烟草有机氮农药残留气相色谱法（FTD）测定研究

摘要：文章建立了一种快速、高效、准确，同时检测烟草中5种有机氮农药残留的分析方法。该方法采用乙腈提取，气相色谱火焰热离子检测器（FTD）检测。气相色谱（FTD）检测方法具有分离效果好、回收率高、准确度和灵敏度高等特点，能满足烟草中农药残留分析的要求。

关键词：烟草农药残留；有机氮农药；气相色谱

中图分类号：TQ461 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0030-03

有机氮农药是被用作防治烟草病、虫、草害的含氮有机化合物。这类农药品种多，范围广，既有杀虫剂，又有杀菌剂、除草剂。除有胃毒、触杀作用外，有些产品还有较强的内吸性能。有机氮农药主要是氨基甲酸酯类化合物，也包括脒类、硫脲类、取代脲类和酰胺类等化合物。此类农药一般在环境中较易分解，但其慢性毒性正在引起人们的重视。有机氮农药大多数属中、低毒性农药，氨基甲酸酯类农药杀虫剂通过可逆性地抑制昆虫乙酰胆碱酯酶的活性，造成乙酰胆碱的积累，影响昆虫正常的神经传导而致死。氨基甲酸酯类农药在烟草作物中应用广泛。国内烟草氨基甲酸酯类农药残留测定标准只有GB/T 13596-2004，样品前处理及净化步骤繁琐，消耗有机溶剂多，检测项目只有克百威、西维因和甲萘威三种农药。国内文献：液相色谱串联质谱法测定烟草中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量；LC-MS-MS分析烟草中氨基甲酸酯农药残留；烟草及烟草制品拟除虫菊酯杀虫剂、有机磷杀虫剂、含氮农药残留量的测定；烟草中氨基甲酸酯农药残留量在卷烟烟气中捕集转移率的测定；烟草中克百威和抗蚜威残留量测定；用HPLC柱后衍生法分析烟草中氨基甲酸酯类农药残留；本文建立了采用乙腈提取，氨基固相萃取柱净化，气相色谱FTD测定烟草中5种有机氮农药的残留方法。在净化过程中，将烟草色素和其他污染物除去，获得干净的色谱图。该方法具有回收率高、结果准确、样品处理简单等优点，减少了试剂的消耗以及实验人员前处理时间。

1 实验部分

1.1 主要仪器

气相色谱仪（日本岛津公司 GC-14C），火焰热离子检测器（FTD）、粉碎机（飞利谱）、电子天平（德国sartorius BS224S）、匀浆机（德国IKA T18）、旋转蒸发仪（德国Buchi R-205V800）、氮吹仪（美国OA-SYS N-EVAP）、旋涡混合器（江苏金壇医疗仪器厂 SK-1）。

1.2 主要试剂和材料

乙腈（Fisher 农残级）、甲醇（Fisher 农残级）、二氯甲烷（Fisher 农残级）、氯化钠（国药集团化学试剂有限公司 分析纯，马弗炉400℃，烘烤2h）、氨基固相萃取柱（Agilent 600mg/6mL）、去离子水。

农药标准品：（天津中易嘉信科技公司）：仲丁威（Fenobucarb）、克百威（Carbofuran）、抗蚜威（Pirimicarb）、甲霜灵（Metalaxyl）、甲萘威（Carbaryl）。

1.3 样品前处理

1.3.1 样品前处理：准确称取粉碎均匀的卷烟中烟草样品5.00g置于匀浆瓶中，加入10mL水，搅拌均匀，静置30min，加入50mL乙腈，在匀浆机高速匀浆2～3min，提取液用滤纸过滤收集到装有3～4g氯化钠的100mL具塞量筒中，收集35～40mL，盖上塞子剧烈震荡2min，静置盐析20min，上层为乙腈相，下层为水相。移液管从具塞量筒中吸取25mL乙腈液放入旋转蒸发仪蒸馏瓶中，蒸发乙腈，近干时取出蒸馏瓶加入二氯甲烷和5mL甲醇90∶10待净化。

1.3.2 净化：氨基固相萃取柱，二氯甲烷+甲醇90+10，40℃氮吹仪浓缩，丙酮定容上机。

将氨基固相萃取柱二氯甲烷+甲醇90+10淋洗，淋洗液面到达柱吸附剂层表面时，立即倒入上述待净化的提取液，用50mL烧杯接收洗脱液，氨基固相萃取柱二氯甲烷+甲醇90+10，5mL冲洗烧瓶淋洗氨基固相萃取柱，再重复2次。将收集淋洗液的烧杯置于氮吹仪上45℃氮吹，接近干时置于室温下冷却后用丙酮定容2.5mL，在旋涡混合器上混匀后倒入气相色谱仪进样小瓶待测。

1.4 气相色谱条件

安捷伦的J&W色谱柱：DB-17（内径0.53mm，柱长30m，膜厚0.5μm）；气体流量：载气（氮气≥99.999%）4mL/min；温度：进样口220℃，不分流进样，气化室初始温度150℃保持1min，升温速率30℃/min至250℃保持6min，检测器温度300℃，FTD收集极铷珠电流30pA，空气90mL/min，氢气10mL/min；进样体积：1.0μL。

2 结果与讨论

2.1 气相色谱条件的优化

2.1.1 色谱柱的选择：色谱柱在色谱系统中主要起到分离的作用。气相色谱柱有多种类型。从不同的角度出发，可按色谱柱的材料、形状、柱内径的大小和长度、固定液的化学性能等进行分类。含氰固定相色谱柱会伤害铷珠，不可使用，DB-17的固定相是50%苯基和50%二甲基聚硅氧烷，图1显示DB-17对5种有机氮农药分离效果好。

出峰顺序：1.仲丁威3.22 min；2.克百威4.13 min；3.抗蚜威4.35 min；4.甲霜灵4.58 min；5.甲奈威5.02 min

图1

2.1.2 载气流量的选择：载气流速与色谱柱理论塔板高度存在一个最佳值，即最佳流速。在最佳流速，理论塔板高度最小，塔板数最多，即柱效最高。同时FTD信号对气体流速的改变非常敏感，选择2、4、8mL/min载气流量分别进行试验。2mL/min分析时间慢，灵敏度低，5种有机氮农药完全分离，8mL/min分析时间较快，铷珠温度降低，灵敏度和分离度较差，分析时间最短。结果显示，载气流量增大，分析时间缩短，灵敏度和柱率变差，提高分析时间和灵敏度，故选择载气流速4mL/min。

2.1.3 进样口温度的选择：选择180℃、220℃、240℃进行试验，进样口温度低，180℃5种有机氮农药灵敏度变小，峰型变扁，220℃和240℃对析结果没有明显变化，经过进样口进样后能够完全气化，延长仪器使用寿命，选择220℃。

2.1.4 柱箱温度的选择：气相色谱分析中，色谱柱的温度控制方式分为恒温和程序升温两种。5种有机氮农药沸点不同采用程序升温，程序升温色谱法，色谱柱的温度按照组分沸程设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高，使柱温与组分的沸点相互对应，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。选择气化室初始温度150℃保持1min，升温速率30℃/min至250℃保持6min，分离效果和灵敏度较好。

2.1.5 FTD收集极铷珠老化设置：FTD收集极铷珠是消耗品，使用过程中会不断损耗，灵敏度明显下降时要更换铷珠，查阅参考文献[6]和参考文献[7]安装好新铷珠需要老化激活，老化激活过程缓慢提高检测器的温度，先升至150℃，保持10min，再将温度提至200℃，保持10min，再将温度提至250℃，保持10min，300℃（10min），铷珠电流设置5pA，保持10min，再将电流设置10pA，保持10min，再将电流设置20pA，保持10min，再将电流设置50pA，保持10min，再将电流设置100pA，保持10min，最后将电流设置200pA，待基线平稳后马上设置工作电流30pA，老化过程也是铷珠损耗过程，尽量减少铷珠高温阶段老化的时间，可以减少损耗。

2.1.6 检测器参数设置：火焰热离子检测器（FTD）是分析微量含磷、含氮有机化合物的常用的检测器。火焰热离子检测器（FTD）收集极含有一个外涂铷盐（硅酸铷）用电加热的铷珠，在这种热离子源的情况下，含氮磷的有机分子电离，离子化被收集，产生电流被测定。由于FTD信号对气体流速的改变非常敏感，氢气流速和铷珠加热电流，增大氢气流能增加铷珠温度以及增加围绕铷珠活化区的范围，信号响应值增加，但铷珠的寿命要缩短。对铷珠增加加热电流，也是直接增加其表面温度，信号响应值明显增加，铷珠的寿命会缩短。因此，加热电流与合适的氢气流速是相互制约的，电流大所需的氢气流速小，电流减小则氢气流速相应加大。铷珠加热电流调节氢气流量和铷珠加热电流，可以改变FTD的灵敏度，同时也影响铷珠的寿命。加热电流上限从检测器上面的出气孔看到铷珠由暗红转为全部发红，就达到上限了。如果继续升高加热电流，虽然灵敏度能提高，但会大大增加铷珠消耗速度。从节省的角度，当使用FTD时，调节加热电流使灵敏度达到基本的分析要求就可以了，不必太高。选择检测器温度300℃，FTD收集极铷珠电流30pA，空气90mL/min，氢气30mL/min效果较好。

2.2 提取溶剂的选择

农药残留检测选择溶剂的原则是对农药有效成分溶解度大，对样品杂质溶解度小，溶剂不能与农药起化学反应，溶剂要经济、易得、使用安全等。烟草为干燥样品，5种有机氮农药难溶于水，易溶于乙腈，因此使用乙腈和水混合提取。烟草样品加水后体积膨胀，表面积增大乙腈更容易提取，提取液中烟草叶黄素等杂质大部易溶于水，水有净化作用，加氯化钠使乙腈和水盐折分离。

2.3 净化条件的优化

2.3.1 农残分析中净化是最麻烦，但是又是必要的一个环节；特别是在处理植物样品时，植物色素的干扰是一个较为麻烦的问题，常见的净化方法有磺化方法、凝胶色谱（GPC）法或利用吸附剂如活性炭、PSA、石墨化炭黑、氧化铝、弗罗里矽土等进行SPE净化，由于农残目标物的不同及样品的差异，各个净化方法会有不同的适用性。氨基固相萃取柱是在高纯硅胶基质上键合极性键合相氨基丙基Aminopropyl[-Si（CH2）3NH2]的极性吸附剂，同时具有氢键和阴离子交换两种作用机理，端基封尾。40μm不规则形状，平均孔径60Å，比表面积325m2/g，碳载量6.7%，pH适用范围2～8，有碱性（pKa=9.8），对酸性/碱性化合物有不同的选择性；可在水介质中用作弱阴离子交换吸附剂（交换容量1.10meq/g）。其pKa值为9.8时，NH2与SAX（一种季胺类吸附剂，通常带负电荷）类吸附剂相比是一种更弱的阴离子交换吸附剂，因而对于在SAX上产生不可逆保留的强阴离子化合物（如在pH<7.8水溶液中的磺酸根等强阴离子），可以使用氨基柱来萃取。由于与氨基相连的丙基的作用，使得氨基呈现出弱极性，因此可用来从极性样品中分离非极性分化合物，但是强极性还是氨基的主要特性。查询相关文献，使用氨基固相萃取柱净化效果较好，有效除去烟草中叶黄素等杂质不影响回收率。

2.3.2 洗脱液的选择：烟草烟草中叶黄素等杂质，能溶于有机溶剂。5种有机氮农药易溶于甲醇和二氯甲烷。烟草提取液的杂质和目标物吸附在氨基固相萃取柱上后，用合适的溶剂进行洗脱，农药被洗脱剂出来，杂质保留在氨基固相萃取柱上。达到理想的洗脱效果，使用甲醇和二氯甲烷进行试验，单纯使用甲醇样品的洗脱液洗脱体积8mL，5种有机氮农药完全洗脱干净，色素较多。单纯使用二氯甲烷样品的洗脱液洗脱体积10mL液洗脱，洗脱体积需要10mL，除仲丁威稍差外，其余4种有机氮农药完全洗脱干净，使用二氯甲烷+甲醇90+10，为洗脱剂，洗脱体积10mL时5种有机氮农药效果较好。

2.3.3 浓缩量的优化。浓缩量影响仪器的检出限，浓缩量加大，检出限减小。

2.4 标准曲线及线性范围

5种有机氮农药配制成浓度为0.02～2.00mg/mL的混合标准溶液，进样1μL，以进样浓度（x）为横坐标、其响应的色谱峰面积（y）为纵坐标建立线性方程y=kx+b，获得标准曲线及其线性响应和相关系数（r）。将5种有机氮农药标准溶液依次稀释添加进烟草样品处理后获得检出限，最小检出限以仪器基线噪声3倍所对应的浓度值计算。在本研究条件下，5种有机氮农药农药最小检出限为0.005～0.009mg/kg，最小检出限符合国内相关组织规定的最大残留限量（Maximum residue limit，MRLs）的要求。数据（表1）显示，标准曲线具有良好的线性相关性，相关系数为0.9957～0.9992。

表1 5种有机氮农药在烟草中的回归方程、相关系数、最低检出限

农药名称线性方程相关系数检出限（mg/kg）

仲丁威y=38656x-950.99710.006

克百威y=33034x-230.99900.007

抗蚜威y=45831x-1070.99920.005

甲霜灵y=46255x+360.99880.005

甲萘威y=25696x-1320.99570.009

2.5 加标回收及相对标准偏差

图2显示在空白烟草样品净化处理和加标回收，无杂质干扰峰，空白烟草样品中分别添加0.02、0.04、0.10mg/kg 3个水平浓度的5种有机氮农药混标，每个浓度设6个重复，3个空白对照，样品按照试验方法操作检测，结果见表2。5种有机氮农药回收率为88.92%～97.93%，相对标准偏差为2.65%～5.79%，5种有机氮农药在烟草中检测的准确度和精确度均符合残留分析的要求。

图2 空白烟草样品和5种有机氮加标

（添加水平0.1mg/kg）回收色谱图

3 结语

在试验研究建立了烟草样品乙腈提取-氨基固相萃取柱净化-气相色谱（FTD）检测烟草中5种有机氮农药多残留分析方法。该方法快速、高效、准确，适合大批量烟草农药残留的快速监测。

表2 5种有机氮农药在烟草中的回收率和相对标准偏差

农药

名称添加浓度（mg/kg）平均回收率（%）相对标准偏差（%）

仲丁威0.0292.884.69

0.0488.922.65

0.1091.012.75

克百威0.0297.145.52

0.0492.554.57

0.1089.143.54

抗蚜威0.0291.125.79

0.0494.863.01

0.1089.792.33

甲霜灵0.0293.234.51

0.0496.305.58

0.1097.163.06

甲萘威0.0297.545.71

0.0490.304.52

0.1097.933.90

参考文献

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作者简介：杨奕南（1979—），男，就读于郑州轻工业学院，广西中烟工业有限责任公司助理工程师，研究方向：烟草质量检测。

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