搅拌棒吸附萃取-热脱附-气相色谱-质谱联用法测定果汁中29种有机磷农药残留

冯晓青 王 芹 汪 怡 王 露 宋 鑫 徐 瑞 杭学宇

(淮安市疾病预防控制中心，淮安 223001)

1 引言

有机磷(OPPs)农药在农副产品中的浓度通常很低，蔬菜水果中存在的有机酸、色素以及糖类会造成基质本底干扰，很多样品不能直接上机分析，往往需要在样品色谱分离检测前，选择富集能力较好或者可以较好地消除干扰、降低检出限的前处理方法。目前，检测果汁中农药残留的样品预处理技术主要有液液萃取(LLE)[1]、基质固相分散(MsPD)[2-4]、固相萃取(SPE)[5]和固相微萃取(SPME)[6]等。液液萃取和固相萃取等传统提取方法存在样品和试剂消耗量大、操作繁琐和耗时等缺点。近年来，由于具有操作简单、提取快速、无需溶剂、可实现提取自动化等特点，SPME技术逐渐应用于复杂样品中农残富集的前处理。在SPME基础上发展起来的搅拌棒吸附萃取(SBSE)技术通过用PDMS涂覆的搅拌棒搅拌预定时间来提取含水样品[7]。聚二甲基硅氧烷具有性能稳定、耐高温、选择范围广等优点，其作为SPME的涂层已应用于多种农残的富集萃取。由于搅拌棒有比固相微萃取纤维更大面积的聚合物，所以可以得到较高的提取效率。通过冷进样系统和热脱附实现半挥发性目标化合物进样，可以有效排除基质干扰。目前该技术已成功应用于生物医学、医药和环境样品等含有复杂基质样品的提取分析[8-10]。

本研究的主要目的是优化并验证SBSE对复杂基质水样品中超痕量水平的不同辛醇-水分配系数的有机磷农药的富集萃取能力，另外建立SBSE-热脱附(TDS)-气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术同时测定果汁中29种有机磷农药组分的方法，并用于实际样品的分析检测。

2 材料与方法

2.1 仪器

Agilent 7890B /5977A气相色谱/质谱联用仪、DB-5MS色谱柱(美国Agilent公司)；搅拌棒、CIS-TDU热脱附系统、Gestel TC2吸附管老化器(德国Gestel公司)；HJ-6B六联磁力搅拌器(金坛市医疗仪器厂)。

2.2 试剂

29种有机磷农药混合标准品溶液(美国Accustandard公司)；甲醇(德国默克公司)；氯化钠(分析纯)；蒸馏水(广州屈臣氏食品饮料有限公司)。

2.3 标准溶液的配制

精确吸取农药混合标准溶液100 μL，用甲醇定容至10 mL，配成1 μg/mL标准储备液。准确吸取一定量标准储备液至盛有20 mL蒸馏水的顶空瓶中，加入搅拌棒，配制成浓度分别为0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的29种有机磷农药标准系列。

2.4 实验方法

2.4.1样品前处理

将购于淮安本地市场的葡萄、蓝莓分别用榨汁机榨汁，过滤，离心。考虑到样品基体效应可能带来的干扰以及实际萃取过程中样品量需求较大，将汁稀释100倍再进行萃取[11]。将搅拌棒置于20 mL顶空瓶中，向顶空瓶中加满果汁样品，放入搅拌棒，盖紧盖子，以700 r/min室温下搅拌20 min，萃取完成后，取出搅拌棒，用少许蒸馏水洗涤棒表面，用不起毛棉纸吸干水分，放入热脱附玻璃管中(4 mm×178 mm)，待TDS- GC/MS分析测定。

2.4.2仪器条件

搅拌棒老化：将搅拌棒(长10 mm，PDMS膜厚0.5mm，萃取相涂层25 μL)装入玻璃管后，放入磁子老化仪，通入氮气100 mL/min。老化程序：初始温度40 ℃，以20 ℃/min升至280 ℃保持30 min，再以10 ℃/min降至50 ℃保持0 min，25 ℃保持60 min。

热解析条件：初温50 ℃，延迟1 min，初始1 min，然后以200 ℃/min升至200 ℃保持10 min；传输线325 ℃，不分流模式，载气流速为20 mL/min。冷阱条件：初温-50℃，平衡0.2 min，初始时间0.01min，然后以12℃/s升至350 ℃保持10 min。

气相色谱条件：色谱柱：DB- 5MS(30 m×0.32 mm×0.25 μm)(美国Agilent公司)；载气：氦气(纯度>99.999%)；恒流：1.0 mL/min，PTV(progranned temperature vaporization)进样口，溶剂排空模式；程序升温，初温80℃保持1.0 min，以10 ℃/min 升温至 130 ℃，保持 3 min， 12 ℃/min 升温至 180 ℃，保持 0 min，7 ℃/min 升温至 240 ℃，保持 0 min，12 ℃/min 升温至 320 ℃，保持 10 min。

质谱条件：离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；电子能量：70 eV；GC/MS传输温度：280 ℃；溶剂延迟5 min，选择离子扫描(SIM)模式。每个化合物选择1个定量离子，29种有机磷类农药的保留时间和SIM扫描离子见表1。

表1 OPPs保留时间和SIM扫描离子

3 结果与讨论

3.1 萃取体积和萃取时间

本实验考察了2 mL、5mL、10 mL和20 mL等不同样品体积对不同ACD/LogP值(ACD软件测定的脂水分配系数)(1.66～5.07)的代表性有机磷农药萃取回收率的影响(图1)。结果显示所有目标化合物的回收率随着样品体积的减少而不断增加。当样品体积为最小的2 mL时得到的回收率最高。这主要是由于2 mL样品有最小样品/ PDMS相比(β= 83)[12,13]。此外，样品越少地暴露于玻璃表面可以避免更多疏水性待测组份吸附到提取容器的玻璃壁上。然而，对于大多数化合物而言，实际提取量与样品体积成正比，特别是ACD/LogP值在3～6范围内的有机磷化合物。为了获得尽可能低的LOD，实际工作中选择20 mL的样品体积作为本研究参数。

图1 不同体积萃取效率的回收率比较

萃取时间是SBSE萃取过程中的重要参数。通过分析上述流程处理的加标样品来评估其萃取有效性。图2显示了萃取时间与峰面积响应之间的关系。当萃取时间从20 min上升至60 min，峰面积有大幅增加。这表明在搅拌棒与样品达到平衡之前，时间因素起关键作用。但当萃取时间大于60 min后，大多数目标化合物已经达到平衡，因此，当萃取时间发生较小变化时，对定量结果也不会产生较大影响。本研究中萃取时间选择为60 min，然而在实际应用中，由于灵敏度足够高，可选择适当短的萃取时间，以实现更快的分析速度和更高的分析通量。

图2 萃取时间对萃取量的影响

3.2 搅拌速度

搅拌可以加快分子质量传递速率并缩短到达热力学平衡所需的时间。研究考察了0～900 r/min范围内搅拌速度对目标化合物提取效率的影响，结果显示大多数目标化合物的提取效率随着搅拌速度从0 r/min到700 r/min逐步升高，但随着搅拌速度的进一步提高，回收率几乎保持不变。另外考虑到过高的搅拌速度可能会损坏搅拌棒，在本研究中采用700 r/min的速度。

3.3 离子强度的影响

盐增加溶液的离子强度，可以降低分析物在水相中的溶解度并促进它们转移到有机相[14]。已有报道称，ACD/LogP值低于4.0的分析物通过加盐可以显著提高其回收率(SBSE法，添加30%NaCl)[15]。实验研究了添加NaCl在0%(无添加)、10%和30%水平下的对搅拌棒提取效率影响。对于ACD/LogP值在1～4之间的组分，加盐可以提高其回收率，30%氯化钠回收率最高，见图3。相对于不添加盐的SBSE方法，ACD/LogP值接近或大于4.0的有机磷农药回收率会显著降低，所以要获得满意的回收效率必须增加额外的萃取时间。基于对快速分析方法的需要以及本研究中的目标化合物ACD/LogP大多集中在4.0左右，所以本试验不添加氯化钠。

图3 不同盐加入量萃取效率的比较

3.4 甲醇加入量

加入有机改性剂，如甲醇(MeOH)，有利于通过减少样品瓶玻璃壁对目标化合物的吸附来富集非极性化合物[16]。然而，有机改性剂的存在也增加了非极性化合物在溶液中的溶解度，降低了萃取效率。为了确定该效果，向50 ng/mL的空白加标溶液中分别加入5%、10%、20%、30%的甲醇，考察不同甲醇加入量对萃取效率的影响。相对于ACD/LogP值较小的目标化合物，加入甲醇会降低其回收率，而ACD/LogP值较大的目标化合物适量的甲醇可以提高其富集效率，但效果并不明显(图4)。有研究证实一定比例的甲醇可改善ACD/LogP>6.0的农药组分的富集效率。鉴于本研究中目标化合物ACD/LogP值均小于6.0，加之满足方法简单快速等要求，本研究中不添加甲醇。

图4 不同甲醇加入量萃取效率的比较

3.5 温度

本研究分别在25 ℃、35 ℃、45 ℃、60 ℃下进行搅拌萃取，考察不同温度对萃取效率的影响。高温有助于更快地达到平衡，但也降低了目标化合物的分配系数和PDMS使用寿命[17]。本研究发现随着萃取温度的升高，各组分的萃取效率均有不同程度下降，可能原因是有机磷农药在高温下挥发或高温下分配系数降低引起。因此试验中选取室温下进行萃取操作。

3.6 GC-MS测定

29种OPPs混合标准溶液(1.0 mg/L)和空白果汁加标(5.0 mg/L)的总离子流图(图5)所示。各组分保留时间见表1。

图5 29种OPPs混合标准溶液和空白果汁加标的总离子流谱图(a).29种OPPs混合标准溶液(5.0 mg/L)；(b).空白果汁加标(5.0 mg/L)

3.8 标准曲线、检出限、精密度及回收率

为考察果汁的基质效应，将葡萄汁和蓝莓汁分别稀释100倍作为为基体[18]，以空白基质液配制成标准曲线与以蒸馏水配制的标准曲线作对比，结果显示以空白基质和蒸馏水配制的29种有机磷农药的标准曲线斜率比值在0.9～1.1之间，且峰面积响应值也无差别，则认定基质效应影响较小[19]，可采用标准工作曲线进行定量分析。

将1.3中所配制的29种有机磷农药的混合标准液按1.4.1和1.4.2条件进行测定，每个浓度点平行测定3次，以响应值平均值对质量浓度进行线性回归，得到的回归方程见表2。29种可以有效萃取的OPPs的线性范围在0.05～5.0mg/L之间，相关系数在0.96～0.99，在所研究的浓度范围(0.05～5.0mg/L)内，29种农药成分都具有较好线性关系。以3倍信噪比计算方法的检出限，结果见表2。分别取不含有上述29种农药的空白果汁为溶剂，进行低、中、高3个不同水平(0.05、0.5、2.0 mg/L)的加标回收试验，每个水平平行检测6次，3个加标水平的平均回收率在70.9%～97.1%之间，RSD小于5.5%(表3)，说明方法的准确度和精密度良好。

表2 29种有机磷农药的线性方程、相关系数、检出限

续表2

表3 空白果汁中29种OPPs的加标回收率与相对标准偏差( n = 6)

续表3

3.9 实际样品检测

应用本方法对20份果汁样品进行有机磷农药残留的检测，均未检出。

3 结论

本实验建立了搅拌棒吸附萃取(SBSE)-热脱附(TDU)-气相色谱-质谱法测定果汁中29种有机磷类农药(OPPs)残留的方法。本方法能有效萃取分配系数(ACD/LogP>1.0)的组分、无有机溶剂污染、操作简便、灵敏度较高、精密度好、线性好、能满足有机磷类农药多残留同时检测分析的要求，为果汁样品中有机磷类农药残留分析提供了可靠的检测手段，也为有机磷类及其他农药品种的检测提供了参考依据。