多壁碳纳米管固相萃取气相色谱法检测蔬菜中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷农药残留

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(1. 云南民族大学化学与生物技术学院,民族药资源化学国家民族事务委员会 - 教育部重点实验室,云南昆明 650500;2. 云南省农业环境保护监测站,云南昆明 650034)

毒死蜱、丙溴磷、三唑磷均为中等毒性有机磷类农药,常用于防治棉花、蔬菜等作物的害虫[1 - 3],杀虫效果较好。其中丙溴磷与毒死蜱、三唑磷与毒死蜱常作为复配农药使用,且这三种农药可分别与其他类别的农药作为复配制剂,从而增强农药对害虫的杀灭效果[4 - 6]。由于毒死蜱、丙溴磷、三唑磷的长期大量使用,对生态环境造成严重污染,而且农产品中的农药残留也对人类健康造成威胁[7]。因此,建立一种快速、准确的分析方法对蔬菜中的毒死蜱、三唑磷、丙溴磷农药残留进行检测具有重要意义。目前,检测样品中有机磷农药残留的方法主要有气相色谱法[8]、气相或液相与质谱联用[9 - 10]等仪器分析方法以及其他快速检测方法[11]。其中,气相色谱 - 火焰光度法(GC - FPD)常用来检测样品中有机磷类农药[12]。尽管火焰光度检测器是一种选择性检测器,但含有大量色素等干扰物质的样品不仅会干扰测定,同时还会污染仪器的进样口、色谱柱和检测器[13]。因此,在前处理过程中,有必要对样品进行净化。

多壁碳纳米管(MWCNTs)是一种新型的吸附材料,与传统吸附材料相比,具有比表面积大和热稳定性高等特点。从1991年被发现以来,广泛应用于生物学、光学、环境科学等领域[14 - 15],已有文献报道将其作为固相萃取材料成功应用于食品类基质中农药残留等的测定,且效果较好[16 - 18]。本文采用市售MWCNTs作为净化材料自制SPE柱对蔬菜样品进行净化、GC - FPD法检测样品中毒死蜱、三唑磷、丙溴磷农药残留。

1 材料与方法

1. 1 材料与仪器

毒死蜱、丙溴磷、三唑磷标准品(浓度均为1000mg/L,溶剂为丙酮) 农业部环境保护科研监测所;工业级多壁碳纳米管(型号:GYM001) 中科院成都有机所;乙腈、丙酮、甲苯、正己烷、乙酸乙酯 色谱纯。

蔬菜、水果和食用菌样品 均采购于昆明某农贸市场。

Agilent 7890A型气相色谱仪,火焰光度检测器(FPD) 美国Agilent公司;T25型高速组织捣碎机 德国IKA公司;RE - 52AA型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;LD5 - 10型低速离心机 北京医用离心机厂;HY - 2型往复振荡器 江苏省金坛市恒丰仪器制造有限公司;SB5200型超声仪 上海超声波仪器厂;JJ500型电子天平 常熟双屯测试仪器厂;固相萃取空管柱(5mL)。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 样品前处理方法 提取:准确称取蔬菜样品10. 00g于100mL塑料离心管中,加入20mL乙酸乙酯和5 ～ 7g氯化钠,匀浆(3000r·min-1)提取2min(超声提取时,300W提取30min;振荡提取时,200r·min-1提取30min),以3000r·min-1转速离心5min,准确移取上层清液10mL于100mL鸡心瓶中,旋转蒸发至近干,加入1 ～ 2mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)使其溶解,备用;净化:在固相萃取空管柱底部放入少许脱脂棉,压实,使高度约0. 5cm,放置筛板,加入已准确称取的80mg MWCNTs,再放置筛板,保证柱子装填均匀。先用5mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)活化MWCNTs小柱,将上述待净化溶液加入MWCNTs小柱中,再用10mL丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)进行洗脱,收集洗脱液于干净鸡心瓶中,旋转蒸发至近干,用丙酮定容至5mL,再用0. 22μm滤膜过滤,待测。

1. 2. 2 色谱分析条件 色谱柱:DB1701(30m×250μm×0. 25μm);进样口温度:220℃;检测器温度:250℃;柱温:初始温度100℃,以20℃/min升至230℃,保持6min,以15℃/min升至260℃,保持8min;进样量:1μL,不分流进样;载气(N2)流速:1. 81mL/min;H2流速:75mL/min;无水空气流速:100mL/min;以保留时间定性,外标法定量。

2 结果与讨论

2. 1 GC - FPD色谱条件的确定

根据参考文献和三种农药的理化性质,本实验对进样口温度、柱温、检测器温度、进样量等参数进行优化,得到1. 2. 2最终色谱条件。三种有机磷农药的标液色谱图如图1所示。

图1 三种有机磷农药色谱图Fig. 1 Chromatogram of three standard organophosphorus pesticides注:1. 毒死蜱;2. 丙溴磷;3. 三唑磷。

由于本实验选择的三种农药极性差异较大,因此为了避免样品中的杂质对检测的干扰以及保证较好的分离度,在确定色谱条件时,使三种农药的保留时间均大于10min。

2. 2 样品前处理条件的选择

2. 2. 1 提取

2. 2. 1. 1 提取方式的选择 通过参考标准方法[19]本实验以乙腈为提取剂,比较了匀浆提取、超声提取和振荡提取三种方法(三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),分别做三个平行。不同提取方法对应的三种农药的回收率如图2所示。

图2 提取方式的选择Fig. 2 Selection of the ways of extraction

三种提取方式的提取效果都比较好,其中匀浆提取时,毒死蜱、丙溴磷和三唑磷的回收率分别为87. 9%、90. 1%、87. 8%,超声提取时三种农药的回收率分别为83. 7%、93. 3%、100%,振荡提取时三种农药的回收率分别为79. 9%、85. 5%、105%。由于匀浆提取方式可有效地缩短前处理所需的时间,因此选择匀浆提取。

2. 2. 1. 2 提取剂的选择 根据有机磷农药的极性,选择乙腈、丙酮、乙酸乙酯作为提取溶剂,采用匀浆提取方式进行比较(三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),分别做三个平行。三种农药的回收率如图3所示。

图3 提取剂的选择Fig. 3 Optimization of the extractant

由图3可看出,当选择乙腈作为提取剂时毒死蜱、丙溴磷和三唑磷的回收率分别为108%、115%、112%,当选择丙酮作为提取剂时三种农药的回收率分别为116%、130%、124%,当选择乙酸乙酯作为提取剂时三种农药的回收率分别为90. 3%、91. 0%、91. 8%,因此选择乙酸乙酯作为提取剂。

2. 2. 1. 3 提取时间的优化 本实验对比了提取时间分别为1、2、3min时三种农药的回收率(三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),分别做三个平行。结果如图4所示。

图4 提取时间的优化Fig. 4 Optimization of the extraction time

结果表明,当提取时间为2min时毒死蜱、丙溴磷、三唑磷农药的回收率已满足农药残留的分析要求,分别为98. 1%、101%、97. 7%,因此选择2min为提取时间。

表1 三种农药的线性范围和检出限Table 1 The linear range and detection limit of three pesticides

2. 2. 2 MWCNTs SPE柱净化

2. 2. 2. 1 MWCNTs填料量的确定 选择MWCNTs的填料量分别为50、80、100、150、200mg,装填SPE柱,以丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)为洗脱剂,对三种农药进行回收率实验(三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),分别做三个平行。结果如图5所示。

图5 多壁碳纳米管填料量的确定Fig. 5 The determination of dosage of multi - walled carbon nanotubes

由图5可知,三唑磷农药的回收率随着MWCNTs填料量的增加而降低,回收率在58. 3% ～ 67. 2%之间,而MWCNTs填料量的增加对毒死蜱和丙溴磷农药的回收率影响不大,均在75. 8% ～ 84. 7%之间,当填料量为80mg时,三种农药的回收率分别为77. 9%、81. 5%、67. 2%,因此选择较为合适的80mg为最佳填料量。

2. 2. 2. 2 洗脱剂的选择 根据参考文献和三种农药的极性,选择乙腈、丙酮、正己烷、丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)、丙酮∶ 正己烷(3∶ 1,v/v)、乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)为洗脱剂,对三种农药进行回收率实验(三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),分别做三个平行,不同洗脱剂所对应的色谱图和回收率如图6、图7所示。

图6 不同洗脱剂对应的色谱图Fig. 6 The different eluant corresponds to chromatogram注:1. 毒死蜱;2. 丙溴磷;3. 三唑磷；a:乙腈;b:丙酮;c:正己烷;d:丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v);e:丙酮∶ 正己烷(3∶ 1,v/v);f:乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)。

图7 洗脱剂的选择Fig. 7 Study of elution

当以正己烷为洗脱剂时,收集的洗脱液中已检测不到三唑磷农药,其中毒死蜱和丙溴磷的回收率分别为82. 3%和22. 7%。使用其余五种洗脱剂时三种农药的回收率均在92. 3% ～ 102%之间,当洗脱剂为丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)时三种农药的回收率分别为92. 3%、96. 1%、92. 6%,当洗脱剂为乙腈∶ 甲苯(3∶ 1,v/v)时,三种农药的回收率分别为94. 3%、97. 9%、95. 0%,这两种洗脱剂均能较好地去除样品中的色素等杂质对检测的影响,但考虑到试剂的毒性,选择丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)为洗脱剂。

2. 2. 2. 3 洗脱剂体积的选择 以丙酮∶ 正己烷(1∶ 1,v/v)为洗脱剂,考察洗脱剂体积分别为10、15、20、25mL时三种农药的回收率(洗脱剂体积包括用来活化MWCNTs小柱的部分,三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),分别做三个平行,结果如图8所示。

图8 洗脱剂体积的选择Fig. 8 The selection of eluent volume

结果表明,随着洗脱剂体积的增加,三种农药的回收率增大,当洗脱剂体积为15mL时,三种农药的回收率分别为98. 6%、106%、103%,已达到农药残留分析的要求。因此选择15mL为最佳洗脱剂体积。

2. 3 方法线性和检出限

配制浓度分别为0. 0025、0. 005、0. 01、0. 025、0. 05、0. 1、0. 5、1. 0、2. 0mg/L的农药混合标准溶液,按(1. 2. 2)色谱条件进行分析,以峰面积对浓度绘制标准曲线,以3倍信噪比(S/N)确定各农药的检出限,三种农药的线性范围和检出限如表1所示。

由表1可知,三种农药在0. 0025 ～ 2. 0mg/L范围内呈良好的线性关系,相关系数在0. 9998 ～ 0. 9999之间,方法的检出限在8. 21×10-4～ 1. 37×10-3mg/kg之间,满足农药残留分析的要求。

2. 4 方法精密度和回收率实验

为考察方法的精密度和准确度,在黄瓜样品中分别添加0. 05、0. 10、0. 50mg/kg三个水平的农药混合标准溶液进行回收率实验,每个水平设定6个平行,三种农药的平均回收率和RSD值如表2所示。

表2 方法的精密度和回收率实验Table 2 The accuracy and recovery rate

表3 四个黄瓜样品的测定结果Table 3 The determination results of four cucumber samples

注:ND为未检出，表4同。

表4 不同样品的测定结果Table 4 The determination results of different samples

由表2可知,三种农药在三个添加水平下的平均回收率在83. 3% ～ 96. 7%之间,RSD值在0. 5% ～1. 7%之间,方法的准确度高、精密度好,符合农药残留分析方法的要求。

2. 5 实际样品测定

采集不同产地的四个黄瓜样品,对其进行三种有机磷农药的测定,并做回收率实验(三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),每个样品做三个平行,样品测定结果如表3所示。

由表3可知,三种农药分别在四个黄瓜样品中的平均回收率在83. 6% ～ 89. 6%之间,说明该方法适合用于检测黄瓜样品中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷农药残留。

2. 6 方法应用

选择不同基质的蔬菜、水果、食用菌共9个样品进行三种有机磷农药的测定,并进行回收率实验(三种农药的添加水平为0. 1mg/kg),每个样品做三个平行,样品的测定结果和三种农药分别在9种样品中的平均回收率如表4所示。

由表4可知,9种样品中三种农药的平均回收率均在72. 1% ～ 94. 6%之间,RSD值在0. 2% ～ 6. 4%之间,其中,普通白菜样品检出丙溴磷,值为0. 0881mg/kg(限量值为0. 5mg/kg),莴苣样品检出毒死蜱,值为0. 00685mg/kg(限量值为0. 1mg/kg),梨样品检出毒死蜱,值为0. 0363mg/kg(限量值为1. 0mg/kg),检出浓度均未超出农药残留的最大限量值。

3 结论

本文建立了多壁碳纳米管固相萃取 - 气相色谱法检测蔬菜中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷农药残留的分析方法,该方法前处理过程中采用市售多壁碳纳米管自制SPE柱对样品进行净化,方法的回收率在83. 3% ～ 96. 7%之间,相关系数在0. 9998 ～ 0. 9999之间,方法的检出限在8. 21×10-4～ 1. 37×10-3mg/kg之间,RSD值小于2%。将该方法应用到不同类别的蔬菜及少数水果和食用菌中毒死蜱、丙溴磷和三唑磷农药残留的检测,结果表明,该方法能有效地去除样品中的色素等杂质,净化效果较好。该方法操作简便、准确度高、精密度好,适合批量样品的测定。

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