磁性納米材料在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用

鄧子瓊

摘 要：針對農(nóng)藥殘留檢測中磁性納米材料的運(yùn)用展開分析，討論磁性納米材料的作用，分析磁性碳、有機(jī)小分子、離子液體的運(yùn)用，最后總結(jié)磁性納米材料應(yīng)用效果與啟示，以期為農(nóng)藥殘留檢測提供可行的檢測方法與技術(shù)。

關(guān)鍵詞：磁性納米材料;農(nóng)藥殘留檢測;氣相色譜法

食品安全與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境是當(dāng)前社會(huì)中人們關(guān)注的兩個(gè)重要問題，導(dǎo)致這兩個(gè)問題的原因之一便是農(nóng)藥殘留。針對農(nóng)藥殘留檢測，以往主要是采用大型精密儀器，由專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)檢測工作，導(dǎo)致檢測方法在使用過程中受到資源與地區(qū)的限制。為了更好地完成農(nóng)藥殘留檢測，磁性納米材料是現(xiàn)階段最為有效的檢測方法之一，在檢測速度、靈敏性等方面有極大的優(yōu)勢。下面圍繞磁性納米材料在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用展開討論。

1 磁性納米材料的優(yōu)勢

食品安全方面，農(nóng)藥使用量過大或者不合理均會(huì)導(dǎo)致農(nóng)藥殘留問題，直接影響到人體健康。目前比較常用的農(nóng)藥殘留檢測方法包括氣相色譜法、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、液相色譜法等，但是，有時(shí)檢測過程中的樣品基質(zhì)比較復(fù)雜，無法保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)還會(huì)增加農(nóng)藥檢測難度，需要對樣品展開預(yù)濃縮、富集、凈化處理。合理選擇樣品前處理技術(shù)有利于提高檢測結(jié)果準(zhǔn)確性、靈敏性，規(guī)避基質(zhì)影響[1]。例如固相萃取技術(shù)、液液萃取技術(shù)、固相微萃取技術(shù)等。其中，固相萃取技術(shù)最為常見，但是該技術(shù)方法操作比較復(fù)雜，還會(huì)消耗大量時(shí)間;液液萃取技術(shù)需要用到大量有機(jī)溶劑，環(huán)境友好度相對較低;固相微萃取技術(shù)盡管有較高的環(huán)境友好度，但是存在纖維易碎和吸附容量低的缺陷。

基于此，磁性納米材料在以上幾種檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，屬于吸附劑固相萃取技術(shù)，可在農(nóng)藥殘留檢測工作中運(yùn)用，只需磁性吸附材料，不需要用到萃取柱，可以直接將材料分散至樣品溶液中，完成目標(biāo)物的選擇、吸附與萃取，最終吸附效果更為理想。另外，利用外加磁場可以更高效率的完成吸附劑與樣品溶液的分離，以免離心和過濾等環(huán)節(jié)復(fù)雜，增加檢測難度。磁性納米材料無需大量有機(jī)溶劑，支持回收再利用，環(huán)境友好度高，也能夠節(jié)省成本，在農(nóng)藥殘留檢測領(lǐng)域有非?？捎^的應(yīng)用前景。

2 農(nóng)藥殘留檢測中磁性納米材料的運(yùn)用

2.1 磁性碳

因?yàn)樘疾牧系纳锵嗳菪暂^好，化學(xué)穩(wěn)定性能高，比表面積較大，可以同時(shí)吸附多種有機(jī)物。所以，基于碳材料改性研制的磁性納米顆粒，是近一段時(shí)間農(nóng)藥殘留檢測的主要手段。比較常用的碳材料包括碳納米管、石墨烯等。

第一，碳納米管力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性較好，在疏水作用下碳納米管可快速捕獲目標(biāo)物，并且將目標(biāo)物功能化作為一種吸附劑，在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用前景非常廣泛。另外，碳納米管與磁性納米粒子復(fù)合之后，可以作為磁性納米粒子，以原位沉積的形式存在于碳納米管上，利用物理吸附與化學(xué)鍵合的方式，實(shí)現(xiàn)碳納米粒子與碳納米管的嫁接。針對原位共沉淀法制備，需要用到苯氧羧酸類除草劑[2]。該除草劑的分離富集性能較好，可在谷物中苯氧羧酸類除草劑的分析中運(yùn)用，以保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性。通過官能團(tuán)、有機(jī)小分子等的嫁接，可以實(shí)現(xiàn)功能化處理。

第二，石墨烯/石墨烯氧化物屬于雙面多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)，在高度離域π電子共軛體系、超高比表面積下，共軛化合物親和力加強(qiáng)，特別是芳香化合物。石墨烯氧化物具有離域π電子共軛系統(tǒng)，還含有極性官能團(tuán)。利用π-π堆積、疏水作用等的影響，可以加強(qiáng)有機(jī)化合物的吸附力。在農(nóng)藥殘留檢測中應(yīng)用該方法，建議采用共沉淀法制備磁功能化石墨烯（Mr GO），以西紅柿農(nóng)藥殘留檢測為例，針對其中涉及的氨基甲酸酯農(nóng)藥展開前處理，HPLC-UV測定檢出限數(shù)值，隨后利用真空冷灶干燥法進(jìn)行三維石墨烯水凝膠的制備，和GCMS聯(lián)用，實(shí)施機(jī)磷農(nóng)藥檢測，對比發(fā)現(xiàn)改發(fā)方法具有較強(qiáng)的吸附力，可以在2 min內(nèi)完成所有目標(biāo)物的富集處理。濃縮因子更是達(dá)到500，重復(fù)使用次數(shù)超過35次。最后，針對三維磁性石墨烯納米復(fù)合材料進(jìn)行制備，將其作為MSPE吸附劑，在農(nóng)藥檢測中應(yīng)用得出LOD數(shù)值。通過檢測發(fā)現(xiàn)，這一材料的比表面積較大，磁學(xué)性能良好。

2.2 有機(jī)小分子

有機(jī)小分子屬于功能化磁性納米材料的一種，在磁性納米粒子表面進(jìn)行有機(jī)小分子的嫁接，一方面可以結(jié)合不同目標(biāo)物選擇相應(yīng)的有機(jī)官能團(tuán)，有利于加強(qiáng)吸附選擇性。另一方面，磁性納米粒子適用性提高，可以在各個(gè)水相與油相體系中得到運(yùn)用，并且保證穩(wěn)定性。比較常用的有機(jī)小分子包括雙硫腙、硅烷偶聯(lián)劑、月桂酸等，硅烷偶聯(lián)劑和磁納米粒子表面羥基發(fā)生作用，會(huì)發(fā)生脫水、脫醇反應(yīng)，在磁性納米粒子的表面嫁接[3]。R1屬于活性功能集團(tuán)，R2屬于具有可調(diào)控功能的納米顆粒，具有親水/疏水性。另外，檸檬酸油酸屬于有機(jī)酸，利用配位鍵在磁納米顆粒的表面修飾，用其開展檢測也是檢測農(nóng)藥殘留的有效方法。

2.3 離子液體

磁性納米材料中的離子液體也被稱作低溫熔融鹽，蒸汽壓較低，環(huán)境友好度高，可操作的溫度范圍較廣，并且具有溶解性好的優(yōu)勢，所以可在農(nóng)藥殘留檢測分離分析工作中得到有效運(yùn)用。例如，可以采用多金屬氧酸鹽離子液體磁性納米雜化粒子，在農(nóng)藥殘留檢測中快速完成富集處理，重復(fù)使用次數(shù)超過10次。

3 磁性納米材料運(yùn)用效果

磁性納米復(fù)合材料同時(shí)具備磁性納米粒子、功能性材料的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在磁分離特點(diǎn)和吸附性能這兩個(gè)方面，是農(nóng)藥殘留檢測的有效方法。但是，人們對于食品安全與環(huán)境安全的關(guān)注度逐漸提升，越來越多的農(nóng)藥種類在市場中得到應(yīng)用，增加了樣品機(jī)制復(fù)雜性，同時(shí)也為農(nóng)藥殘留檢測提出了更為嚴(yán)苛的要求。所以，開發(fā)與使用準(zhǔn)確性高、靈敏性強(qiáng)的檢測方法非常必要。

以磁性納米復(fù)合材料為前提，采用磁固相萃取技術(shù)可以解決以往樣品前處理技術(shù)的不足，結(jié)合磁性納米材料的實(shí)際應(yīng)用，得出以下幾點(diǎn)啟示：①因?yàn)閭€(gè)別磁性納米復(fù)合材料很容易受到樣品基體的影響，從而出現(xiàn)功能團(tuán)脫落、目標(biāo)物選擇性能低的現(xiàn)象，從而降低了萃取效率[4]。所以，要求在使用磁性納米材料之前，做好理化性質(zhì)的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)基體耐受性與吸附性。②當(dāng)前磁性納米復(fù)合材料在制備環(huán)節(jié)需要完成批量生產(chǎn)，要求合成技術(shù)具備精準(zhǔn)性、可控性的特點(diǎn)，可以保證合成材料批間重復(fù)性以及最終檢測結(jié)果重現(xiàn)性。③磁性納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用會(huì)直接影響環(huán)境質(zhì)量，導(dǎo)致二次污染。要盡可能避免使用有毒有害試劑，采用綠色合成方法。④針對吸附萃取條件進(jìn)行優(yōu)化，通過理論模擬和物理化學(xué)表征的方式深入探究吸附機(jī)理，從而充分發(fā)揮出磁性納米復(fù)合材料的性能優(yōu)勢，使其在農(nóng)藥殘留檢測領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語

綜上所述，在農(nóng)藥殘留檢測中運(yùn)用磁性納米材料，一方面可以提高樣品富集、凈化處理效率，另一方面也可以保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性，盡可能規(guī)避基質(zhì)帶來的影響，通過多元化檢測技術(shù)簡化檢測環(huán)節(jié)，節(jié)省檢測時(shí)間，對于今后農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用有重要的參考價(jià)值。

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