頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法檢測(cè)蘋(píng)果中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留

孫福江，李潤(rùn)巖，原現(xiàn)瑞*，李 揮，吳春敏，陳 芳

(1.河北省林果桑花質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)管理中心，河北 石家莊 050081；2.河北省食品安全實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050051；3.河北省分析測(cè)試研究中心，河北科技大學(xué)，河北 石家莊 050018；4.河北九派制藥有限公司，河北 石家莊 050000)

頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法檢測(cè)蘋(píng)果中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留

孫福江1，李潤(rùn)巖2，原現(xiàn)瑞3,*，李 揮2，吳春敏2，陳 芳4

(1.河北省林果?；ㄙ|(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)管理中心，河北 石家莊 050081；2.河北省食品安全實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050051；3.河北省分析測(cè)試研究中心，河北科技大學(xué)，河北 石家莊 050018；4.河北九派制藥有限公司，河北 石家莊 050000)

為建立頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜法測(cè)定蘋(píng)果中速滅威、異丙威、仲丁威、殘殺威、呋喃丹、抗芽威和西維因7種氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留的分析方法，對(duì)HS-SPME萃取條件和GC-MS條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：在0.005～1mg/L的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，各組分線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)為0.996～0.999、RSD(n=5)為3.6%～8.2%，7種農(nóng)藥殘留的方法檢出限為0.00016～0.0019mg/kg、加標(biāo)回收率為94.3%～99.8%。該方法快速、靈敏、準(zhǔn)確、試劑用量少，且各項(xiàng)方法學(xué)指標(biāo)符合檢測(cè)要求，是一種快速檢測(cè)水果中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留的方法。

頂空固相微萃??；氣質(zhì)聯(lián)用；蘋(píng)果；氨基甲酸酯；殘留

傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理技術(shù)如液液萃取、索式提取等都不同程度上存在費(fèi)時(shí)、需要大量有機(jī)溶劑、操作繁瑣、易污染環(huán)境等缺點(diǎn)。為了改善實(shí)驗(yàn)人員的工作環(huán)境和人身健康，許多學(xué)者在不斷地尋求新的預(yù)處理技術(shù)。固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)技術(shù)就是在這樣的要求下出現(xiàn)的[1]。它集采樣、萃取、富集于一體，無(wú)需使用溶劑、操作簡(jiǎn)便、快速和易與G C、GC-MS和HPLC聯(lián)用等特點(diǎn)。目前，該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于土壤[2]、水[3-4]、果汁[5-6]、蔬菜[7]、血液[8]等樣品中揮發(fā)物的測(cè)定。

氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑是繼有機(jī)氯、有機(jī)磷之后出現(xiàn)的一類(lèi)重要?dú)⑾x(chóng)劑，因具有作用迅速、選擇性高、易分解、殘留毒性小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用[9]。但隨著此類(lèi)殺蟲(chóng)劑使用范圍的不斷擴(kuò)大，大氣、水體、土壤等環(huán)境遭到不同程度的污染，目前，有些地區(qū)將此類(lèi)農(nóng)藥作為殺蟲(chóng)劑應(yīng)用于蘋(píng)果種植和生長(zhǎng)過(guò)程，結(jié)果造成蘋(píng)果果實(shí)中可能會(huì)留有氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留。因此，如何對(duì)蘋(píng)果中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留快速進(jìn)行檢測(cè)，日益受到人們的關(guān)注[10-17]。

本實(shí)驗(yàn)擬通過(guò)對(duì)頂空-固相微萃取(HS-SPME)操作條件和氣質(zhì)條件進(jìn)行優(yōu)化，旨在建立一種快速檢測(cè)蘋(píng)果中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留的方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

蘋(píng)果按照不同的出產(chǎn)地域共購(gòu)得8類(lèi)。

速滅威、異丙威、仲丁威、殘殺威、呋喃丹、抗芽威、西維因農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(質(zhì)量濃度均為100μg/mL)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；氯化鈉等化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純；實(shí)驗(yàn)用水均為二次重蒸水；農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)工作液以丙酮適當(dāng)稀釋制得，于冰箱中4℃條件下儲(chǔ)存。

6890N/5973i MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀[配7683B自動(dòng)進(jìn)樣器和DB-5(30m×0.25mm，0.25μm)毛細(xì)管色譜柱]美國(guó)Agilent公司；固相微萃取裝置[配聚二甲基硅氧烷(30μm，PDMS)、聚二甲基硅氧烷(7μm，PDMS)、聚丙烯酸酯(85μm，PA)萃取頭] 美國(guó)Supelco公司；SPME操作臺(tái)參考Supelco公司的操作臺(tái)自制。

1.2 蘋(píng)果樣品預(yù)處理

選取一個(gè)外表無(wú)損傷的新鮮蘋(píng)果樣品，蒸餾水淋洗，紗布吸干，切塊，粉碎。分別取25g蘋(píng)果漿液，逐滴加入一定量的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，樣品中混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入量分別為1、2、5、10mg/kg；室溫靜置3h，8000r/min離心5min，靜置15min，取上清液于50mL容量瓶中，向離心管中加入10mL二次蒸餾水，快速混勻，8000r/min離心5min，合并上清液，二次蒸餾水定容，待測(cè)。

1.3 分析方法

移取2mL樣品待測(cè)液于15mL的萃取瓶中，置磁力攪拌臺(tái)，30℃頂空萃取40min后，于氣相色譜儀中不分流進(jìn)樣口200℃解吸10min后，進(jìn)行GC-MS分析。色譜柱程序升溫：初溫80℃，保持1min，以10℃/min升溫至240℃，后以5℃/min升溫至270℃，再恒溫10min。載氣為氦氣，流速1.0mL/min，離子源和接口溫度分別為240℃和280℃，電子轟擊離子源(EI)，能量70eV，采用選擇離子模式(SIM)檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-MS實(shí)驗(yàn)條件的選擇

采用初始溫度80℃、升溫速率10℃/min、升溫至240℃后升溫速率5℃/min、最終溫度270℃即可獲得較好的分離效果。在該實(shí)驗(yàn)條件下，獲得的各農(nóng)藥的特征離子為(第一個(gè)離子為定量離子)：速滅威：1 0 8，107，165；異丙威：205，144；仲丁威：121，150；殘殺威：152，110；呋喃丹：164，149；抗芽威166，238；西維因：144，115。在優(yōu)化條件下對(duì)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)混合溶液進(jìn)行檢測(cè)，選擇質(zhì)譜SIM模式，結(jié)果如圖1所示。

圖1 7種氨基甲酸酯類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)溶液(500μg/L)總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatogram of 7 mixed carbamate pesticide standard solution

2.2 SPME實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

2.2.1 SPME萃取涂層的選擇

圖2 不同商業(yè)SPME萃取頭對(duì)萃取效果的影響Fig.2 Respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides using different commercial SPME fibers

本實(shí)驗(yàn)對(duì)常用的適用于GC-MS分析的3種商業(yè)SPME萃取頭，即30μm PDMS、7μm PDMS、85μm PA涂層進(jìn)行了優(yōu)化選擇，在室溫條件下，用3種萃取涂層分別對(duì)2mL質(zhì)量濃度為40μg/L的氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行萃取40min，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，3種萃取涂層中7μm PDMS萃取涂層的萃取效果比另兩種萃取涂層要好，因此本研究選用7μm P DMS作為萃取涂層。

2.2.2 萃取溫度對(duì)萃取效果的影響

對(duì)水果樣品進(jìn)行加熱，可以加速氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥從樣品基質(zhì)中揮發(fā)到氣相的速率。為了研究萃取溫度對(duì)萃取效果的影響，本實(shí)驗(yàn)考察了萃取溫度(0、10、25、35、45、60℃)對(duì)萃取效果的影響。從圖3中可以看出，峰面積隨萃取溫度的升高而增大，但是當(dāng)萃取溫度超過(guò)25℃時(shí)，峰面積反而下降。這可能是因?yàn)榘被姿狨ヮ?lèi)農(nóng)藥在高溫條件下容易發(fā)生分解的緣故，因此，選擇25℃為萃取溫度。

圖3 萃取溫度對(duì)萃取效果的影響Fig.3 Effect of temperature on the respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides

2.2.3 萃取時(shí)間對(duì)萃取效果的影響

萃取時(shí)間與萃取量有著密切關(guān)系，為保證良好的重現(xiàn)性，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)中保持萃取時(shí)間一致。圖4表明，7種氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥在經(jīng)過(guò)90min后仍未達(dá)到萃取平衡，依據(jù)SPME非平衡理論[18]，在實(shí)際操作中，沒(méi)有必要等到最后平衡。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇萃取時(shí)間為40min，即可以滿(mǎn)足靈敏度和精密度的要求。

圖4 萃取時(shí)間對(duì)萃取效果的影響Fig.4 Effect of extraction time on the respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides

2.2.4 攪拌速率對(duì)萃取效果的影響

頂空固相微萃取涉及到待測(cè)物從樣品揮發(fā)至頂空、再擴(kuò)散至萃取涂層以及在萃取涂層中擴(kuò)散3個(gè)過(guò)程，而待測(cè)物農(nóng)藥從樣品基質(zhì)擴(kuò)散至頂空的傳遞速率對(duì)涂層萃取效果起著關(guān)鍵作用。在其他操作條件一致的情況下，本實(shí)驗(yàn)考察了攪拌速率(0～1100r/min)對(duì)萃取效果的影響，結(jié)果如圖5所示。圖5表明，涂層的萃取效果隨轉(zhuǎn)速的增加而提高，但當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品液會(huì)飛濺到涂層上，對(duì)萃取涂層產(chǎn)生污染，這樣縮短涂層的使用壽命，綜合考慮，選擇轉(zhuǎn)速為800r/min。

圖5 攪拌速率對(duì)萃取效果的影響Fig.5 Effect of stirring speed on the respective extraction efficiency of 7 carbamate pesticides

2.2.5 離子強(qiáng)度對(duì)萃取效果的影響

實(shí)驗(yàn)考察了無(wú)機(jī)鹽對(duì)HS-SPME萃取效果的影響。在其他條件不變的情況下，改變氯化鈉的加入量(0～0.4g/mL)，分別進(jìn)行HS-SPME萃取，GC-MS測(cè)定，結(jié)果如圖6所示。圖6表明，萃取效果隨氯化鈉的加入量增大而明顯下降。這是由于水相中Na+濃度增大時(shí)，氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥在水中的溶解度下降，而增強(qiáng)與水果基質(zhì)之間的親和力，不利于待測(cè)物擴(kuò)散到萃取涂層表面，萃取效果下降。因此，本實(shí)驗(yàn)采用不加入無(wú)機(jī)鹽的方式。

圖6 離子強(qiáng)度對(duì)萃取效果的影響Fig.6 Effect of ionic strength on the respective extractionefficiency of 7 carbamate pesticides

2.3 線(xiàn)性范圍和精密度

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，分別配制一系列濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行HS-SPME-GC/MS分析，以響應(yīng)值與濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，確定其線(xiàn)性范圍、檢出限和精密度。在空白蘋(píng)果試樣中加入混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，使各農(nóng)藥濃度均為50μg/kg，平行5次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算RSD值，按照3倍信噪比(RSN=3)計(jì)算方法檢出限，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 方法的線(xiàn)性范圍、檢出限和精密度(n=5)Table 1 Linear ranges, detection limits and relative standard deviations of precision (n=5)

2.4 回收率的測(cè)定

在空白蘋(píng)果試樣中分別加入一定的氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥混合標(biāo)液，使得7種農(nóng)藥殘留量在試樣中的濃度依次約為各檢出限的3、10、50倍，平行5次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算平均回收率，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 蘋(píng)果樣品中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥加標(biāo)回收率(n=5)Table 2 Recoveries for 7 carbamate pesticides in a blank apple sample separately spiked at 3 levels (n=5)

2.5 方法驗(yàn)證

對(duì)8類(lèi)蘋(píng)果按區(qū)域進(jìn)行編號(hào)(其中藁城市蘋(píng)果3種、正定縣蘋(píng)果2種、欒城縣蘋(píng)果1種、外省蘋(píng)果2種)。采用優(yōu)化的HS-SPME預(yù)處理技術(shù)對(duì)該8類(lèi)蘋(píng)果進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行GC-MS分析，結(jié)果見(jiàn)表3，其中藁城蘋(píng)果樣品1#的氣相色譜-質(zhì)譜圖見(jiàn)圖7。

表3 蘋(píng)果樣品中7種氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)Table 3 Results of determination of 7 carbamate pesticide residues in apple samples by the method

圖7 市售藁城富士蘋(píng)果樣品總離子流圖Fig.7 GC-MS (SIM) chromatogram of spiked apple obtained by HS-SPME

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)建立了頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜法對(duì)水果中氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留快速測(cè)定的分析方法，優(yōu)化了HS-SPME的萃取條件和氣質(zhì)聯(lián)用條件，這7種農(nóng)藥殘留的方法檢測(cè)限為0.00016～0.0019mg/kg，可以滿(mǎn)足水果農(nóng)藥殘留檢測(cè)的要求。該方法減少有機(jī)溶劑的使用，簡(jiǎn)化操作步驟和降低操作時(shí)間，是一種快速、準(zhǔn)確的分析技術(shù)，并拓展了SPME技術(shù)的應(yīng)用范圍。

[1]ARTHUR C L, PAWLISZYN J. Solid-phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers[J]. Analytical Chemistry, 1990, 62: 2145-2151.

[2]MORENO D V, FERRERA Z S, RODRIGUEZ J J S. Microwave assisted micellar extraction coupled with solid phase microextraction for the determination of organochlorine pesticides in soil samples[J]. Analytica Chimica Acta, 2006, 571: 51-57.

[3]FRIAS S, RODRIGUEZ M A, CONDE J E, et al. Optimisation of a solid-phase microextraction procedure for the determination of triazines in water with gas chromatography-mass spectrometry detection[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 1007: 127-135.

[4]CHRYSOULA V A, ELISAVET E K, EVAN D. Determination of chlorinated volatile organic compounds in water and municipal wastewater using headspace-solid phase microextraction-gas chromatography[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1132: 310-314.

[5]CARLO G Z, QUINTO M, de VIETRO N, et al. Solid-phase microextraction-gas chromatography mass spectrometry: A fast and simple screening method for the assessment of organophosphorus pesticides residues in wine and fruit juices[J]. Food Chemistry, 2004, 86: 269-274.

[6]CORTES-AGUADO S, SANCHEZ-MORITO N, ARREBOLA F J, et al. Fast screening of pesticide residues in fruit juice by solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry[J]. Food Chemistry, 2008, 107: 1314-1325.

[7]BERRADA H, FONT G, MOLTO J C. Application of solid-phase microextraction for determining phenylurea herbicides and their homologous anilines from vegetables[J]. Journal of Chromatography A, 2004, 1042: 9-14.

[8]OKAJIMA K, NAMERA A, YASHIKI M, et al. Highly sensitive analysis of methamphetamine and amphetamine in human whole blood using headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry[J]. Forensic Science International, 2001, 116: 15-22.

[9]POGACNIK L, FRANKO M. Determination of organophosphate and carbamate pesticides in spiked samples of tap water and fruit juices by a biosensor with photothermal detection[J]. Biosensors and Bioelectronics, 1999, 14: 569-578.

[10]SANTOS-DELGADO M J, RUBIO-BARROSO S, FERNANDEZTOSTADO G T, et al. Stability studies of carbamate pesticides and analysis by gas chromatography with flame ionization and nitrogenphosphorus detection[J]. Journal of Chromatography A, 2001, 921: 287-296.

[11]POGACNIK L, FRANKO M. Detection of organophosphate and carbamate pesticides in vegetable samples by a photothermal biosensor[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2003, 18: 1-9.

[12]NOGUEIRA J M F, SANDRA T, SANDRA P. Considerations on ultra trace analysis of carbamates in water samples[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 996: 133-140.

[13]SUN L, LEE H K. Optimization of microwave-assisted extraction and supercritical fluid extraction of carbamate pesticides in soil by experimental design methodology[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 1014: 165-177.

[14]CARLO M D, MASCINI M, PEPE A, et al. Screening of food samples for carbamate and organophosphate pesticides using an electrochemical bioassay[J]. Food Chemistry, 2004, 84: 651-656.

[15]ZHANG J, LEE H K. Application of liquid-phase microextraction and on-column derivatization combined with gas chromatography-mass spectrometry to the determination of carbamate pesticides[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1117: 31-37.

[16]萬(wàn)益群, 陳宗保. 土壤中多種有機(jī)磷及氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留量的氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定[J]. 分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 22(5): 551-554.

[17]SAGRATINI G, MANES J, GIARDINA D, et al. Analysis of carbamate and phenylurea pesticide residues in fruit juices by solid-phase microextraction and liquid chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A, 2007, 1147: 135-143.

[18]AI J. Solid-phase microextraction for quantitative analysis in non eqquilibrium situations[J]. Analytical Chemistry, 1997, 69: 1230-1236.

Headspace Solid-phase Micro-extraction Coupled with Gas Chromatography-Mass Spectrometric Determination of Carbamate Pesticide Residues in Apples

SUN Fu-jiang1，LI Run-yan2，YUAN Xian-rui3,*，LI Hui2，WU Chun-min2，CHEN Fang4
(1. Hebei Provincial Center for Quality Supervision and Test of Forestry Fruit, Mulberry and Flower, Shijiazhuang 050081, China；2. Hebei Provincial Laboratory of Food Safety, Shijiazhuang 050051, China；3. Analytical and Testing Center of Hebei Province, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China；4. Hebei Jiupai Pharmaceutical Co. Ltd., Shijiazhuang 050000, China)

A method was developed for the determination of MTMC, MIPC, BPMC, IPMC, furadan, pirimicarb and carbaryl carbamate residues in apples using headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry. The respective optimal conditions for HS-SPME and GC-MS analysis were determined. All 7 analytes exhibited good linearity over a wide concentration range, with a correlation coefficient ranging between 0.996 and 0.999. The relative standard deviations of precision for 5 replicates were between 3.6% and 8.2%. The limits of detection of the method for a total of 7 analytes were between 0.00016 mg/kg and 0.0019 mg/kg. The method proved to have the advantages of rapidity, sensitivity, accuracy and less reagent consumption and meet the requirements for the determination of carbamate pesticide residues in vegetables and fruits duo to good figures of merit.

headspace solid-phase micro-extraction；gas chromatography-mass spectrometry；apple；carbamate；determination

TS207.5

A

1002-6630(2010)10-0223-05

2009-08-05

河北省科技攻關(guān)項(xiàng)目(05547004D-5)；河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(07276709D)

孫福江(1967—)，男，高級(jí)農(nóng)藝師，本科，主要從事水果中農(nóng)藥殘留分析研究。E-mail：sunfujiang@sina.com

*通信作者：原現(xiàn)瑞(1967—)，男，高級(jí)工程師，博士，主要從事食品安全痕量分析研究。E-mail：hebyxr@163.com