微波辅助萃取-GC-MS联用快速分析蔬菜样品中的痕量有机磷农药 张卓旻，杨云，李攻科*
中山大学化学与化学工程学院，广州，510275
摘要 建立了微波辅助萃取（MAE）-GC-MS测定蔬菜样品中二嗪农、对硫磷、水胺硫磷的分析方法。研究了不同溶剂的萃取效率，以二氯甲烷为萃取溶剂，采用二因素三水平的正交设计实验优化了萃取溶剂体积、萃取时间。方法的线性范围：二嗪农和对硫磷在4.00 ～ 400 ng/g之间、水胺硫磷在20.0 ～ 400 ng/g之间，检出限分别为二嗪农0.29 ng/g、对硫磷1.7 ng/g、水胺硫磷2.3 ng/g。测定200和50 ng/g合成样品，回收率在72.2%～102%之间，RSD在1.5% ～11.0%之间。与传统的机械振荡萃取法相比萃取效率相当，但是MAE具有操作简便、省时省溶剂的优点。 关键词 微波辅助萃取，气相谱-质谱联用，有机磷农药，蔬菜
溶剂回收
1986年，Ganzler等[1]首次报道了微波辅助萃取（MAE）样品预处理技术，目前MAE被广泛应用于环境、生化、食品、工业分析等的样品预处理及天然物有效成分的提取[2～7]。MAE具有省时、省溶剂、高效节能、能同时进行多试样处理的优点，且能保持热不稳定性物质原有形态。有机磷农药是"致癌、致畸、致突变"的优先控制污染物，分析蔬菜、土壤等样品中的有机磷农药残留一般要进行预处理分离。传
统的预处理方法如索氏提取、超声波提取、机械振荡提取等耗时、步骤繁琐、溶剂用量大。本文建立了MAE-GC-MS联用快速分析蔬菜样品中3种痕量有机磷农药的分析方法，并与机械振荡萃取法进行了对比研究。
1 实验部分
1 仪器与试剂
MK-Ⅲ型压力自控微波炉（上海新科微波技术应用研究所）；HP-6890气相谱仪带质谱检测器（MSD-5973）配G1701B.02.05工作站（Hewlett-Packard, USA），谱柱SE-54熔融毛细管柱（30 m×0.2 mm×0. 5 μm，5%聚苯甲氧基硅氧烷 + 95%聚二甲基硅氧烷）。
2．谱条件
进样口温度为250 ℃，不分流进样，进样量为1 μL。采用程序升温，初始温度130℃，然后以10℃/min的速度升至260℃，然后保持1 min。载气为高纯氦气，恒定流速1.0 mL/min。
3．质谱条件
接口温度280 ℃，EI离子源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，质量扫描范围50 ~ 550 u。采用选择性离子流。
4．实验方法
合成样品制备：称取5 g剪碎的生菜样品（空白样品），加入一定量的有机磷农药标准，制成200、50.0 ng/g的合成蔬菜样品。放置一段时间，使有机磷农药分布均匀。
微波辅助萃取过程：准确称取5 g 蔬菜样品放入PTFE萃取内罐中，加入一定体积的萃取溶剂，盖上密闭活塞后，放入密闭萃取外罐中
，旋好外盖，在微波炉中加热一定时间。从微波炉中取出萃取罐，在空气中冷却至罐内恢复常压。萃取液过滤后，进行旋转蒸发，并用氮气吹扫至干。最后，加入0.5 mL 的正己烷溶解残留物，取1μL 进行GC-MS测定。
机械振荡提取：准确称取10 g剪碎的蔬菜样品，于研钵中用无水Na2SO4研磨至干粉状，然后转移入250 mL具塞三角锥瓶中，再用少许无水Na2SO4磨洗研钵后合并到锥瓶中，加入70 mL二氯甲烷，在振荡器中振荡30 min，过滤后进行旋转蒸发浓缩，用氮气吹扫至干。最后，加入0.5 mL 的正己烷溶解残留物，取1μL 进行GC-MS测定。
以GC-MS谱峰保留时间进行定性，采用选择性离子流：二嗪农304、137、179（m/z），对硫磷291（m/z），水胺硫磷289（m/z），以峰面积定量。采用程序升温分离3种有机磷农药的谱图见图1。
图1有机磷农药的谱图（1 二嗪农，2对硫磷，3水胺硫磷）
Fig. 1 Chromatogram of OPPs (1 Diazinon, 2 Parathion, 3 Isocarbophos)
2．结果与讨论
2.1 微波条件的优化
2.1.1 微波辅助萃取溶剂的选择
对微波辅助萃取的实验条件优化的第一步就是选择合适的萃取溶剂。一般的，选择萃取溶剂需要兼顾溶剂吸收和转化微波的能力，溶剂与基体的作用以及溶剂对待测物的溶解度，还可考虑溶剂对待测物萃取的选择性。对后续反应的影响也是选择溶剂时必须考虑的重要因素。对微波能的吸收与永久偶极子在电磁场中的重排有关[8]，因此溶剂必须有介电极性才能吸收微波能，即溶剂吸收微波的能力与溶剂的介电常数（ε'）相关。
本实验选择了几种常用的萃取体系，固定微波辅助萃取条件（微波加热4 min，溶剂体积25.0 mL），比较它们对蔬菜中3种有机磷农药MAE的回收率。各溶剂萃取结果比较见表1。
表1 各种溶剂MAE萃取蔬菜中有机磷农药的回收率比较
Tab. 1 Recoveries of OPPs in vegetable by MAE using various solvents
fto导电玻璃 溶 剂 回收率（R％） 二嗪农 对硫磷 水胺硫磷 二氯甲烷 77.6 89.5 86.1 丙酮 74.8 73.9 82.1 丙酮－正己烷
（1:1，V/V） 112 132 80.1 甲醇－二氯甲烷（1:1，V/V） 63.1 60.1 46.2 比较上表的结果可知，萃取溶剂的选择与待测农药的性质紧密相关，不同的有机磷农药对应的最佳萃取溶剂不同。由于本实验进行的是多种农残的分析，所以必须综合考虑溶剂对各种分析物的萃取效果，无疑二氯甲烷能得到折衷的最佳的萃取效率，并且二氯甲烷沸点低、极性小，方便于后续步骤，因此最终选择二氯甲烷作为
萃取溶剂。
2.1.2 微波条件的优化
在选定二氯甲烷作为萃取溶剂后，MAE的效率受二氯甲烷体积和微波加热时间的影响。为了避免溶剂泄漏，压力控制选择第一档（0 ～ 0.5 MPa），加热时间不超过8 min。本实验就二氯甲烷溶剂体积和微波加热时间进行二因素三水平的正交实验设计，得到的萃取回收率结果如表2。
从表中发现，微波加热2 min时，随着溶剂体积的增加，从20.0 mL到30.0 mL三种有机磷农药的萃取
回收率增加；而微波加热时间增加后，如加热4、6 min时，采用25.0 mL萃取溶剂能得到最好的萃取效率。这说明微波加热时间和萃取溶剂对微波辅助萃取蔬菜中有
机磷农药的萃取效率的影响是相关的。当微波加热2 min时，萃取未充分，因此萃取回收率随溶剂体积的增加而增加。到微波加热4 min时，萃取较充分，溶剂体积为25 mL时达到最
表2 MAE萃取蔬菜中有机磷农药的正交实验设计（OCD9(32)）及回收率
Tab. 2 OPPs recoveries by MAE using a three-level orthogonal array design
萃取时间
（min） 二氯甲烷体积
(mL) 回收率（R%） 二嗪农 对硫磷 水胺硫磷 2 20 64.8 52.0 54.3 2 25 72.1 66.8 62.5 2 30 78.5 70.8 67.4 4 20 71.9 75.9 76.3 4 25 77.6 89.5 86.1 4 30 62.4 75.5 82.1 6 20 56.9 54.9 48.1 6 25 79.7 96.9 100 6 30 62.9 84.3 106 佳萃取效率，再增加溶剂体积会发生溶剂泄漏的现象。微波加热6 min，萃取效率达到最大，表明萃取充分。由表可知，在微波加热6 min、溶剂体积25.0 mL时，对硫磷和水胺硫磷的回收率分别为96.9%和100%，二嗪农的回收率略低于80%，满
足痕量分析的要求。最后选择优化的MAE条件为微波加热6 min，溶剂体积25.0 mL。
2.2 线性范围和检出限
实验建立了MAE-GC-MS分析测定蔬菜中3种有机磷农药残留的分析方法，方法的线性范围和检出限见表3。
表3 分析方法的线性范围和检出限
Tab. 3 The linear ranges and detection limits of the method
有机磷农药 对硫磷 二嗪农 水胺硫磷 线性范围（ng/g） 4.00～400 4.00～400 20.0～400 检出限 （ng） 1.7 0.29 2.3
2.3 与传统方法的比较
在优化的MAE条件下测定了200 ng/g和50 ng/g合成蔬菜样品中3种有机磷农药残留，并与传统机械振荡萃取方法（MSE）的结果进行了比较，见表4。
aa183表4 MAE与MSE的分析结果比较（n=3）
Tab.4 Comparison between MAE and traditional MSE on the extraction of OPPs
有机磷农药 加入量 MAE MSE (ng/g) 测定量 (ng/g) 回收率
(R%) RSD
(%) 测定量
(ng/g) 回收率 (R%) RSD (%) 二嗪农 200 156 77.8 1.5 163 81.6 4.2 50.0 36.1 72.2 7.1 35.5 71.0 5.1 对硫磷 200 183 91.5 3.8 200 100 4.0 50.0 42.7 85.4 6.6 34.4 68.8 5.1 水胺硫磷 200 205 102 4.9 162 80.9 2.0 50.0 48.7 97.5 11.0 33.7 67.5 5.1 由表和图可知，对于200 ng/g 的合成样品，MAE和MSE萃取二嗪农和对硫磷的结果相当，而萃取水胺硫磷时，MAE的萃取回收率（102%）比MSE的萃取回收率（80.9%）好。对于50.0 ng/g的合成样品，3种有机磷农药的MSE的萃取回收率都比较低（71.0%、68.8%、67.5%），而采用MAE，二嗪农能得到相当的结果（72.2%），对硫磷和水胺硫磷的回收率分别为85.4%和97.5%。对于水胺硫磷，2个样品MAE的萃取效率都比MSE好，这说明MAE更适合于蔬菜样品中水胺硫磷的萃取。采用MAE萃取蔬菜中的有机磷农药与传统方法结果相当，而且对于低浓度的样品，MAE萃取效率更好。
比较MAE和MSE的精密度发现，除了MAE萃取50.0 ng/g合成样品中水胺硫磷时的RSD大于10%以外，其它的RSD均小于7%。MAE方法的样品用量较小（5 g），因此对于低浓度的样品萃取精密度会偏低。
与传统的MSE相比，MAE快速、高效、操作简便，是萃取蔬菜样品中有机磷农药残留的有效方法。
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Determination of Organophosphorus Pesticides in Vegetable by GC-MS Using Microwave-Assisted Extraction
Zhang Zhuo-min, Yang Yun, LI Gong-ke*
(Chemistry and Chemical Engineering School, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275)
Abstract A method of MAE/GC-MS for the determination of Organophosphorus Pesticides (OPPs) in vegetable sample was developed. The OPPs studied were diazinon, parathion and isocarbophos. Several extraction solvents were compared on the MAE efficiency. Dichloromethane yielded good recovery, and was choose for further procedure. A three-level orthogonal array design was used to optimize the MAE process. Factors affecting the MAE efficiency were considered, including the solvent amount and extraction time. The linear ranges of the method were from 4.00 to 400 ng/g for diazinon and parathion, from 20.0 to 400 ng/g for isocarbophos. The detection limits were 0.29, 1.7 and 2.3 ng/g for diazinon, parathion and isocarbophos respectively. Two spiked vegetable samples of 200 and 50 ng/g were determined, the recoveries were from 72.2% to 102%, and the RSDs were from 1.5% to 11.0% (n = 3). The analytical results agreed quite well with those obtained by a conventional mechanically shaking extraction. The results indicate that the method is simple, efficient, accurate and solvent saving.
Keywords Microwave-assisted extraction (MAE), GC-MS，organophosphorus pesticides, vegetable
*基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（批准号G2000026302）和教育部留学回国人员科研启动基金项目。
感谢中山大学化学学院创新基金的支持。
第一作者 张卓旻（1980年出生），男，中山大学化学与化工学院化学专业98级
指导教师 李攻科 Email：cesgkl@zsu.edu
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