吹扫捕集法测定粮食中熏蒸剂氰与氰化氢残留量

李保同 曾鑫年 Ren Yonglin

(江西农业大学农学院1，南昌 330045)

(华南农业大学农药与化学生物学教育部重点实验室2，广州 510642)

(Cooperative Research Centre For National Plant Biosecurity3，LPO Box 5012，Bruce，ACT 2617，Australia)

氰(C2N2)是一种无色、易燃、略带苦杏仁气味的有毒气体［1］，对赤拟谷盗(Tribolium castaneum)、谷蠹(Rhyzopertha dominica)、米象(Sitophilus oryzae)和谷象(Sitophilus granarius)等贮粮害虫具有很好的防治效果［2］，澳大利亚联邦科学与工业组织(CSIRO)和堪培拉大学联合将其开发为新熏蒸剂［3］。粮食中残留的熏蒸剂对操作人员有巨大的职业危害，同时处置不当可能导致粮食污染，因此采用经济高效的方法对其进行监测，为快速获得粮食中熏蒸剂的残留水平显得尤其重要。粮食中熏蒸剂气体的测定方法有溶剂顶空法、吹扫捕集法等，其中溶剂顶空法因干扰少、操作简单而被频繁使用，但不足的是熏蒸剂在粮食—溶剂—顶空间达到平衡通常需要24～48 h甚至更长的时间［4－8］。李保同等［9］报道了小麦中熏蒸剂氰残留量的溶剂顶空分析方法，其中氰及其降解产物氰化氢(HCN)在小麦—溶剂—顶空间平衡需要长达72 h，检测十分不便。本研究对吹扫捕集气相色谱法测定粮食中熏蒸剂氰及其降解产物氰化氢的方法进行了相关探讨，以期为今后建立国家标准提供技术储备。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

氰和氰化氢标准气体制备与标定参照李保同等［9］方法，氰的纯度在93%左右，氰化氢的纯度在99%左右，主要杂质为空气。氰化钾(分析纯):澳大利亚Sigma Aldrich公司;硫酸铜、98%磷酸、丙酮(分析纯):澳大利亚Unplex公司。玉米(含水量13.2%)、高粱(含水量12.8%)、稻谷(含水量 12.5%)、小麦(含水量11.8%)和大麦(含水量10.5%):澳大利亚新南威尔士农业生产者协会。

SRI310C气相色谱仪(带NPD):J and W Scientific公司;5 μL 注射器，100、500 μL 和 50 mL 气密性注射器(SGE):澳大利亚Melbourne公司吹扫捕集装置见图1，包括水浴加热装置、三颈圆底烧瓶(500 mL)、滴液漏斗、载气(N2)、吸附器(内装丙酮吸附剂)、液氮冷却杯、李比希冷凝器、蒸馏管等。

图1 吹扫捕集蒸馏装置示意图

1.2 方法

1.2.1 样品制备

在1 000 mL的三角瓶(实际体积1 333.5 mL左右)内，加入约950 g粮食(玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦，装载度约85%)，盖紧磨口塞后，用50 mL气密性注射器从磨口塞中央隔垫处加入氰或氰化氢标样气体53.34 mg(即浓度为40 mg/L)，上下翻转三角瓶3～4次，置于室温(25±2)℃的通风橱内熏蒸3 d后，将粮食倒入35 cm×50 cm的瓷盘内，刮平并通风7 d，备用。

1.2.2 吹扫捕集法测定粮食中氰和氰化氢残留量

1.2.2.1 测定步骤。

加标样品:在500 mL三颈瓶内加入20 g空白粮食样品(玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦)和30 mL 50%磷酸溶液，使样品完全浸渍于磷酸溶液中，再向溶液中分别加入20 μg氰或氰化氢标样气体，在一定吹扫温度和载气(N2)流速条件下吹扫一定时间，用液氮冷浴中的丙酮捕集氰或氰化氢气体。用少许丙酮冲洗蒸馏管，并定容至5 mL，在给定的色谱条件下，取2 μL溶液注入色谱内，测定试样峰面积，外标法定量。

熏蒸样品:在500 mL三颈瓶内加入20 g熏蒸粮食样品(玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦)和30 mL 50%磷酸溶液，使样品完全浸渍于磷酸溶液中，在一定吹扫温度和载气(N2)流速条件下吹扫一定时间，用液氮冷浴中的丙酮捕集氰和氰化氢气体。按加标样品的方法测定熏蒸样品中氰和氰化氢的残留量。

1.2.2.2 气相色谱条件

色谱柱:GSQ型毛细管柱(10 m×0.53 mm id);汽化室和检测器温度:140℃;柱温:98℃;氮气流速:120 mL/min;氢气流速:80 mL/min。在此色谱条件下，氰、氰化氢和丙酮的保留时间分别为0.43、0.65和 1.04 min［10］。

1.2.3 溶剂顶空法测定粮食中氰和氰化氢残留量

参照李保同等［9］方法。称取熏蒸粮食样品(玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦)20 g，置于100 mL三角瓶内，加入50% 磷酸溶液20 mL，盖紧磨口塞，并轻轻摇动试瓶，使溶液充分浸渍谷物后，置于室温(25±2)℃的通风橱内平衡72 h，测定溶剂顶空氰或氰化氢浓度。以添加标样样品处理为标准，计算熏蒸样品中氰或氰化氢残留量。即:

式中:mspike为添加标样样本中加入的氰或氰化氢量/μg;Saged为熏蒸样本顶空氰或氰化氢峰面积;Sspike为添加标样样本顶空氰或氰化氢峰面积;Mspike为添加标样样品与熏蒸样品质量/g。

2 结果与分析

2.1 吹扫捕集条件优化

氰和氰化氢在磷酸溶液中的溶解度直接影响吹扫效率。通过对吹扫温度、吹扫载气流量和吹扫时间的优化可以最大限度地提高氰和氰化氢的吹扫效率，从而降低氰和氰化氢的检出限，提高方法的精密度和准确度。

2.1.1 吹扫温度的影响

在吹扫时间120 min、吹扫载气(N2)流量30 mL/min条件下，考察了吹扫温度(40、60、80、95 ℃)对氰和氰化氢的加标回收率。结果显示，在40～80℃范围内，氰和氰化氢在玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦等5种粮食中的回收率随着吹扫温度的上升而提高，当吹扫温度超过80℃时，氰和氰化氢的回收率趋于稳定。因此，本试验将80℃作为吹扫捕集方法的吹扫温度。

2.1.2 吹扫载气(N2)流量的影响

在吹扫温度80℃、吹扫时间120 min条件下，考察了吹扫载气(N2)流量(20、30、40、50 mL/min)对氰和氰化氢加标回收率的影响。结果显示，在吹扫载气(N2)流量40 mL/min时，吹扫45～60 min即可获得氰和氰化氢在玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦等5种粮食中的最大回收率，而在吹扫载气(N2)流量20～30 mL/min时，要获得氰和氰化氢最大回收率需吹扫75～90 min。在吹扫载气(N2)流量50 mL/min时，尽管吹扫30～45 min即可获得氰和氰化氢最大回收率，但其值低于流量40 mL/min吹扫60 min的回收率值，且在吹扫60 min后回收率反而降低。因此，本试验选择40 mL/min作为吹扫捕集方法的载气(N2)流量。

2.1.3 吹扫时间的影响

在吹扫温度80℃、吹扫载气(N2)流量 40 mL/min条件下，考察了吹扫时间(15、30、45、60、75、90、105、120 min)对氰和氰化氢加标回收率的影响(图2)，以及对熏蒸样品氰及其降解产物氰化氢残留量的影响(图3)。由图2、图3可知，加标样品(玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦)分别在吹扫时间30 min和45 min内，氰和氰化氢的回收率随着吹扫时间的增加而提高，以后氰和氰化氢的回收率趋于稳定;熏蒸样品(玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦)在吹扫时间90 min内，氰及其降解产物氰化氢残留量随着吹扫时间的增加而提高，以后氰和氰化氢的残留量趋于稳定。因此，在吹扫温度80℃、吹扫载气(N2)流量40 mL/min条件下吹扫90 min，可获得加标样品氰、氰化氢理想的回收率和熏蒸样品氰及其降解产物氰化氢理想的提取率。

图3 吹扫时间对氰及其降解产物氰化氢残留量的影响

2.2 标准工作曲线

取一定量氰或氰化氢标准气体，加入到丙酮溶液中，分别配制氰和氰化氢的质量浓度为0.1、0.2、0.5、1、5、10 mg/L 丙酮溶液，测定各处理峰面积，制作标准工作曲线。采用气相色谱峰面积定量氰和氰化氢的质量浓度，以峰面积(y)与对应的质量浓度(x，mg/L)进行线性回归，得到氰和氰化氢在0.1～10 mg/L质量浓度范围内的线性方程分别为y=1.768 9x －0.080 6 和 y=2.543 4x－0.089 2，相关系数(r2)分别为0.997 5 和0.998 5。

2.3 方法回收率和检出限

在500 mL三颈瓶内加入20 g空白粮食和30 mL 50% 磷酸溶液，再向溶液中分别加入 2、8、20 μg C2N2和 HCN 标样气体，制成 0.1、0.4、1 mg/kg 左右氰和氰化氢粮食样品，在吹扫温度80℃、吹扫时间90 min、吹扫载气(N2)流量40 mL/min条件下平行测定6次，C2N2和HCN平均回收率分别为90.88%～96.25%和91.17%～95.83%，相对标准偏差(RSD)分别为0.36%～5.55% 和 0.90%～6.24%(表1)。以色谱峰信噪比为3时的质量浓度确定粮食中氰和氰化氢的检出限(LOD)分别为0.003 6 mg/kg和0.005 3 mg/kg，以色谱峰信噪比为10时的浓度确定粮食中氰和氰化氢的定量限(LOQ)分别为0.012 0 mg/kg和0.017 7 mg/kg。目前，国内外尚未制定氰在食品中的最大残留限量标准，参照我国制定的食品中氰化氢最大残留限量(5 mg/kg)标准［11］，该方法可满足氰和氰化氢在粮食中残留分析的要求。

表1 氰和氰化氢在粮食中的添加回收率

表2 两种方法测定熏蒸粮食中氰及其降解产物氰化氢残留量比较/mg/kg

2.4 与溶剂顶空法比较测定实际样品

在500 mL三颈瓶内加入20 g用氰熏蒸的粮食和30 mL 50%磷酸溶液，在吹扫温度80℃、吹扫时间90 min、吹扫载气(N2)流量40 mL/min条件下，测定的氰及其降解产物氰化氢在玉米、高粱、稻谷、小麦和大麦等5种粮食中的残留量与溶剂顶空法测定结果相一致(表2)。

3 结论

采用吹扫捕集－气相色谱法测定粮食中熏蒸剂氰及其降解产物氰化氢残留量，以50%磷酸溶液作溶剂，在吹扫温度80℃、吹扫载气(N2)流量40 mL/min和吹扫时间90 min条件下，用液氮冰浴中的丙酮捕集，可获得氰和氰化氢理想的回收率。与溶剂顶空－气相色谱法比较，方法简便快速，精密度和准确度均符合要求，便于在农业和粮食部门推广应用。

［1］Brotherton T K，Lynn J W.The synthesis and chemistry of cyanogen［J］.Chemical Review，1959(59):841 －883

［2］Hooper J L，Desmarchelier J M，Ren Y L，et al.Toxicity of cyanogen to insects of stored grain［J］.Pest Management Science，2003，59(3):353 －57

［3］Ian G O'Brien，deceased，Fr.Cyanogen fumigants and methods of fumigation using cyanogen:International Patent Application PCT/AU95/00409［P］.1995

［4］Desmarchelier J M，Ren Y L.Analysis of Fumigant Residues—A Critical Review［J］.Journal of AOAC International，1999，82(6):1261 －1280

［5］Ren Y L，Sylvia E A.Ultrasound treatment acceleration of solvent extraction for fumigant residues from wheat［J］.Journal of AOAC International，2001，84(5):1551 －1554

［6］Ren Y L，Desmarchelier J M，Phillip W，et al.Natural levels of dimethyl sulfide in rough rice and its products［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001，49:705 －709

［7］瞿进文，徐海聂，张中亚.粮食中熏蒸剂硫酰氟残留量的顶空气相色谱测定［J］.分析测试学报，2000，19(3):76－78

［8］王永春.顶空气相色谱法测定食品中溴甲烷的含量［J］.分析仪器，2010，22(6):34 －36

［9］李保同，曾鑫年，任永林，等.顶空气相色谱法测定小麦中熏蒸剂氰及其代谢物氰化氢的残留量［J］.农药学学报，2011，13(6):613 －620

［10］李保同，曾鑫年，任永林，等.吹扫捕集气相色谱法测定土壤中熏蒸剂氰与氰化氢残留量［J］.分析测试学报，2012，31(2):225 －229

［11］GB 2763—2005食品中农药最大残留限量［S］.