杨 振，马 楠，江秀明，何丽君

河南工业大学 化学化工学院，河南 郑州 450001

有机磷农药是一类防治植物病虫害的有机化合物，虽然它在农业生产上能带来巨大的经济效益，但在食品加工过程中常有残留，有机磷类农药能抑制乙酰胆碱酯酶，使人体内乙酰胆碱积聚，从而机体产生认知功能障碍[1-2]，我国国家标准规定了多数有机磷类杀虫剂在饮料中的最大残留限量为0.05 mg/kg。因此，食品中有机磷农药残留的检测对于食品安全评价有着重要的意义[3]。然而，在检测食品中有机磷残留过程中，由于食品基体复杂、干扰物多、目标分析物浓度低[4-5]，难以用仪器直接对食品样品中的有机磷农药残留进行分析检测[6-7]。因此，在分析检测之前，需建立一种有效的样品前处理技术以消除基体干扰和提高检测灵敏度[8-9]。

固相萃取作为一种基于液相色谱分离机理的样品前处理技术，具有简单、高效、易自动化和有机溶剂耗量少等优点，常被应用于食品样品中污染物的萃取[10-12]。固相萃取的核心是吸附剂，吸附剂通过与目标分析物之间产生的各种作用力吸附样品溶液中的目标物，达到萃取目标物且消除干扰的目的。将一些新型功能分子修饰至载体表面制备新型吸附剂一直是固相萃取研究的热点，功能分子的种类往往决定着萃取效率的高低，故功能分子的设计选择极其重要[13-14]。离子液体是一种由阴、阳两种离子组成的“绿色”有机类离子化合物，具有可功能化、热稳定性好、能提供多种作用力等优点[15-16]，能作为固相萃取吸附剂表面的功能分子有效萃取和富集污染物。刘程等[17]以1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟磺酰亚胺盐离子液体作为固相萃取吸附剂的功能分子，用于环境水样中紫外防晒剂的萃取；Fang等[18]采用N-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体修饰的硅胶，用于萃取环境水和土壤样品中的12种磺酰脲类除草剂；Sotolongo等[19]合成了1-丁基-3-十二烷基咪唑溴盐离子液体，作为功能分子修饰在氧化石墨烯上，作为固相萃取吸附剂，用于水中痕量汞的萃取。

目前报道的吸附剂主要以单咪唑离子液体作为固相萃取剂的功能分子，而双咪唑离子液体中带有两个咪唑环，能提供更多的作用位点及更多种类的作用力[20]，有望能作为一种更有效的吸附剂。作者制备了双咪唑离子液体修饰的Poly(DBVD)-Sil作为固相萃取的吸附剂，以喹硫磷、倍硫磷和辛硫磷为目标分析物，结合高效液相色谱-紫外检测，考察了该新型吸附剂对有机磷农药的萃取富集性能。对影响萃取效率的萃取参数进行了优化，包括吸附剂的质量、上样流速、洗脱剂的种类和体积。并将建立的方法用于茶饮料中有机磷农药的测定。

1 材料与方法

1.1 材料

柱层析硅胶:青岛海洋化工厂分厂；甲苯：洛阳市化学试剂厂；乙烯基三乙氧基硅烷、1,12-二溴十二烷和1-乙烯基咪唑：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；三乙胺：汕头市西陇化工厂有限公司；异丙醇和偶氮二异丁腈：上海精细化工科技有限公司；甲醇、丙酮、异丙醇和乙酸乙酯：色谱纯，市售；喹硫磷、倍硫磷和辛硫磷：上海麦克林生化科技有限公司；乙腈：西陇化工股份有限公司；水为二次蒸馏水。固相萃取柱管(聚四氟乙烯，9.00 mm，6 mL)：美国瓦里安技术中国有限公司。

茶饮料购自当地超市，测定前用孔径为0.22 μm的水相滤膜进行过滤，备用。

1.2 仪器与设备

WQF-510 FTI傅立叶变换红外光谱:上海普析分析仪器有限公司；LC-10 A高效液相色谱仪、TVP plus高压泵、SPD-10AVP plus紫外检测器、CMB-10AVP plus色谱工作站:日本岛津公司；YZ1515X朗格泵:保定兰格恒流泵有限公司。

1.3 试验方法

参照Jiang等[21]的方法，将乙烯基三乙氧基硅烷与硅胶在110 ℃和氮气保护下回流48 h，制得乙烯基修饰的硅胶；以1-乙烯基咪唑和1,12-二溴十二烷为原料，在70 ℃和氮气保护下回流24 h，合成3,3′-十二烷-1,1′-二-1-乙烯基双咪唑溴盐(3,3′-dodecane-1,1′-bis-1-vinylimidazolium dibromide, DBVD)；以乙烯基修饰的硅胶和DBVD质量比为1∶1，偶氮二异丁腈为引发剂，在70 ℃和氮气保护下，机械搅拌3 h，制得Poly(DBVD)-Sil。整个合成路线如图1所示。

图1 Poly(DBVD)-Sil的合成示意图

萃取过程：取100 mg的Poly(DBVD)-Sil装入固相萃取空柱管，经甲醇和去离子水分别活化后，制得固相萃取小柱。以5 mL/min的流速将40 mL样品溶液通过已活化好的固相萃取小柱，用0.5 mL甲醇洗脱目标分析物，洗脱液进入HPLC检测，固相萃取过程如图2所示。

图2 固相萃取过程示意图

1.4 色谱条件

Agilent C18色谱柱(4.6 mm×150 mm, 5 μm)；柱温25 ℃；流动相为水-甲醇(体积比3∶7)；流速1 mL/min; 检测波长225 nm。

2 结果与分析

2.1 Poly(DBVD)-Sil的红外光谱表征

对比SiO2的红外光谱、乙烯基修饰的SiO2的红外光谱、Poly(DBVD)-Sil红外光谱，结果如图3所示。SiO2的红外光谱在1 000～1 300 cm-1处为Si—O的特征吸收，在3 400～3 700 cm-1的吸收是由SiO2表面的Si—OH伸缩振动引起的；与SiO2的红外光谱对比，乙烯基修饰的SiO2的红外光谱在1 000～1 300 cm-1和3 400～3 700 cm-1范围内的特征吸收峰明显减弱，说明SiO2表面的Si—OH大多参与了与硅烷化试剂的反应，且在1 600 cm-1处出现新的吸收峰，这是由乙烯基伸缩振动引起的。Poly(DBVD)-Sil的红外光谱在2 800 cm-1附近出现的吸收峰是碳碳单键上C—H的吸收峰；1 550 cm-1附近是咪唑环的特征吸收峰，这表明双咪唑离子液体已成功固载在SiO2表面[22-23]。

注：a.SiO2,b.乙烯基修饰的SiO2，c.Poly(DBVD)-Sil。

2.2 萃取条件优化

在固相萃取中，吸附剂的质量对萃取效果有重要影响。考察了20～140 mg的吸附剂对萃取效果的影响，结果如图4所示。随着吸附剂质量的增加，更多的目标物能被吸附，萃取效率增加；当吸附剂质量为100 mg时，萃取效果最好；但过量的吸附剂会导致目标物不能完全被洗脱，从而导致萃取效率有所减小。因此，选择吸附剂质量为100 mg。

样品溶液的上样流速影响目标物被吸附的量，上样流速越大，分析物越易与吸附剂接触，萃取效率增加；但上样流速过大，目标物与吸附剂的接触时间变短，不利于萃取。上样流速对萃取效果的影响如图4所示，由图4可知，上样流速在0.5～7.0 mL/min时，萃取效果随着上样流速的增加先上升后下降，并在5 mL/min时效果最好，故选取5 mL/min作为上样流速。

图4 吸附剂质量和上样流速对有机磷农药萃取效果的影响

在固相萃取过程中，萃取效率一方面依赖于目标分析物与吸附剂之间的作用力，另一方面又取决于目标分析物与洗脱剂之间的作用力，洗脱剂的种类和体积决定了分析物的洗脱程度，对萃取效果有重要影响。本试验中，与有机磷农药发生作用的是吸附剂表面带有多种功能基团的双咪唑基离子液体DBVD，两者之间可能存在疏水作用、氢键作用和π-π作用，为了实现对有机磷农药的高效萃取，选择的洗脱剂也需与它们产生强的相互作用，以削弱吸附剂与有机磷之间的作用力。如图5所示，考察的4种洗脱剂(甲醇、丙酮、乙醇和乙腈)的洗脱效果相近，但甲醇的洗脱能力稍优于其他溶剂。4种溶剂均能与有机磷农药之间产生疏水作用，除此之外，丙酮能与有机磷农药产生π-π作用，甲醇和乙醇都能与其产生氢键作用且甲醇形成氢键作用的能力更强，故甲醇的洗脱能力最强，洗脱结果也表明了吸附剂与有机磷农药之间存在的疏水作用和氢键作用对萃取起主要作用。同时，在0.2～5 mL范围内对甲醇体积进行了优化，由图5可知，甲醇体积为0.2～0.5 mL时，随着甲醇体积的增加，更多的分析物能被洗脱下来，萃取效果提高；当甲醇的体积进一步增大时，虽然被洗脱的分析物增多，但洗脱液中分析物浓度减小，萃取效果下降。因此，选取0.5 mL作为洗脱剂甲醇的体积。

图5 洗脱剂种类和甲醇体积对有机磷农药萃取效果的影响

2.3 方法评价

在优化萃取的条件下，对方法的线性范围(LR)、相对标准偏差(RSD)和检测限(LOD)进行了测定，结果如表1所示。3种有机磷农药在0.1～400 μg/L范围内线性关系良好，相关系数(r)为0.993 4～0.995 8；重复萃取5次的RSD为1.71%～4.08%，说明方法有好的重复性；3种分析物的LOD(3倍信噪比)均为0.01 μg/L，表明建立的方法有较高的检测灵敏度。

表1 方法的分析性能

2.4 实际样品检测

为了进一步考察方法的适用性，选取了茉莉蜜茶和茉莉花茶饮料作为实际样品，用建立的方法对其进行测定。3种有机磷农药在样品中均不能被检出，说明这2种茶饮料没有被有机磷农药污染或有机磷农药含量在0.01 μg/L以下。通过加标的方法测定了相对回收率(RR)，结果如表2所示。由表2可知，3种有机磷农药的RR为83.23%～109.89%，重复测定3次的RSD为3.07%～6.62%，表明该方法有较高的准确性和重复性。图6为加标样品经Poly(DBVD)-Sil-固相萃取后的色谱图，由图6可知，3种有机磷农药峰信号强，且没有杂质峰，说明样品基质无干扰。综上所述，建立的方法可以成功用于茶饮料中有机磷农药的测定。

表2 两种茶饮料中有机磷农药的测定结果

注：1为喹硫磷，2为倍硫磷，3为辛硫磷。

3 结论

在本研究中，通过自由基聚合反应，将DBVD与乙烯基三乙氧基硅烷修饰的硅胶共价聚合，得到聚合双咪唑离子液体修饰的固相萃取吸附剂Poly(DBVD)-Sil，以喹硫磷、倍硫磷和辛硫磷为目标分析物，结合高效液相色谱，考察了Poly(DBVD)-Sil的萃取富集性能。对影响萃取效率的萃取条件的参数(吸附剂的质量、上样流速、洗脱剂的种类和体积)进行了优化。在优化萃取条件下，建立的方法对3种有机磷农药在0.1～400 μg/L范围内有良好的线性关系，LOD为0.01 μg/L，重复测定5次的RSD为1.71%～4.08%。将建立的方法用于茶饮料中有机磷的测定，RR为83.23%～109.89%，RSD(n=3)为3.07%～6.62%，样品基质无干扰，结果令人满意。所得结果对于萃取和测定食品基质中有机磷农药残留提供了一种新的途径。