烯丙基氧七元瓜环固相微萃取纤维联用气相色谱同时检测蔬菜中的有机氯与有机磷农药残留

张凌雪，罗玉洁，马培舰，姚键梅，卫 刚，董 南,4*

(1.贵州大学 化学与化工学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省草地技术试验推广站，贵州 贵阳 550025；3.Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization,Manufacturing,New South Wales 2070,Sydney;4.贵州大学 贵州省大环化学及超分子化学重点实验室，贵州 贵阳 550025)

有机氯、有机磷类农药广泛应用于农作物中以预防和控制病虫害，但其在人或动物体内聚积可导致癌症、生殖缺陷等[1]副作用。因此，食品中最大农药残留水平(MRL)的设立可确保合适的农业生产，同时对发展新的、灵敏度高、重现性好以及快速检测食品中多类农药残留的方法提出了更高要求[2]。由于复杂基质中农残的含量低，需对样品进行必要的前处理以达到净化、富集的目的。现有的农残样品前处理方法有QuEChERS[3]、液-液萃取(LIE)[4]、固相萃取(SPE)[5]、磁力固相萃取(MSPE)[6]、基质固相分散萃取(MSPD)[7]以及固相微萃取(SPME)[8]等。其中SPME简单、有效、省时,有机溶剂用量少，且易于与色谱仪器(如气相色谱或液相色谱)联用[9]，是一种绿色化学的样品前处理技术。涂层是SPME的核心，也是发展高效、灵敏、新型SPME技术的关键所在，已用于有机氯或有机磷农残样品前处理的SPME涂层有聚二甲基硅氧烷(PDMS)[10]、聚酰胺(PA)[11]、自制介孔TiO2纳米颗粒[12]、多孔芳烃框架/离子液体[1]、分子印迹[13]、苯二甲醇交联聚合物[14]等。无论是商品SPME纤维还是文献报道的自制纤维[12-14]多仅限于对某一类农残的萃取，几乎不涉及不同种类农残的同时萃取，因此其应用范围较窄。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 6820气相色谱仪(美国安捷伦公司)，配氢火焰离子化检查器(FID)；VERTEX70傅立叶红外光谱仪(德国布鲁克公司)；Hitachi X-650扫描电镜(日本日立公司)；KQ2200型超声波清洗器(昆山超声波仪器有限公司)；ZNCL-S-5D 多点智能磁力搅拌器(河南予华仪器有限公司)；TGL-16C高速离心机(上海安亭仪器厂)；石英纤维(直径20 μm，北京化工厂)；三氟乙酸(TFA)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、四乙氧基硅烷(TEOS)、端羟基聚二甲基硅氧烷(OH-PDMS)、含氢硅油(PMHS)、二氯甲烷(AR)、α-六六六(α-HCH，100 μg/mL，99%)、γ-六六六(γ-HCH，100 μg/mL，99%)、β-六六六(β-HCH，100 μg/mL，99%)、水胺硫磷(ICB，100 μg/mL，98%)、乙酰甲胺磷(ACP，100 μg/mL，99%)、甲基毒死蜱(CHM，100 μg/mL，98%)、甲基对硫磷(MPT，1 000 μg/mL，99%)、倍硫磷(FTH，纯度>98%)、马拉硫磷(MAT,1 000 μg/mL，98%)、丙溴磷(PRF，纯度>98%)均购于阿拉丁试剂公司(上海)。实验所用去离子水由Millipore公司超纯水器制得。

1.2 烯丙基氧七元瓜环的制备

参照文献方法制备单羟基七元瓜环(Q7-OH)[20]，再制备烯丙基氧七元瓜环：精密称取30 mg Q7-OH和10 mg双乙基咪唑盐于50 mL圆底烧瓶中，加入2 mL无水二甲基亚砜(DMSO)使其溶解，在氮气保护下加入16 mg NaH室温搅拌反应15 min，然后于0 ℃下向反应液中加入1 mL溴丙烯，在氮气保护下室温反应12 h。待反应完成后，将反应液倒入50 mL乙醚溶液中，有少量沉淀析出，过滤，将得到的固体分别用50 mL甲醇洗涤3次，真空干燥，得黄色固体，即为烯丙基氧七元瓜环，收率62%。

1.3 色谱条件

OV-1701毛细管柱(30 m×0.25 mm × 0.25 μm)；程序升温：初温100 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至180 ℃，保持2 min，再以2 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。进样口温度：250 ℃，检测器温度：280 ℃，载气N2(99.999%)，不分流进样，流速：2.0 mL/min，检测器：FID。

1.4 标准溶液的配制

准确称取(或移取)适量10种农残标样于25 mL棕色容量瓶中，用甲醇溶解并定容至刻度，充分摇匀，制得质量浓度分别为1×10-5g/mL的混合标准储备液，于4 ℃下冰箱保存。

1.5 固相微萃取纤维的制备

1.5.1 石英纤维的处理取一根长约为15 cm，直径为20 μm的石英纤维，将大约2 cm浸泡在丙酮中2 h，除去石英纤维表面多余的杂质，室温干燥后置于1 mol/L NaOH溶液中浸泡1 h，对石英纤维表面进行羟基化处理，用去离子水清洗后放入0.1 mol/L HCl溶液中0.5 h，以中和石英纤维表面残留的NaOH，再用去离子水洗净后于100 ℃烘箱中烘干，备用。

1.5.3 固相微萃取纤维的制备取下5 μL微量进样针针尖的套筒、推杆，将涂覆好的石英纤维先通过密封垫，再将其连同密封垫穿进套筒里，固定到微量进样器上，然后用环氧树脂将取下的推杆和石英纤维粘到一起。将注射针插入气相色谱进样口，推出石英纤维，在较小氮气流下程序升温进行老化，保持60 ℃老化1 h，接着升温至180 ℃老化1 h，250 ℃老化1 h，最后于300 ℃老化0.5 h。

1.6 样品前处理

按文献方法[21]处理：蔬菜样品用榨汁机粉粹后取2 g于50 mL带盖离心管中，加入20 mL丙酮，于混匀器上混匀10 min，然后超声提取10 min，以6 000 r/min离心5 min，收集上清液于100 mL圆底烧瓶中，再用20 mL丙酮对蔬菜样品重复提取一次，合并两次提取液，于45 ℃旋转蒸发浓缩至近干，加1 mL甲醇复溶后转移至10 mL容量瓶中，以pH 5.0(用0.1 mol/L盐酸调节)的水溶液(含0.2 g/mL氯化钠)定容至刻度，过0.45 μm滤膜，待测。

加标样品是在空白蔬菜样品中添加不同浓度的混合标准样品后再按上述方法处理。

1.7 SPME纤维萃取

精密量取8.0 mL待测液于25 mL带密封垫的样品瓶中，插入有涂层的纤维，于40 ℃下搅拌萃取50 min，取出纤维，用无尘纸吸干后置于气相色谱进样口，于250 ℃热解吸4 min。纤维每次使用完后要在气相色谱进样口，以250 ℃热解吸5 min以除去吸附的杂质，便于下一次萃取。

2 结果与讨论

2.1 涂层的结构及表征

图1 溶胶-凝胶涂层的可能结构Fig.1 A possible structure of the sol-gel coatingm,n,p,g and r represent number of groups respectively

图 涂层的萃取纤维在不同放大倍数下的电镜扫描图Fig.2 Scanning electron micrographs of CH2 coated fiber under different magnificationsA:180×;B:180×;C:900×;D:3 180×

图3 PDMS(a)与的红外光谱图Fig.3 FT-IR spectra of PDMS(a) and PDMS/

2.2 纤维萃取条件的优化

较高的萃取温度能加速分析物的传质速率，但同时也会降低分析物在涂层中的分配系数。实验考察了不同萃取温度(30、40、50、60、70 ℃)下浸入萃取方式的提取效率，结果发现各待测物的峰面积随着温度升高呈先增大后降低的趋势，40 ℃时达最大值，因此选择40 ℃为最佳萃取温度。萃取时间会影响待测物在涂层和基质中的分配平衡情况。研究表明，萃取50 min后各待测物在涂层和样品基质中的分配达到平衡，因此选择萃取时间为50 min。解吸时间会影响分析物在涂层中的残留量，通常解吸时间越长，分析物残留量越少，但解吸时间过长会损害涂层，通过实验考察获得本方法最佳解吸时间为4 min。

溶液的pH值影响待测组分的存在形式进而影响萃取效率，因此实验考察了溶液的pH值在2.0～8.0范围内变化时对萃取效率的影响。结果发现，10种待测物峰面积在pH 5.0时达最大值，因此选择萃取溶液的pH值为5.0。另外，研究发现，溶液中的盐离子浓度会影响分析物在水中的溶解度，加入适量的无机盐可加快待测物在涂层中的传质速率，但过高的盐离子浓度又会增加溶液的黏度，从而减慢待测物在涂层中的传质速率。实验考察了盐离子(NaCl)质量浓度为0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 g/mL时10种农残的萃取效率，结果发现各待测物的萃取量随盐离子浓度的增加而增加，且在0.20 g/mL时达到最大，因此选择盐离子质量浓度为0.20 g/mL。

2.3 方法学验证

取空白蔬菜(萝卜)为基质，添加不同体积的10种农药混合标准溶液，配成系列浓度的基质匹配混合标准溶液，在优化条件下处理并测定。以各化合物峰高(Y)对其含量(X，mg/kg)进行线性回归，以3倍信噪比(S/N=3)计算方法的检出限(LOD)，以S/N=10计算定量下限(LOQ)，并考察了50 mg/kg的萝卜加标样品的日间和日内精密度(RSD)。结果显示，10种农药在0.04～500 mg/kg范围内线性良好，相关系数(r)不小于0.984 3，LOD为0.01～0.08 mg/kg，LOQ为0.03～0.26 mg/kg，均低于或接近食品国家安全标准规定的食品中农药残留最大限量(MRL)，且方法的日间和日内RSD均低于10%(表1)，具有良好的重现性，完全满足实际检测需求。

另外，本研究自制的固相微萃取纤维对10种农药的富集倍数为14～67倍(表1)，表明该纤维涂层对有机氯和有机磷两类农残均具有较好的萃取效果，这可能源于涂层中的七元瓜环对待测物良好的分子识别作用，这种分子识别作用包括化合物与七元瓜环的空腔疏水作用、与七元瓜环羰基端口的氢键作用、偶极-偶极作用以及C—H…π等多种模式[24]，且采用溶胶-凝胶法制备得到的涂层具有较大的萃取面积，可为待测物提供更多的吸附位点[25]。基于此，自制纤维可对上述两类多组分农残同时进行萃取，建立一种简单、方便、快速的多组分分析测定方法。

表1 萝卜中10个农药残留的保留时间、线性范围、相关系数(r)、LODs、LOQs、日间数密度、日内精密度、富集倍数以及MRLTable 1 Retention time,linear ranges,correlation coefficients(r),LODs,LOQs,intra-RSDs,inter-RSDs,enrichment factors and MRLs of 10 pesticide in turnip samples

*GB2763-2016 national food safety standard-maximum residue limits for pesticides in food;a:the sum ofα-HCH,β-HCH andγ-HCH

图4 10种农药标准溶液(a)、萝卜样品(b)及加标萝卜样品(c,50 mg/kg)的色谱图Fig.4 Chromatograms of standard solution of 10 kinds of pesticides(a),real turnip sample(b) and spiked turnip sample(50 mg/kg,c)1.acephate;2.α-benzene hexachloride;3.γ-benzene hexachloride;4.chlorphyrifos-methyl;5.β-benzene hexachloride;6.parathion-methyl;7.malathion;8.fenthion;9.isocarbophos;10.profenfos

2.4 实际样品测定与加标回收率

取当地花溪农贸市场市售黄瓜、萝卜、大白菜、生菜、西红柿5种蔬菜各1个，在优化条件下处理并测定。结果显示，黄瓜中检出α-HCH、MAT和FTH，含量分别为0.4、1.4、0.3 mg/kg；萝卜中检出MAT，含量为0.6 mg/kg；大白菜中检出ACP，含量为7.4 mg/kg；生菜中检出α-HCH、ACP、MAT，含量分别为0.7、0.5、0.6 mg/kg；西红柿中检出α-HCH、CHM、MPT，含量分别为2.2、6.1、0.1 mg/kg。由此可见，每类蔬菜均有不同程度地农药残留检出，其中西红柿、黄瓜和生菜中α-HCH含量显著高于MRL值，大白菜中乙酰甲胺磷含量也远高于MRL值，表明蔬菜种植过程中存在农药过量使用以及食品安全隐患的问题。10种农药的标准溶液、萝卜加标样品及萝卜实际样品的色谱图见图4。为进一步检验方法的准确度，在上述5种蔬菜阳性样品中分别添加不同浓度的10种农药标准溶液，在优化条件下测定，计算10种农残的回收率与相对标准偏差(RSD)。结果显示，10种农药在低、中、高3个加标浓度下的回收率为61.3%～120%，RSD均不大于11%，表明方法具有较好的准确度和精密度，可用于不同蔬菜样品中有机氯、有机磷农残的同时测定。

表2 10种农药残留在5种蔬菜中的回收率及相对标准偏差(RSD,n=3)Table 2 Recovries and RSDs(n=3) of 10 pesticide in 5 vegetables

3 结 论