亞臨界水-固相萃取有機(jī)磷殘留前處理技術(shù)

王嘯，林翠萍，張燕

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津市食品營(yíng)養(yǎng)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300457）

亞臨界水萃取（Subcritical water extraction，SCWE）是近些年來(lái)新興的一種樣品前處理技術(shù)，主要是利用亞臨界水作為萃取溶劑將分析物從固體介質(zhì)中萃取出來(lái)。亞臨界水是指在一定壓力條件下，將水加熱到高溫狀態(tài)，水相仍然保持在液態(tài)[1]。因?yàn)殡S著溫度的升高，亞臨界水的介電常數(shù)會(huì)顯著降低，從室溫時(shí)的80降到250 ℃時(shí)的26.8，甚至其密度和介電常數(shù)在300 ℃時(shí)接近丙酮，因此能溶解多數(shù)環(huán)境和生物樣品中的不溶或者難溶的有機(jī)污染物[2]。

亞臨界水萃取技術(shù)在食品[3-4]、環(huán)境[5-8]等分析中已有較多應(yīng)用研究。蘇明偉等[9]采用亞臨界水萃取-酶抑制法快速檢測(cè)果蔬中的甲胺磷、敵百蟲(chóng)、敵敵畏等有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥殘留，結(jié)果表明，萃取效率大于振蕩萃取及超聲波輔助萃取法。本文采用亞臨界水萃取技術(shù)對(duì)蔬菜中氨基甲酸酯類(lèi)和有機(jī)磷進(jìn)行樣品前處理，對(duì)萃取時(shí)間、萃取溫度、pH 等影響因素進(jìn)行了優(yōu)化研究，并且與傳統(tǒng)萃取方法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明亞臨界水萃取的萃取回收率高于液液萃取和超聲波輔助萃取。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

TTC-24 型亞臨界水萃取儀購(gòu)于湖北眾康生物科技有限公司，配15 mL 亞臨界水萃取管（美國(guó)，HACH 公司）。

有機(jī)磷農(nóng)藥采用安捷倫6820 氣相色譜儀進(jìn)行檢測(cè)（美國(guó)，Agilent 公司），配氮磷檢測(cè)器（NPD），DB-5毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為N2（99.999 9%），流速：1 mL/min，氫氣流速：3 mL/min，空氣流速：60 mL/min，進(jìn)樣口溫度為250 ℃；升溫程序：60 ℃保持1 min，15 ℃/min 升至200 ℃，保持2 min，5 ℃/min 升溫至250 ℃，保持5 min。檢測(cè)器溫度為325 ℃。進(jìn)樣量：1 μL，采用不分流進(jìn)樣。相對(duì)保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量。

1.1.2 試劑

有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥包括甲基對(duì)硫磷、殺螟松、毒死蜱、甲基溴硫磷、稻豐散，都是購(gòu)于Sigma 公司。配制成100 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，使用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋至40 mg/L 工作溶液。

乙腈（色譜純）、正己烷（色譜純）、丙酮（色譜純）、磷酸二氫鈉（分析純）。實(shí)驗(yàn)用水均為天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院食品營(yíng)養(yǎng)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自制去離子水。

實(shí)驗(yàn)中蔬菜樣品購(gòu)于天津科技大學(xué)附近集貿(mào)市場(chǎng)。

1.2 樣品制備

將新鮮的白菜清洗干凈、晾干后，剪碎成約1 cm×1 cm 碎片，準(zhǔn)確稱取1.0 g 放入亞臨界水萃取管中，向管中加入100 μL 40 mg/L 的工作溶液，旋緊管塞，放置過(guò)夜，讓菜葉充分吸收農(nóng)藥，待測(cè)。

1.3 亞臨界水萃取條件優(yōu)化

向放置有白菜樣品的亞臨界水萃取管中加入10 mL一定pH 的磷酸鹽緩沖溶液，旋緊管塞，然后放入亞臨界水萃取儀中在一定溫度下加熱萃取一段時(shí)間，快速取出并水浴冷卻至室溫。分別研究不同萃取溫度、萃取時(shí)間和pH 對(duì)添加農(nóng)藥回收率的影響，優(yōu)化亞臨界水萃取條件。

1.4 固相萃取條件優(yōu)化

將商用C18 固相萃取小柱依次使用10 mL 甲醇、5 mL 蒸餾水進(jìn)行活化，并且在蒸餾水未干之前將萃取溶液過(guò)C18 固相萃取小柱進(jìn)行吸附，之后用丙酮-正己烷（體積比50/50）10 mL 以0.5 mL/min 速度洗脫，收集洗脫液，減壓旋蒸濃縮，用正己烷定容，利用GC 進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

將5 種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品配置成不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，以濃度為橫坐標(biāo)，峰高為縱坐標(biāo)建立工作曲線，結(jié)果表明，被測(cè)組分樣品濃度在0.01 mg/L～1 mg/L 范圍內(nèi)與其色譜峰面積成線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)0.991 3～0.998 2 之間，被測(cè)組分的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 有機(jī)磷的標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性相關(guān)系數(shù)、檢出限Table 1 The standard curve，linearity and detection limits of organophosphorous

2.2 亞臨界水萃取條件優(yōu)化

2.2.1 萃取溫度對(duì)萃取效率的影響

在亞臨界水萃取中，萃取溫度對(duì)萃取效率影響最大。隨著溫度的升高，水的極性、表面張力和黏度都急劇下降，使得亞臨界水的萃取效率增加。以10 mL pH=8 的磷酸鹽緩沖溶液作為萃取溶劑，在50～120 ℃之間萃取5 min，以確定萃取溫度對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果如圖1 所示。

圖1 溫度對(duì)回收率的影響Fig.1 Influence of temperature on the recoveries

由圖1 可知，在研究的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，各種農(nóng)藥的回收率也隨之增大，其中殺螟松在70 ℃時(shí)，回收率達(dá)到最大，并且在70 ℃～90 ℃基本保持恒定，甲基溴硫磷在80 ℃～90 ℃，回收率達(dá)到最大，其他的農(nóng)藥在90 ℃達(dá)到最大回收率，之后隨之溫度的升高，回收率又開(kāi)始下降，這主要是由于高溫下，亞臨界水的極性降低，對(duì)極性物質(zhì)的溶解度也會(huì)隨之降低，并且農(nóng)藥在較高溫度的不穩(wěn)定性也會(huì)使回收率降低。因此，實(shí)驗(yàn)中亞臨界水萃取的溫度確定為90 ℃。

2.2.2 萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響

以10 mL pH=8 的磷酸鹽緩沖溶液為萃取溶劑，在萃取溫度為90 ℃的條件下，萃取不同的時(shí)間，確定萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響（見(jiàn)圖2）。

圖2 萃取時(shí)間對(duì)回收率的影響Fig.2 Influence of time on the recoveries

萃取時(shí)間延長(zhǎng)有利于達(dá)到萃取平衡，提高萃取效率，但是過(guò)長(zhǎng)的萃取時(shí)間，可能使其發(fā)生降解，影響萃取效率。研究發(fā)現(xiàn)，甲基溴硫磷和稻豐散在4 min～5 min 時(shí)達(dá)到最大回收率，而其它農(nóng)藥在5 min 時(shí)達(dá)到最大回收率，之后隨著溫度的升高回收率開(kāi)始下降，因此，實(shí)驗(yàn)中亞臨界水萃取的時(shí)間確定為5 min。

2.2.3 pH 對(duì)萃取效率的影響

常溫下，有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥在酸性條件下較穩(wěn)定，而在堿性條件下，會(huì)發(fā)生降解。實(shí)驗(yàn)中使用磷酸鹽配制成不同pH 的緩沖溶液，取10 mL 作為萃取液，在萃取溫度為90 ℃，萃取時(shí)間為5 min 的條件下，研究了不同pH 對(duì)萃取效果的影響。結(jié)果如圖3 所示。

圖3 pH 對(duì)萃取回收率的影響Fig.3 Influence of pH on the recoveries

在pH 5～9 的范圍內(nèi)，萃取回收率上升，在pH=8時(shí)，達(dá)到最大值，然后隨著pH 的升高回收率反而下降，因此，實(shí)驗(yàn)選擇萃取液的最佳pH=8。

2.3 亞臨界水萃取與其它前處理方法的對(duì)比

利用亞臨界水萃取-固相萃取和其它前處理技術(shù)對(duì)添加了同一濃度的樣品進(jìn)行了分析，回收率結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同前處理方法的回收率對(duì)比Table 2 The comparison of recoveries by different methods

從表2 中可以看出，在亞臨界水萃取條件下，殺螟松和甲基溴硫磷的回收率低于其它兩種前處理技術(shù)，這可能是由于殺螟松和甲基溴硫磷本身在水中溶解度過(guò)低，萃取過(guò)程中能夠有效萃取的量太少，而在亞臨界水萃取過(guò)程中，其它幾種農(nóng)藥的回收率在90%～100%之間，高于其它兩種前處理技術(shù)。因此，使用亞臨界水萃取比其他兩種前處理技術(shù)的效果更好。圖4是5 種有機(jī)磷農(nóng)藥的氣相色譜圖。

根據(jù)保留時(shí)間：甲基對(duì)硫磷是18.242 min，殺螟松是20.259 min，毒死蜱是20.907 min，甲基溴硫磷是21.167 min，稻豐散是21.931 min。

圖4 有機(jī)磷農(nóng)藥的氣相色譜圖Fig.4 Gas chromatography of orgnaophosphorus pesticides

3 結(jié)論

研究了亞臨界水萃取對(duì)蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的萃取效果，對(duì)亞臨界水萃取的影響條件進(jìn)行了優(yōu)化研究。研究結(jié)果表明，采用10 mL pH=8.0 的磷酸鹽緩沖溶液作為萃取液，在萃取溫度90 ℃，萃取時(shí)間5 min的萃取條件下，有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥具有較高的萃取效率。同時(shí)，與液-液萃取法和超聲輔助萃取法相比，亞臨界水-固相萃取方法具有萃取時(shí)間短、萃取效率高、不使用有機(jī)試劑、對(duì)環(huán)境造成污染少以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

[1]Li Bin,Yang Yu,Gan You-xin,et al.On-line Coupling of Subcritical Water Extraction with High-performance Liquid Chromatography via Solid-phase Trapping[J].Journal of chromatography A,2000,873(24)：175-184

[2]Garcya-Marino M,Rivas-Gonzalo J,Garcya-Marino C.Recovery of catechins and proanthocyanidins from winery by-products using subcritical water extraction[J].Analytica Chimica Acta,2006,563(21)：44-50

[3]徐志宏,錢(qián)廣生,劉三康,等.黃芩中黃芩苷的亞臨界水提取及高效液相色譜分析[J].色譜,2004,22(1)：44-47

[4]郭梅,黃衛(wèi)紅,陸曉華,等.亞臨界水萃取-固相萃取聯(lián)用技術(shù)對(duì)沉積物中有機(jī)氯農(nóng)藥的萃取研究[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào),2004,20(3)：257-259

[5]Yu Yang,Maya B,Araud L,et al.Elution of organic solutes from different polarity sorbents using subcritical water[J].Journal of chromatography A,1998,810(12)：149-159

[6]Hawthorne S B,Trembley S,Moniot C L,et al.Static subcritical water extraction with simultaneous solidphase extraction for determining polycyclic aromatic hydrocarbons on environmental solids[J].Journal of chromatography A,2002,886(1/2)：237-244

[7]Steven B H,Carol B G,Kimherly J H,et al.Simple method for estimating polychlorinated biphenyl concentrations on soils and sediments using subcritical water extraction coupled with solid-phase microextraction[J].Journal of chromatography A,1998,814(1/2)：151-160

[8]Ramos L,Kristenson E M,Brinkman U A.Current use of pressurized liquid extraction and subcritical water extraction in environment analysis[J].Journal of chromatography A,2002,975(1)：3-29

[9]蘇明偉,鄭嚴(yán)波,楊海.果蔬農(nóng)藥殘留檢測(cè)的預(yù)處理和檢測(cè)條件優(yōu)化研究[J].食品科學(xué),2006,27(5)：199-201