作者：趙海香 ，史文禮 孫大江 王華 張連鵬 趙孟彬 丁明玉

【摘要】 建立了多壁碳納米管為吸附劑的固相萃取凈化和火焰光度檢測氣相色譜法測定蔬菜中16種有機(jī)磷農(nóng)藥的方法。采用雙柱雙檢測器進(jìn)行定性和定量分析。建立了水相和有機(jī)相上樣兩種凈化體系。水相上樣時(shí)采用pH 5.0醋酸醋酸鈉緩沖體系，真空抽干除水，二氯甲烷為洗脫劑，只有9種農(nóng)藥的回收率>75%。對于正己烷溶解藥物，丙酮正己烷(5∶5，V/V)作洗脫劑的有機(jī)相凈化體系，16種農(nóng)藥回收率均>75%。本研究提出的有機(jī)相上樣凈化體系用于黃瓜、卷心菜、韭菜、生姜和洋蔥等樣品的凈化，效果良好，表明多壁碳納米管具有較強(qiáng)的吸附和去除色素的能力，可以克服色素對測定的干擾。

【關(guān)鍵詞】 多壁碳納米管， 固相萃取， 有機(jī)磷農(nóng)藥， 蔬菜， 氣相色譜火焰光度法

1 引 言

有機(jī)磷農(nóng)藥通常采用火焰光度檢測氣相色譜法(GC/FPD)測定，F(xiàn)PD為選擇性檢測器，蔬菜樣品往往可不經(jīng)凈化而直接進(jìn)樣分析，樣品中的色素一般不影響測定。但基質(zhì)復(fù)雜的含硫蔬菜通常需要采用固相萃取(SFE)凈化[1]，如采用Florisil SPE柱凈化。對于顏色較深的蔬菜樣品，F(xiàn)lorisil SPE柱凈化后仍有一定顏色，會導(dǎo)致進(jìn)樣口、色譜柱和檢測器污染，從而增大分析誤差[2]。

多壁碳納米管(Multiwalled carbon nanotubes，MWCNTs)作為固相萃取吸附劑被用于動(dòng)物組織中巴比妥[3]、苯二氮卓[4]和磺胺[5]等獸藥殘留檢測的樣品凈化;水樣中有機(jī)磷[6]和有機(jī)氯[7，8]農(nóng)藥以及除草劑[9，10]測定的樣品富集與凈化。Lidia等[11]用MWCNTs SPE柱對蘋果、葡萄和橘子醬樣品進(jìn)行凈化，同時(shí)測定了8種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量，回收率為75%～103%。文獻(xiàn)報(bào)道的MWCNTs SPE柱凈化體系均采用水溶液上樣，有機(jī)溶劑洗脫。對于水溶性差別較大的有機(jī)磷農(nóng)藥，采用水溶液上樣時(shí)部分有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率較低，因此測定的有機(jī)磷農(nóng)藥種類有限。本研究考察了有機(jī)相上樣對蔬菜樣品的凈化效果。結(jié)果表明，常見的16種有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率均>75%，克服了水相上樣的缺點(diǎn)，簡化了操作步驟。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

6890型氣相色譜儀(美國Agilent公司)，配FPD檢測器和Agilent 7683型雙塔自動(dòng)進(jìn)樣器;SGHK 500型氫氣發(fā)生器(北京東方精華苑科技有限公司);Omni 混合勻漿機(jī)(美國Omni公司)。

濃度均為100.0 mg/L的甲胺磷、速滅磷、甲拌磷、二嗪農(nóng)、久效磷、樂果、甲基毒死蜱、甲基嘧啶磷、毒死蜱、倍硫磷、水胺硫磷、喹硫磷、殺撲磷、乙硫磷、伏殺硫磷及亞胺硫磷標(biāo)準(zhǔn)品(農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所); 其余試劑均為分析純; 水為二次蒸餾水; 0.1 mol/L HAcNaAc緩沖溶液(pH 5.0)。

2.2 色譜條件

氣相色譜采用雙柱雙火焰光度檢測器系統(tǒng)。A柱為HP50毛細(xì)管柱(30 m×0.53 mm， 1.0 μm)，B柱為HP1毛細(xì)管柱(30 m×0.53 mm， 1.5 μm);柱溫采用程序升溫，起始溫度為150 ℃，保持 2 min， 8 ℃/min升至250 ℃保持12.5 min;載氣為高純氮?dú)?99.999%)，流速為10 mL/min;進(jìn)樣口溫度為220 ℃;FPD檢測器溫度為250 ℃，氫氣流速為75 mL/min，空氣流速為100 mL/min;不分流進(jìn)樣1.0 μL。

2.3 樣品提取

準(zhǔn)確稱取制備好的蔬菜樣品25 g放入勻漿機(jī)的勻漿杯中，加入50.00 mL乙腈，以12000 r/min勻漿提取2 min。提取液過濾至加有5～7 g NaCl的100 mL具塞量筒中。振蕩混合1 min，振蕩時(shí)隨時(shí)注意樣品是否乳化，靜置，使有機(jī)相與水相完全分層。

準(zhǔn)確移取10.00 mL有機(jī)相于100 mL燒杯中，燒杯置于70 ℃水浴中加熱，并通氮?dú)鉂饪s至1 mL以下，自然揮發(fā)至干，向燒杯中加入適當(dāng)溶液溶解，蓋上鋁箔待下一步分析。

2.4 MWCNTs SPE凈化

2.4.1 MWCNTs SPE柱的制備 稱取0.25～0.50 g MWCNTs(長度5～15 μm，直徑20～40 nm)于6 mL固相萃取空柱管中，MWCNTs的用量與所處理的樣品量有關(guān)。5 g以下蔬菜樣品用量為0.25 g，放置上下篩板，控制填裝高度以保證其在一定的壓力下具有0.5 mL/min的流速。填裝好的MWCNTs SPE柱使用前需預(yù)處理。

2.4.2 水相上樣凈化分析 MWCNTs SPE柱依次用5 mL甲醇、5 mL HAcNaAc緩沖溶液淋洗。用5 mL HAcNaAc緩沖液(pH 5.0)溶解揮干后的樣品殘?jiān)⒁?.5 mL/min的流速通過SFE柱，再加5 mL HAcNaAc緩沖液洗滌燒杯，并通過SPE柱，真空抽干10 min除水。用10 mL二氯甲烷洗脫樣品，收集洗脫液于具塞小瓶中，蓋上瓶塞，緩慢混勻，靜置10 min，小心移去上層水相，有機(jī)相用氮?dú)獯蹈伞＜尤? mL丙酮，渦動(dòng)溶解后轉(zhuǎn)移至兩個(gè)氣相小瓶，進(jìn)行雙柱GC/FPD分析。

2.4.3 有機(jī)相上樣凈化分析 MWCNTs SPE柱依次用5 mL丙酮正己烷(5∶5， V/V)、5 mL正己烷淋洗。用2 mL正己烷溶解揮干后的樣品殘?jiān)?.5 mL/min的流速通過SFE柱，收集于15 mL離心管中，用10 mL丙酮正己烷(5∶5， V/V)分多次洗滌燒杯，并通過SPE柱，收集全部淋洗液，氮?dú)獯蹈伞＜? mL丙酮復(fù)溶后轉(zhuǎn)移至兩個(gè)氣相小瓶中，進(jìn)行雙柱GC/FPD分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 16種有機(jī)磷農(nóng)藥的雙柱GC/FPD分析方法的建立

采用雙柱GC/FPD法同時(shí)測定16種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量，用HP50柱進(jìn)行定性和定量分析，HP1柱進(jìn)行驗(yàn)證。一次進(jìn)樣，同時(shí)收集兩套數(shù)據(jù)供定性和定量分析。如圖1所示，伏殺硫磷和亞胺硫磷在HP50柱上不能達(dá)到基線分離，但在HP1柱上可以完全分開。這樣可以保證物質(zhì)在HP50柱分離不理想的情況下，定性和定量分析更加準(zhǔn)確。選用HP50柱進(jìn)行定量分析，在0.05～1.00 mg/L范圍內(nèi)，16種農(nóng)藥的線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)r≥0.995。

1. 甲胺磷(Methamidaphos); 2. 速滅磷(Mevinphos); 3. 甲拌磷(Phorate); 4. 二嗪農(nóng)(Diazinon); 5. 久效磷(Monocrotophos); 6. 樂果(Dimethoate); 7. 甲基毒死蜱(Chlorpyrifosmethyl); 8. 甲基嘧啶磷(Pirimiphosmethyl ester); 9. 毒死蜱(Chlorpyrifos); 10. 倍硫磷(Fenthion); 11. 水胺硫磷(Isocarbophos); 12. 喹硫磷(Quintiofos); 13. 殺撲磷(Methidathion); 14. 乙硫磷(Ethion); 15. 伏殺硫磷(Phosalone); 16. 亞胺硫磷(Phthalophos)。3.2 MWCNTs SPE柱的特點(diǎn)

MWCNTs柱的大小(直徑、長度及填料用量)、填裝高度和緊密程度直接影響測定結(jié)果的重復(fù)性。一次實(shí)驗(yàn)所用的MWCNTs SPE柱最好一次填充完畢，并能夠保證在一定的壓力下具有0.5 mL/min的流速。填裝好的MWCNTs SPE柱與C18柱、Florisil SPE柱相比，篩板液面的潤濕性保持較長時(shí)間，可以使操作者有充分的時(shí)間更換溶劑，從而避免重復(fù)活化，節(jié)省分析時(shí)間和有機(jī)溶劑的用量。MWCNTs SPE柱在某些分析中可以代替C18和Florisil SPE柱，降低分析成本。以凈化5 g蔬菜樣品為例，MWCNTs SPE可降低成本50%～70%。

3.3 水相上樣凈化條件優(yōu)化與凈化效果

3.3.1 MWCNTs SPE柱凈化條件優(yōu)化 以甲胺磷、甲拌磷、樂果、胺丙畏、二嗪農(nóng)、甲基嘧啶磷6種有機(jī)磷農(nóng)藥為例，研究了上樣溶液HAcNaAc緩沖液的pH值對回收率的影響。結(jié)果表明，上樣溶液的pH在4～8范圍內(nèi)，對樂果、胺丙畏、二嗪農(nóng)及甲基嘧啶磷影響不大，4種藥物的回收率為75%～120%。甲拌磷的回收率隨pH的增大而降低，pH在4～6范圍內(nèi)，回收率為75%～85%。在所有pH范圍內(nèi)，甲胺磷回收率低于15%。進(jìn)一步研究表明，由于甲胺磷水溶性較大，在MWCNTs SPE柱上存在穿漏現(xiàn)象，因此測定水樣品中的甲胺磷時(shí)，可以用適當(dāng)?shù)娜軇?如二氯甲烷)從MWCNTs SPE柱的水樣流出液中提取，回收率大于80%。因此，MWCNTs SPE柱凈化水樣品中的有機(jī)磷農(nóng)藥的適宜pH為4～6。

研究了丙酮正己烷、乙腈和二氯甲烷3種常用洗脫劑的洗脫效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，丙酮正己烷洗脫時(shí)隨著丙酮含量的增加，回收率增大。丙酮比例大于40%(V/V)時(shí)可以獲得較好的回收率。MWCNTs對水具有強(qiáng)的吸附能力，采用真空抽干除水時(shí)，不能完全除去水分，洗脫溶液中含有大量水分，必須采用進(jìn)一步的方法除水。采用乙腈鹽析提取和二氯甲烷提取，回收率均大于75%，但是增加了實(shí)驗(yàn)處理過程和分析時(shí)間。采用乙腈或二氯甲烷直接洗脫，甲拌磷的回收率分別為77.98%和75.86%;二嗪農(nóng)為75.92%和79.84%;樂果為102.52%和99.53%;甲基嘧啶磷為75.80%和76.70%。二者的洗脫回收率相近，但是二氯甲烷的分層處理更方便。所以，本實(shí)驗(yàn)選用二氯甲烷作洗脫劑。

3.3.2 樣品凈化效果 利用建立的水相上樣凈化體系，對添加了除速滅磷外的15種有機(jī)磷農(nóng)藥的黃瓜樣品進(jìn)行凈化處理和GC/FPD分析。結(jié)果表明，甲胺磷、甲基毒死蜱、毒死蜱、倍硫磷、乙硫磷和伏殺硫磷的回收率均小于62%，甲胺磷的回收率僅為15%，其余9種有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率均大于75%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于11.7%。因此MWCNTs SPE柱采用水相上樣時(shí)，只能選擇性地富集凈化部分有機(jī)磷農(nóng)藥。

3.4 有機(jī)相上樣凈化條件優(yōu)化與凈化效果

由于水相上樣方法的缺陷，本實(shí)驗(yàn)參照傳統(tǒng)的Florisil SPE凈化條件，對MWCNTs SPE柱采用有機(jī)相上樣凈化蔬菜樣品進(jìn)行了研究。

3.4.1 MWCNTs SPE柱凈化條件的優(yōu)化 許多文獻(xiàn)中蔬菜樣品的Florisil SPE柱凈化方法是正己烷溶解上樣和丙酮正己烷洗脫。 圖2 丙酮正己烷的配比對5種有機(jī)磷農(nóng)藥在MWCNTs SPE柱上的凈化回收率的影響

Fig.2 Recoveries of 5 organophosphorus pesticides in MWCNTs SPE cartridge with acetonehexane

：甲胺磷(Methamidaphos); ：甲拌磷(Phorate); ：樂果(Limethoate); ：二嗪農(nóng)(Jiazinou); ：甲基嘧啶磷(Pirimiphosmethyl ester)。本研究將蔬菜樣品提取液殘?jiān)? mL正己烷溶解后直接上樣，以10 mL丙酮正己烷(V/V)為洗脫劑。圖2顯示了不同體積比的丙酮正己烷的洗脫效果，當(dāng)丙酮正己烷的體積比大于1∶10時(shí)，5種農(nóng)藥的回收率均大于70%。隨著丙酮含量的升高，回收率增大，但同時(shí)洗脫出的干擾物和溶液顏色也增加。當(dāng)洗脫劑為丙酮正己烷(5∶5， V/V)時(shí)，回收率均大于80%，此時(shí)洗脫出的樣品溶液為無色。因此，本實(shí)驗(yàn)用丙酮正己烷(5∶5， V/V)進(jìn)行洗脫。

3.4.2 樣品凈化效果 蔬菜樣品中農(nóng)藥殘留檢測的最大干擾物是色素。采用Florisil SPE柱凈化時(shí)，對于顏色較重的蔬菜，如油菜、生菜和韭菜等，其洗脫液具有較深的顏色。雖然有機(jī)磷農(nóng)藥的測定采用FPD選擇性檢測器，色素的存在不影響測定，但色素的存在會污染進(jìn)樣口、色譜柱和檢測器，有時(shí)不得不采用預(yù)柱來減少干擾。本實(shí)驗(yàn)用MWCNTs SPE柱(6 mL，0.25 g)凈化5 g蔬菜樣品，凈化后的溶液完全無色，表明MWCNTs SPE對色素具有較好的吸附去除效果。對于含硫蔬菜，樣品基質(zhì)在FPD檢測器上會產(chǎn)生干擾峰，通過對MWCNTs SPE柱和Florisil SPE柱凈化處理5 g韭菜樣品的色譜圖的比較， 圖3 韭菜添加樣品經(jīng)MWCNTs SPE柱凈化處理(A)和未經(jīng)凈化直接進(jìn)樣(B)的色譜圖

Fig.3 Chromatograms of the spiked leek with a pretreatment by MWCNTs SPE cartridge(A) and without SPE pretreatment(B)可知二者的凈化效果相當(dāng)。

圖3是添加了農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品的韭菜樣品的色譜圖，圖3A用MWCNTs SPE進(jìn)行了樣品凈化，而圖3B未做樣品凈化處理。顯然凈化后干擾色譜峰數(shù)目和強(qiáng)度減少，而且，柱凈化后的樣品溶液為無色，未凈化的樣品為墨綠色。

MWCNTs SPE柱采用有機(jī)相上樣凈化體系對5種蔬菜樣品中添加16種有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。5種蔬菜中16種有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率在75% ～110%之間; 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于9.1%。與水相上樣相比，有機(jī)相上樣選擇性更好，回收率均滿足殘留分析的要求。同時(shí)選用有機(jī)相可以減少除水操作，并可參照Florisil SPE的凈化條件優(yōu)化MWCNTs SPE柱的凈化條件，從而節(jié)省分析時(shí)間，可快速建立相關(guān)的檢測方法。表1 5種蔬菜中16種有機(jī)磷農(nóng)藥的添加回收率