顶空固相微萃取-气质联用法检测苹果中氨基甲酸酯类农药残留

孙福江，李润岩，原现瑞*，李 挥，吴春敏，陈 芳

(1.河北省林果桑花质量监督检验管理中心，河北 石家庄 050081；2.河北省食品安全实验室，河北 石家庄 050051；3.河北省分析测试研究中心，河北科技大学，河北 石家庄 050018；4.河北九派制药有限公司，河北 石家庄 050000)

顶空固相微萃取-气质联用法检测苹果中氨基甲酸酯类农药残留

孙福江1，李润岩2，原现瑞3,*，李 挥2，吴春敏2，陈 芳4

(1.河北省林果桑花质量监督检验管理中心，河北 石家庄 050081；2.河北省食品安全实验室，河北 石家庄 050051；3.河北省分析测试研究中心，河北科技大学，河北 石家庄 050018；4.河北九派制药有限公司，河北 石家庄 050000)

为建立顶空固相微萃取-气相色谱质谱法测定苹果中速灭威、异丙威、仲丁威、残杀威、呋喃丹、抗芽威和西维因7种氨基甲酸酯类农药残留的分析方法，对HS-SPME萃取条件和GC-MS条件进行优化。结果表明：在0.005～1mg/L的质量浓度范围内，各组分线性相关系数为0.996～0.999、RSD(n=5)为3.6%～8.2%，7种农药残留的方法检出限为0.00016～0.0019mg/kg、加标回收率为94.3%～99.8%。该方法快速、灵敏、准确、试剂用量少，且各项方法学指标符合检测要求，是一种快速检测水果中氨基甲酸酯类农药残留的方法。

顶空固相微萃取；气质联用；苹果；氨基甲酸酯；残留

传统的样品预处理技术如液液萃取、索式提取等都不同程度上存在费时、需要大量有机溶剂、操作繁琐、易污染环境等缺点。为了改善实验人员的工作环境和人身健康，许多学者在不断地寻求新的预处理技术。固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)技术就是在这样的要求下出现的[1]。它集采样、萃取、富集于一体，无需使用溶剂、操作简便、快速和易与G C、GC-MS和HPLC联用等特点。目前，该方法已经成功应用于土壤[2]、水[3-4]、果汁[5-6]、蔬菜[7]、血液[8]等样品中挥发物的测定。

氨基甲酸酯类杀虫剂是继有机氯、有机磷之后出现的一类重要杀虫剂，因具有作用迅速、选择性高、易分解、残留毒性小等优点而被广泛使用[9]。但随着此类杀虫剂使用范围的不断扩大，大气、水体、土壤等环境遭到不同程度的污染，目前，有些地区将此类农药作为杀虫剂应用于苹果种植和生长过程，结果造成苹果果实中可能会留有氨基甲酸酯类农药残留。因此，如何对苹果中氨基甲酸酯类农药残留快速进行检测，日益受到人们的关注[10-17]。

本实验拟通过对顶空-固相微萃取(HS-SPME)操作条件和气质条件进行优化，旨在建立一种快速检测苹果中氨基甲酸酯类农药残留的方法。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

苹果按照不同的出产地域共购得8类。

速灭威、异丙威、仲丁威、残杀威、呋喃丹、抗芽威、西维因农药标准物质(质量浓度均为100μg/mL)国家标准物质中心；氯化钠等化学试剂均为国产分析纯；实验用水均为二次重蒸水；农药标准工作液以丙酮适当稀释制得，于冰箱中4℃条件下储存。

6890N/5973i MS气相色谱-质谱联用仪[配7683B自动进样器和DB-5(30m×0.25mm，0.25μm)毛细管色谱柱]美国Agilent公司；固相微萃取装置[配聚二甲基硅氧烷(30μm，PDMS)、聚二甲基硅氧烷(7μm，PDMS)、聚丙烯酸酯(85μm，PA)萃取头] 美国Supelco公司；SPME操作台参考Supelco公司的操作台自制。

1.2 苹果样品预处理

选取一个外表无损伤的新鲜苹果样品，蒸馏水淋洗，纱布吸干，切块，粉碎。分别取25g苹果浆液，逐滴加入一定量的混合标准使用液，样品中混合标准溶液的加入量分别为1、2、5、10mg/kg；室温静置3h，8000r/min离心5min，静置15min，取上清液于50mL容量瓶中，向离心管中加入10mL二次蒸馏水，快速混匀，8000r/min离心5min，合并上清液，二次蒸馏水定容，待测。

1.3 分析方法

移取2mL样品待测液于15mL的萃取瓶中，置磁力搅拌台，30℃顶空萃取40min后，于气相色谱仪中不分流进样口200℃解吸10min后，进行GC-MS分析。色谱柱程序升温：初温80℃，保持1min，以10℃/min升温至240℃，后以5℃/min升温至270℃，再恒温10min。载气为氦气，流速1.0mL/min，离子源和接口温度分别为240℃和280℃，电子轰击离子源(EI)，能量70eV，采用选择离子模式(SIM)检测。

2 结果与分析

2.1 GC-MS实验条件的选择

采用初始温度80℃、升温速率10℃/min、升温至240℃后升温速率5℃/min、最终温度270℃即可获得较好的分离效果。在该实验条件下，获得的各农药的特征离子为(第一个离子为定量离子)：速灭威：1 0 8，107，165；异丙威：205，144；仲丁威：121，150；残杀威：152，110；呋喃丹：164，149；抗芽威166，238；西维因：144，115。在优化条件下对农药标准混合溶液进行检测，选择质谱SIM模式，结果如图1所示。

图1 7种氨基甲酸酯类标准溶液(500μg/L)总离子流图Fig.1 GC-MS total ion current chromatogram of 7 mixed carbamate pesticide standard solution

2.2 SPME实验条件的优化

2.2.1 SPME萃取涂层的选择

图2 不同商业SPME萃取头对萃取效果的影响Fig.2 Respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides using different commercial SPME fibers

本实验对常用的适用于GC-MS分析的3种商业SPME萃取头，即30μm PDMS、7μm PDMS、85μm PA涂层进行了优化选择，在室温条件下，用3种萃取涂层分别对2mL质量浓度为40μg/L的氨基甲酸酯类农药混合标准溶液进行萃取40min，结果见图2。从图2可以看出，3种萃取涂层中7μm PDMS萃取涂层的萃取效果比另两种萃取涂层要好，因此本研究选用7μm P DMS作为萃取涂层。

2.2.2 萃取温度对萃取效果的影响

对水果样品进行加热，可以加速氨基甲酸酯类农药从样品基质中挥发到气相的速率。为了研究萃取温度对萃取效果的影响，本实验考察了萃取温度(0、10、25、35、45、60℃)对萃取效果的影响。从图3中可以看出，峰面积随萃取温度的升高而增大，但是当萃取温度超过25℃时，峰面积反而下降。这可能是因为氨基甲酸酯类农药在高温条件下容易发生分解的缘故，因此，选择25℃为萃取温度。

图3 萃取温度对萃取效果的影响Fig.3 Effect of temperature on the respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides

2.2.3 萃取时间对萃取效果的影响

萃取时间与萃取量有着密切关系，为保证良好的重现性，应在实验中保持萃取时间一致。图4表明，7种氨基甲酸酯类农药在经过90min后仍未达到萃取平衡，依据SPME非平衡理论[18]，在实际操作中，没有必要等到最后平衡。因此，本实验选择萃取时间为40min，即可以满足灵敏度和精密度的要求。

图4 萃取时间对萃取效果的影响Fig.4 Effect of extraction time on the respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides

2.2.4 搅拌速率对萃取效果的影响

顶空固相微萃取涉及到待测物从样品挥发至顶空、再扩散至萃取涂层以及在萃取涂层中扩散3个过程，而待测物农药从样品基质扩散至顶空的传递速率对涂层萃取效果起着关键作用。在其他操作条件一致的情况下，本实验考察了搅拌速率(0～1100r/min)对萃取效果的影响，结果如图5所示。图5表明，涂层的萃取效果随转速的增加而提高，但当转速过高时，发现样品液会飞溅到涂层上，对萃取涂层产生污染，这样缩短涂层的使用寿命，综合考虑，选择转速为800r/min。

图5 搅拌速率对萃取效果的影响Fig.5 Effect of stirring speed on the respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides

2.2.5 离子强度对萃取效果的影响

实验考察了无机盐对HS-SPME萃取效果的影响。在其他条件不变的情况下，改变氯化钠的加入量(0～0.4g/mL)，分别进行HS-SPME萃取，GC-MS测定，结果如图6所示。图6表明，萃取效果随氯化钠的加入量增大而明显下降。这是由于水相中Na+浓度增大时，氨基甲酸酯类农药在水中的溶解度下降，而增强与水果基质之间的亲和力，不利于待测物扩散到萃取涂层表面，萃取效果下降。因此，本实验采用不加入无机盐的方式。

图6 离子强度对萃取效果的影响Fig.6 Effect of ionic strength on the respective extractionefficiency of 7 carbamate pesticides

2.3 线性范围和精密度

在优化的实验条件下，分别配制一系列浓度的混合标准溶液，进行HS-SPME-GC/MS分析，以响应值与浓度绘制标准曲线，确定其线性范围、检出限和精密度。在空白苹果试样中加入混合标准溶液，使各农药浓度均为50μg/kg，平行5次实验，计算RSD值，按照3倍信噪比(RSN=3)计算方法检出限，结果见表1。

表1 方法的线性范围、检出限和精密度(n=5)Table 1 Linear ranges, detection limits and relative standard deviations of precision (n=5)

2.4 回收率的测定

在空白苹果试样中分别加入一定的氨基甲酸酯类农药混合标液，使得7种农药残留量在试样中的浓度依次约为各检出限的3、10、50倍，平行5次实验，计算平均回收率，结果见表2。

表2 苹果样品中氨基甲酸酯类农药加标回收率(n=5)Table 2 Recoveries for 7 carbamate pesticides in a blank apple sample separately spiked at 3 levels (n=5)

2.5 方法验证

对8类苹果按区域进行编号(其中藁城市苹果3种、正定县苹果2种、栾城县苹果1种、外省苹果2种)。采用优化的HS-SPME预处理技术对该8类苹果进行预处理，然后进行GC-MS分析，结果见表3，其中藁城苹果样品1#的气相色谱-质谱图见图7。

表3 苹果样品中7种氨基甲酸酯类农药残留的检测Table 3 Results of determination of 7 carbamate pesticide residues in apple samples by the method

图7 市售藁城富士苹果样品总离子流图Fig.7 GC-MS (SIM) chromatogram of spiked apple obtained by HS-SPME

3 结 论

本实验建立了顶空固相微萃取-气相色谱质谱法对水果中氨基甲酸酯类农药残留快速测定的分析方法，优化了HS-SPME的萃取条件和气质联用条件，这7种农药残留的方法检测限为0.00016～0.0019mg/kg，可以满足水果农药残留检测的要求。该方法减少有机溶剂的使用，简化操作步骤和降低操作时间，是一种快速、准确的分析技术，并拓展了SPME技术的应用范围。

[1]ARTHUR C L, PAWLISZYN J. Solid-phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers[J]. Analytical Chemistry, 1990, 62: 2145-2151.

[2]MORENO D V, FERRERA Z S, RODRIGUEZ J J S. Microwave assisted micellar extraction coupled with solid phase microextraction for the determination of organochlorine pesticides in soil samples[J]. Analytica Chimica Acta, 2006, 571: 51-57.

[3]FRIAS S, RODRIGUEZ M A, CONDE J E, et al. Optimisation of a solid-phase microextraction procedure for the determination of triazines in water with gas chromatography-mass spectrometry detection[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 1007: 127-135.

[4]CHRYSOULA V A, ELISAVET E K, EVAN D. Determination of chlorinated volatile organic compounds in water and municipal wastewater using headspace-solid phase microextraction-gas chromatography[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1132: 310-314.

[5]CARLO G Z, QUINTO M, de VIETRO N, et al. Solid-phase microextraction-gas chromatography mass spectrometry: A fast and simple screening method for the assessment of organophosphorus pesticides residues in wine and fruit juices[J]. Food Chemistry, 2004, 86: 269-274.

[6]CORTES-AGUADO S, SANCHEZ-MORITO N, ARREBOLA F J, et al. Fast screening of pesticide residues in fruit juice by solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry[J]. Food Chemistry, 2008, 107: 1314-1325.

[7]BERRADA H, FONT G, MOLTO J C. Application of solid-phase microextraction for determining phenylurea herbicides and their homologous anilines from vegetables[J]. Journal of Chromatography A, 2004, 1042: 9-14.

[8]OKAJIMA K, NAMERA A, YASHIKI M, et al. Highly sensitive analysis of methamphetamine and amphetamine in human whole blood using headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry[J]. Forensic Science International, 2001, 116: 15-22.

[9]POGACNIK L, FRANKO M. Determination of organophosphate and carbamate pesticides in spiked samples of tap water and fruit juices by a biosensor with photothermal detection[J]. Biosensors and Bioelectronics, 1999, 14: 569-578.

[10]SANTOS-DELGADO M J, RUBIO-BARROSO S, FERNANDEZTOSTADO G T, et al. Stability studies of carbamate pesticides and analysis by gas chromatography with flame ionization and nitrogenphosphorus detection[J]. Journal of Chromatography A, 2001, 921: 287-296.

[11]POGACNIK L, FRANKO M. Detection of organophosphate and carbamate pesticides in vegetable samples by a photothermal biosensor[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2003, 18: 1-9.

[12]NOGUEIRA J M F, SANDRA T, SANDRA P. Considerations on ultra trace analysis of carbamates in water samples[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 996: 133-140.

[13]SUN L, LEE H K. Optimization of microwave-assisted extraction and supercritical fluid extraction of carbamate pesticides in soil by experimental design methodology[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 1014: 165-177.

[14]CARLO M D, MASCINI M, PEPE A, et al. Screening of food samples for carbamate and organophosphate pesticides using an electrochemical bioassay[J]. Food Chemistry, 2004, 84: 651-656.

[15]ZHANG J, LEE H K. Application of liquid-phase microextraction and on-column derivatization combined with gas chromatography-mass spectrometry to the determination of carbamate pesticides[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1117: 31-37.

[16]万益群, 陈宗保. 土壤中多种有机磷及氨基甲酸酯类农药残留量的气相色谱-质谱法测定[J]. 分析科学学报, 2006, 22(5): 551-554.

[17]SAGRATINI G, MANES J, GIARDINA D, et al. Analysis of carbamate and phenylurea pesticide residues in fruit juices by solid-phase microextraction and liquid chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A, 2007, 1147: 135-143.

[18]AI J. Solid-phase microextraction for quantitative analysis in non eqquilibrium situations[J]. Analytical Chemistry, 1997, 69: 1230-1236.

Headspace Solid-phase Micro-extraction Coupled with Gas Chromatography-Mass Spectrometric Determination of Carbamate Pesticide Residues in Apples

SUN Fu-jiang1，LI Run-yan2，YUAN Xian-rui3,*，LI Hui2，WU Chun-min2，CHEN Fang4
(1. Hebei Provincial Center for Quality Supervision and Test of Forestry Fruit, Mulberry and Flower, Shijiazhuang 050081, China；2. Hebei Provincial Laboratory of Food Safety, Shijiazhuang 050051, China；3. Analytical and Testing Center of Hebei Province, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China；4. Hebei Jiupai Pharmaceutical Co. Ltd., Shijiazhuang 050000, China)

A method was developed for the determination of MTMC, MIPC, BPMC, IPMC, furadan, pirimicarb and carbaryl carbamate residues in apples using headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry. The respective optimal conditions for HS-SPME and GC-MS analysis were determined. All 7 analytes exhibited good linearity over a wide concentration range, with a correlation coefficient ranging between 0.996 and 0.999. The relative standard deviations of precision for 5 replicates were between 3.6% and 8.2%. The limits of detection of the method for a total of 7 analytes were between 0.00016 mg/kg and 0.0019 mg/kg. The method proved to have the advantages of rapidity, sensitivity, accuracy and less reagent consumption and meet the requirements for the determination of carbamate pesticide residues in vegetables and fruits duo to good figures of merit.

headspace solid-phase micro-extraction；gas chromatography-mass spectrometry；apple；carbamate；determination

TS207.5

A

1002-6630(2010)10-0223-05

2009-08-05

河北省科技攻关项目(05547004D-5)；河北省科技支撑计划项目(07276709D)

孙福江(1967—)，男，高级农艺师，本科，主要从事水果中农药残留分析研究。E-mail：sunfujiang@sina.com

*通信作者：原现瑞(1967—)，男，高级工程师，博士，主要从事食品安全痕量分析研究。E-mail：hebyxr@163.com