检测蔬菜中拟除虫菊酯农药的动态液相微萃取/气相色谱法

郭威艳，高 磊，王美仙

（1.内蒙古自治区乌兰察布市农畜产品质量安全监督管理中心，内蒙古 乌兰察布 012000；2.内蒙古自治区乌兰察布市农牧业综合执法支队，内蒙古 乌兰察布 012000）

0 引言

由纯天然除虫菊素通过人工合成方式制作的杀虫剂称为拟除虫菊酯类农药，该类农药主要被应用于防治果蔬类病虫害，其杀虫谱范围广且防虫杀虫效果好，残留也比其他类杀虫剂少［1］。拟除虫菊酯类农药在使用过程中，性质较稳定，受光的影响小而不易被光解，效用时间长。拟除虫菊酯类农药的使用效果较好，因此其在防治农业害虫中使用较多，但该类农药的使用也为果蔬类食品安全增加了一定的隐患。随着众多食品安全问题被曝光，人们越来越重视每日必需的新鲜果蔬的安全性，对果蔬药物残留的关注度逐渐提升［2－3］。人们长时间摄入果蔬中残留的拟除虫菊酯类农药，会轻度中毒，主要表现为头晕乏力、视线模糊、呕吐等，严重时会出现呼吸衰竭、肺水肿、昏迷等情况。目前检测果蔬中拟除虫菊酯类农药的方法众多［4］，如免疫分析法、分光光度法等，虽然这些方法均可实现水果、蔬菜中拟除虫菊酯类农药的检测，但存在普适性较低的问题，应用范围有限。动态液相微萃取技术自20世纪90年代被提出以来，因其具有灵敏度高、富集效果好等特点而被广泛应用，该技术将采样、分离、进样等融合在一起，适用于复杂介质和特殊性质的样本［5－6］。气相色谱由流动相与固定相组成，通过其输出的色谱图的色谱峰移动速度和高低分析样本含量情况，该方法具备分离速度快、效率高等优点，且不受样本数量的限制，检测灵敏度高［7］。本文结合动态液相微萃取技术与气相色谱法，研究了检测蔬菜中拟除虫菊酯类农药的动态液相微萃取气相色谱法，旨在为食品安全检测提供高效精准的检测方式。

1 动态液相微萃取气相色谱检测方法

1.1 仪器与试剂制备

1.1.1 仪器规格 气相色谱仪选用由杭州宇特自动化工程有限公司生产的PGC5000系列气相色谱仪，其测量精度为0.01 ℃，其可运行柱流失补偿为双通道模式［8］；检测限≤5×10-12g/s[n-C16]；漂移 量≤5×10-13A/30 min；噪音≤2×10-15A；动态线性范围小于107。其工作原理如图1所示。

图1 气相色谱仪的工作原理示意图

离心机型号为TG-16W-I，其生产厂家为济南鑫宇鑫医疗设备有限公司。其他仪器有食物料理机、内插管（180 μL）、进样瓶（2.0 mL)、微量进样器。1.1.2 试剂规格及制备 萃取剂和分散剂均为分析纯，主要成分有：氯苯、氯化钠、四氯化碳、四氯乙烯、甲醇、乙腈，丙酮等，分别购自国内各大化工试剂公司。US20K中空纤维膜，由山东博纳生物科技集团有限公司生产，其致密层可位于纤维的外表面（如反渗透膜），也可位于纤维的内表面（如微滤膜、纳滤膜和超滤膜）；在膜管壁上布满微孔，能截留物质的分子量表达，截留分子量可达几千至几十万；原水在中空纤维膜外侧或内腔加压流动。在实验过程中均使用超纯水。供试的拟除虫菊酯类农药包含氟氯氰菊酯（Cyfluthrin）、氯氰菊酯（Cypermethrin）、氰戊菊酯（Fenvalerate）、联苯菊酯（Bifenthrin），均购自成都嘉叶生物科技有限公司。精确称取上述拟除虫菊酯农药各个成分5.0 mg，分别置于内插管内，以甲醇为溶剂，将其均稀释成1.8 mg/mL的储备液，密封放置于3.8 ℃恒温容器内避光存储。工作液为利用甲醇按级别稀释、定量配制的储备液［9－10］。

1.2 中空纤维膜制备与液相微萃取

中空纤维膜制备与液相微萃取装置如图2所示。

图2 中空纤维膜制备与液相微萃取装置

将中空纤维膜放置于丙酮溶液内，使中空纤维膜与丙酮充分反应20 h，利用超声清洗手段处理后［11］，将中空纤维膜放置于室温环境内自然风干，然后将其裁剪为1.8 cm长的小段；取2.8 μL萃取剂，将其放置于进样瓶内，再将2.8 μL的超纯水注入其中；利用微量进样器连接中空纤维膜的一端，将中空纤维膜的另一端放置于含有萃取剂和超纯水的进样瓶内［12］，使中空纤维膜与萃取剂反应12 s，然后将超纯水注入其中，利用超纯水将中空纤维膜内的有机溶剂置换掉；最后利用储备液浸泡该纤维膜，促使有机溶剂充分溶入纤维膜内，以磁力搅拌方式萃取后取中空纤维膜内萃取剂0.8 μL，送入气相色谱测定仪进行检测［13-14］。

1.3 色谱条件

HP-5MS色谱柱，载气为氦气（纯度为99.999%）。进样口温度为200 ℃。初始柱温为60 ℃，持续时间为30 s；升温速率为22 ℃/min，使色谱柱温度上升至320 ℃，持续时间为300 s。氦气流速为0.8 mL/min。

质谱条件：离子源、传输线、腔体温度分别为220、260和30 ℃；溶剂延迟时间为180 s。

采集方式：采用全扫描方式（SCAN）进行定性分析；采用离子方式（SIM）进行定量测定［15］，扫描速率和宽度分别为0.5次/s和0.88。

2 实验结果与分析

取0.5 mL、浓度为1000 mg/L的拟除虫菊酯类农药Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate、Bifenthrin，将其分别喷洒在生菜上（经检测，该蔬菜在喷洒拟除虫菊酯农药之前无任何农药残留），以该蔬菜作为实验样本，从多个角度开展测试。

2.1 分离条件分析

考察了不同萃取时间（0～30 min）对萃取效果的影响，结果如图3所示。本实验发现在萃取15 min时所有待测物的峰面积均最大，表明此时萃取的富集程度最高。若萃取时间过长，则会对中空纤维膜上的微孔结构产生影响，膜中有气泡产生，导致萃取的稳定性和重复性有所下降。故选择萃取时间为15 min。

图3 不同萃取时间对萃取效果的影响

取Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate、Bifenthrin每种储备液1.8 mL，分别设置紫外吸收波长200、220 nm，测试本文方法分离拟除虫菊酯农药成分的情况，结果如图4所示。

图4 实际样品的色谱图

由图4可知：在上述2种波长下Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate、Bifenthrin均可被分离；当紫外吸收波长为200 nm时，拟除虫菊酯农药样本的色谱曲线在时间为1.0～2.5 min时出现轻微杂峰干扰；当紫外吸收波长为220 nm时，拟除虫菊酯农药样本的色谱曲线无杂峰干扰，且Fenvalerate和Bifenthrin均被分离出1个异构体，分离情况较好。因此本文方法选取紫外吸收波长220 nm为拟除虫菊酯农药的分离条件。

2.2 萃取剂的选取

将氯苯、四氯化碳、四氯乙烯、甲醇作为萃取剂，检测它们对拟除虫菊酯农药成分的萃取情况，结果如图5所示。

图5 不同萃取剂对萃取效果的影响

由图5可见：当以氯苯作为萃取剂时，对Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate、Bifenthrin萃取的色谱峰面积均较大；当以四氯化碳作为萃取剂时，虽然对Fenvalerate萃取的色谱峰面积较大，但对其余3种农药成分萃取的色谱峰面积均较小；当以四氯乙烯和甲醇作为萃取剂时，对4种拟除虫菊酯农药的萃取效果均较差。综合而言，以氯苯作为萃取剂，其与中空纤维的亲和力较好，萃取效果最好，因此本文方法选取氯苯作为萃取剂。

2.3 蔬菜样本与水质量比的分析

设置生菜样本与水的质量比分别为1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1，样本质量均为8 g；萃取不同质量比例样本中的拟除虫菊酯农药，分析不同拟除虫菊酯农药的色谱峰面积，结果如图6所示。

图6 不同蔬菜样本与水的质量比对萃取效果的影响

从图6可以看出：当蔬菜样本与水的质量比为1∶3和2∶1时，检测出的拟除虫菊酯农药的色谱峰面积均较大，其中Cyfluthrin和Fenvalerate的色谱峰面积相同，且这2种农药在质量比2∶1下的色谱峰面积稍大于在1∶3下的；当蔬菜样本与水的质量比为1∶1、1∶2、3∶1时，其检测的拟除虫菊酯农药的色谱峰面积均较小，因此在萃取时蔬菜样本与水的最佳质量比为2∶1。

2.4 萃取次数的选取

在萃取拟除虫菊酯农药时要将蔬菜样本输入进样器中的氯苯内。由于超纯水体积较大，为了保证萃取平衡需耗费较长时间。取5 mL超纯水，在水样中注入拟除虫菊酯农药4.5 μg/L，设置萃取次数40次，分析萃取次数与拟除虫菊酯农药萃取量的关系，结果如图7所示。

图7 不同萃取次数对萃取效果的影响

由图7可知，随着萃取次数的增加，不同拟除虫菊酯农药的色谱峰面积均逐渐增加，虽然Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate、Bifenthrin的色谱峰面积未达到平衡，但在第40次萃取时，4种拟除虫菊酯农药的色谱峰面积最为接近，其中Cypermethrin、Fenvalerate、Bifenthrin农药的色谱峰面积几乎相同，因此当萃取次数为40次时，本文方法的萃取效果最佳。

2.5 离子强度与检测温度的分析

分别在Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate、Bifenthrin内添加氯化钠0.1 mg，分析色谱仪内拟除虫菊酯农药有机相的扩散速率，结果如图8所示。

图8 离子强度的分析结果

从图8可以看出，拟除虫菊酯农药有机相的扩散速率与时间呈反比例，其中Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate的有机相扩散速率下降幅度相差不大，而Bifenthrin的下降幅度较大，在时间为1.6 s时，其有机相的扩散速率下降至49%左右，可见拟除虫菊酯农药内含有氯化钠会降低其扩散速率，导致检测结果不够准确，因此在使用本文方法检测蔬菜内拟除虫菊酯农药时，需事先去除蔬菜样本中的氯化钠成分。

为了获取最佳检测温度，设置温度10～40 ℃，在此温度范围内进行萃取实验，绘制拟除虫菊酯农药色谱峰值的走势图，结果如图9所示。

图9 不同检测温度对萃取效果的影响

由图9可知：随着检测温度的升高，拟除虫菊酯农药的色谱峰面积呈现先上升后下降的趋势；当温度为35 ℃时，Fenvalerate和Cypermethrin的色谱峰面积较小；当温度为25 ℃时，Cyfluthrin和Cypermethrin的色谱峰面积较大，Fenvalerate和Bifenthrin的色谱峰面积较小。从整体来看：当检测温度为25 ℃时，检测效果不理想；当温度为20 ℃时，4种拟除虫菊酯农药的色谱峰面积较为接近，且较高，因此用本文方法检测拟除虫菊酯农药时，检测温度设置为20 ℃。

2.6 pH值影响的分析

蔬菜种类不同，其自身的pH值会不尽相同。分析在不同pH值条件下拟除虫菊酯农药在超纯水内的溶解度，绘制拟除虫菊酯农药的回收率曲线，结果如图10所示。

由图10可见：随着pH值的增加，Cyfluthrin、Cypermethrin、Fenvalerate和Bifenthrin的回收率均迅速上升，然后保持恒定状态，其中Cyfluthrin和Cypermethrin达到恒定回收率时的pH值差距较小，均在3.4左右，而Fenvalerate与Bifenthrin达到恒定回收率时的pH值均在4.2左右；当pH值相同时，Fenvalerate的回收率较Bifenthrin高12个百分点左右。该结果表明，当pH值大于4.2时，用本文方法检测拟除虫菊酯农药的回收率较高；当蔬菜的pH值较低时，需要对蔬菜样本进行中和处理。

图10 pH值影响的分析结果

2.7 加标回收率与精度分析

设置加标量2.5、3.0、3.5 mg/kg进行实验，计算4种拟除虫菊酯农药在不同加标量条件下的回收率与相对标准偏差。从表1可以看出：当加标量不同时，4种农药的加标回收率均在75.5%～ 83.1%之间，加标回收率较高；相对标准偏差在3.66%～ 5.22%之间波动，总体较小。该结果表明，本文方法具有较强的检测能力，准确性较高，重现性较强。

表1 拟除虫菊酯农药加标回收率与精度测试结果

为了更好地验证用本文方法检测的准确性，设置最佳检测条件，统计拟除虫菊酯农药的线性范围、相关系数以及检出限，结果如表2所示：在4种拟除虫菊酯农药中，除Bifenthrin的线性区间为0.02～25.00 mg/kg之外，其余3种拟除虫菊酯农药的线性区间均相同；4种拟除虫菊酯农药的相关系数最大差值为0.006，相差不大；最大检出限仅为0.041 mg/kg，表明本文检测方法在应用过程中具备较高的精准度，可有效应用于实际蔬菜中拟除虫菊酯农药的检测。

表2 拟除虫菊酯农药的检测验证结果

2.8 拟除虫菊酯农药残留的测试

为了测试本文方法对各种蔬菜中拟除虫菊酯农药的检测效果，从市场上购入黄瓜、豇豆和番茄，采用上述最佳检测条件进行实验。由表3可知：在黄瓜样本中未检测到拟除虫菊酯类农药的残留成分；在豇豆和番茄样本中检测到浓度分别为0.039和0.042 mg/kg的Fenvalerate；根据国家蔬菜农药残留标准，豇豆和番茄样本中Fenvalerate的残留浓度较低，属于安全范围内，因此这2种蔬菜虽然有拟除虫菊酯农药残留，但具备一定的安全性，对人体无危害。综上所述，采用本文方法可有效检测蔬菜中拟除虫菊酯农药的残留情况，检测能力较强。

表3 不同蔬菜中拟除虫菊酯农药的残留情况

3 小结与讨论

本文结合动态液相微萃取技术和气相色谱方法研究了检测蔬菜中拟除虫菊酯农药的动态液相微萃取气相色谱法，并通过多方面的实验获得了本文方法的最佳萃取条件和检测条件：紫外吸收波长为220 nm，以氯苯为萃取剂，蔬菜样本与水的质量比为2∶1，萃取次数为40次，检测温度为20 ℃，蔬菜样本的pH值大于4.2。利用获取的最佳检测条件检测多种蔬菜样本中拟除虫菊酯农药的残留情况，实验结果表明，采用本文方法可以有效地检测出蔬菜中拟除虫菊酯农药的残留含量，具备较强的检测能力。

虽然采用本文方法检测蔬菜中拟除虫菊酯农药具有较好的效果，但是目前动态液相微萃取技术所采用的分散剂和萃取剂较单一，且各种蔬菜样本的新鲜程度不同；此外，虽然可以调整蔬菜样本的pH值以降低检测误差，但是在蔬菜样本中依然存在基质干扰。针对上述情况，以后如何进行更加精准的、全方位的检测，有待进一步研究。