CN1664548A

CN1664548A - 一种用于果蔬中农药残留分析的样品预处理方法和装置

Info

Publication number: CN1664548A
Application number: CN 200510018433
Authority: CN
Inventors: 陆晓华; 王琳玲; 杨海; 苏明伟; 郑言波; 王耀; 魏松波; 吴高明
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2005-09-07

Abstract

本发明公开了一种用于果蔬中农药残留分析的样品预处理方法和装置。其方法为：①将小颗粒或粉末状的样品放入可密闭耐压耐高温的萃取容器中，加入pH＝6～10的缓冲溶液作为萃取剂，密闭萃取容器；②在温度100－250℃的亚临界水条件下进行萃取；③萃取结束后，冷却，倒出萃取液用于后继分析。其装置包括微处理器、加热器、样品池、温度传感器、电源、输入装置和输出装置。本发明方法具有时间短、提取率高、精密度好、操作方便等特点。本发明装置具有结构简单、体积小、成本低、使用方便、自动化程度高，适于非专业人员现场快速测定，满足现场快速筛选和测定的需要。

Description

一种用于果蔬中农药残留分析的样品预处理方法和装置

技术领域

本发明属于环境及食品监测技术领域，具体涉及一种用于果蔬中农药残留分析的样品预处理方法和装置。本发明也适合应用于环境监测和食品安全检测等需要对样品进行现场快速分析及科学研究领域。

技术背景

食品安全问题近年来已引起了人们的高度重视。目前我国对果蔬中农药残留的分析，一般采用实验室色谱分析和现场酶抑制快速分析方法。前者需要使用大型仪器，价格昂贵，操作步骤繁琐，时间长，需要专业的分析人员进行操作；后者适用于测定在农业生产中最为常用的有机磷和氨基甲酸酯类两种农药，该方法使用的仪器简便、操作简单，已广泛应用于市场、超市等现场的快速分析中。但是，由于果蔬样品基体复杂，待测物浓度低，因此要获得数据准确、重现性好的分析结果，都必须对样品进行前处理。根据是否使用有机溶剂，现有检测果蔬中农药残留的样品预处理技术主要分为溶剂提取和非溶剂提取。对于气相色谱分析通常采用溶剂提取技术，常用技术包括索氏提取、超声萃取、加速溶剂萃取等技术。而对于酶抑制法，由于其反应需要在水溶液中进行，而且有机溶剂通常对乙酰胆碱酯酶具有抑制作用，因此只能采用水溶液作为萃取剂。目前，我国卫生部及农业部颁布的果蔬中有机磷和氨基甲酸酯类残留农药的酶抑制法快速分析标准方法(GB/T5009.199-2003、NY/T448-2001)中预处理方法均采用手动萃取，该方法操作简单、时间短，但大量的实际应用表明，该技术萃取率低，不能准确有效地检测果蔬中的农药残留量，因此常常使农药残留量超标的果蔬流入市场，对人们健康造成危害。

亚临界水萃取(Subcritical water extraction，SBWE)技术是近年来在环境分析领域中发展起来的一种新型绿色预处理技术。该技术采用水作为萃取剂，在一定压力下，将水加热到100℃以上临界温度以下，通过改变温度和压力来改变水的极性、表面张力和粘度等性质，从而可以选择性地萃取复杂样品基体中的不同极性的有机化合物。与常温下使用水作为萃取剂相比，亚临界水萃取可以大大提高萃取效率，缩短萃取时间。该预处理技术近年来在国外研究较多，主要用于土壤、沉积物等固体环境样品中的有机污染物的分析监测，国内的研究报道还相当少。国外将此技术用于食品分析的文献也不多，但至今国内外都还没有用于酶抑制法检测果蔬中农药残留的快速亚临界水萃取技术的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于果蔬中农药残留分析的样品预处理方法。该方法具有时间短、提取率高、精密度好以及操作方便等特点；本发明还提供了该方法的实现装置，其装置结构简单、体积小、操作方便，适于非专业人员现场快速测定。

本发明提供的一种用于果蔬中农药残留分析的样品预处理方法，其步骤为：

①、将小颗粒或粉末状的样品放入可密闭耐压耐高温的萃取容器中，加入pH＝6～10的缓冲溶液作为萃取剂，密闭萃取容器；

②、在温度100-250℃的亚临界水条件下进行萃取；

③、萃取结束后，冷却，倒出萃取液用于后继分析。

上述步骤②中萃取温度为100-150℃时技术效果更好。

实现上述方法的装置，包括微处理器、加热器、样品池、温度传感器、电源、输入装置和输出装置；微处理器用于控制加热器和温度传感器工作，并对输入输出信号进行处理；加热器用于对样品池加热，温度传感器用于测定样品的温度信号，并将该信号传送给微处理器；输入装置用于用户设置控制参数，输出装置用于显示工作信息，电源用于整个装置的电源供应。

上述微处理器上可连接实时时钟芯片，非易失性存贮器和RS-串行接口芯片，用于实现时间记录、数据存贮、PC机通讯及串行打印功能。

本发明尤其适用于果蔬中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的快速检测，也同样适用于环境与食品安全监测等需要对样品进行现场快速预处理的场合。与现有的样品预处理方法相比，具有时间短、提取率高、精密度好、操作方便等特点。具体而言，本发明方法具有以下特点：

(1)通过提高温度和压力，采用亚临界水作为萃取剂，大大提高了果蔬中残留农药的萃取效率，萃取液无需其它处理即可用于酶抑制法分析，操作步骤简单、快速。

(2)针对不同的果蔬样品，以及不同的残留农药，通过改变萃取温度、萃取时间和水溶液的pH等条件，可以实现残留农药的选择性萃取，大大提高目标分析物的萃取效率，去除干扰，提高分析的灵敏度。

本发明装置具有结构简单、体积小、成本低、使用方便、自动化程度高，适于非专业人员现场快速测定，满足现场快速筛选和测定的需要。

具体实施方式

本发明方法的步骤为：

①、称取碎成小颗粒或粉末状的样品放入可密闭耐压耐高温的萃取容器中，加入pH＝6～10的缓冲溶液作为萃取剂，密闭萃取容器。

②、在温度100-250℃的亚临界水条件下进行萃取；

③、萃取结束后，取出萃取管，冷却后倒出萃取液，进行后继的分析工作。

实施例：

例1：

取含有甲胺磷残留农药的大白菜叶作为样品，清洗晾干后，剪碎成小颗粒，约3mm³。准确称取1.0g菜叶放入萃取容器中，加入5mLpH＝8的磷酸盐缓冲溶液作为萃取剂，设定萃取温度120℃，萃取时间为1-2min。在此条件下，按照上述方法处理和测定8个平行样品，计算相对标准偏差(RSD)，研究该预处理方法的精密度。测定和计算结果如表1。由表中数据可知8次测定的相对标准偏差为1.5％，满足痕量分析的要求，重现性较好。

表1 亚临界水萃取精密度测定结果(n＝8)

No.	1	2	3	4	5	6	7	8	均值	RSD(％)
No.	1	2	3	4	5	6	7	8	均值	RSD(％)	Y(％)	69	70	71	71	70	70	72	71	71	1.5

制备甲胺磷、敌百虫和敌敌畏三种农药的白菜模拟样品，并利用以上方法进行样品预处理，萃取液采用酶抑制法进行测定，各种农药加入量及测定结果见表2。从表中数据可知，三种农药模拟样品的相对萃取率均在74％以上，满足痕量分析的要求。

表2亚临界水萃取对含不同农药的白菜样品的萃取结果(n＝2)

农药名称	农药标准溶液浓度(mg/L)	农药加入量(μL)	农药水溶液抑制率Y0(％)	白菜模拟样品抑制率Y1(％)	相对萃取率(％)
农药名称	农药标准溶液浓度(mg/L)	农药加入量(μL)	农药水溶液抑制率Y0(％)	白菜模拟样品抑制率Y1(％)	相对萃取率(％)	甲胺磷	91.0	200	88	72	82
敌百虫	26.0	50	63	46	74	甲胺磷	91.0	200	88	72	82
敌百虫	26.0	50	63	46	74	敌敌畏	29.6	50	11	11	106

例2：

取含有农残的新鲜菜叶，清洗晾干后，剪碎成小颗粒，约3mm³。准确称取1.0g菜叶放入萃取容器中，加入2mLpH＝6的NH₄Ac-HAc缓冲溶液，密闭萃取管后，在温度100℃条件下萃取约3-4min。萃取结束后，萃取液采用酶抑制法进行分析。

例3：

取含有农残的新鲜水果，清洗晾干后，切碎成小颗粒，约3mm³。准确称取1.0g放入萃取容器中，加入8mLpH＝8的NH₃-NH₄Cl缓冲溶液，密闭萃取管后，在温度250℃条件下萃取约1-2min。萃取结束后，萃取液采用酶抑制法进行分析。

例4：

取含有农残的新鲜水果，清洗晾干后，切碎成小颗粒，约3mm³。准确称取1.0g放入萃取容器中，加入5mLpH＝7.5的磷酸盐缓冲溶液，密闭萃取管后，在温度150℃条件下萃取约2-3min。萃取结束后，萃取液采用酶抑制法进行分析。

本发明中，缓冲溶液(萃取剂)的用量可根据样品中农药的浓度进行调整。萃取剂并不局限于上面提到的三种，只需pH值为6-10的缓冲溶液即可。由于样品中农药有可能在高温下降解，造成实际萃取率降低，所以本发明在萃取温度为100-150℃时技术效果更好。

如图1所示，实现上述方法的装置包括微处理器1、加热器2、样品池3、温度传感器4、电源5、输入装置6和输出装置7。加热器2用于对样品池3加热，以提高样品池3内试管中样品的温度。温度传感器4用于测定样品的温度信号，并将该信号传送给控制装置。微处理器1用于控制加热器和温度传感器的工作，并对输入输出信号进行处理。试管可以采用具塞可密闭耐压玻璃试管。

微处理器1通过温度传感器4，测量样品池3的当前温度，并根据当前温度与预设温度的差值大小，调整加热器2的开关时间，从而控制加热功率，以保证温度的稳定。用户通过输入装置6可以控制加热器的开关，也可以设置预设温度、加热时间等参数。输出装置7直接显示样品池的当前温度及加热时间等信息。电源5负责整个装置的电源供应。

上述控制装置中还可以配备实时时钟芯片(如DS1302)、非易失性存贮器(如24LC64)以及RS-232串行接口芯片(如MAX3233)，从而可实现时间记录、数据存贮、PC机通讯及串行打印等功能，方便了用户的使用。

上述各部件均可采用现有技术加以实现，下面以实例作进一步的说明。

我们采用Atmel公司的AT89C2051单片机作为微处理器，加热器的开关由双向晶闸管(如BT136等)控制，接收由微处理器发出的PWM脉宽调制信号，控制加热电路的开关。通过改变PWM信号的占空比，实现对加热器的功率调节。样品池采用铝合金制作，外部设置有八个样品孔用于放置预处理样品管，内部含有加热器件和温度传感器。加热器件直接采用市售的加热棒。温度传感器采用的是高理公司的MF54型高精度热敏电阻。温度传感器所测量到的温度信号，经AD转换后送入微处理器。

电源采用变压器加整流桥的方式，提供单片机系统所需+5V电源。输入装置可采用了拨动开关和按键两种形式，以方便用户操作。输出装置由一块4位的LED数据管组成，可以在单片机的控制下显示加热器温度、处理时间等当前状态。

微处理器的控制软件可采用C51编写，其流程图如图2所示。

本发明装置的使用方法如下：

(1)打开便携式装置，设定预处理温度，当样品池达到设定温度时，会自动声光提示；

(2)将待测样品称量后放入玻璃可密闭具塞试管，加入预处理剂，盖紧放入便携式装置，设定处理时间；

(3)预处理结束后，装置自动停止加热，根据分析要求取出试管进行后继的分析工作。

下面将本发明与目前常用的二种预处理方法进行比较。

在国标法GB/T 5009.199-2003“果蔬中残留农药的酶抑制法快速分析标准方法”中采用的预处理方法为手动振荡萃取，具体步骤为：选取样品1.0g，剪成1cm左右见方碎片，放入烧杯或提取瓶中，加入5mL缓冲溶液，振荡1～2min，倒出提取液，静置3～5min，待用。

比较过程中，选用性质较为稳定的甲胺磷农药，以大白菜作为样品，制成模拟样品，并采用酶抑制法作为分析检测技术，研究和建立预处理技术。首先分别对均可以采用水作为萃取剂的传统手动振荡萃取、超声萃取和本发明的亚临界水萃取方法进行了比较研究。结果如表3所示。

表3含甲胺磷农药的白菜模拟样品预处理比较(n＝2)

预处理技术

农药水溶液抑制率Y0(％)

白菜模拟样品抑制率Y1(％)

白菜空白抑制率Y10(％)

相对萃取率Y1/Y0(％)

直接振荡萃取超声萃取亚临界水萃取

626464

252158

8411

413389

比较结果表明，直接振荡萃取和超声萃取的提取率均较低，相对萃取率都低于50％，而亚临界水萃取的提取效率相对较高，相对萃取率达到89％，优于传统手动振荡及超声萃取等预处理方法。本发明提出的果蔬中残留农药的亚临界水萃取预处理技术具有萃取效率高、重现性好、时间短、操作简便等优点，与酶抑制快速检测法结合可以广泛有效的用于果蔬样品中农药残留的提取，实现果蔬样品的现场快速检测，与传统方法相比，大大提高了检测灵敏度和准确度。

Claims

1、一种用于果蔬中农药残留分析的样品预处理方法，其步骤为：

②、在温度100-250℃的亚临界水条件下进行萃取；

③、萃取结束后，冷却，倒出萃取液用于后继分析。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤②中萃取温度为100-150℃。

3、一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于：该装置包括微处理器(1)、加热器(2)、样品池(3)、温度传感器(4)、电源(5)、输入装置(6)和输出装置(7)；微处理器(1)用于控制加热器(2)和温度传感器(4)工作，并对输入输出信号进行处理；加热器(2)用于对样品池(3)加热，温度传感器(4)用于测定样品的温度信号，并将该信号传送给微处理器(1)；输入装置(6)用于用户设置控制参数，输出装置(7)用于显示工作信息，电源(5)用于整个装置的电源供应。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：上述微处理器(1)上连接有实时时钟芯片，非易失性存贮器和RS-232串行接口芯片，用于实现时间记录、数据存贮、PC机通讯及串行打印功能。