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基质固相分散技术在农药残留分析中的应用

来源:郑州大学化学系
摘要:摘要:基质固相分散技术是1989年才提出和发展起来的一种新的样品前处理技术,它能够直接处理固态、半固态和粘稠样品,大大减少了样品处理步骤和溶剂的使用量,缩短分析时间。本文主要介绍了其原理、影响因素及在农药残留分析中的应用。近年来,随着农药品种的不断增多,使用范围不断扩大,农药残留已给环境、农作物及生......

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摘要:基质固相分散技术是1989 年才提出和发展起来的一种新的样品前处理技术,它能够直接处理固态、半固态和粘稠样品,大大减少了样品处理步骤和溶剂的使用量,缩短分析时间。本文主要介绍了其原理、影响因素及在农药残留分析中的应用。

近年来,随着农药品种的不断增多,使用范围不断扩大,农药残留已给环境、农作物及生物体安全带来了极大的影响。农药残留检测是复杂基质中痕量组分的检测技术,因此,农药残留分析之前要有适合于各种目标物物理化学性质的提取、净化等预处理步骤,这些预处理过程往往在分析中起着主要作用。经典的前处理方法有索氏提取、液-液分配、柱色谱、共沸蒸馏等,但是多次重复操作不仅花费大量时间,而且有机溶剂用量大,又需多步净化,萃取效率低。在现代农药残留分析方法中,有些方法提取与净化的界限已很难区分,可一步完成,其中基质固相分散技术作为一种新的样品处理技术,即可将提取净化一步完成,显示出了其省时省力,快速高效的特点。

1 基质固相分散(MSPD)的原理及优点基质固相分散(Matrix solid-phase dispersion, MSPD)是类似于固相萃取的一种提取、净化、富集技术,1989 年由美国Louisiana 州立大学的Steven Barker[2]首次提出并给予理论解释,其基本原理是将试样直接与适量反相填料(C18 或C8 键合硅胶)研磨、混匀制成半固态物质,然后装柱,用洗脱剂淋洗。根据分析物在聚合物/组织基质中的分散和溶剂的极性将分析物迅速分离。MSPD 所用的填料与固相萃取(SPE)相同,但是作用的方式不同。MSPD 中,固相载体在研磨过程中提供剪切力,破坏样品组织结构,将样品研磨成更小的部分,键合的有机相将样品组分溶解并更好地分散在载体表面。样品在载体表面的分散状态取决于其组分的极性大小。极性分子与载体表面未被键合的硅烷醇结合,或形成氢键;弱极性分子则分散在键合相/组织基质形成的两相物质表面。传统的农药残留分析,在提取和净化过程中,要经过多次的液液分配、干燥、浓缩及过滤转移,多种操作和对提取物的化学处理将会导致结果的不稳定,同时,也需要大量的样品(一般为20g 左右)及大量的提取溶剂或用制备规模的柱分离[4],而MSPD 技术则克服了上述缺点,减少了样品预处理步骤,降低了溶剂消耗,使分析速度得到提高,更适于自动化分析。该技术目前已被广泛应用于分离动物组织、水果和蔬菜中的药物、除草剂、杀虫剂及其它污染物[3]。

2 MSPD 柱的制备MSPD 的制备是在玻璃研钵中将键合相载体与组织基质混合,用玻璃杵将其研磨成为均一相。研钵和杵都应用玻璃或玛瑙制品,用瓷或其它多孔渗水材料有可能造成目标化合物的损失。样品和键合相载体的最佳比例是1:4,大多数MSPD 中,典型的样品用量为0.5g[3]。混匀之后,将产生的半固态物质转移到柱中,底部预先垫上一层玻璃棉,填入混匀的样品后,上部需再垫上一层玻璃棉,以防止样品外漏,装好后用合适大小的活塞轻轻挤压,使得混合物中间没有裂痕。当样品填充好之后,即可进行溶剂洗脱。MSPD 主要通过重力作用洗脱,当溶剂流动不畅时,可用吸液球在柱头加压或是用真空减压装置控制流速。经MSPD 柱后的淋洗液可通过florisil 柱进一步净化,或者在同一MSPD 柱的底部填入florisil 硅土、无水硫酸钠等,加强净化效果,最后的流出液可直接进色谱分析。

3 MSPD 影响因素样品的完全捣碎并分散于柱中,使载体、键合相以及基质组分相互作用。在MSPD 中观察到,目标物和载体之间、目标物和键合相之间、目标物和分散的基质之间、基质和载体之间以及基质和键合相之间均发生作用,且所有上述的动态相互作用同时发生。因此,可以看出键合相、载体及洗脱溶剂和洗脱分布模式都会对测定结果产生影响[5]。

3.1 固相载体的性质MSPD 应用键合硅胶作为固相载体。因为硅胶载体表面含有未键合的硅烷醇,可以结合样品中的水,对于含水量高的样品具有很重要的作用,因为样品太湿,装柱和洗脱都会很困难。在考察载体的孔径时,发现载体的孔径大小对MSPD 效果没有明显影响,而载体粒径大小是相对较重要的影响因素,因为粒径在3~20μm 时,不易洗脱;粒径太大,会使表面积太小,总的吸附能力减弱,净化效果变差。大多数情况下,使用粒径为40μm 的载体[3]。

3.2 键合相的性质键合相在MSPD 中具有很重要的作用。一般碳链长,固定相含碳量高,固定相极性小;碳链短,固定相极性大。含氰基、氨基的固定相极性较大,常用作正相吸附剂,用于极性较大农药的萃取[6]。Ferrer等[9]用液相色谱/离子阱质谱和飞行时间质谱测定橄榄油中的特丁津除草剂,采用液液萃取和以氨基硅胶为基质分散的固相萃取法,将2g 氨基与样品的2ml 乙腈萃取液混匀,净化采用Florisil 硅土小柱,用乙腈洗脱,特丁津的回收率大于96%,方法精密度(n=5)小于5%。 MSPD 中应用较多的是反相键合相,如C18 和C8,因其具有亲脂性,结合溶剂有助于破坏细胞膜并将组织分散,主要用于分离亲脂性的物质。3.3 样品基质的影响因为样品基质成为层析相的一部分,不同样品的油脂成分、蛋白质含量及其分布状态不同,所以目标物在不同基质中的测定结果和回收率也不相同。基质在载体中的分散状态与键合相在载体上的稳定结合不同,基质组分会与载体和洗脱液发生动态相互作用,某些基质成分也会被洗脱下来。与SPE 柱用于液体样品一样,MSPD 中有时候也需要加入酸、碱或离子对试剂到基质或是洗脱剂中,以改变其性能。分析物和样品组分的电离或电离的抑制可大大影响特定分析物与基质组分和洗脱溶剂相互作用的性质[5]。李朝阳等[18]运用MSPD 方法对三种土壤中的甲氰菊酯进行提取,三种土壤的有机质含量、pH 及颗粒组成各不相同,以弗罗里硅土吸附,石油醚-乙酸乙酯洗脱。结果发现,有机质含量较高的土壤,由于其提取出的杂质较多,净化效果变差,回收率较低。

3.4 洗脱液的种类及洗脱顺序洗脱液的种类及其添加顺序是MSPD 成功最重要的因素。洗脱溶剂的选择与分析物和载体键合相的性质密切相关。理想的洗脱溶剂应具备以下两个要求:(1)溶剂强度足够大,即使用该洗脱溶剂时分析物的保留因子Kw 尽可能小。(2)溶剂应与后续的检测方法相适应[7]。因此分析者可以改变洗脱分布模式或采用更进一步的净化方式以获得好的分离效果。通常情况下,按照溶剂的极性从小到大开始洗脱,先用正己烷淋洗,然后依次用乙酸乙酯、乙腈、甲醇,最后用水淋洗[3]。4 MSPD 技术的应用MSPD 是简单高效的提取净化方法,适用于各种分子结构和极性农药残留的提取净化。自1989 年提出之后,已经对人体血浆、动物组织、牛奶、水果、蔬菜中的药物、农药残留及其它有害物质进行了测定,各种C8 和C18、NH2、CN、Florisil 硅土、硅藻土、石墨化碳黑等填料也相继得到应用,显示了MSPD良好的通用性和发展潜力,应用实例见表1。MSPD 方法简单快速,与传统的液-液萃取相比有明显的优点。李建科等[17]在提取浓缩苹果汁中的5种有机磷农药残留时,以C18 键合硅胶为固定相,正己烷-乙酸乙酯-丙酮洗脱,GC 测定,比较了MSPD与液-液萃取方法的回收率大小。结果表明,MSPD 萃取技术加标0.1mg/kg 时回收率达96%以上,比传统的液-液萃取的回收率提高10%~25%。杨容[4]使用ODS 键合相作填料,二氯甲烷洗脱,测定了小麦中的呋喃丹,回收率均在90%以上,并对5 个地区的小麦品种进行了检测,测定的含量在1.27~2.07ng/g 范围内。Viana[19]对MSPD 方法进行条件优化,考察了氧化铝、硅胶和弗罗里硅土三种吸附剂,弗罗里对样品的净化效果最好,同时也优化了洗脱剂,选择二氯甲烷洗脱,C8 小柱净化,并对朝鲜薊、莴苣、番茄中的毒虫畏、毒死蜱等9 种农药进行了测定。一些新的MSPD 填料得到了应用,张智超等[8]建立了以涂敷AgNO3 的碱性氧化铝为分散剂的MSPD 法提取、气相色谱/电子捕获检测器检测的大蒜中痕量二甲戊灵的分析方法。通过研究洗脱剂的极性和用量、固相分散剂的含水量和AgNO3 涂敷量对回收率及净化效果的影响,优化了MSPD 条件,对建立的分析方法进行了评价。结果表明:MSPD 提取液中的基质组分对目标物的响应没有显著影响,基质效应可以忽略。方法的回收率为84%~93%,检出限( S/N= 3)和定量限( S/N = 10)分别为2.0 和6.7μg/kg。Bogialli 等[22]建立了一种简便快速的检测牛奶中氨基甲酸酯农药残留的方法,采用基质固相分散技术作为前处理方法,以沙子(40~200 目)作为固相载体,与牛奶一起搅拌至近干,装柱, 90℃热水洗脱,回收率在76%~104%范围内,方法可靠。

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作者: 石杰,龚炜,程玉山,刘惠民,蔡君兰 2009-7-17
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