CN114689744B - 功能化三维共价有机骨架在检测有机磷农药残留中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功能化三维共价有机骨架在检测有机磷农药残留中的应用，涉及检测技术领域。本发明所述的检测方法，包括以下步骤，将羟基功能化的三维共价有机骨架材料作为吸附剂用于分散式固相萃取果蔬中痕量有机磷，并通过气相色谱法进行果蔬中有机磷的检测分析。本发明所述的检测方法操作简单、耗材少、成本低；仅需使用少量的有机溶剂作为分析物的萃取溶剂，具有环保优点和经济优势；灵敏度高，检出限为0.15‑0.39ng/mL，有机磷峰面积与浓度的线性关系良好。

Description

功能化三维共价有机骨架在检测有机磷农药残留中的应用

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种功能化三维共价有机骨架在检测有机磷农药残留中的应用。

背景技术

有机磷农药的使用是农业生产过程中必不可少的环节。虽然这种农药大大增加了农作物的产量，但因广泛使用导致其在土壤、水和食物中的严重残留，增加了对生态系统和人类健康的潜在威胁，从而引起人们对其危害的高度重视。许多地区都制定了严格的有机磷农药法规，以确保食品安全。因此，有机磷的分析检测具有至关重要的意义。

色谱技术是检测农药残留最主要的方法，包括高效液相色谱、气相色谱、液质联用等。这些色谱方法能有效分离多种物质，分离分析物且通过检测器检测和峰面积定量，但是随着农残超标事件的频繁发生，色谱法并不能满足痕量物质的分析，对样品分析技术的也提出更高的要求。由于样品基质的复杂性，直接测定样品中痕量甚至超痕量污染物的检测较为困难，所以检测前需要复杂的前处理过程，将分析物分离富集。

样品前处理技术是指为了消除复杂样品中的基质干扰成分对测定分析物的影响，采用一定的方法对样品进行提取、净化和浓缩，或者用物理或者化学的方法将样品中的基质成分转变为可测定的形式，从而使得被测组分与杂质分离，对分析物进行定量和定性分析的技术。目前，常用的有机磷农药前处理方法包括液液萃取、超声提取、微波萃取、超临界提取等，这些前处理方法需要大量的有机溶剂，且过程繁琐耗时，往往会发生分析物和杂质共萃取的现象，导致萃取效率低。

分散式固相萃取技术是集样品净化、分离、浓缩于一体的一种前处理技术，QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)法是典型的用于农兽药除杂净化类的分散式固相萃取法。在过去的几十年里，碳材料、分子印迹聚合物和金属有机骨架等材料作为吸附剂被开发出来促进有机磷残留的提取。但这些吸附剂对分析物没有选择性，价格昂贵，耗时长，合成成本高且过程复杂。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服分散式固相萃取技术中吸附剂对分析物没有选择性、价格昂贵、耗时长、合成成本高且过程复杂。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种功能化三维共价有机骨架在检测有机磷农药残留中的应用。将羟基功能化的三维共价有机骨架用于分散式固相萃取果蔬样品中痕量有机磷，并通过气相色谱法对有机磷进行测定。本发明将合成的羟基功能化的三维共价有机骨架作为固相萃取剂，使其均匀分散于果蔬汁溶液中，并用于有机磷残留的富集测定。

本发明的目的是提供一种果蔬中有机磷的检测方法，将羟基功能化的三维共价有机骨架材料作为吸附剂用于分散式固相萃取果蔬中痕量有机磷，并通过气相色谱法进行果蔬中有机磷的检测分析；

所述羟基功能化的三维共价有机骨架的制备方法，包括如下步骤，四(4-氨基苯基)甲烷(TAM)、2，6-二醛基-1，5-二羟基萘(DHNDA)、乙酸和1，4-二氧六环混匀，100-120℃的条件下搅拌反应2-3天，经离心、水洗、干燥得到所述羟基功能化的三维共价有机骨架。

在本发明的一个实施例中，所述四(4-氨基苯基)甲烷和2，6-二醛基-1，5-二羟基萘的摩尔比为1：1-2。

在本发明的一个实施例中，所述混匀是采用超声处理12-18min。

在本发明的一个实施例中，还包括多次进行冻泵-解冻循环脱气，且脱气后耐压管处于密闭状态。

在本发明的一个实施例中，所述水洗是采用四氢呋喃和去离子水分别洗三次，洗去未反应的配体。

在本发明的一个实施例中，所述羟基功能化的三维共价有机骨架呈红色粉末状。

在本发明的一个实施例中，具体包括以下步骤，

S1、向果蔬汁中加入酸碱调节液调节pH，加入吸附剂，离心，弃上层清液，得到分析物；所述吸附剂为羟基功能化的三维共价有机骨架材料；

S2、将S1步骤所述的分析物进行洗涤、离心，取上清液用滤膜过滤后进行气相色谱分析。

在本发明的一个实施例中，在S1中，所述果蔬汁是由有机溶剂进行提取，过滤后氮气吹干再复溶得到。

在本发明的一个实施例中，所述有机溶剂为乙腈。

在本发明的一个实施例中，所述过滤采用的是80-100目的滤纸。

在本发明的一个实施例中，在S1中，所述羟基功能化的三维共价有机骨架和果蔬汁的质量体积比为4-12mg：5mL。

在本发明的一个实施例中，在S1中，所述pH为4-9；所述酸碱调节液为3mol/L的氨水溶液和/或3mol/L的醋酸溶液。

在本发明的一个实施例中，在S1中，所述离心的转速为8000-9000rpm，时间为1-30min。

在本发明的一个实施例中，在S2中，所述气相色谱的条件如下，

(1)毛细管色谱柱HP-5：30mm×0.25mm，膜厚0.25μm；

(2)进样口温度为210-230℃；

(3)进样体积为1μL；进样方式为不分流进样；

(4)载气为氮气，纯度≥99.999％，流速为1.5min/L，恒流模式；

(5)升温程序：初始温度55-65℃保持1-3min，以38-42℃/min升温至210-230℃保持1-3min，再以43-47℃/min升温至280-300℃保持2-4min。

在本发明的一个实施例中，在S2中，所述滤膜为0.22μm的微孔滤膜。

在本发明的一个实施例中，在S2中，所述洗涤是采用洗脱剂对分析物进行多次洗脱，将分析物中的吸附剂固体充分分散。

在本发明的一个实施例中，所述洗脱剂为甲醇、乙腈、异丙醇和乙酸乙酯中的一种或多种。

在本发明的一个实施例中，在S2中，离心至固液彻底分离，弃去吸附剂或者回收备用，吸附剂经解吸处理后可以循环使用。

在本发明的一个实施例中，所述检测方法采用分散式固相萃取-气相色谱联用法测定，其中，

分散式固相萃取：利用分散式固相萃取得到果蔬中有机磷样品；

气相色谱检测：使用气相色谱对待测样品进行检测，记录色谱图，经色谱仪自带软件积分得到峰面积，绘制有机磷工作标准曲线，并计算得到待测物样品中的有机磷含量。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的检测方法结合了分散固相萃取操作简单、使用有机溶剂少与羟基功能化的三维共价有机骨架(3DCOF-OH)比表面积大、孔道丰富、稳定性好的优异性能，3DCOF-OH良好的热稳定性和化学稳定性为萃取环境提供了基础；且3DCOF-OH中丰富的芳香环和羟基进一步提供了多种疏水、氢键和π-π相互作用，有机磷农药的N、O、S与所制备3DCOF-OH的羟基之间的氢键对有机磷农药的选择性富集起主导作用，同时3DCOF-OH丰富的孔道及大的比表面积为有机磷农药提供多重活性位点，3DCOF-OH本身的大π电子体系可通过π-π相互作用吸附有机磷农药，从而提高了对有机磷农药的吸附动力。简化样品前处理步骤，提高对有机磷残留富集的同时降低有机磷残留的检测限，该分散式固相萃取过程不需要耗费特殊装置，操作简便，通过离心即可将固液分离，可进行样品批量处理，为果蔬样品中有机磷残留提供新方法。

(2)本发明所述的检测方法采用分散式固相萃取法对果蔬汁前处理，不需要特殊装置，操作简便，通过离心可将吸附剂和分析物分离，可进行批量处理，缩短样品前处理时间。采用的吸附剂3DCOF-OH可以对果蔬中的有机磷残留进行快速吸附，相较于固相萃取方式可以大大提高样品前处理效率。

(3)本发明所述的检测方法操作简单、耗材少、成本低；仅需使用少量的有机溶剂作为分析物的萃取溶剂，具有环保优点和经济优势；灵敏度高，检出限为0.15-0.39ng/mL，有机磷峰面积与浓度的线性关系良好。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明实施例1中的3DCOF-OH的合成示意图。

图2为本发明实施例1中的3DCOF-OH的红外光谱图和X-射线衍射图；其中，a为红外光谱图(FT-IR)，b为X-射线衍射图(PXRD)。

图3为本发明实施例1中的3DCOF-OH的扫描电镜图和透射电镜图；其中，a为扫描电镜图(SEM)，b为透射电镜图(TEM)。

图4为本发明测试例1中的分散固相萃取过程图。

图5为本发明测试例1中的分散固相萃取优化图；其中，a为吸附剂用量，b为萃取时间，c为pH，d为洗脱溶剂。

图6为本发明测试例2中的合成3DCOF-OH用于果蔬中有机磷残留的富集前后气相色谱图。

图7为本发明测试例3中的一种3DCOF(COF-300)和本专利合成的3DCOF-OH对有机磷农药的萃取效率图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

一种功能化三维共价有机骨架在检测有机磷农药残留中的应用，具体包括以下步骤：

Step1：吸附剂3DCOF-OH的制备

参照图1所示，称取TAM(0.09mmol，34.2mg)和DHNDA(0.18mmol，38.9mg)与12M乙酸(0.9mL)和1，4-二氧六环(0.1mL)混合在35mL耐压管(OD 26×L 125mm)中。混合物超声处理15min后，用3次冻泵-解冻循环脱气，然后在120℃下反应3d，离心收集沉淀物，用四氢呋喃和去离子水分别洗2次。最后，沉淀物在70℃真空下干燥24h，得到收率为75％的红色粉末，即3DCOF-OH。

对制备的3DCOF-OH进行傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜测试或表征。如图2-3所示，图2a中TAM在3395cm^-1的氨基特征峰和NHNDA在1640cm^-1的醛基特征峰消失，证明了3DCOF-OH的成功制备。同时，3DCOF-OH在1618cm^-1处出现一个新的亚胺键特征吸收峰，也能证明3DCOF-OH的成功合成。图2b中3DCOF-OH在7.63°处有明显的PXRD特征峰，同时在15.39°、20.80°、22.88°处都存在特征衍射峰，表明制备的3DCOF-OH的结晶度较高。从图3可以看出，3DCOF-OH表面呈现较为光滑，紧实，多孔性较小的棒状形貌。

Step2：参照图4所示，分散式固相萃取法用于果蔬中有机磷残留的检测

(1)标准样品的制备：采用乙腈配置有机磷标准溶液，将100ppm的储备液梯度稀释至10ppm待用。四种有机磷分别为甲基对硫磷、对硫磷、丙溴磷、伏杀硫磷。

(2)工作溶液的配置：采用蒸馏水配置工作溶液。

(3)样品的制备：西红柿、卷心菜和苹果样品都是从当地超市买来的。将上述样品的可食用部分切成小块，均质。取匀浆样品5.0g，用10mL乙腈超声提取20min，提取2次。取各提取液上清液，以9000rpm离心8min，得到约20mL的提取液。最后，10mL提取液在氮气吹干仪上干燥，并用1.0mL乙腈作为样品溶液重新溶解待测。

(4)分散式固相萃取

将8mg 3DCOF-OH与5mL工作溶液混合，混合物在HS501摇床(德国IKA)上以180rpm的速度摇动5min，使得吸附剂在样品中充分分散，以8500rpm离心6min至固液彻底分离，弃去上清液，收集3DCOF-OH。

(5)分析物洗脱

分别用0.25mL乙腈洗脱2次，吸附剂在洗脱液中充分分散，离心至固液彻底分离，弃去吸附剂或回收备用，经0.22μm膜过滤后待测。

(6)气相色谱检测

气相色谱条件：

色谱柱：HP-5(Agilent)；

进样口温度：220℃；

进样体积：1μL；进样方式：不分流进样；

载气：高纯氮气，纯度≥99.999％；载气流速：2min/L，恒流模式；

程序升温：60℃初温保持1min，以40℃/min升温至220℃保持2min，以45℃/min升温至290℃保持3min。

(7)定量测定

取已制备的有机磷标准溶液配置1-1300ng/mL的工作溶液，将实施例1中的3DCOF-OH与工作溶液混合，萃取5min，pH＝6，用乙腈解吸6min获得有机磷富集后标准曲线，如表1所示：

表1分散固相萃取富集有机磷特征量

取果蔬实际样品加入蒸馏水配置工作溶液，将8mg 3DCOF-OH分散于溶液中，pH＝6，萃取5min，解吸6min，检测实际样品中有机磷的含量，如表2所示：

表2分散式固相萃取检测果蔬中有机磷

注：nd未检出。

上述实验证明，所建立的分析方法可对果蔬中的有机磷残留检测，证明合成的羟基功能化的三维共价有机骨架在果蔬样品中富集方面的潜力。

测试例1

分散式固相萃取用于有机磷检测的富集条件优化：

吸附剂用量、萃取时间、溶液pH及解吸试剂对萃取效果都存在影响，本实验采用40ng/mL有机磷混标溶液对上述萃取条件进行优化，如图5所示。

图5a中吸附剂用量优化范围4-12mg，称取4，6，8，10，12mg所制备的吸附剂，分别分散于5mL 40ng/mL的混合工作溶液中，在180rpm的转速下萃取5min，在8-12mg范围内没有回收率没有明显变化，表明8mg的3DCOF-OH可用于有机磷农药的提取。

图5b中萃取时间优化范围在1-30min，按照上述步骤分别萃取不同时间。5min后回收率保持不变，表明提取5min是足够的。

图5c中溶液pH优化范围4-9，随着酸浓度的降低，分析物的回收率显著增大，但在碱性条件下的回收率并不高，这和分析物在碱性条件下不稳定有关，因此，实验选取在pH＝6的条件下进行萃取实验。

图5d中洗脱溶剂选取甲醇、乙腈、异丙醇、乙酸乙酯、正己烷。用乙腈对4种有机磷的洗脱效果较好，后续实验选择用乙腈作为洗脱溶剂。

且每个条件重复3次，做误差棒，确保实验数据的准确性。

测试例2

分散式固相萃取用于果蔬中有机磷残留富集前后的效果对比：

实际样品富集前直接进样。

实际样品富集后进样。

两组实验采用相同的气相条件：

色谱柱：HP-5(Agilent)；

进样口温度：220℃；

进样体积：1μL；进样方式：不分流进样；

载气：高纯氮气，纯度≥99.999％；载气流速：2min/L，恒流模式；

程序升温：60℃初温保持1min，以40℃/min升温至220℃保持2min，以45℃/min升温至290℃保持3min；

结果如图6表明，实际样品溶液经分散固相萃取富集之后与直接进样相比，富集后可以检测到有机磷残留，证明此分析方法是可行的。

测试例3

合成了不带-OH的一种3DCOF(COF-300)和本发明的3DCOF-OH作对比，如图7所示，发现在相同时间内COF-300的回收率远低于3DCOF-OH，证明了本发明所合成的这种3DCOF-OH确实可以提高有机磷农药的萃取效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤，将羟基功能化的三维共价有机骨架材料作为吸附剂用于分散式固相萃取果蔬中痕量有机磷，并通过气相色谱法进行果蔬中有机磷的检测分析；

所述羟基功能化的三维共价有机骨架的制备方法，包括如下步骤，四(4-氨基苯基)甲烷、2，6-二醛基-1，5-二羟基萘、乙酸和1，4-二氧六环混匀，100-120℃的条件下搅拌反应2-3天，经离心、水洗、干燥得到所述羟基功能化的三维共价有机骨架；

具体包括以下步骤，

S1、向果蔬汁中加入酸碱调节液调节pH，加入吸附剂，离心，弃上层清液，得到分析物；所述吸附剂为羟基功能化的三维共价有机骨架材料；所述pH为6；

S2、将S1步骤所述的分析物进行洗涤、离心，取上清液用滤膜过滤后进行气相色谱分析；所述洗涤是采用洗脱剂对分析物进行洗脱；所述洗脱剂为乙腈。

2.根据权利要求1所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，所述四(4-氨基苯基)甲烷和2，6-二醛基-1，5-二羟基萘的摩尔比为1：1-2。

3.根据权利要求1所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，在S1中，所述果蔬汁是由有机溶剂进行提取，过滤后氮气吹干再复溶得到。

4.根据权利要求3所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙腈、甲苯和丙酮中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，在S1中，所述羟基功能化的三维共价有机骨架和果蔬汁的质量体积比为4-12mg：5mL。

6.根据权利要求1所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，在S1中，所述酸碱调节液为3mol/L的氨水溶液和/或3mol/L的醋酸溶液。

7.根据权利要求1所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，在S1中，所述离心的转速为8000-9000rpm，时间为1-30min。

8.根据权利要求1所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，在S2中，所述气相色谱的条件如下，

(1)毛细管色谱柱HP-5：30mm×0.25mm，膜厚0.25μm；

(2)进样口温度为210-230℃；

(3)进样体积为1μL；进样方式为不分流进样；

(4)载气为氮气，纯度≥99.999％，流速为1.5min/L，恒流模式；

(5)升温程序：初始温度55-65℃保持1-3min，以38-42℃/min升温至210-230℃保持1-3min，再以43-47℃/min升温至280-300℃保持2-4min。

9.根据权利要求1所述的果蔬中有机磷的检测方法，其特征在于，在S2中，所述滤膜的厚度为0.22μm。

Images