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纳米材料结合高效液相色谱法测定食品中利谷隆

2022-10-28庄丽婷周梦楠

粮食与饲料工业 2022年5期
关键词:磁性石墨复合材料

庄丽婷,周梦楠,王 姣

(商洛职业技术学院//商洛职业技术学院实验幼儿园,陕西 商洛 726000)

随着现代化工科技的发展,各种化合物也进入了人们的生活,在各个领域发挥着重要的作用。利谷隆是制备除草剂的一种主要原材料,对出苗杂草进行有效灭杀。但这种物质难以被微生物降解,能长期稳定地贮存在土壤中,跟随大米、粮油等农产品进入人体,给人们的身体健康带来危害。特别是处于成长期的婴幼儿,一旦接触了超标的利谷隆,会对他们生长发育造成严重影响,造成神经系统疾病,甚至还有可能引发癌症。为快速准确地检测出农药残留,部分学者进行了很多研究,如薛丽等[1]选择用双塔双检测器气相色谱法对蔬菜水果中的有机磷农药残留进行了检测;常波等[2]选择气相色谱法测定,试验结果表明,该方法能同时测定7种农药残留,方法回收率为81%~99%,满足检测标准。丁怡等[3]则以高效色谱法对农药残留进行测定,试验结果表明,该方法灵敏度表现良好,符合检测要求。以上研究表明,色谱法能准确检测出农药残留。但利谷隆因其自身结构特点,难以被有机溶剂萃取,因此检测存在困难。基于此,本试验以陈松庆[4]论文为基础,制备一种磁性氧化石墨烯纳米复合材料作为萃取剂,对食品中的利谷隆进行萃取检测,以保障包括幼儿在内的人们的健康。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

主要材料:石墨烯,AR 六工石墨;纳米氧化铁,AR 有融新材料;纳米二氧化硅,AR 有融新材料;N,N-二甲基甲酰胺,AR 鑫城化工;碳酰二亚胺,AR 吉鑫益邦生物科技;利谷隆,AR 双焱化工;无水乙醇,AR 创世化工;丙酮,AR 润丰石油化工;乙腈,AR 腾博化工;甲醇,AR 泉旺达化工科技;稻谷,市售。

主要设备:KS3200E超声清洗机,纳德科学仪器;YZG真空干燥箱,市久川干燥设备;SU9000扫描电镜,上多川国际贸易;NOLAY10傅里叶红外光谱仪,天津诺雷信达科技;Agilent 1220高效液相色谱仪,安捷伦科技。

1.2 试验方法

1.2.1磁性氧化石墨烯纳米复合材料的制备

材料准备:纳米氧化铁通过共沉淀法制备[5];氧化石墨烯采用改进的Hemmers法制备[6]。

复合材料制备过程:

(1)在50 ml N,N-二甲基甲酰胺中加入0.2 g氧化石墨烯,然后置于KS3200E型超声清洗机内进行超声分散。将0.1 g N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和0.2 g碳酰二亚胺(EDC),在室温条件下充分搅拌,搅拌时间为120 min。

(2)将0.5 g磁性纳米材料(Fe3O4@SiO2-NH2)加入搅拌后混合溶液中,继续搅拌12 h。通过洗涤和分散冲洗后,80℃烘干,得到磁性氧化石墨烯复合纳米材料。

1.2.2利谷隆的检测

(1)样品处理:将稻谷进行研磨处理。取10 mg研磨样品溶入20 ml去离子水中,然后在KS3200E型超声清洗机内进行超声分散,分散时间为15 min,过滤后定容至50 ml,然后通过0.45 μm膜过滤,得到处理后样品溶液。

(2)利谷隆测定:在50 ml离心管中分别加入适量利谷隆溶液和缓冲溶液,然后定容至刻度线。加入萃取材料,然后进行振荡萃取处理。将磁铁置于离心管底部后,倒出上层溶液后再加一定体积的洗脱材料,继续在室温条件下振荡一段时间。收集上层溶液为检测液。并通过高效液相色谱仪进行测定。色谱条件见表1[7]。

表1 色谱条件

1.3 性能测试

1.3.1形貌和结构表征

用SU9000扫描电镜对材料微观形貌进行观察并拍照。

用NOLAY10傅里叶红外光谱仪对材料官能团组成进行表征。

1.3.2利谷隆萃取率(洗脱率)测定

通过对溶液内萃取(洗脱)前后的浓度进行测定,计算其萃取(洗脱)率。

利谷隆萃取(洗脱)率表达式为:

(1)

式中,C0、Ct分别为萃取(洗脱)前后利谷隆的浓度,V0、Vt分别为萃取(洗脱)前后溶液体积。

2 结果与讨论

2.1 磁性氧化石墨烯纳米复合材料结构与组成

2.1.1微观形貌

扫描电镜是表征物质微观形貌的重要手段。为了对磁性氧化石墨烯萃取机理进行进一步表征,通过扫描电镜对材料微观形貌进行表征,具体见图1。通过观察图1可以发现,球形的磁性二氧化硅/氧化铁材料(Fe3O4@SiO2)在石墨烯薄片上均匀分散,初步证明成功合成复合材料[8]。

图1 微观形貌表征

2.1.2红外光谱

在上述结论中,已经初步确定了成功合成石墨烯纳米复合材料。为进一步对石墨烯纳米复合材料的官能团组成进行表征,以磁性二氧化硅/氧化铁材料(Fe3O4@SiO2)为对照,研究材料的化学基团变化,结果见图2。通过观察图2中红外光谱曲线变化可知,除磁性二氧化硅/氧化铁材料的Fe-O和Si-O-Si特征峰外,磁性氧化石墨烯纳米复合材料在3 191 cm-1处和1 731 cm-1处分别出现氧化石墨烯的O-H和C=O伸缩振动峰,这再一次证明了成功合成磁性氧化石墨烯纳米复合材料[9]。

图2 红外光光谱曲线

2.1.3萃取性能表征

采用不同萃取剂,对利谷隆的萃取效果也不一样,为表征制备的复合纳米材料的萃取性能,选择不同材料对稻谷中利谷隆进行萃取,观察同等条件下,利谷隆萃取率的变化,具体见图3。通过图3可知,3种材料中,氧化石墨烯纳米复合材料对利隆谷的萃取率最好。这可能是因为在进行萃取时,利谷隆与氧化石墨烯中氢键相互作用,能快速将样品中的利谷隆萃取出来,表现出良好的萃取性能。

图3 萃取性能验证

2.2 萃取条件优化

本实验制备的磁性纳米复合材料主要用于检测利谷隆,因此以利谷隆的萃取率作为萃取条件的优化指标。

2.2.1萃取剂用量的优化

在确定萃取剂种类后,需要再次对萃取剂用量进行优化,避免萃取剂用量对利谷隆萃取造成影响。本试验设置7个用量梯度对萃取剂最佳用量进行考察,结果见图4。通过观察图4可知,随着萃取剂用量的增加,利谷隆的萃取率表现为先急速增加,再缓慢增加,最后趋于平衡的变化趋势。当萃取剂用量为12 mg时,萃取率就已经达到最高点,然后萃取率不再发生改变。为了不造成材料的浪费,选择适合的萃取剂用量为12 mg。

图4 萃取剂的用量优化

2.2.2pH值优化

萃取剂在不同酸碱度条件下,活性也会受到一定影响,为探究最佳的萃取条件,选择萃取pH值,具体见图5。通过观察图5可知,随体系内pH值的增加,利谷隆的萃取率表现出先增加后降低的变化趋势。在pH值为7时萃取率最佳,这就说明利谷隆的最佳萃取条件为中性条件,因此选择适合的萃取pH值为7。

图5 萃取pH值优化结果

2.2.3萃取时间的优化

萃取时间也是影响利谷隆萃取率的重要因素,适合的萃取时间既能保证将溶液内的利谷隆完全萃取,又能避免造成不必要的浪费。图6为萃取时间优化结果。

图6 萃取时间的影响

通过观察图6可知,随萃取时间的增加,利谷隆萃取率表现出先缓慢增加,后趋于平衡的变化趋势。在萃取时间为10 min时,利谷隆的萃取率达到最高点,因此在后续试验中,选择的萃取时间为10 min。

2.2.4萃取温度的优化

图7为萃取温度的优化结果。由图7可知,在萃取温度为25℃时,利谷隆萃取率就已经达到了100%,继续增加萃取温度,萃取率不再发生改变。同时,高温也会造成试验的困难,综合考虑,在后续试验中,选择适合的萃取温度为25℃。

图7 萃取温度对萃取率的影响

2.3 洗脱条件优化

2.3.1洗脱剂的选择

洗脱剂种类是影响利谷隆洗脱率的重要因素之一,选择目前较为常见的4种洗脱剂对利谷隆进行洗脱,结果见图8。通过观察图8可知,在4种洗脱剂中,只有丙酮能够使利谷隆洗脱率达到100%,因此在后续试验中,选择适合的洗脱剂为丙酮。

图8 洗脱剂优化结果

2.3.2洗脱剂体积优化

在上节中,已经确定了洗脱剂种类,但洗脱剂体积也是影响利谷隆洗脱率的重要因素。通过对洗脱剂体积进行优化,结果见图9。通过观察图9可知,随洗脱剂体积的增加,利谷隆洗脱率表现出先增加后平衡的变化趋势。当洗脱剂体积为3.5 ml时达到最佳,后续试验中,选择洗脱剂体积为3.5 ml。

图9 洗脱剂体积的影响

2.4 干扰试验结果

因本试验制备的磁性氧化石墨烯纳米复合材料用于检测市售稻谷。考虑到可能存在多种元素,对检测结果产生干扰,因此需要进行干扰试验,验证本方法的抗干扰性能[10]。选择最常见的离子进行抗干扰分析,结果见表2。由表2可知,本方法基本不受其他物质的干扰,表现出良好的抗干扰能力。

表2 抗干扰试验结果

2.5 分析性能表征

在上述试验中,通过对方法进行优化,确定了磁性氧化石墨烯材料能将溶液中利谷隆完全萃取出来,且表现出良好的抗干扰性能。进一步对本试验建立方法的分析性能进行分析,结果见表3。由表3可知,在0.006~0.12 μg/ml的线性范围内,相关系数R2=0.999 3,检出限LOD=0.001 μg/ml,相对标准偏差RSD为1.9%,萃取前后的体积比(富集因子EF)为14,表现出良好的分析性能[11-12]。

表3 分析性能测试结果

2.6 实际样品分析

以常见的稻谷为检测样品,进行加标回收试验,结果见表4。由表4可知,未加标样品中未检测出利谷隆残留。同时,样品的加标回收率范围为92.5%~105%,表现出良好的加标回收性能[13]。

表4 实际样品测定结果

2.7 方法比较

通过将本试验建立的方法与目前测定利谷隆方法进行比较,表征本试验建立方法的性能,结果见表5。由表5可知,本试验建立的方法检测限和加标回收率皆表现良好,与目前测定利谷隆的方法较为接近[14]。但本方法具备操作简单,萃取时间和检测时间较短,成本较低等优点,能在短时间内快速地检测出稻谷中的利谷隆,因此,可以作为检测稻谷中利谷隆的备选方法使用。

表5 方法比较结果

3 结论

综上所述,本试验建立的磁性氧化石墨烯纳米复合材料结合高效液相色谱法具备操作简单,成本低和检测耗时短的特点,可以作为食品中利谷隆备选测试法。具体结论总结如下:

(1)由红外光谱和扫描电镜结果可知,球状磁性二氧化硅/氧化铁材料(Fe3O4@SiO2)均匀分散在氧化石墨烯上,红外光谱曲线在3 191 cm-1处和1 731 cm-1处出现氧化石墨烯的O-H和C=O伸缩振动峰,确定成功制备出磁性材料。

(2)萃取性能结果,磁性氧化石墨烯纳米复合材料对利谷隆的萃取率达到100%,表现出良好的萃取性能。

(3)萃取条件优化结果为,萃取剂用量为12 mg,溶液pH值为7,萃取时间和温度分别为10 min和25℃。

(4)洗脱条件优化结果为,洗脱剂种类为丙酮,洗脱剂用量为3.5 ml。

(5)分析性能和干扰性能分析结果为,在0.006~0.12 μg/ml的线性范围内,相关系数R2=0.999 3,检测限LOD=0.001 μg/ml,相对标准偏差RSD为1.9%,萃取前后的体积比(富集因子EF)为14,定量限为0.006 μg/ml,且具有较强的选择性。

(6)在实际样品中,未加标样品中未检测出利隆谷的存在。同时,在加标0.50 μg/ml和1.00 μg/ml的条件下,其加标回收率为92.5%~105%。

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