基于石墨烯的前处理技术与gc-ms法结合测定食品中农药和防腐剂残留

1、基于石墨烯的样品前处理技术与气相色谱-质谱法结合分析食品中的农药和防腐剂残留引言内分泌干扰物进入环境后成为环境内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs),即环境激素(Environmental Hormone),是指经人类日常活动而释被放到环境中,可以干扰人类或动物内分泌系统并导致异常效应的有害化学物质。环境内分泌干扰物具有亲脂性、易挥发、不易降解和残留期长等特质,可通过食物链的放大作用在人体内富集,即便极为微量,也可以使生物体的内分泌功能受到不同程度的损害,因而影响生物体及其后代的生长发育和繁殖等。内分泌干扰物包括部分杀虫剂、除草剂、杀菌剂、防腐剂

2、、塑化剂、食品添加剂、有机金属、卤代杂环烃和植物雌激素等。目前,环境内分泌干扰物对生物体的不良影响受到全社会的普遍关注。我国是农业大国,农业生产在国民经济中起着至关重要的作用。然而,在农业生产过程中,农药又是不可或缺的生产资料。防腐剂主要是预防由微生物所引起的腐败变质, 以延长食品、药品、化妆品等保存期的添加剂。出于诸多原因,我国的农药和防腐剂污染现状不容乐观。因此检测环境及食品中的农药和防腐剂残留量对保障人类健康具有重大意义。农药和防腐剂的分析方法通常由样品前处理和仪器检测分析两部分组成。在检测分析所用的仪器中，气相色谱-质谱法联用仪可以说是联用仪器中发展最快、应用最广泛的一种。且其操作简单

3、、检测灵敏度高、选择性好,对于分析气体、易挥发的液体和固体具有绝对的优势。对于食品中污染物的分析检测,样品前处理技术是分析过程中至关重要的一环。样品前处理可以起到对目标分析物分离富集,并减少或者消除样品基质干扰的作用,从而实现痕量分析。然而,传统样品前处理技术大多存在操作步骤繁琐和耗时等弊端,因此开发简便、快速、高效、低污染的样品前处理技术是现代分析化学发展的一个重要方向。磁性固相萃取技术和微固相萃取由于其自身的优势在近些年发展迅速,并在环境、食品、生物等诸多领域得以应用。气相色谱-质谱联用技术气相色谱-质谱联用技术主要是由两大部分组成的,即气相色谱和质谱(MS)。气相色谱主要是使用气体作为流

4、动相,当待测物流经色谱柱时,根据混合物组分分子的化学性质的差异性从而达到分离的目的。然而,气相色谱的分离仅仅依靠保留时间定性,在很大程度上具有不可靠性。质谱是通过将待测物的分子链断裂成离子化碎片并通过其质荷比的大小次序进行收集和记录从而得到质谱图,并根据质谱图中出峰位置进行定性和结构分析。基于上述原因,GC 与 MS 运用适宜的接口进行连接,将各自优点相结合,诞生了气相色谱-质谱联用技术。气相色谱-质谱联用技术既具有气相色谱法的高效分离的优点, 又具备质谱法准确鉴定化合物结构的特点, 可达到同时精确并且快速鉴定食品中痕量的多种农药和防腐剂残留的优势而被世界各国广泛采用。在国内,气相色谱-质谱法

5、同样在检测食品污染物残留中同样得到了广泛的应用。杨欣等针对覆盆子、蓝莓、葡萄和草莓的 88 种农药残留,建立水果中多种农药残留量的气相色谱-质谱检测方法,该方法的回收率在 63-137%之间,相对标准偏差为1-19%之间,检出限为 0.006-0.050 mg/kg,检出量为 0.02-0.15 mg/kg，结果令人满意。 磁性固相萃取(MSPE)磁性固相萃取的基本原理与固相萃取和分散固相萃取相类似,通过是使用一种具有磁性或者可磁化的材料作为吸附剂,并将这种磁性吸附剂添加到样品溶液或悬浮液中,经过一段时间的振荡萃取使其达到吸附平衡,将目标分析物吸附到分散的磁性吸附材料的表面,随后仅通过施加一个

6、外部磁场即可实现相分离,最后使用适当的有机溶剂将待测物从吸附剂表面解析下来就可以进行仪器分析。由于赋予吸附剂磁性,吸附剂与样品基质分离过程中无需再进行高速离心或者过滤等繁杂操作,因此其操作简单、省时快速。随着纳米材料的迅速发展,由磁性材料与纳米技术相结合而产生的磁性纳米材料,由于其分散性好、比表面积大和吸附能力强等优点,已逐步成为具有广阔应用前景新型材料,并在科技发展中扮演着举足轻重的角色。在课题中提到了运用石墨烯磁性纳米材料检测食品中农药残留的方法。近几年,科技工作者已将磁性固相萃取技术应用于痕量污染物分析领域,在有机污染物残留、重金属离子以及放射性污染等的分析中开展了大量的研究工作。Wu等

7、通过简单的溶胶-凝胶法制备了Fe3O4ZrO2磁性纳米复合材料,并联合火焰原子吸收光谱法富集检测环境水样和生物样品中的铬离子,该材料对于Cr(III)吸附容量为24.5 mg/g,富集因子为25,检出限为0.69 ng/mL。实验表明,该方法成功用于检测环境水样和生物样品中的铬离子,并取得令人满意的结果。微固相萃取(-SPE)微固相萃取技术的基本原理与固相萃取技术相类似,主要取决于样品在固相(吸附剂)和液相(溶剂)之间的分配。其萃取或洗脱过程决定于待测物与吸附剂表面的活性基团,以及待测物与液相之间分子作用力。微固相萃取技术是将一定量的吸附材料装载并热封到多孔聚丙烯有机膜制备的小袋中,然后将小袋

8、放入样品溶液中搅拌萃取,待测物透过有机膜进入袋中被吸附剂吸附,最后将小袋置于有机溶剂中通过超声或者涡旋震荡将待测物解析下来,从而达到快速分离、净化和浓缩的目的。与传统样品前处理技术相比,微固相萃取技术具有操作简易、成本低、萃取效率好等优点，在一定领域中得到广泛关注。Huang 等将聚合物(p-MAA-EDMA)用作微固相萃取吸附剂,并用于富集牛奶和鸡胸肉中的磺胺类药物,方法的检出限在 0.38-0.62 ng/mL 之间,线性范围为0.01-1.00 g/mL。新型吸附材料石墨烯石墨烯由于其具有大的比表面积、良好的化学稳定性、较强的疏水性和易于进行化学修饰等优点,有望发展成为高效吸附材料被越来

9、越多地应用到样品的前处理过程中。将石墨烯引入磁性固相萃取和微固相萃取技术,与气相色谱-质谱法结合是检测食品中几种农药和防腐剂残留的有效的新方法。1.石墨烯的性质石墨烯的性质石墨烯具备大的比表面积(理论值 2630 m2/g)、良好的耐酸碱性、耐热性能和化学稳定性、极强的疏水性、易于进行功能化修饰等优点,亦可与有机分子产生强的 -相互作用。石墨烯是由天然石墨制备的,其具有制备成本低廉、原料易得且容易实现规模化制备等优点,比碳纳米管更具竞争优势。随着人们对石墨烯研究的进一步深入,它优异的性能必定会越来越受到人们的关注。其衍生物氧化石墨烯同样拥有大的比表面积、化学稳定性、良好的导电性和机械强度，通常

10、是对石墨烯进行功能化修饰时的重要原料,其对吸附极性化合物显示出较强的优势。2.石墨烯在样品前处理领域中的应用石墨烯在样品前处理领域中的应用近年来,石墨烯及其衍生物由于其优异的物理化学性质、比表面积大、吸附能力强等优点,已作为吸附材料广泛应用于固相萃取、分散固相萃取、磁性固相萃取、固相微萃取、搅拌棒吸附萃取和基质固相分散萃取等样品前处理领域。2011 年江桂斌研究组首次将石墨烯作为固相萃取吸附材料制作成固相萃取柱,并结合液相色谱法建立了环境水样中八种氯酚的检测新方法。该方法的检出限为0.1-0.4 ng/mL,实际水样加标回收率在 77.2%-116.6%之间。经过试验对比,石墨烯的吸附能力优于

11、 C-18、石墨化碳、单壁和多壁碳纳米管。Wu 等将石墨烯应用于分散固相萃取,并用其富集环境水样中的十五种邻苯二甲酸酯,将石墨烯添加到样品溶液中,经萃取后通过高速离心将石墨烯与样品分离,该方法的检出限为0.003-0.060 ng/L。根据相关文献的实验成果，他们将石墨烯纳米材料引入磁性固相萃取技术和微固相萃取技术并与气相色谱-质谱法相结合,确立了检测食品样品中一些农药和防腐剂残留的新方法。他们主要开展的研究包括：1、拟用原位化学共沉淀法制备磁性石墨烯纳米材料(G-Fe3O4),并将磁性石墨烯固相萃取技术与气相色谱-质谱法相结合,建立检测黄瓜和甘蓝样品中七种三唑类杀菌剂的新方法。2、拟通过化学

12、键合法制备具有核壳结构的磁性石墨烯纳米粒子(Fe3O4SiO2-G)并将其作为吸附剂结合气相色谱-质谱法测定西红柿和油菜样品中十四种混合农药。3、拟将氧化石墨烯热封到多孔聚酰胺有机膜制作的小袋中,作为微固相萃取吸附剂富集水样和白醋样品中四种尼泊金酯类防腐剂并结合气相色谱-质谱法对其进行分析检测。石墨烯复合材料的制备1.磁性石墨烯纳米材料(G-Fe3O4)的制备先采用文献报道的方法合成氧化石墨烯（GO）。首先,将天然石墨粉氧化成为氧化石墨,然后,氧化石墨层剥落成氧化石墨烯,氧化石墨烯进而再转化为氧化石墨烯薄片。最后,再将氧化石墨烯纳米薄片还原成石墨烯。根据之前报道的方法,把 G 分散到碱性溶液中

13、,用共沉淀的方法将 Fe2+和 Fe3+沉积到石墨烯上,从而得到具有磁性的石墨烯纳米颗粒 G-Fe3O4。2具有核壳结构的磁性石墨烯纳米材料（Fe3O4SiO2-G ）的制备先将经二氧化硅涂覆的铁氧体纳米材料通过氨丙基三乙氧基硅烷功能化,再将氧化石墨烯经酰胺键缩合反应键合在氨基功能化的磁性纳米材料上,最后经过水合肼还原制得一种新的磁性石墨烯纳米复合材料(Fe3O4SiO2-G)。检测黄瓜和甘蓝中的三唑类杀菌剂残留现如今,大量杀菌剂的使用,在有效控制农作物病害的同时,确保了农作物的产量。三唑类杀菌剂作为有机杂环化合物,除具备高效抑菌作用外,还可有效调节生理功能,近几年已被广泛应用于农业生产过程中

14、。然而,这类杀菌剂的稳定性高,在环境中的残效期长,一旦经食物链富集作用进入人体后,严重威胁人类健康。目前,三唑杀菌剂残留主要通过食物直接进入人体,特别是人们日常饮食中必不可少的蔬菜。在文献的实验中,作者通过原位共沉淀法制备了基于石墨烯的磁性纳米复合材料(G-Fe3O4)并用于气相色谱-质谱法检测富集蔬菜样品(黄瓜、甘蓝)中的七种三唑类杀菌剂,其中包括三唑酮、多效唑、己唑醇、腈菌唑、烯唑醇、丙环唑、戊唑醇。检测黄瓜和甘蓝中的三唑类杀菌剂残留1.主要实验材料主要实验材料石墨粉(50 目硫酸铁铵、硫酸亚铁铵(保定华新试剂公司);盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)、丙酮、乙腈、甲醇、乙醇。七种三唑类

15、杀菌剂(三唑酮、多效唑、己唑醇、腈菌唑、烯唑醇、丙环唑、戊唑醇)。用丙酮配制成浓度为 10 g/mL 的混合溶液,所有标准溶液置于 4 条件下避光保存。2仪器仪器岛津 2010 气相色谱仪, 配有 MS-QP2010 质谱检测器3样品的处理样品的处理约 500 g 蔬菜样品切块并匀浆。称量 50 g 样品并置于 100 mL PTFE 带盖离心管中,4000 rmp 离心 10 min,随后收集上层清液。沉淀部分加入 3 mL 的乙腈并再次离心,收集上层清液,此步骤再重复两次。然后用 10 mL 去离子水清洗残渣,将所得的上层清液收集并过膜处理,转移至 100 mL 的容量瓶中,用去离子水定容

16、。将样品溶液置于 4条件下保存。4萃取过程萃取过程首先,精确称量 20.0 mg 的 G-Fe3O4分散于 100.0 mL 样品溶液中,然后将其置于振荡器上振荡萃取 20.0 min。再用磁铁将 G-Fe3O4纳米颗粒从样品溶液中分离,转移到一个 10.0 mL 的尖底离心管中。分离出来的 G-Fe3O4吸附剂用 1.0 mL 丙酮涡旋解吸 1 分钟,解析三次并收集解析液,把丙酮转移到一个 10.0 mL 离心管中,在氮吹仪下吹干后,用 100.0 L 丙酮溶解,吸取 1.0 L 进行 GC-MS 分析。磁性石墨烯经丙酮与去离子水清洗后可重复使用。5实验优化实验优化为了提高 MSPE 的萃取

17、效率,依次对 G-Fe3O4吸附剂用量、萃取时间、解析条件、样品溶液 pH 和离子强度进行了优化。从而得到检测七种三唑类杀菌剂的最佳条件。（1）从吸附剂用量的角度优化：为了考察 G-Fe3O4的吸附能力并挑选最佳用量,将 20.0 mg实验室制备的 G-Fe3O4添加到 100.0mL 不同浓度三唑类杀菌剂的水溶液中,其浓度范围在 0-20.0 g 之间。如图1所示，浓度范围在 0-12.5 g 之间时,峰面积随杀菌剂浓度的增加而增大。而浓度范围在12.5-20.0 g 之间时,峰面积的增加变得缓慢直到几乎没有变化。然而,当浓度高于12.5 g 时,曲线不呈线性。由此可以得出,G-Fe3O4(

18、20.0 mg)对于七种三唑类杀菌剂的最大线性吸附浓度为 12.5 g。由于本实验考察的上限浓度范围低于 12.5 g,因此,20.0 mg G-Fe3O4能够满足吸附分析物。图1 G-Fe3O4纳米复合材料对三唑类杀菌剂最大载样量的考察（2）从萃取时间的角度实验对三唑类杀菌剂萃取时间影响的考察范围是从 5 min 到 30 min,其他实验条件保持不变。图 2表明,从 5 min 到 15 min 范围内,峰面积随着萃取时间的增加而增大,而 15 min 之后,峰面积几乎没有变化。因此,选择萃取时间为 15 min。图2萃取时间对三唑类杀菌剂萃取效率的影响（3）从溶液）从溶液 pH的角度的角

19、度在萃取过程中,溶液 pH 是影响吸附剂和待测物物化性质的重要因素。本实验考察了 pH 在 2-12 范围内变化时对萃取效率的影响,结果如图 5 所示,待测物在 pH 为8 时萃取效率均达到最高。此外,磁性吸附剂在 pH 为 8 时也是很稳定的。根据此结果,将样品溶液的 pH 值调整到 8.图3 样品溶液 pH 对萃取效率的影响（4）从离子强度的角度）从离子强度的角度通常,添加氯化钠可以降低分析物的溶解度,另一方面,高浓度的盐能够产生粘滞阻力,从而降低萃取效率。实验考察了不同 NaCl 浓度(0、0.5、1.0、2.0、5.0 和 10.0%,w/v)对三唑类杀菌剂萃取效率的影响。实验结果显示

20、,待测物质的峰面积变化不大。因此,实验选择不加盐。（5）从解吸条件的角度）从解吸条件的角度为了提高分析方法的灵敏度,使分析物尽可能从吸附剂上完全解吸下来。实验中,对解析剂的种类和解吸时间依次进行了优化。实验考察了三种实验室常用有机溶剂(乙腈、乙醇、丙酮)对待测物的解析效果。图4表明,在这三种有机溶剂中丙酮对于七种三唑类杀菌剂的解析效率要优于乙腈和乙醇。因此,丙酮被选为解析溶剂。此外,本实验丙酮用量对于解析效率的影响进行了优化,实验结果表明,丙酮的解析体积为 1.0 mL,并经过三次解析后,可以认为杀菌剂已基本从 G-Fe3O4纳米粒子上解吸下来。图 4 解吸溶剂种类对三唑类杀菌剂萃取效率的影响

21、（6）从G-Fe3O4的重复使用的角度为了消除残留的影响,使用过的 G-Fe3O4纳米粒子先后经丙酮(2 次1 mL1 min)和水(2 次1 mL1 min)清洗之后可再重复使用。实验证实,洗涤之后没有检测到分析物残留,G-Fe3O4纳米颗粒可以重复使用至少 20 次,其萃取能力没有明显改变。6 方法评价方法评价（1）富集因子和方法性能评估在最佳实验条件下,对富集因子(EF)和方法的定量参数如检测限(LODs)、线性范围(LR)、相关系数(r)以及方法重现性(RSDs)进行了考察,实验数据在表1中列出。EF 为最终得到的有机相中待测物的浓度(Cor)和初始样品中待测物浓度(Caq)之比。EF

22、=Cor/Caq。表1MSPE测定三唑类杀菌剂的分析数据根据实验结果,七种三唑类杀菌剂的富集因子在 461 到 697 范围内。在最佳实验条件下,对系列浓度样品(0.5、1.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0 和 35.0 ng/g)按照实验方法进行萃取分析,以峰面积对待测物浓度做标准曲线,每个浓度水平平行测定 5 次。七种三唑类杀菌剂的线性相关系数为 0.9870-0.9986,方法的检出限(S/N=3)在 0.01-0.05 ng/g 之间。（2）实际样品分析研究结果表明,在空白黄瓜样品中没有检测到杀菌剂残留;而在甘蓝样品中检测到含有 0.18 ng/g 多效唑、

23、0.25 ng/g 腈菌唑和 0.20 ng/g 戊唑醇。对测定蔬菜样品采用标准加入法(5 和 25 ng/g)平行测定 5 次,分析结果列于表 2 中。七种杀菌剂的加标回收率在 85.0%-108.2%范围之间,相对标准偏差在 3.4%-10.6%之间。图 5 给出了加标前后甘蓝样品七种三唑类杀菌剂的色谱图,此方法的精密度和重现性令人满意。表2 黄瓜和甘蓝样品中三唑类杀菌剂的加标回收率的测定图5 甘蓝样品空白(A)和加标 25 ng/g(B)色谱图（3）MSPE 方法与其他方法比较磁性固相萃取技术与其他文献中报道的样品前处理技术在萃取方法、线性范围、检出限和重现性等性能方面进行对比。表3列出

24、了其与固相萃取、固相微萃取、分散液液微萃取、分散固相萃取和加压溶剂萃取的比较结果。MSPE 与以上方法比较,萃取检出限更低;与 SPE 相比,MSPE 使用的吸附剂和解析溶剂用量少。虽然与分散液液微萃取和分散固相萃取相比,MSPE 需要较长的萃取时间。但是,MSPE 的显著优点是分离过程更容易、更快捷、无需额外的离心或过滤过程。表3 MSPE方法与其他前处理技术的比较7 小结小结本实验借助原位化学共沉淀法制备了基于石墨烯的磁性纳米复合材料,并建立了磁性固相萃取与气相色谱质谱法联用检测蔬菜样品中的七种三唑类杀菌剂。G-Fe3O4纳米粒子将 Fe3O4良好的磁性和石墨烯优良的吸附能力相结合。与传统

25、的 SPE 方法相比,G-Fe3O4吸着剂可以很容易的从样品溶液中分离,不需要繁冗的过柱操作并且具有优良的萃取能力。总之,MSPE 方法简单、高效,适于复杂样品中三唑类杀菌剂农药残留的检测。检测油菜和西红柿中十四种农药残留现如今,农药已广泛应用于防治农业害虫和控制杂草中,从而提高农作物产量、并确保作物生产质量。然而,农药的滥用可能会造成环境污染,并对人类的健康造成潜在的威胁。近年来,有机磷(Ops)、拟除虫菊酯(PYR)、三唑类杀菌剂和其他农药被大量使用,使其可能出现在我们的日常生活中,包括水、土壤、农业产品和食物。由于其稳定性较高,在环境中残效期长。因此,它们的存在严重影响了人类的健康和生态

26、系统的稳定。于是,发展快速、简单、灵敏度高的检测食物中农药残留的方法是必要的。本实验中,我们运用化学键合法制备的磁性石墨烯纳米复合材料并用于气相色谱-质谱法，建立检测油菜和西红柿中十四种混合农药的新方法,其中包括二嗪农(Diazinon)、杀螟松(Fenitrothion)、毒死蜱(Chlorpyrifos)、对硫磷(Parathion)、腐霉利(Procymidone)、灭菌磷(Ditalimfos)、己唑醇(Hexaconazole)、腈菌唑(Myclobutanil)、醚菌酯(Kresoxim-methyl)、戊唑醇(Tebuconazole)、甲氰菊酯(Fenpropathrin)、三

27、氟氯氰菊酯(Cyhalothrin)、氯氰菊酯(Cypermethrin)、氰戊菊酯(Fenvalerate)。检测油菜和西红柿中十四种农药残留1实验材料实验材料磁性吸附材料(Fe3O4SiO2-G)。丙酮、乙腈、甲醇、乙醇、盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)。十四种农药(二嗪农、杀螟松、毒死蜱、对硫磷、腐霉利、灭菌磷、己唑醇、腈菌唑、醚菌酯、戊唑醇、甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯)、用丙酮配制成浓度为10g/mL 的混合溶液,所有标准溶液置于 4条件下避光保存。油菜和西红柿样品购买于本地市场。2仪器：仪器：岛津 2010 气相色谱仪,配有 MS-QP2010 质谱检测器。3样品

28、的处理样品的处理约500 g 蔬菜样品切块并匀浆。称量20 g样品并置于50 mL PTFE带盖离心管中,4000 rmp 离心 5 min,随后收集上层清液。残渣部分加入 1 mL 的乙腈涡旋 1 min 后离心处理,此步骤再重复两次,将收集的所有上层清液过膜处理。然后用 1 mL 去离子水清洗残渣,将所得的上层清液收集并过膜处理,转移至 30 mL 的离心管中,将pH 调到 7,用去离子水定容。将样品溶液置于 4oC 条件下保存。4萃取过程萃取过程首先,精确称量 25.0 mg 的 Fe3O4SiO2-G 分散于 30.0 mL 样品溶液中,然后将其置于振荡器上振荡萃取 20.0 min。

29、再用磁铁将 Fe3O4SiO2-G 纳米颗粒从样品溶液中分离,转移到一个 10.0 mL 的尖底离心管中。分离出来的 Fe3O4SiO2-G 吸附剂用1.0 mL 丙酮涡旋解吸 1.0 min,解析三次并收集解析液,把丙酮转移到一个 10.0 mL离心管中,在氮吹仪下吹干后,用 50.0 L 丙酮溶解,吸取 1.0 L 进行 GC-MS 分析。磁性石墨烯经丙酮与去离子水清洗后可重复使用。5实验优化实验优化（1）从吸附用量的角度类似检测黄瓜和甘蓝中的三唑类杀菌剂残留的过程。为了考察 Fe3O4SiO2-G 的用量对十四种混合农药萃取效率的影响,实验分别将5、10、15、20、25、30、35 m

30、g 的吸附剂分散于 30 mL 待测物浓度为 100 ng/mL 的水溶液中。在吸附剂用量在 5-25 mg 范围内峰面积随吸附剂的用量增加而增大,而在 25 mg 以后,则没有太大的变化。因此,选择吸附剂的用量为 25 mg。（2）从萃取时间的角度在 MSPE 中,萃取时间是影响萃取效率的一个重要因素。实验对萃取时间在 5 min到 30 min 范围内催萃取效率的影响进行了考察。实验结果表明,当萃取时间少于 20 min时,峰面积随着萃取时间的增加而增大,而 20 min 之后,峰面积基本保持不变。因此,选择萃取时间为 20 min。（3）从溶液 pH的角度 样品溶液 pH 不仅可以影响吸

31、附剂的表面电荷种类及密度,而且对吸附过程中待测物的物化性质也起了很大的作用。一个适当的 pH 可以有效提高对某种特定待测物的萃取效率。本实验分别使用 0.1 mol/L 盐酸和氢氧化钠调节样品溶液的 pH 值,并对 pH 值在范围 2.0-12.0 内的萃取效率的影响进行优化,结果显示,样品溶液pH 值对不同的分析物有着不同的影响,样品溶液 pH 值在 2.0-6.0 之间时,随着 pH值的增加萃取效率有所提高。当 pH 值在 6.0-8.0 之间时,峰面积没有明显的变化。当pH 值在 8.0-12.0 之间时,拟虫菊酯和三唑类杀菌剂的峰面积有所减小,这可能是因为这两类物质易在碱性条件下易分解

32、,而在中性条件下较为稳定。此外,此条件下的吸附剂也比较稳定。因此,本实验需要将样品溶液 pH 调节到 7.0。（4）从离子强度的角度大多数情况下,添加氯化钠可以增加水溶液的离子强度,高浓度的盐可以改变分析物在水样品溶液中的溶解度以及分析物在样品基质中的传质机理。实验考察了不同NaCl 浓度(0、1、3、5、8 和 10%,w/v)对分析物萃取效率的影响。结果显示,大部分待测物的峰面积变化不大。因此,选择不加盐。（5）从解析结果的角度选择一种合适的解析剂可以有效的提高解析效率。本实验中,分别使用甲醇、乙腈、丙酮对待测物的解析效果进行考察。在这三种常用有机溶剂中丙酮的解析效果要优于乙腈和甲醇。此外

33、,丙酮(沸点:56)的挥发性要高于乙腈(沸点:81)和甲醇(沸点:65),于是丙酮更利于随后的吹干的步骤。因此,丙酮被选作为解析溶剂。（6）从吸附剂的重复使用的角度为了研究 Fe3O4SiO2-G 纳米粒子重复使用效率,先用丙酮(2 次1 mL1 min)清洗再用水(2 次1 mL1 min)清洗之后可再重复使用。洗涤之后,没有检测到分析物的残留。实验表明Fe3O4SiO2-G 纳米粒子可以重复使用至少 20 次,其萃取能力没有明显变化。（7）从蔬菜样品处理过程中萃取剂种类与用量的选择在蔬菜样品处理过程中,由于蔬菜样品经过匀浆和离心处理后,部分待测物在上层清液中,但是大部分待测物吸附在蔬菜残渣

34、里,因此需要使用有机溶剂将其萃取出来。要获得良好的萃取效率,挑选一种合适的萃取溶剂是非常有必要的。本实验选择了乙腈、甲醇、乙醇和丙酮作为萃取剂,结果表明乙腈的效果最好。然而,在整个过程中乙腈萃取液要与蔬菜离心上清液混合,因此大体积的乙腈可能有利于将吸附在残渣中的分析物萃取出来,却不利于 MSPE 过程中吸附剂对目标分析物的吸附。所以选择适当的乙腈用量至关重要。实验结果表明，当乙腈的用量为 3 mL(1 mL3)时,萃取回收率达到最高。兼顾所有的目标分析物,最终选择 3 mL(1 mL3)的乙腈为萃取剂。6方法评价方法评价（1）方法的线性范围,重现性和检出限为了评估 MSPE 联合 GC-MS

35、方法分析待测物的性能,在优化后的最佳条件下,对 MSPE 萃取十四种农药的线性范围,相关系数,检出限和日内和日间重现性进行测定。所得数据确定了十四种待测物的浓度范围在 1.0-100.0 ng/g 的七个浓度水平(1.0、5.0、10.0、30.0、50.0、70.0 和 100.0 ng/g)的校正曲线。相关系数(r)在 0.9972-0.9996 之间。信噪比(S/N)为 3,混合农药的检出限范围分别为 0.005ng/g 到 0.030 ng/g。试验中,通过在同一天和连续三天内五次平行萃取测定每种农药浓度为 10.0 ng/g的加标溶液,并对 MSPE 方法的日内和日间精密度进行评估。

36、结果表明,日内和日间的测量精密度范围分别低于11.6%和 12.5%。因此,该方法萃取蔬菜样品中十四种混合农药具有高灵敏度和良好的重现性。（2）MSPE 在西红柿和油菜样品中的应用为了评估该方法的准确性和实用性,将本方法应用于西红柿和油菜样品中十四种混合农药残留的测定。结果表示,在油菜样品中均未检测到农药残留,而在西红丝样品中检测到 1.75 ng/g 的灭菌磷和 1.23 ng/g 的己唑醇。为了测定该方法的回收率,将加标浓度分别为 5.0、10.0 和 70.0 ng/g 的实际样品用于检测。西红柿和油菜样品的回收率在 83.2-110.3%之间,RSDs 在 4.3-13.0%之间。（3

37、）MSPE 方法与其他方法比较将 MSPE 从线性范围、检出限、萃取时间和重现性等性能方面进行对比。从结果表明，MSPE 与以上方法比较,有更低的检出限和较短的萃取时间。此外,该方法拥有较好的重现性。然而,当前MSPE方法的显著优点是分离过程更容易、更快捷、无需额外的离心和过滤等步骤。7小结本实验通过化学键合法制备了基于石墨烯的磁性纳米复合材料(Fe3O4SiO2-G),并建立了磁性固相萃取与气相色谱-质谱法联用检测西红柿和油菜中的十四种混合农药的新方法。由于硅壳的保护,Fe3O4SiO2-G 粒子可以在萃取过程中保持稳定。本实验预示着 Fe3O4SiO2-G 将会成为一种优良 MSPE 吸附

38、材料,并有望得到广泛应用。测定水和醋中的尼泊金酯类防腐剂尼泊金酯类防腐剂等抗菌性的食品添加剂常被用来预防酵母菌、霉菌和细菌在食品和饮料中的滋生。常用的尼泊金酯类防腐剂主要包括尼泊金甲酯(Mep)、尼泊金乙酯(EtP),尼泊金丙酯(PrP)和尼泊金丁酯(BuP)以及其钾和钠盐等。尼泊金酯类防腐剂的全球年消耗量约 8000 吨。尼泊金酯类防腐剂的广泛应用主要是由于其具有有效的抗菌活性、低毒性、无明显气味和热稳定性。然而,尼泊金酯类防腐剂因为其潜在的内分泌干扰特性而被认为是内分泌干扰物,并已在乳房肿瘤等人体组织中检测到它的存在。欧盟指令(76/768/EC)限制了单种尼泊金甲酯类防腐剂的最大浓度不超

39、过 0.4%(w/w),而全部尼泊金酯类防腐剂最大浓度要低于 0.8%。因此,建立快速、灵敏、准确的分析方法测定不同样品中的尼泊金酯类防腐剂十分必要。在此次实验中,将首次选用亲水性的聚酰胺膜作为膜材料,GO 作为 -SPE 吸附材料,并联合 GC-MS 建立检测水和醋样品中四种尼泊金酯类防腐剂的新方法,其中包括尼泊金甲酯(Methylparaben)、尼泊金乙酯(Ethylparaben),尼泊金丙酯(Propylparaben)和尼泊金丁酯(Butylparaben)。测定水和醋中的尼泊金酯类防腐剂1实验材料实验材料多层碳纳米管的直径为 40-60 nm;十八烷基键合硅胶(C-18);聚酰胺

40、有机膜(0.22m 平均孔径);丙酮、乙腈、甲醇、乙醇、二氯甲烷、盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)；ZNCL-BS 恒温磁力搅拌器氧化石墨烯和石墨烯。尼泊金酯类防腐剂(尼泊金甲酯、尼泊金乙酯,尼泊金丙酯和尼泊金丁酯)。用丙酮配制成浓度为10 g/mL的混合溶液,所有标准溶液置于 4条件下避光保存。尼泊金酯类防腐剂的化学结构式如下图 所示。瓶装水、苏打水和白醋样品，将样品溶液 pH 调整到 7.0。图6尼泊金酯类防腐剂的化学结构式2主要仪器主要仪器：岛津 2010 气相色谱仪,配有 MS-QP2010 质谱检测器。3-SPE 萃取装置的制备将 8 mg 的吸附剂GO装入由聚酰胺有机膜制作的小

41、包里(1.5 cm 1.0 cm),并将有机膜边缘折叠并高温密封。-SPE 萃取装置在丙酮里超声清洗 5 min,待常温晾干后可以使用。4萃取过程萃取过程首先,将 -SPE 萃取装置放入装有 30 mL 样品溶液的 50-mL 带塞的锥形瓶中,并放入搅拌用磁子,在室温(25oC)下 800 转/min 萃取 30 min。萃取结束后,用镊子将 -SPE 装置从样品溶液中取出,用少量去离子水清洗,轻轻用滤纸擦掉多余水分,并转移到 10-mL 盛有 1 mL 丙酮的离心管中,涡旋解析 1 min 并收集解析液,这个解析过程再重复两次。把解析液转移到一个 10 mL 离心管中,在氮吹仪下吹干后,用5

42、0.0 L 丙酮溶解,吸取 1.00 L 进行 GC-MS 分析。5实验优化实验优化（1）从吸附剂种类本实验中,选用多壁碳纳米管、C-18、石墨烯和氧化石墨烯四种不同的碳纳米材料作为 -SPE 吸附剂富集目标分析物。结果表明,在四种材料中 GO 对于尼泊金酯类防腐剂的萃取效果最好。因此,选用 GO 作为 -SPE 吸附剂。图7 吸附剂种类对萃取效率的影响（2）从GO 用量为了考察 GO 的用量对萃取效率的影响,实验的调查了 0-15 mg 的 GO,分别将制备好的 -SPE 装置置于 30 mL 待测物浓度为 100 ng/mL 的水溶液中。结果表明,当用量在 0-8 mg 范围内峰面积随 G

43、O 用量增加而增大,而在超过 8 mg 之后,峰面积则没有明显的提高。因此,选择 GO 的用量为 8 mg。（3）萃取时间在 -SPE 中,萃取时间是影响萃取效率的一个重要因素。在实验中,设计 10 min到 60 min 的萃取时间对萃取效率的影响进行了考察,图 19 表明,当萃取时间少于 30min 时,峰面积随着萃取时间的增加而增大,而 30 min 之后,峰面积基本保持不变。因此,选择萃取时间为 20 min。（4）从搅拌速率优化对样品溶液进行搅拌可以加快分析物在样品溶液和吸附剂之间的传质作用,从而提高萃取效率。本实验中,研究了搅拌速率在 300-1200 r/min 范围内对萃取效率

44、的影响。如图8所示,当转速低于 800 r/min 时,萃取效率随着转速的增大而提高,当转速高于 800r/min 时,四种尼泊金酯的萃取效率基本保持不变。因此,本实验选择搅拌速率为 800 r/min。图8搅拌速率对萃取效率的影响（5）从离子强度离子强度在样品溶液中扮演着一个重要的角色,大多数情况下,氯化钠的加入可以降低有机分析物的溶解度,使待测物在有机相的分配系数增大,从而增大萃取效率。另一方面,它也能增加溶液的粘度,这将导致萃取效率降低。本实验考察了添加不同浓度的 NaCl(0、1.0、3.0、5.0 和 10.0%,w/v)对分析物萃取效率的影响。实验结果表明,随着样品溶液中 NaCl 浓度的增大四种尼泊金酯类防腐剂的萃取效率有所降低。因此,选择不加盐。（6）样品溶液的 pH 样品溶液的 pH 值能影响待测物的存在形态,从而影响萃取效率。本实验考察了pH 值在 2.012.0 范围内对萃取效率的影响,实验结果显示,当 pH 值为 7.0时对于四种尼泊金酯类防腐剂的萃取效率最高。可能是由于尼泊金这类药物会在酸性或者碱性条件下发生水解。因此,本实验需要将样品溶液 pH 调节到 7.0。（7）解析条件选择一种适当的解吸剂对待测物的有效解吸起到至关重要的作用。在本研究中,将丙酮、乙腈、甲醇和二氯甲烷作为解析剂进行研究。丙酮的解吸能力是高于其他有机溶剂。因此,选取丙酮作为