碳气凝胶分散固相萃取-气相色谱法检测蔬果中有机磷农药残留

操江飞，谢春生，李志安，黄象金，韦寿莲,*

（1.肇庆学院环境与化学工程学院，广东 肇庆 526061；2.广东省环境健康与资源利用重点实验室，广东 肇庆 526061；3.肇庆市食品检验所，广东 肇庆 526060）

有机磷类农药具有药效高、杀虫种类广、作用方式多等优点，为保证蔬菜水果的质量和产量，农民经常使用有机磷类农药进行虫害防治。但有机磷类农药部分具有高毒性，对人体的胆碱酯酶具有抑制作用，极易造成神经中毒[1-2]，同时农药利用效率并不高，容易残留在果蔬上，因此，发展准确可靠的果蔬有机磷农药测定方法具有重要意义。

果蔬样品的提取、净化和浓缩是样品前处理技术中的主要环节，将直接影响到有机磷农药检测的准确性。目前检测有机磷农药的样品前处理技术主要有超临界流体萃取法[3-4]、固相萃取法[5-8]、加速溶剂萃取法[9-12]和基质固相萃取法[13-15]。王建华等[16]以硅藻土为样品分散剂采用超临界流体萃取法提取水果蔬菜中的有机磷农药，测定回收率结果在82%～108%之间；张宇等[17]建立了一种以石墨化碳黑/氨基柱为净化剂的固相萃取法，结合气相色谱-质谱（gas chromatograph-mass spectrometry，GCMS）法检测水果蔬菜中有机磷农药残留量，平均回收率在83.4%～105.7%之间，相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）均在10%以下，结果表明回收率和精密度良好；张莉等[18]采用加速溶剂萃取法提取土壤中的有机磷农药，平均加标回收率范围在73.3%～110%之间；宫兆晶[19]采用弗罗里硅土为填料材料，丙酮为实验洗脱剂，选用十八烷基硅胶和活性炭为二次净化材料，以固相分散方式净化油菜籽，提取其中有机磷农药的残留，以上方法都存在耗时长、操作复杂、净化剂成本较高等缺点。

分散固相萃取法[20-25]是一种快速样品前处理技术，该方法弥补上述4 种方法的不足之处，具有快速简便、廉价、安全、回收率高等优点，且分散固相萃取法对有机磷农药检测准确可靠、效率高、精密度良好。刘胜男等[26]建立了QuEChERS方法，结合GC-MS法测定果蔬中农药残留，选用含1%乙酸的乙腈溶液为提取剂，以100 mg乙二胺-N-丙基硅烷、100 mg石墨化炭黑、100 mg无水硫酸镁为净化剂进行分散固相萃取净化处理，结果表明，平均加标回收率在75%～105%之间，RSD低于8%；连玉晶等[27]以3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基功能化四氧化三铁为吸附剂，结合GC-MS法检测果蔬中的有机磷农药残留，平均回收率范围在75.2%～105.4%之间，RSD低于6%。

本研究以槐角豆作为碳源，采用酸浸泡、甲醛交联、管式炉程序升温煅烧的方法制备一种新型分散固相萃取净化剂碳气凝胶，此方法制备的碳气凝胶产量高、成本低；优化样品前处理的过程，并建立碳气凝胶分散固相萃取-GC法测定蔬菜水果中7 种有机磷农药残留的方法，此方法节约净化剂成本，杂质净化效果好，操作简单、快速，适用于果蔬样品中检测有机磷农药残留量。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冬瓜、苹果、菜心、黄瓜、玉米、雪梨、彩椒、番茄等采购于广东肇庆市端州区某菜市场。

乙腈（色谱纯）四友精细化学品公司；QuEChER净化剂（ProELutQuE 64587）、丙酮、氯化钠、甲醛、乙二胺、盐酸（均为分析纯）广州化学试剂厂；有机磷农药标准品（1000 µg/mL）农业部环境保护科研监测所。

1.2 仪器与设备

7890B GC仪、HP-5毛细管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）美国Agilent公司；FV64全自动智能氮吹仪广州得泰仪器科技有限公司；H1850离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；BCE224I-1CCN赛多利斯分析天平 济南禾普仪器设备有限公司；Heidolph试管振荡器 海道尔夫仪器设备有限公司；GM-200刀式混合研磨仪 德国Retsch公司。

1.3 方法

1.3.1 槐角豆碳气凝胶制备

称取槐角豆10～20 g于烧杯中，加入10 mL浓硝酸浸泡2 h，过滤，用纯水洗涤至中性，置于研钵中研磨成胶质混合物后置于烧杯中，加入10～20 mL甲醛，40 ℃搅拌交联反应2 h，加入2 mL乙二胺，继续浸渍反应24 h得到溶胶。用6 mol/L盐酸调溶胶的pH值至5～7，置于85 ℃恒温干燥4 h，得干凝胶。将干凝胶置于管式炉，在N2保护下煅烧（煅烧条件为初始温度25 ℃，以6 ℃/min升温至700 ℃，恒温反应1 h，再以5 ℃/min升温至900 ℃，恒温反应3 h）得到碳气凝胶。

1.3.2 标准储备液配制

100 μg/mL有机磷标准储备液：移取1.00 mL有机磷标准品于10 mL容量瓶中，以丙酮为溶剂稀释至刻度，配制成有机磷标准储备液，存放在4 ℃冰箱。

1.3.3 色谱条件

参照NY/T761—2008《蔬菜和水果中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药多残留的测定》[28]中的测试条件，并加以优化。HP-5毛细管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；检测器：火焰光度检测器（flame photometric detector，FPD），检测器温度：250 ℃；进样口温度：220 ℃；载气：氮气、氢气和空气流速分别为60、75 mL/min和100 mL/min；进样体积：1.0 μL（不分流进样）。

升温程序：初始温度80 ℃，恒温5 min，以20 ℃/min升温至190 ℃，再以8 ℃/min升温至250 ℃，恒温8 min。

1.3.4 样品前处理

选择冬瓜样品做萃取条件优化，用刀式混合研磨仪搅碎冬瓜，称取10.0 g冬瓜于50 mL离心管，依次加入20.0 mL乙腈、2.0 g氯化钠，涡旋6 min，8000 r/min离心5 min。移取10.0 mL上清液至15 mL离心管，加入0.015 g碳气凝胶，涡旋振荡0.5 min，8000 r/min离心3 min。所得的上清液转移至离心管中，氮气吹至近干，用1.0 mL丙酮溶解，过0.22 μm有机相滤膜，待测。

1.4 数据处理

所有图均使用Origin 2018软件制作。

2 结果与分析

2.1 混合有机磷标准溶液色谱分析

如图1所示，7 种有机磷农药在15 min内分离完全，且分离效果好，7 种有机磷农药质量浓度为治螟磷0.2 µg/mL、乐果0.32 µg/mL、杀螟硫磷0.4 µg/mL、对硫磷0.2 µg/mL、杀扑磷0.4 µg/mL、三唑磷0.2 µg/mL、益棉磷0.6 µg/mL。

图1 7 种有机磷农药的GC谱图Fig.1 GC chromatogram of seven organophosphorus pesticide standards

2.2 碳气凝胶净化效果

经碳气凝胶净化的空白冬瓜和加标样品的色谱图如图2所示，图中几乎无杂峰，基线平稳，说明碳气凝胶对样品净化能力强。各有机磷农药加标质量浓度为治螟磷0.01 µg/mL、乐果0.016 µg/mL、杀螟硫磷0.02 µg/mL、对硫磷0.01 µg/mL、杀扑磷0.02 µg/mL、三唑磷0.01 µg/mL、益棉磷0.02 µg/mL。

图2 空白冬瓜（A）和冬瓜加标样品（B）色谱图Fig.2 Chromatograms of blank (A) and spiked (B) wax gourd samples

2.3 样品前处理条件优化

取10.0 g空白冬瓜，进行加标回收实验，有机磷农药加标质量浓度均为0.050 µg/mL，其余样品前处理步骤按照1.3.4节进行，优化样品前处理条件。

2.3.1 提取溶剂选择

如表1所示，丙酮作为提取剂，有机磷的加标回收率在38.8%～121%之间，在净化过程中，由于丙酮易溶于水，盐析作用分层后，提取液中仍存在较多水分，分离程度不高，氮吹时间长且对部分有机磷提取率低；而乙腈作为提取剂，通过盐析作用容易与水分离，有机磷回收率在102%～113%之间，故选择乙腈为提取剂。

表1 两种溶剂对7 种有机磷农药回收率的影响Table 1 Effects of two solvents on the recoveries of seven organophosphorus pesticides%

2.3.2 提取时间选择

如表2所示，提取时间在4 min以下时，治螟磷的回收率低于80%，提取不充分；提取4 min以上时，有机磷加标回收率均高于80%。其中提取6 min时，各种有机磷农药的回收率趋于最高，为节约时间，选择提取时间为6 min。

表2 提取时间对7 种有机磷农药回收率的影响Table 2 Effects of extraction time on the recoveries of seven organophosphorus pesticides %

2.3.3 氯化钠用量的选择

在样品前处理中，氯化钠起到盐析作用，使有机相与水相分离，适量的氯化钠用量可以有效提高有机磷的回收率。考察氯化钠用量为0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0 g时对盐析的影响，结果表明，氯化钠用量为0.5～1.0 g时，氯化钠全部溶解于水中，提取液出现明显分层，但治螟磷回收率仅有22%和32.2%；氯化钠用量为1.5～2.0 g时，氯化钠没有全部溶解，提取液出现明显分层，有机磷回收率范围在85.8%～112%之间；继续增加氯化钠用量，有机磷的回收率基本维持不变。由于氯化钠用量为2.0 g时，整体回收率均优于氯化钠用量为1.5 g时的回收率，故选择氯化钠用量为2.0 g。

2.3.4 碳气凝胶用量的选择

由图3可知，碳气凝胶用量为2 mg时，治螟磷的回收率较低，且基质净化效果不佳；碳气凝胶用量为5 mg时，乐果、杀扑磷、益棉磷的回收率偏高；碳气凝胶用量为15 mg时，各种有机磷农药的回收率在85%～102%之间；碳气凝胶用量为20～30 mg时，部分有机磷回收率明显下降，说明碳气凝胶用量过多，反而会吸附部分有机磷农药。故选择碳气凝胶用量为15 mg。

图3 净化剂用量对7 种有机磷回收率的影响Fig.3 Effect of amount of purifying agent on the recoveries of seven organophosphorus pesticides

2.3.5 净化时间的选择

由表3可以看出，在净化时间长于1 min后有机磷的回收率普遍呈降低趋势，这是因为净化时间过长，部分有机磷被碳气凝胶吸附，导致回收率降低，故选择净化时间为0.5 min。

表3 净化时间对7 种有机磷回收率的影响Table 3 Effect of purification time on the recoveries of sevenorganophosphorus pesticides %

2.4 方法的线性方程及检出限

选择空白冬瓜基质溶液配制0.01～3.0 µg/mL范围的混合有机磷标准溶液，依据1.3.3节色谱条件进行检测，线性回归方程如表4所示。在0.01～3.0 µg/mL范围内，7 种有机磷农药均呈现良好的线性关系，其相关系数均大于0.999，检出限（RSN＝3）为0.002～0.005 µg/mL，定量限（RSN＝10）为0.006～0.015 µg/mL。根据1.3.4节样品处理方法计算得到方法的检出限为0.4～1.0 μg/kg，定量限为1.2～3.0 μg/kg。

表4 线性方程、检出限和定量限Table 4 Linear equations,limits of detection,and limits of quantification

2.5 精密度及准确度实验结果

取冬瓜为空白样品，按照1.3.4节处理样品，采用低、中、高3 个梯度进行加标实验，有机磷混合标准溶液质量浓度分别为0.020、0.10、0.50 µg/mL（相当于4.00、20.0、100.0 μg/kg）；按1.3.3节进行GC测定，每个加标水平平行测定6 次，平均加标回收率结果如表5所示。7 种有机磷农药加标平均回收率在85.5%～102%之间，RSD为0.7%～5.6%，说明本方法测定有机磷农药结果的精密度良好、准确度高。

表5 7 种有机磷农药测定结果的平均回收率及精密度（n＝6）Table 5 Average recoveries and precision of seven organophosphorus pesticides (n=6)

2.6 实际样品测定结果

依据本方法对广东肇庆端州区某菜市场购买的苹果、菜心、黄瓜、玉米、雪梨、彩椒、番茄7 种水果蔬菜进行分析，均未检测出治螟磷、乐果、杀螟硫磷、对硫磷、杀扑磷、三唑磷、益棉磷农药残留。并对7 种果蔬样品进行低水平加标实验，加标量为4.00 μg/kg，平行测定6 次，如表6所示，平均回收率在84.9%～112%范围，RSD为0.9%～7.5%。

表6 果蔬样品测定结果（n＝6）Table 6 Results of determination of pesticide residues in fruit and vegetable samples (n =6)

2.7 方法对比

分别用碳气凝胶按照1.3.4节处理冬瓜样品，以及用ProELutQuE 64587净化剂按照NY/T 761—2008方法处理冬瓜样品[28]，净化效果如图4所示。碳气凝胶净化剂相比ProELutQuE 64587净化剂处理的效果更好，色谱图无明显的杂质峰，且基线平稳。将本方法与文献[28-30]方法进行比较，如表7所示，本方法具有材料制备成本低、净化剂用量少、检出限低、方法线性范围较宽、准确可靠等优点。

表7 不同净化剂方法对比Table 7 Comparison of different purification methods

图4 ProELutQuE净化剂（A）和碳气凝胶（B）处理冬瓜的GC图Fig.4 GC chromatograms of wax gourd samples purified with ProELutQuE (A) or carbon aerogel (B)

3 结论

利用槐角豆碳气凝胶作为固相萃取净化剂，建立分散固相萃取净化、GC法检测水果蔬菜中7 种有机磷农药残留量的分析方法，通过与ProELutQuE 64587净化剂对比发现，槐角豆碳气凝胶净化效果好、净化剂用量少、检出限低、线性范围宽，净化时间仅需0.5 min，大大节约前处理时间，此方法准确可靠，可为相关从业人员提供方法依据。