QuEChERS-毛细管电泳法测定紫薯中的农药残留

张丹华，陈芳，王垚垚，蒋海珠，郝远强，韦秀华，张银堂*，徐茂田,*

(1.郑州大学 化学与分子工程学院，河南 郑州450052;2.商丘师范学院 化学化工学院，河南 商丘476000)

QuEChERS-毛细管电泳法测定紫薯中的农药残留

张丹华1，陈芳2，王垚垚2，蒋海珠2，郝远强2，韦秀华2，张银堂2*，徐茂田1,2*

(1.郑州大学 化学与分子工程学院，河南 郑州450052;2.商丘师范学院 化学化工学院，河南 商丘476000)

将QuEChERS与毛细管胶束电动色谱法相结合，建立了一种快速、高效检测紫薯中三嗪类农药残留含量的方法.在QuEChERS处理样品过程中，乙腈作为萃取剂，伯仲胺和石墨化碳黑作为样品净化的吸附剂.毛细管电泳的分离缓冲液为30 mmol/L Tris-HCl-40 mmol/L SDS-10%甲醇(V/V)，pH= 7.77，分离电压15 kV，进样时间7 s.在最佳条件下，嗪草酮、环嗪酮和氰草津的检出限分别为60 ng/mL、60 ng/mL、20 ng/mL，实际样品检测的加标回收率在82.1%～110.0%之间.

毛细管电泳;QuEChERS;紫薯;农药残留

0 引 言

三嗪类除草剂是一种在农作物种植过程中广泛应用的农药[1-3]，长期使用该类农药使其在土壤和农作物中的残留量增加，对人们的生活环境带来很大威胁.据研究长期接触三嗪类除草剂可能会诱导癌症，造成出生缺陷和荷尔蒙的功能中断，甚至可能导致痴呆症[4].目前，三嗪类除草剂残留的检测大多以气相色谱或高效液相色谱以及与质谱的联用等技术为主[5-9]，但是传统气相色谱和液相色谱的分离效率有待进一步提高，同时质谱仪的价格比较昂贵，因此开发高灵敏、高分离度、简单有效的农药残留检测方法仍然具有十分重要的意义.

毛细管电泳(CE)是以电场为驱动力的色谱分离技术，其强大的分离能力尤其适合复杂体系的分离与分析，在无机离子、有机小分子、生物大分子等领域得到了广泛的应用.虽然采用紫外检测器使CE的检测灵敏度受到一定限制，但各种在线富集技术的不断出现和趋于成熟化已经逐渐弥补其不足.已有研究者采用胶束电动色谱或与一些前处理技术相结合，用于农药残留的测定，效果令人满意[10].

QuEChERS(quick, easy, cheap, effective, rugged and safe)是近年来发展起来的一种新型样品处理技术，具有操作简单、方便、迅速、污染小、萃取效率高等优点，成为农药残留检测领域最具潜力的样品前处理方法[11-14].本文采用胶束毛细管电动色谱法，结合QuEChERS技术用于紫薯中嗪草酮、环嗪酮、氰草津等三嗪类除草剂(结构式见图1)的分离检测.

图1 嗪草酮、环嗪酮、氰草津的结构示意图Fig.1 Schematic diagrams of metribuzin, hexazinoe and cyanazine

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7100型毛细管电泳仪(美国安捷伦公司)，MOTICE-36T纯水仪(上海保尔水处理有限公司)，ULTRASONS MEDI-II型超声波清洗仪(西班牙J.P.SELECTA公司)，CENTRNIC-BL II型高速离心机(西班牙J.P.SELECTA公司).

嗪草酮、环嗪酮、氰草津(标准品，百灵威科技有限公司)，十六烷基硫酸钠(SDS，电子级，香港迪韶科技有限公司)，甲醇、乙腈(色谱纯，天津四友精细化学品有限公司)，硼酸、四硼酸钠、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、氢氧化钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、无水乙醇、盐酸(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，紫薯购于商丘市某超市，实验用水为二次去离子水.

1.2 标准溶液制备

准确称量一定量的环嗪酮、氰草津、嗪草酮标准品，用甲醇溶解并定容至10 mL，配成浓度为864 μg/mL、603 μg/mL、548 μg/mL的储备液，4 ℃避光保存备用.

1.3 QuEChERS处理样品的过程

紫薯切片晾干后粉碎，过0.45 mm粒径筛，避光储存待用.提取过程：称取1.0 g紫薯样品置于离心管中，加5 mL去离子水使样品充分浸湿，然后加入10 mL的乙腈作萃取剂，剧烈震荡1 min，迅速加入4.0 g无水MgSO4、1.0 g NaCl，涡旋1 min，4500 rpm离心10 min.净化过程：移取2 mL上述萃取液，加入0.3 g无水MgSO4、0.1 g PSA和0.1 g GCB，涡旋1 min，4500 rpm离心10 min.处理过后的样品溶液离心浓缩除去其中的乙腈后，甲醇溶解.

1.4 毛细管电泳分离

采用未涂层熔融石英毛细管，内径75 μm，总柱长49 cm，有效柱长40 cm.缓冲液体系为30 mmol/L Tris-40 mmol/L SDS-10%甲醇(V/V)，pH=7.77；50 mbar压力下进样7 s；分离电压：15 kV；柱温：25 ℃；嗪草酮、环嗪酮、氰草津的最大吸收波长分别为210 nm、248 nm、220 nm，选择检测波长为220 nm.

2 结果与讨论

2.1 实验条件的优化

2.1.1 缓冲液pH

嗪草酮、环嗪酮、氰草津在水溶液中为近中性，因此改变缓冲液的pH对它们在毛细管内的直接电泳行为影响很小.但SDS胶束作为分离中性物质的关键因素，其电泳行为和与被分析物的作用力都受缓冲液pH的影响，因此选择合适的pH是决定分离成败的重要因素.保持Tris的浓度为20 mmol /L不变，本实验考察了pH 为7.36、7.77、8.36、8.67、8.92对分析物分离效果的影响(见图2).结果显示，随着pH值的增加，分析物迁移时间变短，分离度变差.pH>7.77时前伸峰严重，分离度减小，基线变差.当pH<7.77时迁移时间增加.最终选择7.77为最佳的pH.

图 2 不同pH对电泳图谱的影响 图3 不同缓冲液浓度对电泳图谱的影响 按出峰顺序依次为标记物、嗪草酮、环嗪酮、氰草津 电泳条件：缓冲液含有40 mmol/L的SDS，进样10 s，电压15 kV Fig.2 Effect of pH values on electropherograms Fig.3 Effect of different buffer concentrations on electropherograms The elution peaks are in sequence of marker, metribuzin, hexazinoe and cyanazine. Separation conditions: Buffer containing 40 mmol/L SDS, injection time 10 s, and separation voltage 15 kV.

2.1.2 缓冲液的种类和浓度

确定pH值后对这一pH值下的硼酸盐缓、Tris-HCl、磷酸盐缓冲溶液进行考察，发现Tris-HCl的分离效果最好，基线最平稳，因此选择Tris-HCl缓冲溶液为最佳缓冲溶液.另外还考察了缓冲溶液浓度对分离效果的影响，如图3所示，3种分析物的迁移时间随着缓冲液的浓度增加而增加，分离度也相应增加，但当浓度超过30 mmol/L后，峰形反而变差，考虑到分析效率，最后选用Tris-HCl浓度为30 mmol/L.

2.1.3 SDS浓度的选择

中性物质得以分离的原因是分析物在胶束与水相中作用力的不同，因此表面活性剂种类和用量的选择是成功分离中性物质的关键.SDS作为最常用的阴离子表面活性剂，已被广泛用于中性物质的分离中，所以本实验将SDS作为首选的表面活性剂.考察了SDS浓度在20～60 mmol/L范围内对分离效果的影响(如图4所示).由图4可知，当SDS浓度为20 mmol/L时分离度不好，随着SDS浓度的增加，峰形不断改善，分离度逐渐提高.当SDS浓度为40 mmol/L时，分离完全.继续增加SDS的浓度，分析时间增加.最终选择40 mmol/L为SDS的最佳浓度.

图4 不同SDS浓度对电泳图谱的影响 图5 不同进样时间对电泳图谱的影响 缓冲液30 mmol/L Tris-HCl，进样10 s，电压15 kV Fig.5 Effect of injection time on electropherogramsFig.4 Effect of SDS concentrations on electropherograms Separation conditions: 30 mmol/L Tris-HCl buffer, injection time 10 s, and separation voltage 15 kV.

2.1.4 有机添加剂

有机添加剂加入到缓冲液中会改变目标分析物和胶束间的相互作用，从而改变分析物的分离度.实验讨论了不同有机溶剂甲醇、乙腈、丙酮、异丙醇、四氢呋喃对分离结果的影响，结果显示甲醇和乙腈的效果最好，从经济方面考虑，选择甲醇作添加剂.考察了不同体积分数的甲醇(5%、7.5%、10%、12.5%、15%)对分离效果的影响，结果表明，当甲醇用量超过10%时样品出峰时间明显增长，综合考虑迁移时间、峰面积、峰高等因素，选择10%为甲醇最佳用量.

2.1.5 进样时间和分离电压

保持50 mbar的进样压力不变，考察进样时间为3～15 s对分离效果的影响，见图5.结果表明，峰面积和峰宽都随着进样时间的增加而增加，最后选择7 s作为较理想的进样时间.

对于分离电压的影响也做了相应的考察，结果发现，电压的改变对3种分析物的分离效果、峰面积有一定的影响，但电压太高会造成基线不稳定，所以选择分离电压为15 kV.

2.2 方法性能分析

配制一系列浓度的嗪草酮、环嗪酮、氰草津的混合标准溶液，在最优条件下，对每个浓度进行进样分析，平行测定5次，得到这3种分析物的标准曲线.结果如表1所示，标准曲线线性关系良好，线性相关系数r均大于0.995.检出限在20.0～60.0 ng/mL之间，RSD在6.6%～10.1%之间.

表1 毛细管电泳的分析性能

2.3 实际样品检测

采用 QuEChERS方法对紫薯样品进行前处理，并进行毛细管电泳分离检测.实际样品中未检测到嗪草酮、环嗪酮、氰草津.加标实验的结果见表2，加标回收率在82.1%～110.0%之间.

表2 实际样品的加标回收率

3 小 结

本研究将QuEChERS技术与胶束毛细管电动色谱相结合，建立了一种同时检测紫薯中三嗪类除草剂的方法.QuEChERS不仅具有富集的效果，而且有一定的净化样品的作用，消除样品中一些基质对检测的干扰.嗪草酮、环嗪酮、氰草津的检出限在20～60 ng/mL之间.本方法操作简单，灵敏度高，为天然产物中农药残留的检测提供参考.

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[责任编辑：徐明忠]

Determination of pesticides in purple potato using QuEChERS combined with capillary electrophoresis

ZHANG Danhua1, CHEN Fang2, WANG Yaoyao2, JIANG Haizhu2,HAO Yuanqiang2, WEI Xiuhua2, ZHANG Yintang2*, XU maotian1,2*

(1.College of Chemistry and Molecular Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450052,China;2. Collage of Chemistry and Chemical Engineering, Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000,China)

A rapid and highly efficient method was developed to determine triazine herbicides in purple potato combined with QuEChERS and micellar electrokinetic capillary chromatography (MEKC).In the process of QuEChERS, acetonitrile was used as extraction agent, and primary secondary amine (PSA) and graphitized carbon black (GCB) were used as sample purification adsorbent.The optimum separation conditions are running buffer 30 mmol/L Tris-HCl-40 mmol/L SDS-10% methanol(V/V), pH 7.77, 15 kV of separation voltage, 7 s of injection time and DMSO as the electroosmosis marker.The detection limits of three model herbicides, metribuzin, hexazinoe and cyanazine are 60 ng/mL, 60 ng/mL and 20 ng/mL, respectively.The recovery rate was between 82.2% and 110.0%.

capillary electrophoresis; QuEChERS; purple potato; pesticides

2015-05-15;

2015-06-08

国家自然科学基金 (No.20905045，21175091，21475084，U1404215);河南省科技厅项目(No.102102310385, 112102310217)和河南省高校青年骨干教师资助计划(2012GGJS-168)项目资助

徐茂田(1962-)，男，河南夏邑人，商丘师范学院教授，博士，硕士生导师，主要从事分析化学方面的教学与科研工作.

O657.8

A

1672-3600(2015)09-0046-05