(biāo)準(zhǔn)[4]中規(guī)定了有機磷類殺蟲劑在水果和蔬菜中的最大殘留限量,如甲基谷硫磷(APM)0.05～2 mg/kg、亞胺硫磷(PSM)0.05～10 mg/kg、三唑磷(TZP)0.1～0.2 mg/kg、辛硫磷(POX)0.05～0.1 mg/kg、倍硫磷(FT)0.05～2 mg/kg、苯線磷(FMP)0.02 mg/kg和伏殺硫磷(PSL)1～2 mg/kg。有機磷殺蟲劑的檢測方法包括氣相色譜-質(zhì)譜法[5,6]、氣相色譜法[7,8]、液相色譜法[1]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[9],其中液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法兼具有液相色譜的分離能力與質(zhì)譜的離子鑒定能力,是農(nóng)產(chǎn)品中有機磷殺蟲劑的有效檢測手段。

果蔬中有機磷殺蟲劑殘留量低,采用固相萃取技術(shù)分離富集可提高檢測方法的靈敏度。分子印跡固相萃取[10-12]、固相微萃取[13,14]、磁固相萃取[7,15]、攪拌棒吸附固相萃取[16,17]等技術(shù)在農(nóng)藥殘留的分析中應(yīng)用廣泛。磁固相萃取技術(shù)以磁性或磁化材料作吸附劑,通過外加磁場實現(xiàn)分離,可解決富集材料難以從樣品溶液中完全分離的問題,并實現(xiàn)循環(huán)使用。磁性共軛微孔聚合物(conjugated microporous polymers, CMPs)是一種由碳-碳鍵和苯環(huán)組成的具有寬共軛體系的磁性聚合物,具有穩(wěn)定性強、多孔共軛結(jié)構(gòu)和強磁性等特點[18,19]。共價成鍵方式使磁性CMPs能在酸、堿、有機溶劑、潮濕及高溫等環(huán)境下穩(wěn)定存在。在外加磁場下,磁性CMPs可從樣品中便捷分離并循環(huán)利用。

本課題組報道了一種由亞苯基亞乙炔基構(gòu)成、內(nèi)嵌Fe3O4的三維共軛網(wǎng)狀磁性CMPs材料[20]。修飾亞苯基亞乙炔基的Fe3O4與1,3,5-三溴苯、1,3,5-三乙炔苯反應(yīng)[21],單體上3個活性位點使亞苯基及亞乙炔基密集分布于三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),能有效增強材料對共軛結(jié)構(gòu)農(nóng)藥的吸附作用,實現(xiàn)便捷磁分離。磁性聚亞苯基亞乙炔基CMPs具有強共軛體系、超順磁性、能富集共軛結(jié)構(gòu)農(nóng)藥并實現(xiàn)磁分離的特點。本文以三唑磷、亞胺硫磷、辛硫磷、甲基谷硫磷、倍硫磷、苯線磷、伏殺硫磷7種有機磷殺蟲劑為研究對象,基于磁性聚亞苯基亞乙炔基CMPs富集果蔬中有機磷殺蟲劑殘留,與超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)聯(lián)用,建立了果蔬中有機磷殺蟲劑殘留的準(zhǔn)確、靈敏的分析新方法。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

LC-MS 8030超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀(日本Shimadzu公司); DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(河南鞏義予華儀器公司); 2XZ(S)-2型旋片式真空泵(上海德英照明公司); GZX-9146MBE型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(上海博迅實業(yè)公司); BG-06C型超聲波清洗機(廣州邦杰設(shè)備公司); DKZ-1型恒溫振蕩搖床(江蘇余姚儀器公司)。

六水合氯化鐵、四水合氯化亞鐵(沈陽化學(xué)試劑廠);雙(三苯基膦)氯化鈀(Ⅱ)、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO,純度為97%)、三唑磷、亞胺硫磷、辛硫磷標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99%,北京百靈威科技公司); 3-氨基苯乙炔(APE)、1,3,5-三溴苯、1,3,5-三乙炔苯、碘化亞銅、三溴苯、三乙炔基苯、甲基谷硫磷、倍硫磷、苯線磷、伏殺硫磷標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99%,上海阿拉丁公司);硅酸四乙酯、乙酸乙酯、三乙胺、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氫呋喃(THF)、二甲亞砜(DMSO)、二氯甲烷、乙腈、乙醚、甲醇、乙醇、甲苯(色譜純,廣州化學(xué)試劑廠);實驗用水為超純水;蔬菜水果購自廣州市菜市場、超市、水果店。

稱取適量有機磷殺蟲劑標(biāo)準(zhǔn)品,用乙腈溶解,配成100 mg/L的單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,于4 ℃保存。分別準(zhǔn)確移取適量上述單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,以超純水定容,通過逐級稀釋法配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(苯線磷、三唑磷0.1 μg/L,甲基谷硫磷、亞胺硫磷、倍硫磷0.5 μg/L,伏殺硫磷、辛硫磷1.5 μg/L),于4 ℃保存,臨用時稀釋成所需濃度。

1.2 磁性CMPs材料的合成

磁性CMPs材料的合成方法參考本課題組前期工作[20]。亞苯基亞乙炔基修飾處理的Fe3O4用乙醇洗滌5次,于150 ℃真空干燥。通過3次冷凍-抽吸-解凍循環(huán)將含有60 mg 1,3,5-三溴苯、58 mg 1,3,5-三乙炔苯和50 mg亞苯基亞乙炔基修飾處理的Fe3O4的24 mL DMF反應(yīng)體系進行脫氣。向混合液中加入20 mg雙(三苯基膦)氯化鈀(Ⅱ)、10 mg碘化亞銅、0.2 g三乙胺、2 mL甲苯-水(1∶1, v/v),于60 ℃下密封攪拌24 h。磁分離獲取產(chǎn)物,依次用水、甲醇、丙酮、THF和二氯甲烷對材料進行簡單洗滌,隨后再用水、甲醇和THF分別攪拌材料36 h對其進行完全的清洗,干燥得到磁性CMPs材料。

表 1 7種有機磷殺蟲劑的保留時間和質(zhì)譜參數(shù)

* Quantitative ion.

1.3 樣品前處理

準(zhǔn)確稱量50.0 g果蔬樣品,切成碎塊并加入30 mL乙腈,在勻漿機上高速勻漿2 min,超聲提取20 min,將樣品過濾后,用氮氣吹干乙腈溶劑,隨后用水將提取物復(fù)溶至100 mL,加入20 mg磁性CMPs材料,振蕩萃取吸附10 min,磁分離后加入1.0 mL乙酸乙酯,超聲8.4 min,洗脫液經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾后進行UPLC-MS/MS檢測。

1.4 分析條件

色譜柱:Shim-pack xr-ODS柱(75 mm×2.0 mm, 2.2 μm);柱溫:30 ℃;流動相:A為乙腈,B為10 mmol/L乙酸銨水溶液(含0.1%(v/v)乙酸);流速:0.5 mL/min。梯度洗脫程序:0～2.0 min, 30%A; 2.0～3.0 min, 30%A～80%A; 3.0～6.0 min, 80%A～90%A。進樣量:2 μL。

離子源:電噴霧電離(ESI)源,正離子模式;霧化氣流速:3 L/min;干燥氣體流速:10 L/min;加熱氣體流速:10 L/min;接口溫度:300 ℃;碰撞氣:高純氮氣;檢測模式為多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式,分別檢測5次,取平均值。7種有機磷殺蟲劑的保留時間和其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性CMPs材料的研制

磁性CMPs材料由修飾亞苯基亞乙炔基的Fe3O4與1,3,5-三溴苯、1,3,5-三乙炔苯反應(yīng)合成。Fe3O4納米顆粒經(jīng)正硅酸乙酯水解形成富有-OH的表面層,在硅烷偶聯(lián)劑作用下形成環(huán)氧丙基官能團,該基團與APE表面氨基反應(yīng)而使Fe3O4納米顆粒接上亞苯基亞乙炔基。改性Fe3O4納米粒子通過Sonogashira反應(yīng)與三溴苯和三乙炔苯交叉偶聯(lián),獲得由亞苯基和亞乙炔基組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的磁性聚亞苯基亞乙炔基CMPs材料。該材料具有更高密度的共軛基團,可增強體系共軛強度,通過π-π堆積和疏水作用有效吸附具有芳香族共軛結(jié)構(gòu)的有機磷殺蟲劑,并在外加磁場下實現(xiàn)便捷分離。

2.2 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜條件的選擇

2.2.1流動相的選擇

流動相是影響信號響應(yīng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。7種有機磷殺蟲劑在弱酸性環(huán)境中能穩(wěn)定存在,因此將水相組成確定為10 mmol/L乙酸銨水溶液(含0.1%(v/v)乙酸)。分別選用乙腈和甲醇作為有機相,與上述水相組成流動相進行考察。結(jié)果表明,乙腈作為有機相時7種有機磷殺蟲劑的信號穩(wěn)定。

2.2.2質(zhì)譜條件優(yōu)化

本研究采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定目標(biāo)化合物。通過流動注射法獲取7種有機磷殺蟲劑的母離子,在ESI+模式下分別進行母離子掃描,確定其準(zhǔn)分子離子并優(yōu)化碰撞電壓和碰撞能量,確定子離子,優(yōu)化后的質(zhì)譜參數(shù)見表1。

2.3 磁固相萃取條件優(yōu)化

2.3.1萃取溶劑的選擇

考察了不同萃取溶劑(水、甲醇、DMSO和DMF)對有機磷殺蟲劑峰面積的影響。結(jié)果如圖1a所示,7種有機磷殺蟲劑在采用水作為萃取溶劑時響應(yīng)的峰面積最大。由于水的極性最強,作為萃取溶劑時有機磷殺蟲劑更易被材料吸附;甲醇與水結(jié)構(gòu)近似,極性比水弱;DMSO和DMF的不飽和雙鍵使有機磷殺蟲劑與萃取劑間的分子間作用力更強,不利于磁性CMPs材料對殺蟲劑的吸附。因此選擇水作為最優(yōu)萃取溶劑,萃取效率高,且具有環(huán)保無毒等優(yōu)點。

2.3.2萃取時間的選擇

實驗考察萃取時間分別為10、15、20和25 min時,7種有機磷殺蟲劑的萃取效果。結(jié)果如圖1b所示,在10～20 min時,殺蟲劑響應(yīng)的峰面積隨萃取時間的增加而增強;在20 min后峰面積趨于穩(wěn)定。因此實驗選擇20 min為萃取時間。

2.3.3洗脫劑的選擇

實驗考察洗脫劑(乙酸乙酯、丙酮和乙醚)對7種有機磷殺蟲劑萃取效果的影響。結(jié)果如圖1c所示,當(dāng)選用乙酸乙酯作為洗脫劑時,殺蟲劑響應(yīng)的峰面積最大。乙酸乙酯和丙酮含有的不飽和雙鍵能削弱吸附劑與殺蟲劑的π-π作用,洗脫效率更高,但丙酮極性高于乙酸乙酯,對有機磷殺蟲劑的洗脫效果稍弱。因此選擇乙酸乙酯為最優(yōu)洗脫劑。

圖 1 (a)萃取溶劑、(b)萃取時間、(c)洗脫劑和(d)洗脫劑體積對7種有機磷殺蟲劑峰面積的影響(n=5)Fig. 1 Effects of (a) extraction solvents, (b) extraction time, (c) elution solutions and (d) elution solution volumes on the peak areas of the seven organophosphorus insecticides (n=5)DMSO: dimethyl sulfoxide; DMF: N,N-dimethylformamide.

2.3.4洗脫劑體積的選擇

實驗考察不同洗脫劑體積(0.8、1.0、2.0和3.0 mL)對7種有機磷殺蟲劑萃取效果的影響。結(jié)果如圖1d所示,在1.0～3.0 mL范圍內(nèi),目標(biāo)物響應(yīng)的峰面積隨洗脫劑體積的增大而減小。當(dāng)洗脫劑體積為0.8 mL時,材料無法充分洗脫目標(biāo)物,信號響應(yīng)強度弱。因此選擇1.0 mL為最優(yōu)洗脫劑體積。

2.4 方法學(xué)考察

配制7種有機磷殺蟲劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,采用優(yōu)化后的萃取條件,經(jīng)UPLC-MS/MS測定后,以目標(biāo)物定量離子的峰面積(y)為縱坐標(biāo),對應(yīng)的質(zhì)量濃度(x, ng/L)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明,7種有機磷殺蟲劑在線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)(r2)均大于0.999。

在空白樣品中添加較低濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進行富集萃取,以3倍和10倍信噪比分別計算方法的檢出限和定量限。結(jié)果如表2所示,7種有機磷殺蟲劑的檢出限和定量限分別為0.12～5.0 ng/kg和0.40～17 ng/kg。

與文獻報道的有機磷農(nóng)藥檢測方法進行對比(見表3),本方法具有更低的定量限,基于磁性聚亞苯基亞乙炔基CMPs材料進行分離富集,結(jié)合超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法可顯著提高分析靈敏度。

表 2 7種有機磷殺蟲劑的線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

y: peak area;x: mass concentration, ng/L.

表 3 與其他有機磷殺蟲劑檢測方法的比較

表 4 實際樣品中7種有機磷殺蟲劑的含量

圖 2 (a)實際樣品和(b)標(biāo)準(zhǔn)溶液中7種有機磷殺蟲劑的色譜圖Fig. 2 Chromatograms of the seven organophosphorous insecticides in (a) real samples and (b) a standard solution 1. APM; 2. PSM; 3. FMP; 4. TZP; 5. FT; 6. PSL; 7. POX. The matrices of peaks 1-7 in Fig. 2a were green pepper, grape, potato, citrus, chinese cabbage, spinach and leaf mustard, respectively. The mass concentrations of peaks 1-7 in Fig. 2b were 0.01, 0.02, 0.001, 0.001, 0.01, 0.02 and 0.01 μg/L, respectively.

2.5 實際樣品檢測

采用本文建立方法分別測定青椒、西紅柿、黃瓜、葡萄、土豆、草莓、柑橘、蘋果、櫻桃、大白菜、菠菜和芥菜12種果蔬樣品中有機磷殺蟲劑殘留。結(jié)果表明,7種有機磷殺蟲劑分別在不同的樣品中檢出,檢出含量為1.1～500.0 ng/kg(見表4)。7種有機磷殺蟲劑在不同樣品中的色譜圖與混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖(見圖2)。結(jié)果表明，方法高效、準(zhǔn)確、靈敏,適用于果蔬中有機磷殺蟲劑的定量分析。

對柑橘、蘋果、梨、娃娃菜和生菜5種空白果蔬樣品分別取低、中、高3個水平進行加標(biāo)回收試驗,每個加標(biāo)水平進行5次平行測定。結(jié)果如表5所示,7種有機磷殺蟲劑的加標(biāo)回收率為80.8%～125%, RSD(n=5)小于6%,表明方法的準(zhǔn)確度與精密度能滿足果蔬樣品中有機磷殺蟲劑的定量分析要求。

表 5 果蔬中7種有機磷殺蟲劑的回收率(n=5)

3 結(jié)論

本研究基于磁性聚亞苯基亞乙炔基CMPs固相萃取劑,結(jié)合超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜建立了果蔬中7種有機磷殺蟲劑的分析方法。磁性聚亞苯基亞乙炔基CMPs材料具有強共軛體系和順磁性,在富集殺蟲劑后能通過外加磁場便捷分離。磁固相萃取劑對7種有機磷殺蟲劑分離富集效果良好,并可有效降低雜質(zhì)對超高效液相色譜分離造成的影響。該方法簡便、準(zhǔn)確、靈敏,在痕量農(nóng)藥分析中具有良好的應(yīng)用前景。