（农药学专业论文）新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用.pdf

新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 摘要 氨基甲酸酯和有机磷类杀虫剂广泛应用于提高农业产量，对于提高农产品产量 和质量有着重要意义。虽然这些农药能够有效提高农业产量和降低城市草坪等的维 护成本，但是由于食物链的生物富集结果可能会影响到人类健康。传统的氨基甲酸 酯和有机磷农药残留分析方法如液液萃取、固相萃取等，溶剂使用量大、前处理时 间长，对环境容易造成二次污染，因此，对于氨基甲酸酯和有机磷农药残留的检测， 需要寻求一种高效、快速的方法。 单滴液相微萃取、扩散微萃取、分子印迹固相萃取正是在这样情况下产生的新 型样品前处理技术。单滴液相微萃取主要基于被分析物在微量进样器的针尖悬滴和 水样体系之间的分配系数的不同；扩散微萃取的特点在于萃取溶剂充分扩散到水样 中，获得极大的比表面积，使得被分析物能够在较短的时间内完成传质过程；分子 印迹固相萃取具有特异的识别能力，并且相比于传统的固相萃取，能够重复使用。 论文分别使用这三种先进的前处理技术，对氨基甲酸酯和有机磷农药残留前处理考 察，主要研究内容有： 1 提出了单滴液相微萃取对氨基甲酸酯和有机磷农药残留同时测定的新方法， 使用气相色谱质谱联用法分析，测定了水体中的氨基甲酸酯和有机磷农药残留。考 察了影响萃取的各种因素，如萃取剂种类和用量、萃取时间、p h 值、离子强度，最 终确定了最佳的萃取条件，并应用于实际水样的测定。 2 采用了新型的液液扩散微萃取技术，将其和气相色谱串联质谱相结合，分析 了水体中的氨基甲酸酯和有机磷农药残留，考察了影响液液扩散微萃取的条件，如 萃取剂的类型和用量、扩散剂的类型和用量、萃取时间、p h 值、离子强度，确定了 最佳的条件，并将其应用于实际水样的测定，取得好的效果。 3 提出了微波辅助合成分子印迹固相萃取材料的方法，并将此材料应用于水样 中克百威的分离富集，采紫外分光光度计法检测。优化了微波辅助悬浮聚合的合成 条件，对克百威及其类似物进行了固相萃取吸附试验，并将该分子印迹固相材料应 用于实际水样分析。 关键词：前处理技术：液相微萃取；扩散微萃取；分子印迹；农药残留 新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 a bs t r a c t c a r b a m a t ea n d o r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d e sw e r ew i d e l yu s e d t oi m p r o v ea g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n i t so fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o ri m p r o v i n gt h eq u a n t i t ya n dq u a l i t yo fa 鲥c u l t u r a l p r o d u c t s a l t h o u g ht h e s eh i g h l yt o x i cp e s t i c i d e sc a ni n c r e a s ea g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o na n d r e d u c et h ec o s to fl a w nm a i n t e n a n c e ，e t c ，b u tt h eb i o a c c u m u l a t i o no ft h ef o o dc h a i nm a y a f f e c th u m a nh e a l t h t r a d i t i o n a la n a l y s i sm e t h o d so fc a r b a m a t ea n do r g a n o p h o s p h o r u s p e s t i c i d er e s i d u es u c ha sl i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o n , s o l i d p h a s ee x t r a c t i o nu s el a r g ea m o u n t s o fs o l v e n t ，t i m e - c o n s u m i n g ，a n di tw o u l dc a u s es e c o n d a r yp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n l t h e r e f o r e ，a l le f f i c i e n t , r a p i dm e t h o di sr e q u i r e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fc a r b a m a t e sa n d o r g a n i co fp e s t i c i d er e s i d u e s i ns u c hc a s e s ，s i n g l ed r o pl i q u i d l i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n , l i q u i dp h a s ed i s p e r s i v e m i c r o e x t r a c t i o n , m o l e c u l a r l yi m p r i n t e ds o l i d p h a s ee x t r a c t i o ni sg e n e r a t e db yas a m p l e p r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g y s i n g l ed r o pl i q u i d - l i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o nm a i n l yd u et o d i s t r i b u t i o no fa n a l y t e sb e t w e e ns i n g l ed r o po ft h es y r i n g et i pa n dt h ew a t e rs a m p l e s ；t h e l i q u i dp h a s ed i s p e r s i v em i c r o e x t r a c t i o na c h i e v e sav e r yl a r g es p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n dt h e m a s st r a n s f e rp r o c e s sc a l lb ec o m p l e t e di nt h es h o r t e s tt i m e ；m o l e c u l a r l yi m p r i n t e d s o l i d - p h a s ee x t r a c t i o ni d e n t i f i e sw i t hs p e c i f i cc a p a b i l i t i e s ，a n dc o m p a r e dt ot r a d i t i o n a l s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n , c a nb er e u s e d i nt h i st h e s i s ，t h e s et h r e em e t h o d sw e r eu s e dt o d e t e r m i n et h ec a r b a m a t ea n do r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d er e s i d u e s ，r e s p e c t i v e l y t h em a i n r e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 s i n g l ed r o pl i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a e t i o nm e t h o dw a se v a l u a t e db ya n a l y z i n g c a r b a m a t ea n do r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d er e s i d u e sa tt h es a m et i m e g a sc h r o m a t o g r a p h y n l a s ss p e c t r o m e t r yw a su s e dt oa n a l y s i st h ew a t e rs a m p l e sa n di n v e s t i g a t e dt h ei m p a c to f e x t r a c t i o no fav a r i e t yo ff a c t o r s ，s u c ha st h et y p ea n dc o n t e n to fe x t r a c t a n t ，e x t r a c t i o n t i m e ，p h ，i o n i cs t r e n g t h , a n dt od e t e r m i n et h eb e s te x t r a c t i o nc o n d i t i o n s t h ea c t u a lw a t e r s a m p l e sw a su s e da n a l y z e di nt h ec o n d i t i o n s 2 an e wt y p eo fl i q u i dp h a s e d i s p e r s i v em i c r o e x t r a c t i o nw a su s e dc o u p l e dw i t hg a s c h r o m a t o g r a p h yt a n d e mm a s ss p e c t r o m e t r yt oa n a l y s i sw a t e rs a m p l e sa n dc a r b a m a t e 陈瑞文华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 p e s t i c i d er e s i d u e s t h ei m p a c to ft h ed i s p e r s i v eo fm i c r o e x t r a c t i o ne x t r a c t i o nc o n d i t i o n s w a si n v e s t i g a t e d , s u c ha st h ee x t r a c t a n tt y p ea n dc o n t e n t ，t h ed i s p e r s i v ea g e n t so ft h et y p e a n dc o n c e n t r a t i o n ，e x t r a c t i o nt i m e ，p n ，i o n i c s t r e n g t h t h e b e s tc o n d i t i o n sw a s d e t e r m i n e d , a n da p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no ft h ea c t u a lw a t e rs a m p l e s 3 p r o p o s e dam i c r o w a v e - a s s i s t e ds y n t h e s i so fm o l e c u l a r l yi m p r i n t e ds o l i d p h a s e e x t r a c t i o nm e t h o d , a n dc a r b o f u r a ni nw a t e rs a m p l e sw a su s e di nt h ea n a l y s i su n d e ru s e d o fu vs p e c t r o p h o t o m e t e ra n a l y s i s t h em i c r o w a v e - a s s i s t e ds y n t h e s i sc o n d i t i o n sw a s o p t i m i z e df o rs u s p e n s i o np o l y m e r i z a t i o no fc a r b o f u r a n c a r b o f u r a na n di t sa n a l o g u e s h a v ed o n eas o l i d p h a s ee x t r a c t i o na s s a y , a n dt h em o l e c u l a r l yi m p r i n t e ds o l i d - p h a s e m a t e r i a l su s e di np r a c t i c a la n a l y s i so fw a t e rs a m p l e s k e yw o r d s ：p e s t i c i d er e s i d u ep r e - t r e a t m e n t s ；l i q u i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ； d i s p e r s i v em i c r o e x t r a c t i o n ；m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rs o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n ； 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 卺 如需保密，解密时间年 月 日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名：胁执 时间：叩年月 日 学位论文使用授权书 本人完全了解华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定，即学生必须按照学 校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电子版， 并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全 部或部分内容，同时本人保留在其他媒体发表论文的权力。 注：保密学位论文( 即涉及技术秘密、商业秘密或申请专利等潜在需要提交保密的论 文) 在解密后适用于本授权书 学位论文作者签名：睁帐导师签名：i 毒筘 签名呲年6 月争日签名帆卅年6 月厂日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 第一章前言 样品前处理是痕量分析检测的关键步骤。传统的前处理方法，如液液萃取、索 式提取、层析、蒸馏、离心、沉淀、匀浆、盐析等，手工操作步骤多，处理时间长， 有时需要使用大量溶剂，不仅容易损失样品，导致较大误差，而且处理中使用了有 机溶剂，比如含卤素的有机溶剂，对操作人员健康和环境都可能产生不利影响。因 此，高效、快速的少溶剂，甚至无溶剂的样品制备与前处理方法的研究一直是现代 分析化学研究的热点。 新型农药残留分析前处理技术 作为一个理想的样品制备与处理方法应具备以下条件：( 1 ) 处理速度快；( 2 ) 操作简便；( 3 ) 成本低廉；( 4 ) 方法有效；( 5 ) 范围广；( 6 ) 操作安全。近年来， 一些仅需使用微量溶剂甚至无需溶剂的样品制备与处理技术得到了迅速的发展，例 如固相萃取、固相微萃取、超临界流体萃取、微波辅助萃取、浊点萃取和液相微萃 取等。 1 1 液相微萃取 液相微萃取( l p m e ) 最早是由j e a n n o t 于1 9 9 6 年提出一种新型的水样预处理 技术( j e a n n o t , 1 9 9 6 ) 。这种技术结合了l l e ( 液相萃取) 和s p e ( 固相萃取) 优点， 克服了传统液液萃取技术的诸多不足，仅使用微升级甚至纳升级的有机溶剂进行萃 取，适应了现代分析科学微型化发展的要求，属于环境友好型的“绿色分析技术 ( j i a n g ，2 0 0 4 ；b e s h a r a t i s e i d a n i ，2 0 0 5 ；j i a n g ，2 0 0 5 ；f a n g ，2 0 0 6 ) 。该技术基本原理是建立 在样品与微升级甚至纳升级的萃取溶剂之间的分配平衡基础上的，即采用微滴溶剂 置于被搅拌或流动的溶液中，从而实现溶质的微萃取。与传统的萃取技术相比， l p m e 技术具有如下优点：( 1 ) 它适应了绿色分析技术发展的需要。经典的液液萃 取技术至少需要消耗m l 级有机溶剂，而液相微萃取技术仅需i l l 级有机溶剂，从而 减小了对环境可能产生的污染；( 2 ) 液相微萃取省去了经典的液液萃取法中所需相 分离及合并过程，因而操作变得更加简单方便；( 3 ) 富集倍数大，萃取效率高。已 有文章报道富集倍数达1 0 0 0 倍，如此高的富集倍数是经典液一液萃取技术所难以达 1 陈瑞文华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 到的( h e m a n d e z , 2 0 0 5 ) ；( 4 ) 便于实现联用化。高富集倍数的微滴溶剂萃取技术便于 与具有微量进样方法的特定仪器联用，比如g c 和h p l c 等，可使分析方法的灵敏 度提高两个数量级以上；( 5 ) 样品溶液用量少。一般只用1 - 1 0m l 左右( g a r r i d o ，2 0 0 4 ； h e r n a n d e z ，2 0 0 5 ) 。至今，液相微萃取经过十来年的发展，己经在环境、生物、食品、 药物等领域的各个方面有着广泛的应用。在l p m e 的发展过程中，主要涉及到的方 面有：液相微萃取萃取方式的研究、联用技术的发展以及理论等。 简便的样品处理方法越来越受到关注( j e a n n o t , 1 9 9 7 ；p s i l l a k i s ，2 0 0 2 ) 。液相微萃取 和单滴液液微萃取( s i n g l ed r o pm i c r o e x t r a c t i o n ，s d m e ) 水体中污染物的方法被开 发出来( j e a n n o ta n dc a n t w e l l ，1 9 9 7 ) 。液相微萃取包括直接浸没式液相微萃取( d i r e c t i m m e r s e dl p m e ) ( k a y k h a i i ，2 0 0 7 ) ，顶空液相微萃取( h e a d s p a c el p m e ) ( l i u ，2 0 0 3 ) ， 中空纤维膜液相微萃取( h o l l o wf i b e r - p r o t e c t e dl p m e ) ( j i a n g ，2 0 0 5 ；h u a n g ，2 0 0 7 ； x i o n g ，2 0 0 8 ) ，以及流动液相微萃取( c o n t i n u o u s f l o wl p m e ) ( g u o ，2 0 0 5 ；l i ，2 0 0 5 ；x u ， 2 0 0 7 ) 。这些方法都是通过污染物质在供体相水和接受相有机溶剂之间分配比不同而 进行的。其中，单滴液液微萃取是采用微量注射器的针尖悬住一小滴有机溶剂，通 过液相顶空或者深入液体内部进行的萃取。萃取一定时间以后，回收微滴到注射器， 直接进样气相色谱( x i a o ，2 0 0 6 ；z h a n g ，2 0 0 6 ；z h a o ，2 0 0 6 ) 、液相色谱( g i o f i ，2 0 0 5 ；g u o ， 2 0 0 5 ) 、电感耦合等离子体质谱( i n d u c t i v e l y - c o u p l e dp l a s m a - m a s ss p e c t r o m e t r y ， i c p m s ) ( x i a ，2 0 0 4 ) ，电热原子吸收光谱( e l e c t r o t h e r m a la t o m i ca b s o r p t i o n s p e c t r o m e t r y ，e t a a s ) ( c h a m s a z ，2 0 0 3 ；f r a g u e i r o ，2 0 0 6 ) ，毛细管电色谱( c h o i ，2 0 0 4 ) 。 目前，s h e n 等( s h e n , 2 0 0 2 ) 较早将单滴液相微萃取用于三嗪除草剂的残留分析， p a n 等( p a n ，2 0 0 4 ) 将中空纤维膜液相微萃取用于杀菌剂的残留研究。最近，先后也 有关于单滴液相微萃取和中空纤维膜膜液相微萃取的报道，b e r h a n u 等( b e r h a n u ， 2 0 0 8 ) 、x u 等( x u ，2 0 0 7 ) 就分别将液相微萃取应用于有机磷和氨基甲酸酯除草剂。 1 2 液相扩散微萃取 a s s a d i 等( h h m a d i ，2 0 0 6 ；b e r i j a n i ，2 0 0 6 ；b i r j a n d i ，2 0 0 8 ) 开发了一种称为扩散液液 微萃取( d i s p e r s i v el i q u i d - l i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n , d l l m e ) 的分离富集方法。这种方 法使用多元混合溶剂，包含萃取溶剂和扩散溶剂，快速的加入到样品中，然后振动 样品管，使其达到浊点( 水扩散剂萃取剂) ，经过离心，萃取溶剂沉淀在离心管底 2 新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 部，再用微量进样器移取下层有机溶剂，气相色谱( g c ) 进样检测( n a s e r i ，2 0 0 8 ；x i o n g ， 2 0 0 8 ；y a z d i ，2 0 0 8 ) 。d l l m e 的优势在于，操作简单、快速、高回收、高富集，并且 环境友好，因此在痕量分析领域有广泛的应用前景。 这种方法基于是将萃取有机溶剂和扩散剂一起快速加入到水样中，形成云点萃 取，然后通过离心等分离方法分离出两相，提取有机相进入仪器分析。由于扩散微 萃取在萃取过程中形成云点乳化现象，使得水相和有机相之间的接触面充分扩展， 有机微粒越小，接触面就越大，从而加速了被分析物质的传质速率，大大减低了分 析时间( r e z a e e ，2 0 0 6 ；j a h r o m i ，2 0 0 7 ；n a s e r i ，2 0 0 8 ) 。 扩散液相微萃取过程中，形成了有机萃取溶剂、扩散剂、水样共同存在的的三 元混合体系( q u i n t a n a ，2 0 0 8 ；z h o u ，2 0 0 8 ) 。当加入合适用量的扩散剂，则提高了水相 中的有机萃取溶剂的溶解能力。萃取乳化的结果是，油水( o i l i n w a t e r ，o w ) 混 合体系提供了无与伦比萃取表面积( i c h i k a w a ，2 0 0 4 ；p e r e z s e r r a d i l l a ，2 0 0 7 ) 。理论上而 言，这样一种乳化体系属于热力学不稳定体系，随着时间的延长或者物理化学作用 可能发生聚沉( k i m ，2 0 0 6 ) 。对于这样一种利用乳化而进行的液液微萃取技术，需要 考虑两个问题。一是三元混合体系的乳液稳定性，稳定的乳化体系对于降低萃取有 机相微粒有益，从而提高比表面积，提高萃取性能；二是萃取完成后，有机相能够 迅速并且完全的从水相中分离出来，为检测提供条件。 目前，已有报道将液相扩散微萃取用于农药分析。f u 等( f u ，2 0 0 9 ) 已将其用于水 样和橘汁中的三唑磷检测，在1 5 此四氯化碳，1 0m l 乙腈做扩散剂，不加入任何 盐的条件下，5s 就能够完成萃取，对于三唑磷的l o d 能够到达1 2 3p gm l 一。 a e r i j a m 等( b e r i j a n i ，2 0 0 6 ) 将液液扩散微萃取应用于有机磷农药检测。在1 2 0 此 氯苯和1 0 0m l 丙酮扩散剂的条件下对5m l 水样做萃取，离心后提取底层的o 5 此 氯苯进入c , - c 检测，对于有机磷农药的l o d 能够达到3 - - - 2 0p gm l ，对于河流、井 水和田间水样均能够达到较好萃取富集效果。 1 3 固相萃取 固相萃取( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 是一种基于液固分离萃取的试样预处理技 术，由固液色谱技术发展而来。一次性商品固相萃取柱( s e p 七a kc a r t r i d g e ) 于1 9 7 8 年首次出现，被广泛应用于复杂基质的前处理，从那时算起，现代意义上的固相萃 陈瑞文华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 取技术已有二十多年存在的历史了。固相萃取的过程实质上是柱色谱分离过程，其 分离富集机理、固定相和溶剂选择与高效液相色谱有类似之处，它是利用固体吸附 剂对液体样品中目标化合物与基质和干扰化合物吸附能力的差异，来分离和富集目 标化合物的。s p e 克服了传统的液液萃取及一般柱层析的缺点，具有节省时间、减 少溶剂用量、操作安全、回收率高、重现性好、减少杂质引入、便于自动化等特点， 己成为目前最常用的样品前处理方法之一。 1 4 固相微萃取 固相微萃取( s o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，s p 姬) 在1 9 9 0 年出现，并且对其性 能优化，实现了自动化。这种无溶剂的样品前处理技术能将采样、收集、富集于一 体，由于固相微萃取操作简便，实验时间短，因此，在环境分析、食品安全、医学 药学等方面有广泛的应用。固相微萃取的过程是先采用一根涂渍多聚物固定相的熔 融石英纤维从液气态基质中萃取待测物，一定时间后，将富集了待测物的纤维直接 转移到色谱仪中，通过一定的方式解吸，然后进行分离分析。然而，s p m e 仍有其 自身难以克服的缺点：( 1 ) 纤维头价格昂贵、易碎、使用寿命短；( 2 ) 萃取头上的 聚合物在使用过程中会有部分丢失，因而引起目标物峰高的改变，影响分析结果的 精密度；( 3 ) s p m e 和g c 联用时，分析某些物质( 如含氯农药，高分子量化合物象 腐殖酸、蛋白质) 纤维具有记忆效应，即使是提高解吸温度也很难消除这种现象。同 时因为固相微萃取不是完全萃取，因此在定量上必须精确，否则难以达到应有的准 确度。 1 5 分子印迹萃取技术 分子印迹技术是根据目标分子的性质和结构量身定做的一种聚合物技术，被视 为一种新型的特异性亲和技术。分子印迹聚合物( m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ，m i p ) 具有与印迹分子的相互关系类似于酶与底物、抗原和抗体、受体与激素具有高特异 性的特点。分子印迹技术制备的聚合物可以与模板分子在空间和结合位点上完全匹 配。分子印迹技术是通过以下方法实现的：首先是在溶剂( 亦称致孔剂) 中加入模 板分子与功能单体，模板分子与功能单体通过可逆共价作用或非共价作用形成复合 物，然后加入交联剂，在模板一单体复合物周围发生聚合反应，形成刚性的高分子聚 4 新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 合物。然后洗脱除去模板分子，这样就在高分子共聚物中留下一个与模板分子在空 间结构上完全匹配，并且含有可以与模板分子专一结合的功能基的三维空穴结构 ( z h a i ，2 0 0 9 ；z h u ，2 0 0 9 ) 。因此，分子印迹技术具有三大特点：构效预定形 ( p r e d e t e r m i n a t i o n ) 、特异识别性( s p e c i f i cr e e o g n i t i o n ) 和广泛实用性( p r a c t i c a b i l i t y ) 。分 子印迹聚合物最广泛的研究领域之一是分离混合物，作为色谱固定相，广泛应用于 拆分外消旋体。b a g g i a n i 等( b a g g i a n i ，2 0 0 1 ；b a g g i a n i ，2 0 0 5 ；b a g g i a n i ，2 0 0 7 ) 将分子印 迹聚合物作为色谱固定相，采用高效液相色谱分析酒中杀菌剂。此外分子印迹聚合 物可应用于毛细管电色谱( x u ，2 0 0 9 ) 。分子印迹固相萃取同时可用作固相萃取填料， m a r t i n 等( m a r t i n ，2 0 0 3 ；m a r t i n - e s t e b a n , 2 0 0 9 ) $ u 备了心得安药物的分子印迹聚合物， 作为固相萃取柱，从血浆中提取待测物，并与传统的液液萃取和c 1 8 固相萃取进行 比较，分子印迹固相萃取方法为5 0n gm l - 1 具有较好的重现性，且精确度较高。 2 农药残留仪器分析技术 2 1 气相色谱法和质谱联用法 气相色谱和气质联用法广泛用于农药残留的测定。近年来，由于毛细管柱的高 分离性能，几乎取代填充柱，配合高灵敏度和高选择性能的检测器使得检出限大为 降低，成为痕量分析的有力工具。g c 常用的传统检测器为氢火焰检测器f i d 、电子 捕获检测器e c d 和氮磷检测器t s d 。随着1 9 5 9 年色质联用仪( g c - m s ) 的产生，质 谱检测器m s d 已经成为色谱分析中最为重要的一种检测器。m s d 与传统检测器相 比，定性参数增加，已提供的质谱图、分子离子峰的准确质量、碎片离子峰强度比、 同位素离子峰、选择离子的子离子质谱图等使g c m s 方法定性远比传统检测器只 能通过流出物的保留时间来定性更为可靠。此外，传统的g c 检测器难以同时检测 多类化合物，而m s d 是一种通用型的检测器，利用g c m s 中的提取离子色谱、选 择离子检测等技术降低化学噪声的影响，分离出总离子流图上尚未分离的色谱峰， 从而对分析物进行准确定量。因此m s d 应用于和农药以及其代谢物、降解物和多 残留的分析检测等具有突出的优点，国际上普遍采用g c m s 联用技术检测多种农 药残留。 陈瑞文华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 2 2 液相色谱法和质谱联用法 高效液相色谱( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ，h p l c ) 是以液体为流动 相采用高压输液泵、高效固定相和高灵敏度检测器等装置的一种柱色谱分离技术， 多采用反相c 1 8 或c 8 柱，以水、甲醇、乙腈等溶剂为流动相，检测器的类型有紫外、 二极管阵列、荧光、示差折光检测器等。h p l c 常用于半挥发或小挥发及热不稳定 性的农药残留分析，尤其是氨基甲酸酯类农药。液相色谱常用的检测器为紫外可见 检测器u v 二s 、二级管阵列检测器( d a d ) ，荧光检测器( f d ) ，蒸发光散射检测器 ( e l s d ) ，虽然m s 与h p l c 的联用为分析鉴定难挥发、热不稳定化合物的结构提供 了极为广阔的空间。 2 3 毛细管电泳法 毛细管电泳法c e 是最近几年才出现的分析技术，它是利用物质粒子在电场中 移动的速度不同来进行分离检测，以其高效、快速、样品消耗量少等特点而被应用 于分析各种类型的化合物，近年这项技术在农残上的应用备受关注。毛细管电泳成 为农药残留分析的实用性分析技术主要优点是设备简单、分析速度快、经济、溶剂 用量少。其操作简单，具有很大的灵活性，许多分离参数，如缓冲液的组成、p h 值、 毛细管的类型及所用电场都可调节。特别适合分离常规液相色谱难以分离的离子型 化合物，在这一领域将显示巨大的应用前景。在农药残留分析中应用较多的主要有 c z e 和m 匣k c 。 3 论文的立题依据 氨基甲酸酯和有机磷杀虫剂是使用最广泛的杀虫剂，随着对环境危害较大的有 机氯杀虫剂的不断禁用，氨基甲酸酯和有机磷类杀虫剂的残留污染越来越引起人们 的关注。 本文的目的在于使用新型的微萃取技术，应用于氨基甲酸酯和有机磷农药残留 的分析研究，为环境样品中氨基甲酸酯和有机磷类杀虫剂的检测提供依据。拟研究 单滴液相微萃取、扩散微萃取、分子印迹固相萃取对氨基甲酸酯和有机磷杀虫剂的 萃取富集效果。 6 新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 1 引言 第二章单滴液液微萃取水体中 氨基甲酸酯和有机磷类农药 氨基甲酸酯和有机磷农药对于提高农产品产量和质量有着重要意义。同时，也 存在农业除虫不合理的使用，以及农药在城市草坪除虫除蚊中的滥用，这些农药产 品包括敌敌畏( d i c h o l r v o s ) ，克百威( e a r b o f u r a n ) ，马拉硫磷( m a l a t h i o n ) 等。虽然这些高 毒的农药能够有效提高农业产量和降低城市草坪等的维护成本，但是食物链的生物 富集可能影响到人类健康( j o h n s o n , 1 9 9 1 ) 。许多有机磷杀虫剂是神经毒剂，直接性、 偶然性的接触具有潜在的威胁。因为这些有机磷农药能够抑制乙酰胆碱酯酶 ( a c e t y r l c h o l i n e s t e r a s ee n z y m e ，a c h e ) 活性，导致中毒。如果胆碱酯酶的作用被抑制， 就会发生乙酰胆碱过剩而集聚现象，引起胆碱能神经过度兴奋，从而中毒( m c d a n i e l ， 2 0 0 7 ) 。除了有机磷农药之外，氨基甲酸酯类农药也属于乙酰胆碱酯酶抑制剂( p a d i l l a ， 2 0 0 7 ) 。尽管如此，氨基甲酸酯类农药依然对环境存在危害，尤其是近年来，氨基甲 酸酯农药对环境的影响越来越引起关注( h o o g d u i j n , 2 0 0 6 ；m c d a n i e l ，2 0 0 7 ；d e b o r d ， 2 0 0 8 ) 。因此，对于氨基甲酸酯和有机磷农药残留的检测，需要寻求一种更加快速的 方法。 水体中的有机磷类农药残留定量已有许多种方法，其中包括气相色谱质谱( c a i ， 2 0 0 4 ；a l b e r o ，2 0 0 5 ；a m v r a z i ，2 0 0 6 ) ，液相色谱( h u a n g ，2 0 0 4 ) 。而对于氨基甲酸酯类农 药残留，更加趋向于选择液相色谱( l i ，2 0 0 4 ) ，因为这类农药的热稳定性比较差，在 气相色谱中容易分解。因此，一些氨基甲酸酯能够通过衍生化的方法来提高稳定性， 用于气相色谱检测( l ep o i l u , 2 0 0 4 ；l a c h e n m e i e r , 2 0 0 6 ) 。而有些( 例如：克百威、异 丙威等) 却可以再不衍生化的条件下，直接使用气相色谱等仪器定量，例如，基于 毛细管电泳( l ep o t i e r , 2 0 0 4 ) ，毛细管电色谱( z h a n g ，2 0 0 8 ) ，化学免疫芯片等( c h e n g ， 2 0 0 7 ；v a l d e s - r a m i r e z ，2 0 0 8 ) 。 本章采用直接浸没式单滴液液微萃取结合气相色谱质谱联用，测定水体中的氨 基甲酸酯和有机磷农药残留的方法。所选的农药基于城市草坪除虫除蚊的使用农药。 测定方法使用气相色谱，离子监控质谱模式。这种模式能够提供更加的选择性和灵 7 陈瑞文华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 敏度，以及更加宽的前处理方法。考察了单滴液液微萃取的参数，如溶剂选择，溶 剂用量，萃取时间，p h 值，搅拌速率，盐度，以获得氨基甲酸酯和有机磷农药的最 佳的萃取条件和最大萃取率。 2 实验部分 2 1 试剂及药品 v a r i a nc p 3 8 0 0m s2 2 0 0 气相色谱质谱联用仪( 瓦里安公司) ，进样口为1 0 7 9 型分流不分流进样口，色谱柱：f a c t o r f o u rv f 5 m s ( 5 苯基甲基硅氧烷) ， 3 0m 0 2 5r a m o 2 5 斗m 石英毛细管柱，载气9 9 9 9 9 高纯氦气( 北京氦普) 。 8 2 - 2 m r 型磁力搅拌器( 上海思乐) ，用来维持反应的水浴温度和提供搅拌。7 5 n 型 5 此。微量进样器( h a m i l t o n ) 。k q 5 2 0 0 d e 型数控超声波清洗器用于萃取前的溶液 脱气。 氨基甲酸酯类农药克百威、速灭威、异丙威、抗蚜威和有机磷类农药敌敌畏、 二嗪农、甲基对硫磷、马拉硫磷购至国家农药标准物质中心。用甲醇配置2 0 0 0m gl 。 后作为标准储备液- 4 冷藏，标准系列溶液由标准储备液逐级稀释而成；甲苯、二 氯甲烷、三氯甲烷、1 辛醇、环己烷、正己烷均为分析纯，实验用水为m i l l i p o r e ( b e d f o r d ) 纯水仪纯化的去离子水。 2 2 色谱条件 色谱条件：进样口温度维持在2 5 0 柱温，1 0 0 1 2 保持1m i n ，每分钟5 升至 2 2 0 ，保留1m i n 。氦气流速保持在1m lm i n 1 。质谱条件：传输线、真空歧管、 离子阱温度分别为2 3 0 ，8 0 和1 6 0 。质谱离子化方式为电子轰击( e l e c t r o n i m p a c t ， e i ) ，轰击能量为7 0e v ，电子倍增器电压1 5 0 0v 。条件优化使用全扫描，范围为5 0 3 5 0 d a 。 新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 2 3 单滴液液微萃取过程 百一一 l 有删篡刘i有删徽滴纠： 图2 - 1 单滴液相微萃取装置图 水样 搅拌子 r i g 2 - 1s c h e m a t i co fd i r e c ti m m e r s i o ns i n g l e - d r o pm i c r o e x t r a c t i o n 3 结果与讨论 3 1 萃取条件优化 为了得到较好的萃取效率，考察了萃取溶剂的类型，萃取溶剂的用量，萃取时 间，搅拌速率，水样的p h 值和盐度。 3 1 1 萃取剂种类和用量 萃取溶剂的选择是单滴液液微萃取中重要的因素。本章考察了四氯化碳、环己 烷、正己烷、1 - 辛醇和甲苯。最终选择的溶剂取决于该溶剂对于八种目标分析物的 萃取富集能力，重现性，单滴的稳定性和溶剂在气相色谱中的性能。结果表明，甲 o 陈瑞文华中农业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 苯比其他四种溶剂的萃取能力强( 图2 - 2 ) 。这可能是由于甲苯的苯环与八种目标农 药的芳环或者杂环结构接近，“相似相溶 作用使得甲苯的萃取能力强于其他几种有 机溶剂。所以，选择甲苯做单滴液液微萃取的萃取溶剂。 对单滴液液微萃取的溶剂用量因素也进行了考察，使用0 5 2 0 止的甲苯做方 法的优化。与预料一致的是，溶剂用量越多，液滴越大，萃取效果越好( 图2 - 3 ) 。 从图中可以得出，氨基甲酸酯和有机磷的萃取效果随着有机溶剂的用量增长而增加。 这是由于较大的液滴能够提供更广的表面积，提供更多的萃取体积，从而导致液滴 中的总体积提高。四种不同的液滴大小中，2 0i a l 所达到的萃取量最大，但是，从 图中也可以看出，2 0 此时重现性也比其他几个用量要差，这是由于较大的液滴溶 解在水中的体积也多，同时由于液滴较大，随着磁石的搅拌，也比较容易使液滴脱 落，导致实验失败。考虑到2 0 止在实验过程中操作的困难，选择了1 5 此做后续 的条件优化。 图2 2 溶剂类型对萃取效果的影响 f i g 2 - 2e f f e c to fe x t r a c t i o ns o l v e n t ( c o n c e n t r a t i o nl e v e l1 0n gm l 一，d r o pv o l u m e1 0p l ，e x t r a c t i o n1 0m i n ， s t e e r i n gs p e e d5 0 0r p m ，a n ds a m p l ev o l u m e5m l ，n = 5 ) 1 0 姗 撇 姗 譬。ibo 新型微萃取技术在农药残留前处理中的应用 蕾 喜 主 - d i c h l o r v o s _ | 一c a r b o f u m a 。一t s u m a c i d e 一l s o 邯o c a r b 1 。- 。- - 一d i n 印y l a w 。一p i r i m i c a r b 一p a r a t h i o n - m e t h y l 卜 v u l j u a t h l o l l 图2 3 溶剂用量对萃取效果的影响 f i g 2 - 3e f f e c to fd r o pv o l u m e ( e x t r a c t i o ns o l v e n tt o