固相微萃取技术在果蔬农残检测中的应用研究

邱霞琴，岳都盛

(1.昆山市产品质量监督检验所，江苏昆山 215316；2.上海杰星生物科技有限公司，上海 201700)



固相微萃取技术在果蔬农残检测中的应用研究

邱霞琴1，岳都盛2*

(1.昆山市产品质量监督检验所，江苏昆山 215316；2.上海杰星生物科技有限公司，上海 201700)

摘要[目的]研究固相微萃取技术在果蔬农残检测中的应用，建立合适的测定果蔬中农药残留的分析方法。[方法]以3-氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体，水胺硫磷为模板分子，采用溶胶-凝胶方法制备了分子印迹固相微萃取萃取头，建立分子印迹固相微萃取(MISPME)与气相色谱(GC-NPD)联用测定果蔬中5种有机磷的分析方法。[结果]试验得出，制得的分子印迹固相微萃取头对果蔬基质中的目标物具有很高的萃取量。分子印迹固相微萃取-气相色谱法方法的线性范围在μg/kg级别，相关系数大于0.994，检出限在0.01~1.33 μg/kg，5次重复加标试验所得RSD在1.77%~9.28%，在真实样品中的加标回收率为88.5%~107.2%。[结论]分子印迹固相微萃取与气相色谱联用测定果蔬中有机磷的方法简单、快速，无需溶剂，准确度高，具有广阔的应用前景。

关键词固相微萃取；溶胶-凝胶；气相色谱；有机磷

The Application Research of Solid Phase Microextraction on the Detection of Pesticides Residue in Fruits and Vegetables

QIU Xia-qing1, YUE Du-sheng2*(1. Kunshan Products Quality Supervision and Inspection Institute, Kunshan, Jiangsu 215316; 2. Shanghai Jiexing Bio-tech Co. Ltd., Shanghai 201700)

Abstract[Objective] The aim was to study the application of solid phase microextraction in detection of pesticides residue in fruits and vegetables, and establish appropriate analysis method. [Method] With 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) as the functional monomer, isocarbophos as a template, a novel molecularly imprinted solid phase microextraction(MISPME) fiber was prepared by sol-gel technique. The method based on MISPME combined with gas chromatography(GC-NPD) was developed for the determination of organophosphorus (OPPs) in vegetable and fruit samples. [Result] The fiber exhibited high extraction capacity to the target in the real samples. The linear ranges were achieved at the μg/kg levels and the linear correlation coefficients for all analytes were greater than 0.994, detection limits were between 0.01-1.33 μg/kg,RSDfor the 5 repeated standard addition were between 1.77%-9.28%, the recoveries in real samples were 88.5%-107.2%. [Conclusion] The method based on MISPME combined with GC-NPD for the determination of OPPs in vegetables and fruits is simple, rapid, solvent-free and exhibits high accuracy, which has a board application prospect.

Key wordsSolid phase microextraction; Sol-gel technique; Gas chromatography; Organophosphorus

固相微萃取(Solid phase microextraction，SPME)是一项新型的无溶剂化样品前处理技术，集采样、萃取、浓缩、进样于一体，已经在环境、食品、生物和制药等行业得到广泛的应用。实际样品中分析物的含量一般较低，而且样品基质复杂，目标分析物容易受到基质的干扰或抑制，从而妨碍了定量的准确性或降低了检测的灵敏度。在SPME技术中，涂层是核心部分，决定了分析方法的灵敏度、选择性和应用范围，目前现有的商用涂层有很多弊端，不仅种类少，而且缺乏选择性，在萃取过程中极易受到样品基质的干扰，因此把分子印迹技术(Molecularly imprinted technique)与SPME技术结合起来，制备具有特异性识别作用的涂层材料成为众多科学者的研究目标[1-3]。

分子印迹固相微萃取(Molecularly imprinted solid phase microextraction，MISPME)结合了MIPs的高选择性与SPME技术操作简便、易自动化的特点，可使SPME更高效地从复杂样品中分离富集目标物，清除基质干扰，提高分析方法的灵敏度和准确度[4-5]。MISPME技术最早由Koster等报道[6]，但是此后并没有其他相关文献报道，直到Turiel等开始了相关研究[7]。目前，聚合法(如共聚法、管内聚合法)是制备分子印迹SPME涂层的主要方法，但是其他的一些新的聚合法，如可逆加成断裂链转移聚合[8]、电化学聚合[9]，用于制备分子印迹SPME涂层也有文献报道。溶胶-凝胶法是一种有效的合成SPME涂层的方法，同样也是合成分子印迹SPME涂层的理想方法。该法制备简单，可供选择的功能单体多，涂层热稳定性、化学稳定性好，表面积大，可以通过溶胶-凝胶液的组成设计涂层结构等优点。

笔者以水胺硫磷为模板分子，以3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane，APTES)为功能单体，四乙氧基硅烷(tetraethyl orthosilicate，TEOS)为交联剂，采用溶胶-凝胶法制备了水胺硫磷MISPME涂层；同时，优化了顶空固相微萃取(HS-SPME)条件，建立了分子印迹固相微萃取-气相色谱法(MISPME-GC)用于果蔬中有机磷残留的检测。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1原料。菠菜、大白菜、梨、苹果，均购自当地超市。样品切碎匀浆之后放入棕色瓶中，密封，于4 ℃保存备用。

1.1.2主要试剂。3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和四乙氧基硅烷(TEOS)，购自阿拉丁试剂公司(中国，上海)；石英纤维(140 μm，O.D.)、石英毛细管(150 μm，I.D.)，购自武汉邮电科学研究院烽火通信有限公司。水胺硫磷标品(纯度>99%)、喹硫磷、甲基嘧啶磷、对硫磷、二嗪农标准溶液(0.1 mg/mL)，购自中国计量科学研究院。

1.1.3主要仪器。SP-6890A型气相色谱仪(配置氮磷检测器，NPD)，山东鲁南瑞虹化工有限公司；SE-54毛细管柱(30 m×0.32 mm i.d.×0.25 μm)，兰州中科安泰分析科技有限公司；Branson 200超声波清洗器(Danbury，CT)，美国；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司；自制固相微萃取装置。

1.2气相色谱条件进样口温度250 ℃，检测器温度270 ℃。柱温采用升温程序：初温60 ℃，保持3 min后以20 ℃/min的速率升到200 ℃，保持3 min，再以5 ℃/min的速度升到220 ℃，保留5 min。

1.3分子印迹固相微萃取萃取头的制备石英纤维用丙酮浸泡除去包覆层后，用碱性溶液活化其表面并用乙醇洗涤，烘干备用。将APTES和TEOS按体积比为1∶2混合，超声30 min，随后向其中加入APTES摩尔质量的25%的水胺硫磷作为模板分子。振荡反应过夜之后，向该混合液中缓慢滴加0.1 mol/L的盐酸溶液，直至APTES和盐酸的体积比为20∶1，超声振荡10 min后离心，取上清液备用。

将活化的石英纤维垂直插入制备的溶胶清液中，放置一段时间后拔出，石英纤维表面会形成凝胶薄层，重复该操作直至达到希望厚度后置于紫外灯光下固化反应45 min后置于干燥器中，干燥后在GC进样口老化除去模板分子。

1.4固相微萃取操作在10 mL顶空瓶中加入4 mL水、1.2 g NaCl、一定量待测有机磷混合标液、磁力搅拌子，立即密封。然后将SPME装置的不锈钢管插入萃取瓶中，推出萃取头，在70 ℃下以合适的搅拌速度萃取。顶空萃取30 min之后，取出SPME萃取头，于GC进样口解吸8 min。

2结果与分析

2.1萃取条件的优化

2.1.1萃取温度的优化。萃取温度对萃取过程的影响是双重的，一方面，升温有利于加快分析物从水相扩散到气相的速度，缩短平衡时间；另一方面，升温也降低了分析物的分配系数，从而减少萃取量。该试验考察了不同萃取温度对萃取效率的影响，从图1中可以看出，当温度达到70 ℃时，所有分析物的萃取量达到最大，继续升温反而不利于萃取，因此该试验最佳萃取温度选为70 ℃。

图1　萃取温度对SPME萃取效率的影响Fig.1　Effect of extraction temperature on SPME efficiency

2.1.2萃取时间的优化。该试验考察了萃取时间分别为10、20、30、40、50、60 min时，MISPME萃取头对目标分析物的萃取量。试验结果表明(图2)，萃取量随着萃取时间的延长而增加，30 min后5种物质萃取量均达到最大，即都达到了吸附平衡，故吸附时间选定为30 min。

图2　萃取时间对有机磷农药萃取效率的影响Fig.2　The influence of extraction time on efficiency of organophosphorus pesticides

2.1.3盐浓度优化。通常，在样品中添加盐对吸附过程既有正面影响也有负面作用，一方面，萃取时加入氯化钠可以增加溶液的离子强度，使有机分析物的溶解度降低，有利于目标物从基质中析出，进而增加分析物在萃取头上的吸附量，提高萃取率；另一方面，随着氯化钠浓度的增加，溶液的黏度也会加大，不利于对目标有机磷农药的萃取。由图3可以看出，5种目标农药在氯化钠添加量0~1.2 g内显著增加，当添加量继续增大达到饱和，萃取量下降，因此，氯化钠最优添加量为1.2 g。

图3　盐添加量对SPME萃取效率的影响Fig.3　Effect of the concentration of salt on SPME efficiency

2.2方法评价该试验选取菠菜为基质，探讨了HS-SPME/GC-NPD法在优化条件下测定蔬菜中有机磷多残留的线性范围、相关系数(R)、相对标准偏差(RSD)、精密度和检出限(LOD)，结果如表1所示。方法线性范围在μg/kg级别，线性相关系数均大于0.994，以3倍信噪比计算得到的LOD范围在0.01~1.33 μg/kg，5次重复加标试验所得RSD在1.77%~9.28%，说明方法重现性好，精密度高。

2.3真实样品分析为了验证该研究建立的方法在真实样品中的可靠性，从当地超市购买菠菜、大白菜、梨、苹果，并应用MISPME/GC-NPD法检测目标有机磷农药残留，结果均为检出。

考察方法在4种真实样品中的回收率和精密度，从而验证方法的准确度，为了评估基质的影响，所有的样品都做3个加标水平，结果见表2。4种真实样品回收率为88.5%~107.2%，验证该方法有很好的准确性，而且能够克服基质的干扰，进一步证明MISPME/GC-NPD分析方法具有高效性、高灵敏度和准确度。

表1HS-SPME/GC-NPD法萃取有机磷农药的线性范围、相关系数、检测限和精密度

Table 1Linear range，correlation coefficient(R)，detection limit(LODS)and precision(RSD)for extracting organophosphorus pesticides using HS-SPME/GC-NPD technology

有机磷农药Organophosphoruspesticides线性范围(LR)Linearrange∥μg/kg相关系数(R)Correlationcoefficient检出限(LODs)Detectionlimits∥μg/kgRSD(n=5)∥%二嗪农Basudin5~1000.9990.053.55水胺硫磷Isocarbophos50~10000.9971.335.32对硫磷Parathion5~1000.9980.031.77甲基嘧啶磷Pirimiphos-methyl2~500.9940.019.28喹硫磷Quinalphos10~2000.9960.666.65

表2　5种有机磷农药在果蔬中的加标回收率

3结论与讨论

该试验采用溶胶-凝胶的方法制备了水胺硫磷印迹的固相微萃取萃取头，该萃取头对模板分子及其结构类似物表现出很好的选择性。同时优化了SPME萃取条件，建立了MISPME/GC-NPD检测果蔬中有机磷农残的方法，在优化条件下，方法的线性相关系数大于0.994，连续5次重复加标试验的RSD在1.77%~9.28%，检测限在0.01~1.33 μg/kg，回收率为88.5%~107.2%，表明溶胶-凝胶分子印迹萃取头在复杂基质选择性萃取中具有很好的发展潜力。

虽然SPME因其众多优点在食品领域已经得到广泛应用，但是现有的商品化SPME涂层远远不能满足检测需要。溶胶-凝胶方法制备的分子印迹萃取头凭借其独特的识别能力有望成为一种新型的萃取吸附材料。将MIP的高选择性与SPME技术操作简便、易自动化的特点相结合，可使SPME更高效地从复杂样品中分离富集目标分子，清除基体干扰，提高分析方法的灵敏度和准确度。

参考文献

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收稿日期2015-12-28

作者简介邱霞琴(1977- )，女，江苏昆山人，助理工程师，从事食品检测方法及食品管理体系研究。*通讯作者，工程师，从事食品分析检测研究。

中图分类号S 481+.8

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)03-090-03