一次性吸管萃取-气相色谱/质谱法测定白菜中有机磷农药残留

2015-10-16宋宁慧荣维广

分析科学学报 2015年2期

宋宁慧，张静，荣维广

(1.环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京 210042；2.江苏省疾病预防控制中心，江苏南京 210009)

有机磷化合物作为杀虫剂开发应用已经历了半个多世纪，因其具有广谱、高效、降解快等特点而成为世界上应用最广泛的农药之一，在防治农业病虫害方面发挥了很大的作用[1]。据统计，我国有机磷农药使用量占全部农药用量的70%以上，广泛用于果蔬等作物中。其主要作用机制为抑制乙酰胆碱酯酶的活性，具有神经毒性，一些有机磷农药还有致突变、致癌等毒性，严重地威胁人们的健康[2]。目前，通常使用液液萃取法[3]、固相萃取法[3 - 5]、固相微萃取法[6]等富集分离农药残留。但这些方法存在步骤繁琐、溶剂使用量大等缺点，导致应用受到限制。2003年，Anastassiades等[7]提出了一种快速、简便、廉价、安全的样品前处理的-QuEChERS(Quick,Easy,Cheap,Effective,Rugged and Safe)方法，该方法的关键是采用分散固相萃取(Dispersive-SPE)净化，从乙腈萃取液中移除脂肪酸、色素等杂质而使农药得到有效地分离[8]。本文基于QuEChERS建立了改进的一次性吸管萃取(DPE)方法，该方法将固相吸附剂填料填充于一次性吸管中，在吸取的过程使样品溶液和填料能够充分混合，从而使得目标农药得到有效地分离。目前，关于DPE法测定农药残留应用不多。林静佳[9]用DPE法测定了蔬菜中的有机磷农药残留；Moliner-Martinez[10]用DPE法检测了生物样品中的有机氯农药残留。

本文使用DPE的反相机制萃取待测有机磷农药，对于快速分析非极性到弱极性的农药非常有效。方法快速、准确、经济，同时使用反相机制可以更简便的使用QuEChERS方法所不能分析的农药品种。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂和材料

7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪(美国，Agilent Technologies公司)；一次性萃取吸管(5 mL吸管中含有填料苯乙烯-二乙烯基苯共聚物60 mg，美国DPX Labs)。

21种农药标准品：甲胺磷(98.5%)、甲拌磷(97.0%)、甲基对硫磷(99.5%)、久效磷(97.5%)、氧化乐果(97.0%)、乙硫磷(98.5%)、水胺硫磷(97.3%)、辛硫磷(97.4%)、乐果(97.0%)、乙酰甲胺磷(98.5%)、毒死蜱(95.8%)、杀螟硫磷(96.7%)、马拉硫磷(98.0%)、倍硫磷(97.3%)、丙溴磷(98.0%)、二嗪磷(97.5%)、甲基毒死蜱(99.5%)、甲基立枯磷(98.3%)、乙基嘧啶磷(97.4%)、皮蝇磷(98.5%)、杀螟硫磷(97.3%)，均购自Dr.Ehrenstofer GmbH公司。正己烷、乙酸乙酯、乙腈、氯化钠(色谱纯，德国Merck公司)；无水硫酸镁(分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司)。实验用水为超纯水。

有机白菜购于南京普朗克有机食品公司。

1.2 实验方法

1.2.1混合标准溶液的配制准确称取上述21种有机磷农药标准品各0.01 g(精确至0.001 g)于100 mL容量瓶中，用正己烷定容，配制成100 mg/L的混合标准储备液，于-20 ℃下保存。实验时再用正己烷稀释成质量浓度分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0 mg/L的系列混合标准溶液，于4 ℃保存，备用。

1.2.2样品前处理过程提取：称取15 g有机白菜于50 mL离心管中，加入15 mL乙腈，涡旋1 min，加入1.5 g NaCl，6 g无水MgSO4，涡旋2 min，5 000 r/min下离心5 min，上清液待净化。改进的DPE净化：取1 mL上清液于10 mL离心管中，加入2.4 mL水和0.8 mL饱和NaCl溶液混合均匀，将DPE管套在DPE专用注射筒上，然后吸取全部混合溶液，再吸取大约5 mL的空气，空气气泡加速样品与吸附剂的混合。静置10 s后释放，弃置。卸下注射筒，从DPE管顶部加入0.7 mL正己烷/乙酸乙酯(1∶1,V/V)分散洗脱后，释放洗脱液于试管中，分层，将下层少许水相(约100 μL)用巴斯德移液管移走后，将该样品转移到GC样品瓶中，待测。

图1 21种有机磷农药总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of 21 organophosphorus pesticidesCompounds of 1-21 are the same as in table 1.

1.2.3气相色谱与质谱条件色谱柱：HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，进样口温度230 ℃。升温程序：初始温度60 ℃，保持2 min；以20 ℃/min程序升温至120 ℃；以10 ℃/min程序升温至180 ℃；以2 ℃/min程序升温至195 ℃，保持3 min；以10 ℃/min程序升温至220 ℃；以2 ℃/min程序升温至240 ℃。载气：氦气；流速：1.0 mL/min；进样量：2 μL；进样方式：分流进样，分流比为10∶1。质谱条件：电离方式：电子轰击电离源(EI)，电离能量：70 eV；四极杆温度:150 ℃；离子源温度：230 ℃，接口温度：280 ℃；溶剂延迟：6 min；调谐方式:自动调谐。每种农药分别选择1个定量离子，2～3个定性离子，选择离子监测时间设定参数见表1。所得的21种有机磷农药总离子流色谱图见图1。

(续表1)

No.PesticidestR(min)Quantitative ion(m/z)Qualitative ions(m/z)Dwell time(ms)13Malathion17.992127.0173.1,157.910014Fenthion18.351279.1153.0,169.06015Chlorpyrifos18.408196.9198.9,314.06016Isocarbophos18.800136.0120.0,121.010017Pirimiphos-ethyl19.661333.2318.1,304.16018Profenofos23.412338.9139.0,205.910019Ethion25.696230.9153.1,124.910020Phosmet29.517161.0133.0,104.010021Phosalone31.681181.9183.9,367.060

2 结果与讨论

2.1 DPE净化过程分析

本实验中选取的DPE填料为苯乙烯-二乙烯基苯，其吸附原理为反相机制，包括疏水性(类似于反相液相色谱)和π-π键作用。由于吸附剂的疏水特性，其与待测物通过范德华力结合，农药的芳香族特性加强了吸附剂与待测物之间的π-π键结合。这种结合机制为大多数农药提供了高的选择性富集而移除了大量的极性机制干扰[11]。

图2 有机磷农药回收率和logP相关性Fig.2 Relation between the recoveries of organophosphorus pesticides using DPE and logP

正辛醇/水分配系数的对数(logP)是衡量化合物疏水性的参数之一[12]。图2为以有机磷农药logP为横坐标，回收率为纵坐标所做散点图，显示了有机磷农药logP与其回收率的相关性。因此通过本研究得出，农药和DPE吸附剂的吸附性与该农药的logP值之间有相关性，可以通过农药疏水性(logP值的大小)来大致估算农药回收率范围。中等极性的农药(logP值≤2)回收率低于60%；非极性农药(logP值>2)的农药回收率在80%～100%之间。

研究中对比了从DPE管顶部加入洗脱溶剂与管底部吸取溶剂，然后洗脱。结果表明，前者比后者回收率均高出大约6%～10%左右，因此，最终选择从DPE管顶部加入洗脱溶剂用于后续实验。研究中选择了正己烷/乙酸乙酯(1∶1,V/V)洗脱而没有使用乙腈，既可以减少有机磷的降解，也有利于后续GC-MS检测。同时本研究减少了洗脱溶剂的使用量，从而将该实验的提取、净化、浓缩于一个DPE管中一步完成。

2.2 空白基质匹配线性方程、相关系数和检出限

以空白有机白菜基质溶液配制标准溶液，以浓度(x)为横坐标，定量子离子对的色谱峰平均峰面积(y)为纵坐标，在0.05～1.0 mg/L 浓度范围内，获得基质匹配线性方程、线性相关系数及检出限和定量限(表2)，相关系数均大于0.9951，检出限(LOD)在5.9 μg/kg以下，定量限(LOQ)在17.7 μg/kg以下。

表2 有机磷农药的空白基质匹配线性方程、检出限(LOD)及定量限(LOQ)

(续表2)

PesticideMatrix curve equationCorrelation coefficient(r2)LOD(μg/kg)LOQ(μg/kg)Disulfotony=18503x-7805.40.99853.610.8Chlorpyrifos-methyly=42462x-227590.99791.85.4Tolclofosy=23287x-112760.99511.44.2Fenchlorphosy=91840x-756.20.99830.41.2Fenitrothiony=16930x-24.90.99851.33.9Pirimiphos-methyly=11302x-342.20.99613.510.5Malathiony=13369x-278.50.99722.16.3Fenthiony=28350x-80.40.99805.917.7Chlorpyrifosy=49620x-313.40.99841.44.2Isocarbophosy=47119x-515.20.99521.75.1Pirimiphos-ethyly=10623x-756.30.99871.03.0Profenofosy=91830x-797.20.99793.510.5Ethiony=27310x-237.10.99832.16.3Phosmety=95030x-214.10.99961.64.8Phosaloney=50892x-15.20.99851.33.9

2.3 回收率和精密度

称取15 g有机白菜，向其中分别添加0.02、0.25和0.50 mg/kg 3个水平的农药混合标准溶液，每个添加浓度做5份，加标后平衡1 h，采用1.2节所述方法对其进行检测，见表3。结果表明：强极性农药如甲胺磷、氧化乐果和久效磷(logP值分别为-0.79、-0.74和-0.22)的回收率均很低；中等极性的农药例如乐果(logP值为0.704)回收率低于40%，丙溴磷(logP值为1.7)回收率在60%左右。非极性农药(logP值≥2)的回收率在80.5%～105.3%之间，相对标准偏差(RSD)<13%。