固相微萃取—離子遷移率譜快速檢測茶飲料中痕量敵敵畏

王瑾香等

摘要 采用自制的電暈放電離化離子遷移率譜儀進行茶飲料中痕量敵敵畏快速檢測。漂移管溫度為180℃，漂移氣為干燥氮氣。通過在茶飲料中添加敵敵畏制成加標樣品，以固相微萃取作為樣品預處理方法，對不同濃度的加標樣品進行檢測。利用高溫工作的漂移管實現萃取棒中待測物的熱解吸，整個檢測過程可在15 min內完成。本方法適用于敵敵畏、馬拉硫磷的快速檢測，基于3倍信噪比的茶飲料中敵敵畏檢測限可低至6 μg/kg。

關鍵詞；離子遷移率譜；固相微萃取；茶飲料；敵敵畏

1引言

有機磷農藥是我國目前使用范圍最廣、使用量最大的殺蟲劑之一，其在食品中的殘留對人類健康構成了嚴重威脅[1]。世界各國高度重視該問題，制定愈來愈嚴格的農藥殘留限量標準來遏制“藥從口入”。

食品中有機磷農藥殘留的常用檢測方法有氣相色譜火焰熱離子檢測（GCFTD）、氣相色譜火焰光度檢測（GCFPD）、氣相色譜質譜法（GCMS）以及高效液相色譜二極管陣列檢測（HPLCDAD）等。離子遷移率譜[2]（Ion mobility spectrometry， IMS）作為質譜學的一個重要分支，是20世紀60年代末70年代初發展起來的一種微量化學物質分析技術。與傳統的分析儀器相比，IMS具有檢測快速、靈敏度高、操作簡單、儀器成本低等優勢，可在常壓下對物質進行分離檢測，適合現場檢測。在進行微量物質IMS檢測時，待測物質通過電離過程形成產物離子，然后在電場作用下遷移，由于產物離子電荷、碰撞截面、質量等不完全相同，因此在漂移管中遷移速度不同，到達檢測器的時間不同，根據產物離子在漂移管的遷移時間實現對待測物的分離檢測。IMS已在爆炸物、毒品和化學毒劑等痕量物質快速檢測領域得到廣泛應用。隨著食品安全問題日益突出，將IMS應用于食品中農藥殘留檢測的研究也逐漸增多[3～5]。

食品中的農藥殘留含量較低且各類食品的組成成分復雜、干擾組分多，采用現代分析儀器直接測定往往比較困難，需借助凈化、分離、富集等樣品預處理技術與之相配合。有機磷農藥殘留檢測常用的樣品預處理方法有單滴液相微萃取、中空纖維液相微萃取以及懸浮固化液相微萃取等，這些方法操作過程繁瑣，不利于現場快速檢測。固相微萃取技術[6]（Solid phase microextraction，SPME）是在固相萃取技術基礎上發展起來的一種集取樣、萃取、富集、進樣于一體的無溶劑技術，由于其具有富集倍數高、裝置簡單、環境友好等特點，已經廣泛應用于痕量物質檢測[7～9]。IMS用于食品中農藥殘留檢測時，為了達到較高的靈敏度并減小基質干擾，一般也需要進行樣品預處理。文獻[10，11]將SPME應用于IMS樣品預處理，在商品化的IMS儀器進樣口前端設置額外的熱解吸單元，并加入載氣將熱解吸后的樣品送入IMS漂移管，實現對痕量氯酚、樟腦、安定以及可卡因等物質的快速檢測。

農藥殘留一直是茶葉貿易中的敏感問題，由于茶葉提取物中雜質含量較高，檢測中經常需要繁瑣的樣品預處理。近年來隨著茶飲料市場的蓬勃發展，茶飲料工業已成為我國傳統茶產業的重要組成部分。本研究將SPME樣品預處理與IMS檢測方法相結合，在高溫漂移管內直接完成SPME熱解吸，實現加標茶飲料樣品中痕量敵敵畏的快速檢測。

2實驗部分

2.1實驗裝置

自制的離子遷移率譜儀如圖1所示。該儀器采用電暈放電（Corona discharge， CD）離化方法，主體部分漂移管包括離化區和漂移區，由內徑分別為Ф 36 mm和Ф 38 mm的不銹鋼環和聚四氟乙烯環交替重疊而成。漂移管離化區前端有一聚四氟乙烯圓柱體將漂移管內腔與外界隔開，

電暈放電針位于該圓柱體中心，在圓柱體偏離圓心約1 cm的位置開有小孔用于進樣時插入SPME萃取棒。離子遷移率譜儀還包含高壓源、離子門控制電路、小信號放大器、氣路系統、數據采集系統等支持漂移管工作的外圍部件。

實驗中離子遷移率譜儀工作于常壓正離子模式，漂移氣體為經分子篩干燥凈化的高純氮氣。經優化的實驗參數如下：電暈針電壓10.0 kV，漂移管電壓7.0 kV，漂移區長度12.7 cm，漂移區電場強度425 V/cm，漂移管溫度180℃，漂移氣流量1 L/min，離子門開門時間300 μs。

2.2實驗試劑

甲醇（色譜純，北京化學試劑公司）、敵敵畏標準品（北京壇墨質檢科技有限公司，以甲醇配制為1 g/L）、馬拉硫磷（純度為90%，天津華宇農藥廠）、聚二甲基硅氧烷（PDMS，Sylgard184，道康寧公司）、某品牌茶飲料（購自超市）。農藥樣品為甲醇配制的1 g/L標準樣品，使用時用去離子水稀釋成不同濃度的待測樣品。

2.3實驗方法

以固相微萃取作為樣品預處理方法，采用自制的涂有PDMS的玻璃棒作為萃取棒，其制作方法如下：將Sylgard184主劑與固化劑按10：1的比例混合均勻，真空去氣后備用；外徑1.2 mm、內徑1 mm，前端封口的玻璃毛細管依次經98%濃硫酸、去離子水清洗、烘干后浸入PDMS約2 cm使其表面涂覆一層PDMS，然后在空氣中80℃下固化2 h。萃取棒表面PDMS厚度50 μm，總體積4 μL。萃取棒使用前經300℃熱空氣加熱2 min以去除PDMS吸附的雜質。

實驗中，量取3～4 mL待測樣品于樣品瓶中，將涂有PDMS的萃取棒前端靜置于樣品瓶中萃取15 min后取出，直接將萃取棒插入漂移管，利用高溫工作的漂移管實現萃取棒中待測物的熱解吸。由于漂移管溫度分布不均勻，不同位置的萃取棒對應的解吸溫度有所差異；另外，解吸產生的中性待測物在漂移氣體作用向出口方向漂移，其初始分布區域還影響到待測物的電暈放電離化情況。這些因素都造成熱解吸過程中萃取棒的位置對產物離子峰信號強度的影響。實驗發現， 在萃取棒進入漂移管長度1 cm時產物離子峰的信號強度最大，而且在萃取棒插入漂移管后，產物離子峰強度隨時間先增后減，在30 s后降低到最大值的10%以下，解吸過程可在30 s內完成。通過在萃取棒后端合適位置標記可以保證每次進樣時萃取棒進入漂移管的長度均為1 cm。本研究通過示波器（泰克 TDS2022C）記錄樣品產物離子峰強度最高的圖譜作為IMS對被測物的響應圖譜，并以被測物特征離子峰高作為IMS對被測物的響應信號。

3結果與討論

3.1敵敵畏標準樣品檢測

濃度為200 μg/kg敵敵畏標準品的譜圖和空白譜圖如圖2所示。空白圖譜中的a、b、c分別為大氣中痕量水及氮氣形成的。a， b， c分別為大氣中痕量水及氮氣的NH+（H2O）n， NO+（H2O）n和H+（H2O）n離子峰，其中n的數目取決于漂移氣中水含量和IMS漂移管的工作溫度[12]。敵敵畏標準樣品離化后產生兩個產物離子峰d和e。

在正離子模式下，四丁基溴化銨的約化遷移率受漂移管溫度、漂移電場強度及其它因素的影響很小[13]，本研究利用四丁基溴化銨作為離子遷移譜儀的標定物，根據公式（1）計算敵敵畏產物離子峰對應的約化遷移率：K0 exp=K0 caltd caltd exp（1）式中， K0 cal為標定物離子的約化遷移率，td cal為標定物離子峰對應的漂移時間， td exp為被測物離子峰對應的漂移時間，K0 exp為被測物離子的約化遷移率。計算敵敵畏產物離子峰d和e對應的約化遷移率分別為（1.71±0.03 cm2/（V·S））和（1.56±0.02 cm2/（V·S））。

文獻[14]報道了IMS對有機磷農藥的檢測，采用63Ni作為離化源，敵敵畏有3個特征離子峰，其約化遷移率分別為（1.53±0.07 cm2/（V·S）），（1.29±0.06 cm2/（V·S））和（1.71±0.04 cm2/（V·S）） ， 其中第一個特征離子峰的約化遷移率與本研究中離子峰e的約化遷移率相吻合。本研究選擇離子峰e作為敵敵畏的特征峰。

將不同濃度敵敵畏標準樣品經萃取后進樣檢測，得到敵敵畏標準品的IMS響應濃度曲線如圖3所示

隨著目標分析物濃度的提高，得到IMS譜圖中產物離子峰的幅值也相應提高。當樣品濃度為0.1 mg/kg時，特征離子峰的幅值已達到0.5 V以上；當樣品濃度低于1 mg/kg時，特征離子峰的幅值隨樣品濃度增加而迅速增加；當樣品濃度高于1 mg/kg時，IMS響應趨于飽和，特征離子峰的幅值隨樣品濃度增加幅度放緩。

3.2實際茶飲樣品中的敵敵畏檢測

市售茶飲料中主要有效成分為蔗糖、茶多酚、氨基酸，同時含少量有機酸、色素及其它一些食品添加劑。茶多酚、咖啡因、色素等物質在農殘檢測中對農藥的萃取存在明顯的基質效應[15]。為保證圖譜完整性，加標后的茶飲料未經處理直接萃取檢測。圖4為敵敵畏加標濃度為500 μg/kg和未加標茶飲料的IMS譜圖，未加標茶飲料在d處（12.6 ms）也出現明顯的離子峰，在9.9～11.7 ms范圍內有一些小雜峰，這些離子峰主要是由茶飲料基質成份造成的，但本研究選擇的敵敵畏特征離子峰e（13.8 ms處）位置并未受到茶飲料基質的影響。

通過改變敵敵畏加標量，配制不同濃度加標茶飲料樣品進樣檢測，加標濃度范圍為0.001～2 mg/kg，每組實驗進行3次，得到茶飲料加標敵敵畏的IMS響應濃度曲線如圖5所示。低濃度范圍內敵敵畏特征離子峰e隨加標濃度的增加呈線性增加，當實際茶飲料中敵敵畏加標濃度為10 μg/kg時，IMS圖譜中敵敵畏特征離子峰e強度達到0.35 V。隨著實際樣品中敵敵畏加標濃度的繼續增加，特征離子峰e的強度也不斷遞增，且逐漸趨于飽和。根據3倍信噪比計算敵敵畏檢出限為6 μg/kg。

馬拉硫磷前后的離子遷移率譜圖以及濃度為100 μg/kg馬拉硫磷標準品圖譜（圖6）可見，加標樣品圖譜中出現馬拉硫磷特征離子峰f。

4結論

將離子遷移率譜技術與固相微萃取樣品預處理方法相結合，在高溫漂移管內直接完成固相微萃取棒的熱解吸，實現了茶飲料中痕量敵敵畏的快速檢測；萃取檢測過程共需約15 min，根據3倍信噪比計算出敵敵畏檢出限為6 μg/kg。本方法為飲料中有機磷農藥殘留的現場快速檢測提供了一種可能的選擇。

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AbstractCorona discharge （CD） ion mobility spectrometer （IMS） made in our laboratory was used for the rapid determination of trace dichlorovos in tea drinks. The drift gas was dry N2， and the temperature of the drift tube was 180℃. Spiked samples with different dichlorovos concentrations were analyzed by the CDIMS combined with solid phase microextraction. Thermal desorption of the analyte was carried out by inserting the extracting rod directly into the heated drift tube， and the detection process was completed within 15 min. This method could be used for the rapid detection of organophosphorus pesticide residues such as dichlorovos and malathion. The detection limit of dichlorovos in tea drinks based on 3 times the baseline noise was 6 μg/kg.