色谱  2016, Vol. 34 Issue (8): 817-822   PDF    
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彭晓俊
秦汉
温绮靖
梁伟华
梁优珍
自制双层固相萃取柱在新会陈皮及其制品中11种有机磷农药测定中的应用
彭晓俊, 秦汉, 温绮靖, 梁伟华, 梁优珍     
新会出入境检验检疫局, 广东 江门 529100
收稿日期：2016-04-04
基金项目：2015-江门市农业攻关计划项目
通讯联系人： E-mail:pxj2129@163.com
摘要：以自制改性多壁碳纳米管（MWNTs）和N-丙基乙二胺（PSA）填料分层填装的双层固相萃取柱为净化柱，建立了测定陈皮及其制品中11种有机磷农药残留的分析方法。样品经乙酸乙酯提取、离心后，固相萃取柱净化，净化液经Agilent RTS-1701毛细管柱分离，火焰光度检测器检测，外标法定量。考察了填料类型、填料用量、洗脱方式等因素对提取效率的影响。在优化条件下，11种有机磷农药检测的线性范围为0.020~1.0 mg/L，相关系数为0.9990~0.9998，检出限为3.5~9.6 μ g/kg。样品在10、25、100 μg/kg 3种水平下的加标回收率为50.8%~109%，相对标准偏差为2.7%~8.5%。该法准确度和灵敏度高、操作简单、快速，检出限能满足对有机磷农药残留的限量要求。自制固相萃取柱可降低成本，值得推广应用。
关键词： 自制双层固相萃取柱     气相色谱     有机磷农药     新会陈皮    
Application of homemade double solid phase extraction column for determination of 11 organophosphorus pesticides in Xinhui dried orange peel and its products
PENG Xiaojun, QIN Han, WEN Qijing, LIANG Weihua, LIANG Youzhen     
Xinhui Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Jiangmen 529100, China
Received: 2016-04-04
Foundation Item: Agricultural Research Project of Jiangmen City in 2015.
* Corresponding author. E-mail:pxj2129@163.com
Abstract: By packing N-propylethylenediamine (PSA) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) separately, a homemade double solid phase extraction purification column was made. A gas chromatographic method was developed for the simultaneous determination of 11 kinds of organophosphorus pesticides, including dichlorovos, methamidophos, acephate, phorate, omethoate, dimethoate, chlorpyrifos, malathion, parathion-ethyl, quinalphos and ethion in Xinhui dried orange peel and its products. The samples were centrifuged after extracted by ethyl acetate, and then cleaned up with a homemade double PSA/MWNTs solid phase extraction column. The separation of target compounds was performed on an Agilent RTS-1701 capillary column with temperature programmed within 25 min, then determined by a flame photometric detector and quantified by using external standard method. The factors affecting the determination, such as packing type, amount of packing, elution mode, extraction solution and ultrasonic time, were investigated. Under the optimized experimental conditions, the novel method showed a good linearity in the range of 0.020-1.0 mg/L with correlation coefficients of 0.9990-0.9998, the limits of detection were 3.5-9.6 μ g/kg for the pesticides. The new method was successfully applied to the analyses of organophosphorus pesticides in Xinhui dried orange peel and its products. The recoveries spiked with organophosphorus pesticides standards at three concentration levels of 10, 25 and 100 μ g/kg in samples were 50.8%-109% with relative standard deviations of 2.7%-8.5%. The established method is accurate, sensitive, simple and fast. The detection limits of the method meet the limited requirements of organophosphorus pesticide residues. The homemade column is cost saving and worthy of popularization and application. The study provides a useful method for the analysis of trace substance.
Key words: homemade double solid phase extraction column     gas chromatography (GC)     organophosphorus pesticides (OPPs)     Xinhui dried orange peel    

新会陈皮是不可多得的药食同源、食养俱佳的地方特产,为广东十大地道中药材之一,是“广东三宝”(陈皮、老姜、禾秆草)中的第一宝。近年出现了新会陈皮被有机磷农药污染的报道,影响了新会陈皮及其制品的出口竞争力和产品声誉。有机磷农药杀虫谱较广、杀虫速度快、价格低廉,是使用量最大的杀虫剂[1-2]。但因其急性毒性相对较大[3-4],对新会陈皮及其制品的食品安全产生极大威胁,因此有必要建立新会陈皮及其制品中有机磷农药残留的测定方法。

农产品中有机磷残留的检测方法主要有气相色谱法(GC)[5-6]、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)[7-9]、高效液相色谱法(HPLC)[10-11]、酶联免疫法(ELISA)[12-13]等,其中气相色谱配火焰光度检测器(FPD)的检测法对有机磷具有高选择性和高灵敏度,成为检测有机磷农药常用的分析方法。我国现行的关于有机磷检测的国家标准和行业标准[14-16]在样品前处理中用到大量的重蒸二氯甲烷或丙酮。二氯甲烷会损害人的中枢神经和呼吸系统,丙酮则对人的肝、肾和胰腺损害极大,二者的使用会对检测人员的健康造成一定伤害。另外，标准方法中前处理的过程需使用商品固相萃取柱,价格高且多为单层填料。新会陈皮中特有的某些挥发油、黄酮化合物、生物碱等化学成分用现行检测方法不易除去,加之还有蛋白质、脂肪、糖和有机酸等组分,用单层填料固相萃取柱净化,仍有较多的杂质干扰目标化合物的分析。

本研究选用改性多壁碳纳米管(MWNTs)和N-丙基乙二胺(PSA)2种填料分层填装自制固相萃取小柱,利用不同填料的特性,达到除去样品中不同性质的干扰物的目的。使用自制混合柱代替商品固相萃取柱,建立成本低廉、绿色环保、准确快速的分析方法,能大幅度地降低使用成本,为新会陈皮及其制品食品安全监督提供可靠的检测手段。

1 实验部分
1.1 仪器与试剂

GCMS-QP 2010 Ultar气相色谱-质谱联用仪,包括FPD、AOC-20si自动进样系统(日本Shimadzu公司); SGH-300高纯氢发生器(北京东方精华苑公司); KQ 2200DB型超声振荡器(昆山超声仪器有限公司); 2-16型通用台式高速离心机(德国Sigma公司); LAB DANCER涡旋混合器(德国IKA公司); DN-12W氮吹仪(上海比郎公司);固相萃取装置(美国Supelco公司);固相萃取空柱管(10 mL,上海德理安公司)。

敌敌畏、甲胺磷、乙酰甲胺磷、甲拌磷、氧乐果、乐果、毒死蜱、马拉硫磷、对硫磷、喹硫磷、乙硫磷11种有机磷农药标准品(100 mg/L)均购自农业部环境保护科研检测所;丙酮、乙腈、乙酸乙酯(色谱纯)均购自德国默克公司;浓硫酸、浓硝酸(分析纯)均购自广州试剂厂;C18固相萃取填料(平均粒度45 μm,比表面积480 m2/g)购自苏州赛分公司;PSA填料(平均粒度45 μm,孔体积0.8 m3/g)购自山东奥秘公司;MWNTs填料(纯度＞95%,直径10～20 nm,长度300～800 nm)购自深圳市纳米港有限公司;Al2O3填料(平均粒度106 μm,平均孔径0.005 8 μm)购自杭州赛析公司;实验用水为去离子蒸馏水。

1.2 GC条件

色谱柱:Agilent RTS-1701 (30 m×0.32 mm×0.25 μm);载气:氦气(纯度＞99.999%);流速:1.0 mL/min;进样量:1.0 μL;进样方式:不分流进样。升温程序:初始100 ℃,保持1 min；以20 ℃/min升温至220 ℃,保持2 min；以5 ℃/min升温至250 ℃,保持10 min。进样口温度:250 ℃;检测器温度:250 ℃;检测器:FPD;磷滤光片:526 nm;燃烧气:氢气(纯度＞99.999%),流速62.5 mL/min;助燃气:空气,流速90.0 mL/min。

1.3 自制固相萃取小柱

称取20 g MWNTs于500 mL单口烧瓶中,加入90 mL浓硫酸,超声2 h后,加入30 mL浓硝酸,超声1 h,移入恒温油浴槽中,于120 ℃下回流1 h,冷却,静置,用吸管吸除上层混酸清液后,加入1 000 mL去离子水稀释,稀释液过0.22 μm微孔滤膜,反复用水冲洗滤渣直至滤液的pH值为7,所得黑色固体于50 ℃真空烘箱下干燥1 h,即得改性MWNTs填料。

取固相萃取空柱管,底部铺上筛板,装入0.5 g改性MWNTs填料,填充均匀,再加入0.5 g PSA填料,压好筛板,即得自制固相萃取小柱。使用前依次用6 mL甲醇和乙酸乙酯活化。

1.4 样品处理

取新会陈皮、新会柑、陈皮酱、陈皮花色饼、陈皮梅、柑普茶各100 g,粉碎,混匀,备用。

称取2.00 g新会柑、陈皮酱、陈皮花色饼、陈皮梅(或新会陈皮、柑普茶)样品置于50 mL离心管中,加入2 mL(或4 mL)水,振荡1 min,超声10 min,加入5 mL乙酸乙酯,超声10 min,以3 000 r/min离心5 min,吸取上层清液；再加入3 mL(或5 mL)乙酸乙酯重复提取后,吸取上层清液；合并上清液,混匀。

将上清液过自制固相萃取小柱,流速不超过1 mL/min,收集流出液,吹干,残留物用1 mL乙酸乙酯定容,振荡1 min,溶液过0.22 μm有机相滤膜,待上机测定。

1.5 标准溶液的配制

分别吸取有机磷农药标准溶液1.00 mL,置于25 mL容量瓶中,用乙酸乙酯稀释至刻度,摇匀,配制成4.00 mg/L的标准储备液;分别吸取标准储备液0.050、0.125、0.500、1.250、2.500 mL,置于10 mL容量瓶中,用乙酸乙酯定容至刻度,摇匀,配制质量浓度为0.020、0.050、0.200、0.500、1.000 mg/L的11种农药的混合标准溶液。称取2.00 g新会陈皮,分别加入4.00 mg/L的标准储备液5、12.5、50 μL,配制含量分别为10、25、100 μg/kg的混合标准物质。

2 结果与讨论
2.1 MWNTs表面改性

Liu等[17]用混酸对MWNTs进行化学处理,结果在MWNTs表面氧化形成带氧官能团。本研究实验方法有所改变,先超声将MWNTs与浓硫酸混合均匀,以除去其表面加工过程中吸附的金属催化剂颗粒,再加入浓硝酸混匀后,置于120 ℃的恒温油浴中回流。这种处理确保MWNTs与混酸充分接触,进而提高氧化效率,最后加入去离子水停止反应。通过改性前后MWNTs透射电镜(TEM)照片的对比,发现改性后的MWNTs分散均匀,有一定的长径比且长度分布均匀,可见本法氧化改性处理步骤具有一定优势。将改性前后的MWNTs进行傅里叶变换红外光谱(FT-IR)检测,改性后的MWNTs在3 734 cm-1处有羧基(COOH)的特征峰,在3 414 cm-1处出现羟基(OH)的伸缩振动峰。因此证实MWNTs表面产生了COOH和OH官能基团。

2.2 固相萃取条件的优化
2.2.1 填料净化效果的考察

新会陈皮所含化学成分种类繁多,需使用固相萃取技术进行净化。根据有机磷农药的特性,首先选用PSA、C18、MWNTs、Al2O3单一填料固相萃取柱进行净化。C18填料对蛋白质、脂肪、维生素等杂质有较高的吸附量,但也能牢固吸附目标化合物;PSA填料能有效吸附黄酮、生物碱、糖类、酚类、脂肪酸、有机酸和色素等杂质;MWNTs可以有效除去样品中的水溶性和脂溶性杂质;中性Al2O3填料适用于分离醛、酮、醌和硝基化合物,也可用来分离弱的有机酸和碱等物质。采用0.020 mg/L有机磷农药标准溶液过固相萃取柱并测定回收率。PSA、C18、MWNTs、Al2O3固相萃取柱的回收率分别为88%～112%、86%～113%、95%～107%、0～82%。采用Al2O3柱净化,甲拌磷、马拉硫磷、乐果、乙硫磷的回收率为0,表明Al2O3填料对这些农药吸附严重,采用其他固相萃取柱,11种有机磷农药均能被有效洗脱。因此本方法不考虑使用Al2O3填料。

2.2.2 双层填料的选择

新会陈皮特有的某些挥发油、黄酮化合物、生物碱、色素等杂质会严重干扰目标分析物的测定,同时也会缩短色谱柱的使用寿命。选用单一填料的固相萃取柱的除杂效果不明显,为得到较好的净化效果,将3种固相萃取填料(PSA、C18、MWNTs)两两组合使用,自制固相萃取柱。在保证分析准确度、灵敏度的前提下,使用自制的混合填料固相萃取柱代替商品柱,可大幅度地降低成本。新会陈皮空白加标样品过PSA+C18、C18+MWNTs、PSA+MWNTs固相萃取柱净化后的色谱图见图 1。采用PSA+C18(图 1a)、C18+MWNTs(图 1b)填料净化后的色谱图杂质峰数量多,干扰分析结果且某些目标化合物的回收率较低。由PSA+MWNTs填料净化后的色谱图(图 1c)可知,杂质对目标物无干扰且各目标化合物的回收率均较高。使用可在广泛pH值范围内保持稳定的活性功能基团和阴离子交换吸附剂(PSA+MWNTs)作填料,能够保证最优净化效果和高选择性。因此最终选用PSA+MWNTs作为自制固相萃取柱的吸附填料。

图 1 不同填料固相萃取柱净化下陈皮空白添加5.0 μg/kg混合标准溶液的色谱图 Fig. 1 Chromatograms of dried orange peel samples spiked with the standards at 5.0 μg/kg cleaned up with different solid phase extraction columns a. PSA+C18; b. C18+MWNTs; c. PSA+MWNTs. Peaks: 1. dichlorovos; 2. methamidophos; 3. acephate; 4. phorate; 5. omethoate; 6. dimethoate; 7. chlorpyrifos; 8. malathion; 9. parathion-ethyl; 10. quinalphos; 11. ethion.
2.2.3 填料用量的选择

本实验考察了不同填料用量(0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 g,m(PSA)∶m(MWNTs)=1∶1)对敌敌畏、氧乐果、毒死蜱、喹硫磷萃取效率的影响(见图 2)。当填料用量从0.6 g增加至1.0 g时,由于有机磷农药含π电子少,杂质能形成更强的π-π吸附而减少了对有机磷农药的干扰,回收率逐渐增大;当填料用量为1.0 g时,4种有机磷农药的回收率最高;继续增加填料用量时,因萃取损失导致有机磷农药的回收率下降。因此本实验最终选择填料用量为1.0 g。

图 2 填料用量对4种有机磷农药回收率的影响 Fig. 2 Effect of packing amounts on the recoveries of the four organophosphorous pesticides
2.2.4 洗脱方式的选择

量取5 mL 0.020 mg/L有机磷农药标准溶液过固相萃取柱,收集流出液,分别用6 mL乙酸乙酯、乙腈、丙酮3种洗脱溶剂或直接吹干的洗脱方式进行结果比较。结果表明,将固相萃取柱直接吹干,有机磷农药的回收率不低于使用其他3种洗脱溶剂。因此本实验选择直接吹干固相萃取柱的洗脱方式。

2.3 提取溶剂的选择

样品在有机溶剂提取前需加水浸润以便有机溶剂的渗入和提取。有机磷农药属极性化合物,常用的提取剂有丙酮、乙腈和乙酸乙酯等,本实验分别对上述3种溶剂的提取效率进行了考察。丙酮的极性较强,能有效提取极性的有机磷农药,但同时提取出大量的杂质和水,不利于后续浓缩;乙腈作为提取溶剂时,脂溶性的杂质不易被提取,但乙腈的毒性较强且沸点高,浓缩困难;乙酸乙酯作为提取溶剂进行超声提取时,有机磷农药在溶剂中稳定存在且提取液可直接上柱净化,提取效率高,同时能最大限度地降低杂质对目标组分的干扰。本实验选取极性不同的敌敌畏、氧乐果、毒死蜱和喹硫磷作为考察物,以回收率作为考察指标,在新会陈皮中添加5.0 μg/kg的混合标准溶液,考察不同提取溶剂的提取效率(见图 3)。乙酸乙酯作为提取溶剂时的提取效果最好,回收率较高,因此选为实验所用。

图 3 不同提取溶剂对4种有机磷农药回收率的影响 Fig. 3 Effect of the different extraction solvents on the recoveries of the four organophosphorus pesticides
2.4 超声时间的选择

本实验考察了不同超声时间(2、5、10、15 min)对提取效率的影响(见图 4)。当超声时间由2 min增至10 min时,有机磷农药的回收率逐渐增加,10 min时的回收率最高;继续延长超声时间,由于超声提取过程中产生热量造成有机磷农药的分解使回收率降低。因此本实验最终选择超声时间为10 min。

图 4 超声时间对4种有机磷农药回收率的影响 Fig. 4 Effect of the ultrasonic time on the recoveries of the four organophosphorus pesticides
2.5 线性范围、精密度和检出限

在优化的色谱条件下测定混合标准溶液,以峰面积(y)对质量浓度(x,mg/L)进行线性回归,结果如表 1所示。11种目标分析物在0.020～1.000 mg/L范围内线性关系良好(r＞0.99),满足测定要求。重复(n=6)测定质量浓度为0.020 mg/L的混合标准溶液,相对标准偏差(RSD)为0.2%～1.2%,检出限(LOD，S/N=3)为3.5～9.6 μg/kg。

表 1 11种有机磷农药的保留时间、线性方程、相关系数(r)、检出限和精密度 Table 1 Retention times,linear equations,correlation coefficients (r),limits of detection (LODs) and precisions (RSDs) of the method
2.6 实际样品分析

将本文所建立的方法应用于新会柑、新会陈皮、柑普茶、陈皮酱、陈皮花色饼和陈皮梅等样品中有机磷农药的测定。在新会陈皮中分别添加10、25、100 μg/kg的3种水平的混合标准物质,测定加标回收率(n=6),结果见表 2和图 5。11种有机磷农药的加标回收率为50.8%～109%,RSD为2.7%～8.5%,满足痕量分析的要求。

表 2 11种有机磷农药在陈皮基质中的加标回收率和相对标准偏差(n=6) Table 2 Spiked recoveries and RSDs of the 11 organophosphorous pesticides spiked at 10,25,100 μg/kg in dried orange peel (n=6)
图 5 (a)0.020 mg/L混合标准溶液、(b)新会陈皮样品、(c)新会陈皮添加100 μg/kg标准品、(d)柑普茶样品的色谱图 Fig. 5 Chromatograms of (a) 0.020 mg/L standard solution,(b) a Xinhui dried orange peel sample,(c) a Xinhui dried orange peel sample spiked with 100 μg/kg standards,(d) a dried orange peer pu’er tea sample For peaks 1-11,see Fig. 1.
3 结论

本文通过填装改性MWNTs和PSA填料自制双层固相萃取柱,将自制萃取柱结合GC技术用于建立新会陈皮及其制品中11种有机磷农药残留的分析方法。本方法准确度和灵敏度高、操作简单、快速,可满足农产品中农残痕量分析的要求。在保证分析准确度、灵敏度的前提下,使用本文研究的自制双层固相萃取柱能够降低分析成本,值得推广应用于其他痕量有机污染物的前处理净化程序。

参考文献
[1] Liu Y, Tang Y F, Song J F, et al, Chinese Journal of Chromatography,2014, 32 (2):139. doi:10.3724/SP.J.1123.2013.10008 刘永, 唐英斐, 宋金凤, 等, 色谱,2014, 32 (2):139. doi:10.3724/SP.J.1123.2013.10008 ()
[2] Martha P, Garcia D L, Maria L, et al, Food Chem,2009, 114 (4):1510. doi:10.1016/j.foodchem.2008.11.006 ()
[3] Zhang C X, Hou M, Bao H Y, et al, Journal of Qinghai Normal University (Natural Science),2012 (1):54. 张呈祥, 侯明, 鲍海咏, 等, 青海师范大学学报(自然科学版),2012 (1):54. ()
[4] Hu Y Q, Xi C X, Cao S R, et al, Chinese Journal of Chromatography,2014, 32 (7):784. doi:10.3724/SP.J.1123.2014.03034 胡业琴, 郗存显, 曹淑瑞, 等, 色谱,2014, 32 (7):784. doi:10.3724/SP.J.1123.2014.03034 ()
[5] Zhao W J, Sun X K, Deng X N, et al, Food Chem,2011, 127 (2):683. doi:10.1016/j.foodchem.2010.12.122 ()
[6] Huang Q, He M, Chen B B, et al, Chinese Journal of Chromatography,2014, 32 (10):1131. doi:10.3724/SP.J.1123.2014.07028 黄倩, 何蔓, 陈贝贝, 等, 色谱,2014, 32 (10):1131. doi:10.3724/SP.J.1123.2014.07028 ()
[7] Cheng Z, Zhang R, Liu W H, et al, Chinese Journal of Chromatography,2014, 32 (1):57. 程志, 张蓉, 刘韦华, 等, 色谱,2014, 32 (1):57. ()
[8] Wu L J, Song Y, Hu M Z, et al, Talanta,2015, 134 :366. doi:10.1016/j.talanta.2014.11.035 ()
[9] Wang Z M, Zhao X, Xu X, et al, Anal Chim Acta,2013, 760 :60. doi:10.1016/j.aca.2012.11.031 ()
[10] Sanagi M M, Salleh S, Ibrahim W A W, et al, J Food Compos Anal,2013, 32 (2):155. doi:10.1016/j.jfca.2013.09.001 ()
[11] Zheng X Y, He L J, Duan Y J, et al, J Chromatogr A,2014, 1358 :39. doi:10.1016/j.chroma.2014.06.078 ()
[12] Xu Z L, Sun W J, Yang J Y, et al, J Agric Food Chem,2012, 60 (9):2069. doi:10.1021/jf300225b ()
[13] Prince A E, Fan T S, Skoczenski B A, et al, Anal Chim Acta,2001, 444 :37. doi:10.1016/S0003-2670(01)01149-7 ()
[14] GB/T 5009.20-2003 ()
[15] GB/T 5009.145-2003 ()
[16] GB/T 14553-2003 ()
[17] Liu J, Rinzler A G, Dai H J, et a1, Science,1998, 280 :1253. doi:10.1126/science.280.5367.1253 ()