优化QuEChERS—气相色谱法测定谷物中有机氯和多氯联苯残留

沈小明+蔡小虎+沈加林

摘要：建立一种快速检测谷物中16种有机氯和多氯联苯的QuEChERS-GC分析方法。通过系统考察提取溶剂和净化条件，确立QuEChERS方案：样品以正己烷-乙酸乙酯（体积比为=4 ∶1）为提取溶剂，进行超声+漩涡提取，以N-丙基乙二胺（primary secondary amine，简称PSA）、C18E作为吸附剂进行净化，采用气相色谱-电子捕获检测器（gas chromatography- electron capture detector，简称GC-ECD）进行检测。结果表明，16种有机氯和多氯联苯在一定范围内呈线性关系，定量限（limit of quantity，简称LOQ）在03～42 μgkg之间。样品加标回收率为875%～1062%，相对标准偏差为163%～482%。

关键词：谷物；有机氯农药；多氯联苯；QuEChERS；气相色谱法

中图分类号： S4823+2；TX2075+3文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）21-0219-04

收稿日期：2016-06-08

作者简介：吕爱娟（1981—），女，江苏常州人，硕士，工程师，主要从事环境污染检测与控制研究。Tel：（025）84897953；E-mail：lajsunny@163com。

粮食与食品安全关乎民生问题，水稻、小麦、玉米等谷物作为三大主粮，其安全问题更是受到高度关注。农作物易受土壤、灌溉用水的影响，有机氯（organochlorine pesticides，简称OCPs）和多氯联苯（polychlorinated biphenyls，简称PCBs）作为环境中典型的持久性有机污染物（persistent organic pollutants，简称POPs） 1 ]具有高度的疏水性，易通过食物链蓄积在脂肪中。根据GBT 19649—2006《粮谷中475种农药及相关化学品残留量的测定-气相色谱质谱法》2]，并结合已有文献报道3-6]，目前谷物中OCPs和PCBs残留主要采用快速溶剂萃取（accelerated solvent extraction，简称ASE）、索氏和超声等方法结合凝胶渗透色谱和固相萃取柱净化进行测定。这些前处理方法都较为成熟，但存在一些不足：耗时、劳动密集、须要使用大量有毒有机溶剂（索氏萃取和超声萃取）、高成本投资和维护快速溶剂萃取仪。净化过程一般采用固相萃取柱层析，该方法包括老化、淋洗、洗脱等环节，容易引起重复性差的问题。QuEChERS（quick，easy，cheap，effective，rugged and safe，简称QuEChERS）方法作为一种相对环境友好、高效的前处理技术，目前已广泛应用于蔬菜、水果的农药残留检测中7]。QuEChERS方法用于谷物中农药残留的检测亦有报道8-14]，但采用该方法同时测定OCPs 和 PCBs的報道较少。

本试验将QuEChERS方法应用于大米、小麦、玉米等谷物中常见的9种OCPs 和 7种指示性PCBs的检测，系统考察QuEChERS方法前处理条件，主要通过优选提取溶剂，比较 N-丙基乙二胺（primary secondary amine，简称PSA）、末尾封端C18填料（C18E）、石墨化碳黑（graphitized carbon black，简称GCB）等3种分散吸附剂对样品提取液的吸附效果，建立QuEChERS结合气相色谱-电子捕获检测器（gas chromatography- electron capture detector，简称GC-ECD）法测定谷物中16种有机氯和多氯联苯的残留情况。

1材料与方法

11仪器与主要试剂

主要仪器有GC-2014气相色谱仪（日本岛津公司），配电子捕获检测器（electron capture detector，简称ECD，日本岛津公司），WH-3漩涡振荡仪（上海沪西分析仪器厂有限公司），10、100 μL及1、5 mL 气密型注射器，Milli-Q纯水系统，KQ-500DE数控超声波清洗器（昆山超声仪器有限公司），高速离心机（上海安亭科学仪器厂）。

主要试剂有9种OCPs混合标准溶液（德国 Dr Ehrenstorfer）：α-六氯环已烷（α-hexachlorocyclohexane，简称α-BHC）、六氯苯（hexachlorobenzene，简称HCB）、β- BHC、γ- BHC、δ- BHC、o，p′-双对氯苯基三氯乙烷（o，p′-dichlorodiphenyltrichloroethane，简称o，p′-DDT）、p，p′-DDT、p，p′-双（6-羟基-2-萘）二硫p，p′-bis （6-hydroxy-2-naphthyl） disulfide，简称p，p′-DDD]、p，p′-1，1-双（对氯苯基）-2，2二氯乙烯p，p′-1，1-bis（chlorophenyl）-2，2-dichloroethylene，简称p，p′-DDE]，7种PCBs混合标准溶液（德国 Dr Ehrenstorfer）：PCB28、PCB52、PCB101、PCB118、PCB138、PCB153、PCB180；六氯苯标准溶液购自中国计量科学研究院国家标准物质研究中心；正己烷、丙酮、乙酸乙酯等均为农残级；水为Milli-Q超纯水；N-丙基乙二胺填料、C18E（美国Welchrom公司）、GCB（美国Supelco公司）。

12样品制备

大米、小麦、玉米样品均购自超市。样品粉碎后过60目筛，低温保存待测。所有样品均取适量干燥至恒质量，测定含水率，试验结果均以样品干质量计。

13样品提取与净化

提取：精密称取2 g样品于50 mL 具塞玻璃试管中，加入5 mL 正己烷-乙酸乙酯（体积比为=4 ∶1），摇匀，超声 15 min，中间摇匀2次，取出高速涡旋2 min，加入05 g无水MgSO4，再涡旋1 min，溶液过045 μm滤膜。净化：取2 mL滤液，加入100 mg PSA、50 mg C18E、25 mg GCB，涡旋30 s，过045 μm滤膜，滤液待测。endprint

14色谱条件

色谱柱为TR-5，60 m×025 mm×0 25 μm；载气为氮气；流速为11 mLmin；进样口温度为250 ℃；程序初始温度为150 ℃，以3 ℃min升至 240 ℃，再以 5 ℃min升至 310 ℃；检测器温度为320 ℃；进样量1 μL，不分流。

2结果与分析

21QuEChERS提取溶剂的考察

结合文献4，15]，主要考察混合溶剂正己烷-丙酮（体积比为1 ∶1）、正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）的提取效率。初步试验结果表明，大米、小麦和玉米这3种谷物样品中，大米和小麦的样品提取液（未净化）色谱图基质干扰较小、基线平稳，玉米样品（未净化）基质干扰较大，因大米提取液无色，小麦提取液微黄，所以本试验首先选取大米为试验对象，比较2种溶剂对大米中16种OCPs和PCBs的提取效率。由于谷物均为干性介质，目标化合物与样品结合较为紧密，涡旋在萃取方式上相对柔和，样品与溶剂接触时间较短使目标化合物不能有效溶出，因此，本试验在单独涡旋振荡的基础上增加超声，谷物水分含量较少，在其中加入05 g无水MgSO4用于脱水。样品提取同“13”节中的步骤。

由图1可知，正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）的回收率高于正己烷-丙酮（体积比为1 ∶1）的回收率，正己烷-丙酮（体积比为1 ∶1）回收率的结果误差相对较大，图谱也显示杂质峰较多，可能是因为该混合溶剂极性较大，可以提取出更多淀粉、色素等对结果造成一定的干扰。

22QuEChERS净化条件的优化

221吸附剂对不同溶剂加标回收率的影响

考虑到谷物中含淀粉、脂肪酸及少量色素等特点，考察PSA、C18E、GCB等3种吸附剂的吸附效果。试验首先考察单种吸附剂在纯溶剂介质中对OCPs、 PCBs的吸附效果，然后考察在正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）、正己烷溶剂中3种吸附剂对9种OCPs添加浓度为10 μgL、7种PCBs添加浓度为 100 μgL 的回收率的影响。参考美国分析化学家协会标准（association of official analytical chemists，简称AOAC） 200701、欧洲标准（european norm，简称EN）156627]，分别取100 mg PSA、50 mg C18E、25 mg GCB加入加标溶剂中。由图2可知，在正己烷介质中，PSA对β- BHC和δ- BHC产生较强吸附作用，回收率分别为289%、117%，对其他化合物基本无影响；GCB对HCB、δ-BHC、PCB28及PCB118存在一定的吸附作用；C18E对所有化合物均无影响。

由图3可知，在正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）介质中，PSA与C18E对所有化合物均无吸附作用；GCB主要对HCB产生强烈的吸附作用，这与HCB的平面结构有关。2种溶剂中吸附剂表现的不同吸附能力说明，吸附剂对目标化合物的吸附能力与溶剂的极性有关。考虑到溶剂与实际样品提取液存在差别，本试验初步确定样品经正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）提取后，提取液直接采用PSA、C18E净化，GCB有待进一步考察。

222吸附剂对样品基质加标回收率的影响

本试验对大米正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）提取液的加标情况进行考察。试验取大米正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）提取液基质，加入适量标准溶液，再分别加入PSA、C18E、GCB。结果表明，PSA、C18E对目标化合物无影响，16种OCPs和PCBs的回收率均在95%～110%之间，与溶剂加标结果基本一致；加入吸附剂GCB后，HCB的回收率为802%，其他15种化合物的回收率在90%～108%之间，回收率明显高于溶剂加标，这说明样品中杂质与目标化合物对GCB产生竞争吸附作用。针对不同的样品基质，在净化样品的同时，要保证目标化合物的回收率，精确考察GCB的用量。

223吸附剂对不同实际样品的凈化效果比较

取大米、小麦和玉米样品的正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）提取液，加入标准溶液后比较净化前后的效果，试验首先考察PSA、C18E。净化前大米基本无色，小麦微黄，玉米颜色较深，经PSA、C18E净化后，小麦与玉米的颜色变浅。从色谱图上看，大米和小麦净化前基线基本平稳，杂质峰较多但对16种目标化合物的干扰较小，净化后杂质峰减少。玉米净化前基质干扰严重、基线不平稳（图4），基质主要对PCB101和DDE的色谱峰有影响。加入PSA后，基线略有改善，加入PSA与C18E后，基线平稳。从回收率结果来看，净化前PCB101和DDE的回收率分别为646%、889%，加入PSA净化后两者的回收率分别为907%、929%，加入PSA与C18E后两者的回收率分别为1052%、1032%。加入PSA与C18E可以在较大程度上降低玉米基质的干扰。

由于玉米经PSA与C18E净化后呈浅黄色，在加入PSA与C18E的基础上，再加入GCB。结果表明，GCB的加入没有使样品明显脱色，考虑到GCB的加入对部分目标化合物回收率的影响较大，PSA与C18E联合净化已能满足净化要求。因此，本试验采用PSA与C18E作为净化剂。

23校准曲线、定量限、回收率及精密度

将16种OCPs与PCBs配制成系列混和标准曲线，按色谱条件进行分析。由表1可知，16种OCPs和PCBs在一定浓度范围内峰面积（y）与浓度（x）呈线性关系，相关系数均大于0997。以信噪比（signal-to-noise ratio，简称SN）=10为最低定量限（LOQ），

选用不含目标化合物的大米作为空白基质样品，对该方法的精密度和准确性进行验证。平行称取5份空白样品，加入浓度为20 μgkg的混合标准溶液，按照“13”“14”节的方法进行处理，16种OCPs和PCBs回收率在875%～1062%之间，相对标准偏差在163%～482%之间，回收率的结果表明该方法具有良好的准确度和精密度。endprint

24谷物样品部分检测结果

按照 “13”“14”节中的步骤对市售部分谷物样品进行检测。OCPs参照GB 2763—2012《食品中农药最大残留限量》16]中谷物中成品粮农药再残留限量，DDT总量<50 μgkg；谷物中PCBs残留限量暂无相应标准，参照GB 2762—2012《食品中污染物限量》17]中水产动物及其制品限量，PCBs总量<500 μgkg，由表2可知，本试验样品的检测结果低于相关标准限量。考虑到粮食安全必须得到绝对保障，有必要建立快速的检测方法。

3结论

本研究开发的QuEChERS方案：样品以正己烷-乙酸乙酯（体积比为4 ∶1）为提取溶剂，进行超声+涡旋提取，采用PSA、C18E作为吸附剂进行净化，采用GC-ECD进行检测。该方法操作简单、溶剂用量少，样品前处理时间短（<30 min），与传统方法4]相比具有更好的准确度和精密度，可用于快速检测谷物中16种OCPs和PCBs，在相关污染监控检测方面具有较好地应用前景。

参考文献：

1]ZK（#]谢武明，胡勇有，刘焕彬，等 持久性有机污染物（POPs）的环境问题与研究进展J] 中国环境监测，2004，20（2）：58-61

2]国家质量监督检验检疫总局 粮谷中475种农药及相关化学品残留量的测定：气相色谱-质谱法：GBT 19649—2006S] 北京：中国标准出版社，2007

3]蒋卉，晋玉霞，刘文杰 溶剂萃取-气相色谱法测定粮食中硫丹类农药残留量J] 理化检验（化学分册），2010，46（3）：251-253

4]杨佳佳，佟玲，吴淑琪，等 加速溶剂萃取-气相色谱法测定谷物中有机氯农药和多氯联苯J] 岩矿测试，2013，32（3）：487-494

5]毕新慧，储少岗，徐晓白 多氯联苯在水稻田中的迁移行为J] 环境科学学报，2001，21（4）：454-458

6]李樱，储晓刚，仲维科，等 凝胶渗透色谱和固相萃取净化-气相色谱分离组合法测定糙米中的残留农药J] 分析化学，2004，32（10）：1325-1328

7]Anastassiades M，Lehotay S J，tajnbaher D，et al Fast and easy multiresidue method employing acetonitrile extractionpartitioning and “dispersive solid-phase extraction” for the determination of pesticide residues in produceJ] Journal of AOAC International，2003，86（2）：412-431

8]Hou X，Han M，Dai X，et al A multi-residue method for the determination of 124 pesticides in rice by modified QuEChERS extraction and gas chromatography-tandem mass spectrometryJ] Food Chemistry，2013，138（23）：1198-1205

9]庞民好，康占海，陶晡，等 基质固相分散-高效液相色谱法测定小麦籽粒中吡虫啉和啶虫脒残留J] 农药学学报 2008，10（4）：491-494

10]ZK（#]He Z Y，Wang L，Peng Y，et al Multiresidue analysis of over 200 pesticides in cereals using a QuEChERS and gas chromatography-tandem mass spectrometry-based methodJ] Food Chemistry，2015，169：372-380

11]張潜，赖发伟 气相色谱法同时测定大米中37种农药残留J] 理化检验（化学分册），2010，46（11）：1289-1292

12]聂鲲 大米中28种有机氯及拟除虫菊酯农药残留GC-ECD测定J] 食品工业科技，2012，33（7）：347-349

13]李春风，沈伟健，蒋原，等 分散固相萃取气相色谱-负化学离子源质谱法测定大豆和玉米中20种农药的残留量J] 色谱，2009，27（2）：176-180

14]Kolberg D I，Prestes O D，Adaime M B，et al Development of a fast multiresidue method for the determination of pesticides in dry samples （wheat grains，flour and bran） using QuEChERS based method and GC-MSJ] Food Chemistry，2011，125（4）：1436-1442

15]Miao Q，Kong W，Yang S，et al Rapid analysis of multi-pesticide residues in lotus seeds by a modified QuEChERS-based extraction and GC-ECDJ] Chemosphere，2013，91（7）：955-962

16]中华人民共和国农业部，中和人民共和国卫生部 食品中农药最大残留限量：GB 2763—2012S] 北京：中国农业出版社，2013

17]中国人民共和卫生部 食品中污染物限量：GB 2762—2012S] 北京：中国标准出版社，2013endprint