超临界CO2萃取-气相色谱法检测生菜中有机氯农残

陆高峰

(浙江新宇高校后勤服务有限公司,浙江杭州 310028)



超临界CO2萃取-气相色谱法检测生菜中有机氯农残

陆高峰

(浙江新宇高校后勤服务有限公司,浙江杭州 310028)

采取超临界CO2萃取生菜中的有机氯农残作为前处理方法,以萃取压力、萃取温度、萃取流量及萃取时间为考察因素,八种有机氯农残的回收率作为考察指标,通过正交实验优化工艺条件,并用气相色谱法对有机氯农残含量进行测定。结果表明,在30 MPa萃取压力、50 ℃萃取温度下,采用1.5 mL/min的萃取流量萃取20 min,各农残回收率达到最大值,并且其回收率均能达到80%以上。本实验优选的工艺条件适用于生菜中有机氯农残的前处理,较国标方法更加方便快捷。

有机氯农残,超临界CO2萃取,气相色谱法,正交实验

随着人们生活水平的日益提高,食品安全问题越来越受到重视,农药残留问题已经成为影响食品安全的最主要因素。有机氯农药是我国使用最早的农药种类,包含已经被国家禁止使用的六六六和滴滴涕等。由于其化学结构较为稳定,不易降解,广泛存在于土壤、河流中,这类化合物在环境中极难分解并极易积累,能够通过富集作用在人体各脏器内积累,发生毒害作用进而致癌[1-2]。对有机氯农药残留的检测是保障食品安全的支撑,如何快速准确-检测有机氯农残备受大家重视。

有机氯农残检测的关键在于其前处理过程中,朱捷[3]等对有机氯残留的分析前处理技术进行了总结。相对于传统的萃取方法,超临界CO2萃取技术则因其安全、无毒、使用有机溶剂少以及提取效率高等优点被越来越多的应用到农残的前处理中。王建华[4]等采用超临界CO2萃取作为前处理方法测定了韭菜中百菌清、艾氏剂等有机氯农残残留量,方法可行,并认为超临界萃取的方法可以应用于常规分析。有机氯农残多为极性较弱物质,而超临界CO2对于非极性和弱极性的物质具有较高萃取能力,采用超临界CO2萃取有机氯农残具有天然的优势[5]。本文筛选国标中明确禁止添加的8种有机氯农残为目标物,采用超临界CO2萃取-气相色谱法进行分析,考察了不同超临界萃取参数对回收率的影响,获得了超临界CO2萃取有机氯农残的最佳工艺条件。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

生菜购自当地农贸市场;试剂:乙酸乙酯天津科密欧化学试剂有限公司,分析纯;对照品:p.p′-滴滴滴(GSB05-2282-2008)、o.p′-滴滴涕(GSB05-2281-2008)、P.P′-滴滴涕(GSB05-2283-2008)、P.P′-滴滴伊(GSB05-2280-2008)、δ-六六六(GSB05-2279-2008)、γ-六六六(GSB05-2278-2008)、β-六六六(GSB05-2277-2008)、α-六六六(GSB05-2276-2008)混合标准物质,浓度10 μg/mL农业部环境保护科研监测所。

Spe-ed SFC超临界萃取仪Applied Separations有限公司;GC-2010 PLUS气相色谱仪岛津(中国)有限公司;AUW220D分析天平岛津(中国)有限公司。

1.2实验方法

1.2.1样品制备将混合标准溶液加乙酸乙酯稀释成100 ng/mL标准使用液。为模拟真实环境,称取20 g新鲜生菜叶切碎,使用注射器吸取100 ng/mL标准使用液2 mL注入生菜叶中,将生菜叶放入4 ℃冰箱24 h后用均质器打成浆状。取10 g上述样品,同时称取10 g硅藻土(用以吸收生菜中的水分,硅藻土能够吸收超过自身重量两倍的水分,避免水结冰堵塞超临界系统,另外硅藻土有利于样品的分散[6]),将二者混匀置于萃取釜中。

1.2.2萃取条件的单因素考察根据预实验,对萃取压力、温度、时间、流量进行单因素考察,采用乙酸乙酯溶液进行液态回收,在考察每个因素时,其他因素条件分别固定为压力30 MPa、温度50 ℃、时间20 min、流量1.5 mL/min。

1.2.3萃取条件的正交分析根据萃取条件的单因素考察实验情况,将萃取压力,萃取温度,萃取时间及萃取流量四个因素进行正交实验分析,因为选取的8种有机氯农残均为极性较弱物质,故不考虑夹带剂的添加影响。采用乙酸乙酯溶液进行液态回收,以8种农残回收率作为考察指标,确定超临界萃取的最佳工艺条件,因素水平见表1。

表1　L9(34)因素水平表

1.2.4分析方法

1.2.4.1有机氯农药残留的测定方法(GC)使用ECD检测器,选取HP-1701毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm),柱初始温度150 ℃,升温速率5 ℃/min,升温至230 ℃,保持30 min;检测器、进样口温度250 ℃;载气为氮气,流速2.5 mL/min,尾吹气30 mL/min,不分流进样[7]。

1.2.4.2对照品储备液精密量取1.1中混合标准物质1.0 mL,置于100 mL量瓶中,加乙酸乙酯稀释并定容至刻度,制成混合对照品储备液(100 ng/mL)。

1.2.4.3标准溶液制备吸取上述储备液用乙酸乙酯稀释成0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 ng/mL标准使用液。

1.2.4.4样品含量测定将收集的农残萃取液用乙酸乙酯定容至100 mL,作为供试品溶液。进样量1μL,记录色谱峰面积,带入标准曲线计算各农残含量,除以加标量计算回收率。

2　结果与分析

2.1线性考察

采用1.2.4中色谱方法测定,以各自色谱峰面积-浓度做标准曲线,得到各自的回归方程。该方法在0.2～3.0 ng/mL线性范围内,线性良好。

表2　回归方程

2.2萃取条件单因素实验

2.2.1萃取压力的影响由图1可看出,萃取压力在30 MPa时回收率达到最大值。这是因为随着压力升高,萃取釜中CO2密度增大,萃取过程中传质速度加快,并且萃取更加彻底[8],使得回收率逐渐增大。但当压力超过30 MPa时,由于压力的升高会使得扩散系数减小不利于萃取,并且高压还会使得萃取杂质增多,进而影响回收率,故选择30 MPa为最佳萃取压力条件。

图1　萃取压力的影响Fig.1　Influence of extracting pressure

2.2.2萃取温度的影响由图2可看出,萃取温度为50 ℃回收率达到最大值。温度对于萃取的影响是两个方面的,一方面随着温度的升高,会使得溶质的扩散系数更高,萃取釜中分子活动明显加剧,使得整个萃取更加频繁,故而使萃取效果提高,而另一方面温度的升高却会降低CO2密度,使得溶质的溶解性下降不利于萃取的进行,温度的影响取决于这两种效应竞争的效果[9-10]。当温度在50 ℃以下时,升温对CO2密度的影响并不大,但当温度超多50 ℃,其影响明显加大,故使得萃取效果变差,因而选择最佳温度条件为50 ℃。

表3　L9(34)正交实验结果

图2　萃取温度的影响Fig.2　Influence of extraction temperature

2.2.3萃取时间的影响由图3可以看出,萃取时间为30 min时回收率达到最大值，之后下降。在萃取初期,农残被不断的萃取出来,而当到30 min后,基本上已经达到可萃取的终点,此时再继续萃取已无效果,并且浪费资源人力,故选择20 min为萃取中点。

图3　萃取时间的影响Fig.3　Influence of the extracting time

2.2.4萃取流量的影响由图4可以看出,萃取流量为1.5 mL/min时回收率达到最大值。萃取初期,随着流速的增加,处于待萃取物质分子周围的夹带剂浓度增强,使得传质过程更加迅速,而随着流速的进一步增加,会使得夹带剂分子不能完全有序的排列到基质的周围,导致整体夹带剂浓度增加但局部夹带剂浓度呈减少的趋势,从而使得萃取效率在逐渐减弱[11]。因此,选择1.5 mL/min为夹带剂最佳流速。

图4　萃取流量的影响Fig.4　Influence of extracting flow

2.3正交实验优化结果

以上八种有机氯农残的萃取结果显示,萃取条件对这八种物质的影响是同步的,对这八种农残回收率做极差与方差分析,其结果是一致的,故只列举α-六六六的回收率的极差与方差分析结果。

表4　方差分析

注：*差异显著,**差异极显著。

表5　检出限、精密度(n=5)

由表3极差分析结果看出,萃取条件各因素对萃取农残影响的主次依次萃取压力、萃取温度、萃取流量、萃取时间,其最佳组合条件为A3B2D2C2。由表4方差分析结果看出,萃取压力对农残回收率达到了极显著影响(α=0.01,F值大于F临界值),萃取温度则达到显著影响(α=0.05,F值大于F临界值)。对最佳条件进行5次验证,α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、P.P′-滴滴伊、o.p′-滴滴涕、p.p′-滴滴滴、P.P′-滴滴涕的回收率(%)分别为82.9%±1.4%、85.8%±1.0%、86.9%±1.0%、95.4%±1.0%、83.3%±1.1%、87.0%±0.9%、91.7%±0.8%、97.7%±0.7%,5次结果稳定,故选取方案A3B2D2C2作为萃取最佳条件。

2.4各有机氯农残检出限与精密度

将标准溶液不断稀释至对照品中o.p′-滴滴涕峰的信噪比(S/N)约等于3时,此时对照品浓度则为o.p′-滴滴涕的仪器检出限(ng/mL),其余各峰仪器检出限为此浓度乘以各自信噪比/3。方法检出限(μg/kg)为仪器检出限乘以稀释倍数除以取样量。取2.2中5次最佳条件下的实验结果计算精密度,其结果见表5。GB/T 5009.146-2008[7]的方法中,α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、P.P′-滴滴伊、o.p′-滴滴涕、p.p′-滴滴滴、P.P′-滴滴涕的检出限依次为0.1、0.2、0.6、0.6、0.8、1.0、1.0、1.0(μg/kg),从表5中可看出本方法对有机氯农残的萃取与国标的方法基本一致,方法精密度符合国标中要求。

图5　8种有机氯农药的气相色谱图Fig.5　Gas chromatogram of eight organochlorine pesticide residues注:1、α-六六六;2、β-六六六;3、γ-六六六;4、δ-六六六;5、P.P′-DDE;6、p.p′-DDD;7、o.p′-DDT;8、P.P′-DDT,a:标准品，b:样品。

2.5样品测定结果

按照1.2中方法对五家不同超市购买生菜进行检测,每个样品进行三次实验,取平均值,结果仅在一家超市的生菜中检出P.P′-滴滴伊有残留,浓度为0.0011 mg/kg,残留量已很低。即使如此,由于有机氯类农残对人体伤害极大,仍要对此类农残严格监测。

3　结论

本实验研究了超临界CO2萃取-气相色谱法检测蔬菜中有机氯农残,以八种有机氯农残的回收率作为考察指标,采用正交实验对萃取压力、萃取温度、萃取流量及萃取时间进行考察,确定了萃取最佳工艺条件。结果表明:在30 MPa的萃取压力、50 ℃萃取温度下,采用1.5 mL/min的萃取流量萃取20 min,各农残回收率达到最大值,并且其回收率均能达到80%以上,采用超临界CO2萃取作为前处理方法,检出限与精密度也均能达到国标中对农残的检测要求,故此方法对于农残的检测是切实可行的。而采用超临界CO2萃取过程中,全程只用到了乙酸乙酯一种有机溶剂,对环境的污染与对实验人员的伤害相对国标中前处理方法减小很多,此法前处理过程可以在1 h内完成,而国标方法前处理则需4小时以上,优势明显,符合现如今人们对于快速准确检测农残的要求,适合推广使用。

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Determination of organochlorine pesticide residues in lettuce by supercritical CO2extraction-gas chromatography

LU Gao-feng

(Zhejiang Xinyu College Logistics Service Co. Ltd.,Hangzhou 310028,China)

The organochlorine pesticide residues in lettuce were extracted using supercritical CO2as pretreatment method. The extraction conditions were optimized by orthogonal experiments with the pressure,temperature,flow,time as influencing factors and recovery rate as the evaluation index. Gas chromatography was applied to determine the content of organochlorine pesticide residues. The results showed that the recovery of each pesticide residues reached maximum when the extraction pressure was 30 MPa,the temperature was 50 ℃ and the flow rate was 1.5 mL/min,extraction time was 20 min,and the recovery rate was higher than 80%. The optimum conditions of this experiment was suitable for pretreatment of organochlorine pesticide residues in lettuce,and this method was more convenient and quick,compared with the national standard method.

organochlorine pesticide residues;supercritical CO2extraction;gas chromatography;orthogona experiment

2016-03-03

陆高峰(1972-)，男，本科，讲师，研究方向：高校后勤管理研究， E-mail：3026247226@qq.com。

TS207.3

A

1002-0306(2016)17-0288-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.047