纤维微萃取联合气相色谱质谱法检测家禽饲料中有机磷农药残留

Using fiber microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry to detect residues of organophosphate pesticide in poultry feed

摘要

目的 为了更好地检测家禽饲料中常见的有机磷农药残留，优化并提高对家禽饲料样品中有机磷农药萃取后的回收率。 方法 采用固相纤维微萃取技术搭配气相色谱-质谱联用分析，通过改变搅拌速度、提取时间、pH值、无机盐的添加、解析溶剂与解析溶剂体积等各萃取试验参数，对家禽饲料中氯吡硫磷、马拉硫磷、特丁磷和三唑磷四类有机磷农药的萃取效率进行了优化试验。 结果 采用优化后的萃取方法，家禽饲料中有机磷农药的回收率为91.8%~98.3%。在试验条件为搅拌速度1 200 r/min、提取时间25 min、pH值为6、乙酸乙酯重复2次解吸且未添加其他盐类的情况下，有机磷农药的提取效率较高，达98.3%。 结论 优化后的固相纤维萃取方法具有高灵敏度和良好的重复性，绿色、快速、经济可行性等特点，大大提升了家禽饲料样品中有机磷农药的检测分析萃取效率。

关键词

饲料安全 / 饲料检测 / 有机磷农药 / 农药残留 / 固相纤维微萃取技术 / 气相色谱-质谱

Key words

feed safety / feed detection / organophosphate pesticide / residues of organophosphate pesticides / solid phase fiber microextraction technology / gas chromatography-mass spectrometry

在农业生产过程中，有机磷农药（organophosphate pesticide, OPP）^[1]在控制昆虫、真菌和有害植物方面发挥着极其重要的作用^[2-3]，是使用最广泛的农药类别之一。虽然大部分有机磷农药降解在土壤、水和大气中，但仍有一些微量农药残留物通过食物链转移到人类体内^[4]对人体健康造成潜在危害。溶胶-凝胶纤维微萃取技术（sol-gel fiber microextraction technology, FPSE）是自诞生以来，在涉及有毒有害化合物、高分子污染物、药物残留、农药残留等多类物质分析的样品中广泛使用的一种技术^[5-6]，能够实现在实验室或现场利用萃取纤维提取目标化合物从而快速制样。在精养家禽生产中，家禽饲料可能是主要的OPP残余来源。为了更好地检测并提取饲料中常见的有机磷农药残留^[7]，需要在饲料检测中的FPSE进行相应的试验优化以提高萃取回收率与萃取效率。

本研究对内蒙古自治区通辽市购买的家禽饲料样品进行有机磷农药的FPSE萃取及测定，并通过改变搅拌速度、提取时间、解析溶剂等因素优化并提高FPSE微萃取对鸡饲料样品中OPP的回收率，旨在为家禽饲料中的有机磷农药精准检测方案提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器设备

在通辽市本地农贸市场购买家禽饲料样品，试验所用甲醇（分析纯）、乙酸乙酯（分析纯）、丙酮（分析纯）、己烷（分析纯）、氯吡硫磷（分析纯）、马拉硫磷（分析纯）、特丁磷（分析纯）、三唑磷（分析纯）、0.45 μm尼龙膜均购自默克公司，离子水购自杭州娃哈哈集团有限公司。制备溶胶-凝胶Carbowax20M，该凝胶富含分子间作用位点，作为FPSE介质，Carbowax20M纤维在投入使用前需经过乙酸乙酯的清洗处理，然后用清水冲洗干净，晾干于空气中。处理后的纤维将用于FPSE的萃取操作以及后续的优化与验证试验。OPP成分的分析采用QP-2010P气相色谱质谱联用仪（日本岛津公司），通过RTX-1MS微管柱（安捷伦科技公司）进行色谱分离。试样的搅拌工艺由MYP11-2恒温磁力搅拌器（上海梅颖浦仪表制造有限公司）完成。

1.2 试验方法

1）色谱、质谱条件及所选离子。本试验采用99.99%纯度氦气作为气相色谱分析载气，流量为1 mL/min。温度程序从100 ℃开始并维持1 min，然后以15 ℃/min的速率升至200 ℃，随后以10 ℃/min速率升至250 ℃，最后以5 ℃/min的速率升至300 ℃，总运行时间为22.66 min。注射器温度设置维持在280 ℃，注射量设置在1 μL。质谱参数在简单分析中设置电离能量70 eV的电子碰撞电离方式。注射器设定在250 ℃，接口设定在30 ℃，离子源设定在200 ℃。

在全扫描质谱数据采集过程中，扫描范围为质子数/电荷数50~500 m/z，以获取分析物的碎裂光谱图。如表1所示，OPP在选定的离子监测模式下进行定量分析，将定性离子和定量离子指定在每1个分析对象上。

2）试验样品处理及优化试验方法。家禽饲料样本首先使用去离子水进行清洗，并在通风柜中干燥。然后浸泡在OPP溶液中3 h，再用化验室的搅拌器将其搅拌均匀。取20 g搅打均匀的禽肉混合物，加入含有10 mL水/甲醇（1∶10）混合液的50 mL离心管中，振荡2 min后，以4 000 r/min的转速离心5 min。取出上清液，再用0.45 mm滤纸过滤。将过滤后的溶液转移至50 mL容量瓶中，得到家禽饲料样品溶液，并用去离子水稀释到刻度线上。最后，在4 ℃的黑暗恒温箱中储存溶液，以便分析检测OPP的回收率。

为提高FPSE萃取的效率，选用搅拌速度、提取时间、pH值、添加NaCl以及解吸溶剂体积为试验的优化参数。最初的试验条件设定为：以200 μL乙酸乙酯为溶剂，搅拌速度为900 r/min，提取时间为30 min，pH值为6。在此基础上，后续的优化步骤将根据确定的最佳条件逐一进行调整。优化试验采用含有4种不同有机磷农药的10 ng/mL去离子水溶液样品进行，每次试验只改变1个因素，并对试验结果计算平均值以进行比较。最后，为验证优化试验的有效性，对4个浸泡过10、50、250 ng/mL家禽饲料样品中的OPP萃取回收率进行验证。回收率使用标准添加法检测，气相色谱-质谱联用分析测定限信噪比S/N=3∶1，检出限信噪比S/N=10∶1。

FASE微萃取步骤：首先将制备好的Carbowax-20M纤维（FPSE介质）放入含10 mL样品溶液和PTFE磁力搅拌器磁棒玻璃三角瓶中，然后以恒定的速率搅拌浸泡一段时间。浸泡完毕后，将FPSE介质从样品中取出，用无纺布吸干水分后烘干。随后，将FPSE介质直接放入装有解析溶剂的玻璃瓶中，解析8 min。在完成解吸后，使用尼龙滤清器将含有目标分析物的解吸溶液过滤后注射到气相色谱质谱系统中，以供分析。最后用乙酸乙酯和去离子水对FPSE介质进行反复清洗，将分析物或其他可能残留的物质清除干净。

2 结果与分析

2.1 搅拌速度

由表2可知，提高搅拌速度能有效提升萃取的回收率，当搅拌速度增至1 200 r/min时，回收率得到了显著提升。这是因为搅拌使试样能够不断地接触到取相表面，从而促使分析物从溶液主体转移到取相，进而提高了回收率。因此，1 200 r/min为最优的搅拌速度。

2.2 提取时间

FPSE技术作为利用化学平衡的提取方法，其效果与待分析物质和吸附材料相互作用的时间密切相关。吸附材料的物理和化学性质对提取过程有显著影响，需要测试相应的提取时间，直到达到最佳的平衡状态并提高回收率。为了获得分析物的最大可能回收率，试验考察了提取时间从5~35 min的回收率变化。试验结果（表3）显示，4种有机磷农药的提取效率在5 min内逐渐上升，并在25 min后趋于稳定，这说明分析物能够迅速从水介质转移到吸附纤维上，25 min为后续分析的最佳提取时间。

2.3 pH值

溶液内分析物的电荷属性和稳定性受溶液pH值的显著影响，这意味着pH值会改变分析物在吸附剂表面的吸附能力。为了探究pH值对回收率的影响，本试验通过添加3 mol/L HCl或NaOH溶液来调节溶液pH值（pH 2~10）。由表4可知，在试验涉及的pH值区间内，待分析物质的提取回收率大体上保持恒定，仅有机磷农药在碱性环境中会经历一个缓慢的分解过程。因此，回收率在pH=8之前基本保持不变，之后由于OPP的水解作用而下降。此外，pH值的变化并不会影响吸附剂表面的电荷状态。分析物与介质之间的相互作用被证实与pH值无关。因此，在后续试验中，无需调整样品溶液的pH值，可以直接使用接近pH=6的去离子水进行试验。

2.4 无机盐

通过降低受盐析效应影响的分析物在水溶液中的溶解度来提升无机盐的萃取效率，相反，盐类的加入也可能由于分析物从水相到吸附剂的传递变得更加困难而降低萃取效率。在本试验中，为了探究离子强度对分析物提取效率的影响，在标准工作溶液中分别添加0、1.0%、2.5%、5.0%、10.0%和15.0% NaCl。由表5可知，当NaCl的添加量在0~2.5%时，OPP的提取效率基本保持稳定。然而，随着溶液中NaCl浓度的进一步提高，OPP的提取效率显著下降。因此，在后续的试验中不添加盐类。

2.5 解吸溶剂的优化

在提取OPP的过程中，解吸条件是一个关键因素，它包括解吸溶剂的选择、操作过程中所用溶剂的体积以及操作时间。本试验选取了己烷、乙酸乙酯、甲醇、丙酮4种解析溶剂，在固定体积（300 μL）的FPSE介质中，以求最大的目标分析物回收率，由表6可知，乙酸乙酯解吸效果最好，被选为提取OPP的最优解吸溶剂。

2.6 解吸溶剂体积的优化

由表7可知，使用100 μL乙酸乙酯进行2次解吸，能有效地从吸附剂中洗出全部分析物。基于这一发现，后续试验中采用100 μL乙酸乙酯进行2次解吸来从吸附剂中提取OPP。

2.7 优化后试验灵敏度与重复性验证

根据优化测试，1 200 r/min，离心25 min后，抽取100 μL乙酸乙酯作为二次解吸溶剂，并以8 min的解吸时间作为参数标准进行测试。如表8所示，优化试验后，家禽饲料中不同浓度的OPP回收率略有不同，但所有回收率均在91%以上，且回收率的分布很窄，说明优化后试验的灵敏度和重复性都很高。

3 讨论

FPSE技术作为一种新型样品前处理技术，具有操作简单、样品用量少、有机溶剂用量少、环境友好等优点，在食品安全领域尤其是农药检出领域得到越来越多的应用。我国广泛使用的有机磷农药，如敌敌畏、乐果、敌百虫等，在植物病虫害防治中发挥着重要作用。尽管低毒和生物农药产品逐渐增多，但有机磷农药因其成本低、效果显著、药效强而继续得到广泛应用^[8]。

然而，有机磷农药对人体具有极高的毒性，可能导致头晕、恶心等症状，严重时可引发肺水肿、脑水肿、呼吸麻痹甚至死亡。研究^[9]发现，果蔬市场的农药超标率高达30%，其中有机磷农药超标问题尤为突出，本研究所提取的氯吡硫磷、马拉硫磷、特丁磷和三唑磷等成为农药残留超标的主要品种。

尽管当前对果蔬中农药残留的检测研究较多，但针对肉类及肉制品的农药残留检测研究却相对匮乏。鉴于肉类作为初级食品原料的重要性，以及公众对食品安全日益增长的关注，对家畜家禽饲料进行农药残留的定性与定量检测至关重要。本研究所采用的FPSE萃取能够及时、快速、准确地测定家畜家禽饲料中有机磷农药的残留量，这对于监控农药的合理使用、防止农药残留超标的肉类流入市场以及保障人民群众的健康具有深远意义。

4 结论

本研究优化了溶胶-凝胶纤维微萃取(FPSE)技术，并将其应用于家禽饲料中4种有机磷农药(OPP)的检测。通过系统研究混合速度、提取时间、酸碱值、无机盐的添加、溶解剂、体积等因素对提取效率的影响后，确定最佳试验条件。去除离子水，搅拌速度1 200 r/min，提取时间25 min，pH=6，无需加无机盐，解吸溶剂为乙酸乙酯，解吸溶剂体积为100 μL，进行2次解吸。FPSE/GC-MS方法在优化条件下，家禽饲料中的氯吡硫磷、马拉硫磷、特丁磷、三唑磷等回收率在91.8%~98.6%，且回收率分布范围较窄，表现出灵敏度高，重复性好。该方法具有绿色、快速、经济等优点，适用于家禽饲料样品中OPP的检测分析，为保障家禽饲料安全提供了一种可靠的技术手段。

参考文献

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