磁性纳米材料在农药残留检测中的应用

2020-12-03邓子琼广西博白县食品药品检验所

食品安全导刊 2020年18期

□ 邓子琼广西博白县食品药品检验所

食品安全与农业生态环境是当前社会中人们关注的两个重要问题，导致这两个问题的原因之一便是农药残留。针对农药残留检测，以往主要是采用大型精密仪器，由专业技术人员负责检测工作，导致检测方法在使用过程中受到资源与地区的限制。为了更好地完成农药残留检测，磁性纳米材料是现阶段最为有效的检测方法之一，在检测速度、灵敏性等方面有极大的优势。下面围绕磁性纳米材料在农药残留检测中的应用展开讨论。

1 磁性纳米材料的优势

食品安全方面，农药使用量过大或者不合理均会导致农药残留问题，直接影响到人体健康。目前比较常用的农药残留检测方法包括气相色谱法、色谱-质谱联用法、液相色谱法等，但是，有时检测过程中的样品基质比较复杂，无法保证检测结果的准确性，同时还会增加农药检测难度，需要对样品展开预浓缩、富集、净化处理。合理选择样品前处理技术有利于提高检测结果准确性、灵敏性，规避基质影响[1]。例如固相萃取技术、液液萃取技术、固相微萃取技术等。其中，固相萃取技术最为常见，但是该技术方法操作比较复杂，还会消耗大量时间；液液萃取技术需要用到大量有机溶剂，环境友好度相对较低；固相微萃取技术尽管有较高的环境友好度，但是存在纤维易碎和吸附容量低的缺陷。

基于此，磁性纳米材料在以上几种检测技术的基础上进行优化，属于吸附剂固相萃取技术，可在农药残留检测工作中运用，只需磁性吸附材料，不需要用到萃取柱，可以直接将材料分散至样品溶液中，完成目标物的选择、吸附与萃取，最终吸附效果更为理想。另外，利用外加磁场可以更高效率的完成吸附剂与样品溶液的分离，以免离心和过滤等环节复杂，增加检测难度。磁性纳米材料无需大量有机溶剂，支持回收再利用，环境友好度高，也能够节省成本，在农药残留检测领域有非常可观的应用前景。

2 农药残留检测中磁性纳米材料的运用

2.1 磁性碳

因为碳材料的生物相容性较好，化学稳定性能高，比表面积较大，可以同时吸附多种有机物。所以，基于碳材料改性研制的磁性纳米颗粒，是近一段时间农药残留检测的主要手段。比较常用的碳材料包括碳纳米管、石墨烯等。

第一，碳纳米管力学性能和化学稳定性较好，在疏水作用下碳纳米管可快速捕获目标物，并且将目标物功能化作为一种吸附剂，在农药残留检测中的应用前景非常广泛。另外，碳纳米管与磁性纳米粒子复合之后，可以作为磁性纳米粒子，以原位沉积的形式存在于碳纳米管上，利用物理吸附与化学键合的方式，实现碳纳米粒子与碳纳米管的嫁接。针对原位共沉淀法制备，需要用到苯氧羧酸类除草剂[2]。该除草剂的分离富集性能较好，可在谷物中苯氧羧酸类除草剂的分析中运用，以保证检测结果的精准性。通过官能团、有机小分子等的嫁接，可以实现功能化处理。

第二，石墨烯/石墨烯氧化物属于双面多环芳烃结构，在高度离域π电子共轭体系、超高比表面积下，共轭化合物亲和力加强，特别是芳香化合物。石墨烯氧化物具有离域π电子共轭系统，还含有极性官能团。利用π-π堆积、疏水作用等的影响，可以加强有机化合物的吸附力。在农药残留检测中应用该方法，建议采用共沉淀法制备磁功能化石墨烯（Mr GO），以西红柿农药残留检测为例，针对其中涉及的氨基甲酸酯农药展开前处理，HPLC-UV测定检出限数值，随后利用真空冷灶干燥法进行三维石墨烯水凝胶的制备，和GCMS联用，实施机磷农药检测，对比发现改发方法具有较强的吸附力，可以在2 min内完成所有目标物的富集处理。浓缩因子更是达到500，重复使用次数超过35次。最后，针对三维磁性石墨烯纳米复合材料进行制备，将其作为MSPE吸附剂，在农药检测中应用得出LOD数值。通过检测发现，这一材料的比表面积较大，磁学性能良好。

2.2 有机小分子

有机小分子属于功能化磁性纳米材料的一种，在磁性纳米粒子表面进行有机小分子的嫁接，一方面可以结合不同目标物选择相应的有机官能团，有利于加强吸附选择性。另一方面，磁性纳米粒子适用性提高，可以在各个水相与油相体系中得到运用，并且保证稳定性。比较常用的有机小分子包括双硫腙、硅烷偶联剂、月桂酸等，硅烷偶联剂和磁纳米粒子表面羟基发生作用，会发生脱水、脱醇反应，在磁性纳米粒子的表面嫁接[3]。R1属于活性功能集团，R2属于具有可调控功能的纳米颗粒，具有亲水/疏水性。另外，柠檬酸油酸属于有机酸，利用配位键在磁纳米颗粒的表面修饰，用其开展检测也是检测农药残留的有效方法。

2.3 离子液体

磁性纳米材料中的离子液体也被称作低温熔融盐，蒸汽压较低，环境友好度高，可操作的温度范围较广，并且具有溶解性好的优势，所以可在农药残留检测分离分析工作中得到有效运用。例如，可以采用多金属氧酸盐离子液体磁性纳米杂化粒子，在农药残留检测中快速完成富集处理，重复使用次数超过10次。

3 磁性纳米材料运用效果

磁性纳米复合材料同时具备磁性纳米粒子、功能性材料的优势，主要体现在磁分离特点和吸附性能这两个方面，是农药残留检测的有效方法。但是，人们对于食品安全与环境安全的关注度逐渐提升，越来越多的农药种类在市场中得到应用，增加了样品机制复杂性，同时也为农药残留检测提出了更为严苛的要求。所以，开发与使用准确性高、灵敏性强的检测方法非常必要。

以磁性纳米复合材料为前提，采用磁固相萃取技术可以解决以往样品前处理技术的不足，结合磁性纳米材料的实际应用，得出以下几点启示：①因为个别磁性纳米复合材料很容易受到样品基体的影响，从而出现功能团脱落、目标物选择性能低的现象，从而降低了萃取效率[4]。所以，要求在使用磁性纳米材料之前，做好理化性质的设计，加强基体耐受性与吸附性。②当前磁性纳米复合材料在制备环节需要完成批量生产，要求合成技术具备精准性、可控性的特点，可以保证合成材料批间重复性以及最终检测结果重现性。③磁性纳米复合材料的制备与应用会直接影响环境质量，导致二次污染。要尽可能避免使用有毒有害试剂，采用绿色合成方法。④针对吸附萃取条件进行优化，通过理论模拟和物理化学表征的方式深入探究吸附机理，从而充分发挥出磁性纳米复合材料的性能优势，使其在农药残留检测领域得到更为广泛的应用。